基于快速成形技术的快速模具制造技术
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四种常见快速成型技术FDM丝状材料选择性熔覆(Fus ed Dep osi tion Mod eling)快速原型工艺是一种不依*激光作为成型能源、而将各种丝材加热溶化的成型方法,简称FDM。
丝状材料选择性熔覆的原理室,加热喷头在计算机的控制下,根据产品零件的截面轮廓信息,作X-Y平面运动。
热塑性丝状材料(如直径为1.78m m的塑料丝)由供丝机构送至喷头,并在喷头中加热和溶化成半液态,然后被挤压出来,有选择性的涂覆在工作台上,快速冷却后形成一层大约0.127mm厚的薄片轮廓。
一层截面成型完成后工作台下降一定高度,再进行下一层的熔覆,好像一层层"画出"截面轮廓,如此循环,最终形成三维产品零件。
这种工艺方法同样有多种材料选用,如ABS塑料、浇铸用蜡、人造橡胶等。
这种工艺干净,易于操作,不产生垃圾,小型系统可用于办公环境,没有产生毒气和化学污染的危险。
但仍需对整个截面进行扫描涂覆,成型时间长。
适合于产品设计的概念建模以及产品的形状及功能测试。
由于甲基丙烯酸ABS(M AB S)材料具有较好的化学稳定性,可采用加码射线消毒,特别适用于医用。
但成型精度相对较低,不适合于制作结构过分复杂的零件。
FD M快速原型技术的优点是:1、操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。
2、工艺干净、简单、易于材作且不产生垃圾。
3、尺寸精度较高,表面质量较好,易于装配。
可快速构建瓶状或中空零件。
4、原材料以卷轴丝的形式提供,易于搬运和快速更换。
5、材料利用率高。
6、可选用多种材料,如可染色的A BS和医用A BS、PC、PP SF等。
FDM快速原型技术的缺点是:1、做小件或精细件时精度不如SLA,最高精度0.127mm。
2、速度较慢。
SL A敏树脂选择性固化是采用立体雕刻(Stereo litho gra phy)原理的一种工艺,简称SLA,也是最早出现的、技术最成熟和应用最广泛的快速原型技术。
在树脂液槽中盛满液态光敏树脂,它在紫外激光束的照射下会快速固化。
快速成型(RP)的原理方法及应用快速成型(RP)的原理方法及应用快速成型(RP)技术是一种集计算机、数控、激光和材料技术于一体的先进制造技术。
本文通过介绍快速成型系统的原理方法和特点,阐述其工艺特点及开发和应用,探讨快速成型技术在现代制造业中起到的重要作用和产生的巨大效益,分析快速成型技术的优点和缺点,并提出快速成型技术未来的发展方向和深远意义。
1前言当今时代,制造业市场需求不断向多样化、高质量、高性能、低成本、高科技的方向发展,一方面表现为消费者兴趣的短时效和消费者需求日益主体化、个性化和多元化;另一方面则是区域性、国际市场壁垒的淡化或打破,要求制造业的厂商必须着眼于全球市场的激烈竞争。
因此快速地将多样化、性能好的产品推向市场成为了制造业厂商把握市场先机的关键,由此导致了制造价值观从面向产品到面向顾客的重定位,制造战略重点从成本与质量到时间与响应的转移,也就是各国致力于CIMS(ComputerIntegratedManufactureSystem)、并行工程、敏捷制造等现代制造模式的研究与实践的原因。
快速成型(RapidPrototyping)技术正是在这种时代的需求下应运而生的。
它是由三维CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体的总称。
它集成了CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果,是先进制造技术的重要组成部分。
2快速成型的原理及特点快速成型技术采用离散/堆积成型原理,根据三维CAD模型,对于不同的工艺要求,按照一定厚度进行分层,将三维数字模型变成厚度很薄的二维平面模型。
再将数据进行一定的处理,加入加工参数,产生数控代码,在数控系统控制下以平面加工方式连续加工出每个薄层,并使之粘结而成形。
实际上就是基于“生长”或“添加”材料原理一层一层地离散叠加,从底到顶完成零件的制作过程。
它是计算机辅助设计与制造技术、逆向工程技术、分层制造技术、材料去除成形、材料增加成形技术以及它们的集成的总称。
第5章基于快速原型的软模快速制造技术快速原型由于受其制造方法所要求的使用材料的限制,并不能够完全替代最终的产品。
因此,在新产品功能检验、投放市场试运行获得用户使用后的反馈信息以及小批量生产等方面,仍需要由实际材料制造的产品。
因此,利用快速原型作母模来翻制模具并生产实际材料的产品,便产生了基于快速原型的快速模具制造技术(Rapid Tooling,RT)。
RT技术突出的特点就是其显著的经济效益,它与传统的数控加工:模具方法相比,周期和费用都降低V10~1/3左右,见表5-l。
近年来,工业界对RT的研究开发投入了日益多的人力和资金,RT 的收益由此也获得了巨大增增长据SME统计,近年来RT服务的收益年增长率均高于RP系统销售。
5.1 快速模具的分类及基本工艺流程基于RP的快速模具制造方法一般分为直接法和间接法两大类。
直接制模法是直接采用RP技术制作模具,在RP技术诸方法中能够直接制作金属模具的是选择性激光烧结法(SLS 法)。
用这种方法制造的钢铜合金注塑模,寿命可达5万件以上。
但此法在烧结过程中,材料发生较大收缩巳不易控制,故难以快速得到高精度的模具。
目前,基于RP快速制造模具的方法多为间接制模法。
间接制模法指利用RP原型间接地翻制模具。
依据材质不同,间接制模法生产出来的模具一般分为软质模具(SOft Tooling)和硬质模具(Hard Tooling)两大类。
软质模具因其所使用的软质材料(如硅橡胶、环氧树脂等)有别于传统的钢质材料而得名,由于其制造成本低和制作周期短,因而在新产品开发过程中作为产品功能检测和投入市场试运行,以及国防、航空等领域单件、小批量产品的生产方面均受到高度重视,尤其适合于批量小、品种多、改型快的现代制造模式。
目前提出的软质模具制造方法主要有硅橡胶浇注这、金属喷涂法、树脂浇注法等。
软质模具生产制品的数量一般为50~5000件,对于上万件乃至几十万件的产品,仍然需要传统的钢质模具,硬质模具指的就是钢质模具。