（材料科学与工程专业论文）激光选区烧结的若干关键技术研究.pdf

华中科技大学博士学位论文 a b s t r a c t s e i e c t i v el 觞e rs i n t e r n g ( s l s ) t e c h n o l o 鲥i s 撑l a t e dt om a n ys u b j e c 协s u c h 够m e c h 锄i c a l ， m a t e r i a l ，s i n t e r i n 舀o p t i c s 柚ds oo n al o to f f u n d 枷e n t a lp m b l e mi n c l u d i n gp o w d e rd e l i v e 睇e n e f g ) d e l i v e r y 绷ds i n t e r i n g m e c h a n i s mo fp o w d e ro ns l sp r o c e s sa 他d e e p l yi n v e s t i g a t e d i n t h i s d i s s e n a t i o n t h ep r o c e s s i n gt e c l l l l o i o g yo f s l si sa l s oi n v e s t i g a t e di nt i i i sd i s s e r t a t i o n ，w h i c hp l a ya i m d o n a mr 0 1 ef o rm 锄u f h c t u r i n gq u a l i t yp a n sb ym e 蛐s o fh r p s is y s t e mw i t l lt h et e c l l i l o l o 肼 t h et h e o r e t i c a la n de x p e r i m e n t a i 佗s u l t si nt h ed i s s e n a t i o nn o to n l ys u p p l y ar e f e m n c ef o rt h ed e s i g n o f c o n t r o ls y s t c ma n dp r c h e a l i n gs c k m d a l s o j sa f o u n d 硝o no f d e v e l o p 协g n e w s l s m a t c r i a l s - t h ee n e r g yd e l i v e r yp m c e s si ns l sp r o c e s si si n v e s t i g a t e di nt h ed i s s e 髓t o n - t h ep r e h e a t n g e n e 唱ya n di t s d i s t r i b u t i o na r er o u n d l yi n v e s t i g a l e df o ra 诧wf 抽i l i 盯p 他h e a l n g 驰t s m a i nf a c t o r s i n n u e n c j n gf l u xa n d d i s t r i b u t i o nf o rp r e h e a t i n gs e ta m t h eg e o m e t r yo fp r e h e a tc o m p o n e n t ，洒f i x l o c a t i o n 鲫dt l l e g e o m e t r y o f 咒n e c tc o v e ls o m em e 船u m si m p m v i n gt h e n o n u n i f o r m i t yo f t e m p c m t u 他f i e l da p 他s e n t c d i m p m v i n gt h e s t m c t l i m ld c s i g no f p 他h c a t i n gs e t si so n e o f t h e m t h c p o w d e r b e dt e m p e r 咖他鲫di t s d i s t r i b u t i o n 眦a i s oi 帆s t j g a t e d 1 1 1 e m o d e l so np o w d e r b e d t e m p e r 咖m u n d e ri n 触m dm d i a t i o n 叭f m h e rp 他s e n t e d - t h el a s e rs c 舢e rp a r 咖e t e r sj n n u e n c i n go nl 够e rs c 咖i n g e r g y 蚰di t s d s 仃i b u t i o n 盯e d i s c u s s e d i ti s 佗v e a l e dt h a tt h e 化l a t i o no f l 躯e re n e f g yd e n s i t yw t h a n n i n gs p ei sn o n l i n e a nt h e i n f l u e n c eo fo m e rp 猢e t e i so fl 笛e r 柚ds c 锄m r0 n t h c e n e 唱y 锄dn s d i s t 曲u t i o ni sa l s o i n v e s t i g a i e d a p p m p r i a t ep a m m e t e r so nl 船e r 明ds c 蛐舱ra 他f h n h e rp 旭s e n t e df o ru n f o me n e r g y d i s i r i b u t i o n t h es i m e r i n gp r o c e s s 蛐ds i n i e r i n gm e c h 蚰i s mf o rp l t i cp o w d e r 峨ds l sp r o c e s s i n g 珊 i n v e s t i g a t e d m o 他p a n i c u l 刚y ，t h em a t e r i “m o v m gm e c h 蛳i 锄i sd e e p l y i n v e s t i g a l e dl 研p i a s t k p o w d e rs i n t c r i n g t h ec 叫s c 明dp r i n c p l eo f s h r i n k a g e 蚰d d e n s i 母i n gf o rp l a s t i cp o w d e rs i n t c r i n g a r e r e v e a i e d t h es i n t e r i n gc 印a b i l i i yo f p l 鹊t i cp o w d e r 锄df k t o 体i n f l u e n c i n g j ta r cd i s c u s s e d l i i il，f- 华中科技大学博士学位论文 t h eg e n e m lp r o g r 帅b yw h i c hp r o c e s s n gt e c h l o 科i sd e t e m i 船d i sd i s c u s 3 。d t h e c “r a c y 0 fs l sp r o t o t y p e si si n v e s t i g a t e dj nd e t a 订b ym e a n so f m e o r e t i c a l 锄de x p e r i m e n t a lm e l h o d i t i 3 d j s c l o s e dt h a tt h ec a u s er e s u l t e di np l a n a re r r o 硌o fp m t o t y p e s 盯ed i f i b r e n tf m m c a u s er e s u l t e di n v e n i c a ie n r s m a i nc a u s er e s u l t e d i np l 卸盯e h d 掩o fp r o t o t y p e si ss 1 1 r i n k a g c ，b u tm a i nc a u 8 。3 r e s u i t e dj nv e r t i c a le r r o r sa r ep o w d e rl a y e rs i n k i n g 锄d o v e “h i c k n e s so f f i r s tl a y e rs i n t e f e d t h es h r i n k i n gp m b l e mi s av e r yc o m p i i c a t e di n s l sp c e s s i n g t h es 1 1 r i n k a g e i ns l s p r o c e s s i n gj si n v e s t i g a t e di nt h i sp a 睁f j r s t s 1 1 r i n k a g ei sd i v i d e di n t o 恤ep a n sw h i c h i ss l r i n k a g e r e s u l t e df 如mt e m p e r a t u m ，s i n t e r i n gs l i r i n k a g e 蛐dc r y s t a l l z i n gs l i r i n k a g e t h ec 叫托s u l t e di nt 1 1 e s h r i n k a g e 舯dt h e i rm o d e l i si n v e s t i g a t e ds e p a r a i e l y t h ei n n u e n c e o fs h r i f l l ( a g eo n c u r a c yo fp a n 5 f a b r i c a t e dw i t hs l sp m c e s si s d j s c u s s e d t h ei n n u e n c eo fp r o c e s s i n gp a r a m e t c r so ns h r i n k a g ci s p a n l c u l a n yi n v e s t g a t e d 柚d s o m em 劬o d so f t e d u c i n g 咖_ i n l 嗡g e 啪p “t e d t h em e c h a n i c a lp r o p e r t yo fp a mf 曲r i c a t e dw i i hs l sp r o c e s s 蛐di t si n f l u e n c i n gf a c t o f s 盯e i n v e s t i g a l e d i ti s d i s c l o dt l l 砒m e c h 蛐i c a jp f o p e n yo fp 帅i s 哪o c i a l e dw i l ht h e i rp o r ef r a c t i o l l t h ed o r ef h c t i o ni s r e i a t e dw i t hs i n t e f j n ge x t e n lt l l e m f b 旭m es i n t e r i n ge x t e n ti m p a c t s o nt h e m e c h a n j c a lp m p e n yo fp a m f a b r i c a t e dw ms l s p m s s 1 1 l ee l a s t i c h ym o d u i u s i sm o s ts e n s i t i v et o s i n t e r i n g e x t e n t t h en e x tt a 瑁e tf o ft h ei n v e s t i g a t i o n s l s 妣 l l l o l o g yi sp 驼n l e d o nm eh a s eo fa b o v e r e s e a r c h e s t h ed e v e l o p i n gt n do f s l st e c h n o l o 科i s 8 l s od i s c i l s s e d k e y w o r d s ：s e i e c t i v e i 嬲e rs i n t e r i n g p 他h e a t i n g l 船e r e n e i g y d i s 耐b u t i o n s i n t e r i n gm e c h 锄i s ms i l r j i l l ( a g e a c c u r yp r o c e s s i n gt e c l l i l o l o 科 m e c h a n i c a lp r o p e 哪 华中科技大学博士学位论文 a b s t r a c t s e i e c t i v el 觞e rs i n t e r n g ( s l s ) t e c h n o l o 鲥i s 撑l a t e dt om a n ys u b j e c 协s u c h 够m e c h 锄i c a l ， m a t e r i a l ，s i n t e r i n 舀o p t i c s 柚ds oo n al o to ff u n d 枷e n t a lp m b l e mi n c l u d i n gp o w d e rd e l i v e 睇e n e f g ) d e l i v e r y 绷ds i n t e r i n gm e c h a n i s mo fp o w d e ro ns l sp r o c e s sa 他d e e p l y i n v e s t i g a t e d i nt h i s d i s s e n a t i o n t h ep r o c e s s i n gt e c l l l l o i o g yo fs l si sa l s oi n v e s t i g a t e di nt i i i sd i s s e r t a t i o n ，w h i c hp l a y a i m d o n a mr 0 1 ef o rm 锄u f h c t u r i n gq u a l i t yp a n sb ym e 蛐so fh r p s is y s t e mw i t l lt h et e c l l i l o l o 肼 t h et h e o r e t i c a la n de x p e r i m e n t a i 佗s u l t si nt h ed i s s e n a t i o nn o to n l ys u p p l yar e f e m n c ef o rt h ed e s i g n o f c o n t r o ls y s t c ma n dp r c h e a l i n gs c k m da l s o j sa f o u n d 硝o no f d e v e l o p 协g n e w s l s m a t c r i a l s - t h ee n e r g yd e l i v e r yp m c e s si ns l sp r o c e s si si n v e s t i g a t e di nt h ed i s s e 髓t o n - t h ep r e h e a t n g e n e 唱ya n di t sd i s t r i b u t i o na r er o u n d l yi n v e s t i g a l e df o ra 诧wf 抽i l i 盯p 他h e a l n g 驰t s m a i n f a c t o r s i n n u e n c j n gf l u xa n d d i s t r i b u t i o nf o rp r e h e a t i n gs e ta mt h eg e o m e t r yo fp r e h e a tc o m p o n e n t ，洒f i x l o c a t i o n 鲫dt l l eg e o m e t r yo f 咒n e c tc o v e ls o m em e 船u m si m p m v i n g t h en o n u n i f o r m i t yo f t e m p c m t u 他f i e l da p 他s e n t c d i m p m v i n gt h es t m c t l i m ld c s i g no f p 他h c a t i n g s e t si so n eo f t h e m t h c p o w d e r b e dt e m p e r 咖他鲫di t s d i s t r i b u t i o n 眦a i s oi 帆s t j g a t e d 1 1 1 em o d e l so np o w d e r b e d t e m p e r 咖m u n d e ri n 触m dm d i a t i o n 叭f m h e rp 他s e n t e d - t h el a s e rs c 舢e rp a r 咖e t e r sj n n u e n c i n go nl 够e rs c 咖i n g e r g y 蚰di t s d s 仃i b u t i o n 盯e d i s c u s s e d i ti s 佗v e a l e dt h a tt h e 化l a t i o no fl 躯e re n e f g yd e n s i t yw t h a n n i n gs p e i sn o n l i n e a nt h e i n f l u e n c eo fo m e rp 猢e t e i so fl 笛e r 柚ds c 锄m r0 nt h ce n e 唱y 锄dn s d i s t 曲u t i o ni sa l s o i n v e s t i g a i e d a p p m p r i a t ep a m m e t e r so nl 船e r 明ds c 蛐舱ra 他f h n h e rp 旭s e n t e df o ru n f o me n e r g y d i s i r i b u t i o n t h es i m e r i n gp r o c e s s 蛐ds i n i e r i n gm e c h 蚰i s mf o rp l t i cp o w d e r 峨ds l sp r o c e s s i n g 珊 i n v e s t i g a t e d m o 他p a n i c u l 刚y ，t h em a t e r i “m o v m gm e c h 蛳i 锄i sd e e p l yi n v e s t i g a l e dl 研p i a s t k p o w d e rs i n t c r i n g t h ec 叫s c 明dp r i n c p l eo f s h r i n k a g e 蚰dd e n s i 母i n gf o rp l a s t i cp o w d e rs i n t c r i n g a r e r e v e a i e d t h es i n t e r i n gc 印a b i l i i yo f p l 鹊t i cp o w d e r 锄df k t o 体i n f l u e n c i n g j ta r cd i s c u s s e d l i i il，f- 华中科技大学博士学位论文 t h eg e n e m lp r o g r 帅b yw h i c hp r o c e s s n gt e c h l o 科i sd e t e m i 船di sd i s c u s 3 。d t h e c “r a c y 0 fs l sp r o t o t y p e si si n v e s t i g a t e dj nd e t a 订b ym e a n so fm e o r e t i c a l 锄de x p e r i m e n t a lm e l h o d i t i 3 d j s c l o s e dt h a tt h ec a u s er e s u l t e di np l a n a re r r o 硌o fp m t o t y p e s 盯ed i f i b r e n tf m m c a u s er e s u l t e di n v e n i c a ie n r s m a i nc a u s er e s u l t e di np l 卸盯e h d 掩o fp r o t o t y p e s i ss 1 1 r i n k a g c ，b u tm a i nc a u 8 。3 r e s u i t e dj nv e r t i c a le r r o r sa r ep o w d e rl a y e rs i n k i n g 锄do v e “h i c k n e s so f f i r s tl a y e rs i n t e f e d t h es h r i n k i n gp m b l e mi sav e r yc o m p i i c a t e di ns l sp c e s s i n g t h es 1 1 r i n k a g e i ns l s p r o c e s s i n gj si n v e s t i g a t e di nt h i sp a 睁f j r s ts 1 1 r i n k a g ei s d i v i d e di n t o 恤ep a n sw h i c hi ss l r i n k a g e r e s u l t e df 如mt e m p e r a t u m ，s i n t e r i n gs l i r i n k a g e 蛐dc r y s t a l l z i n gs l i r i n k a g e t h ec 叫托s u l t e di nt 1 1 e s h r i n k a g e 舯dt h e i rm o d e l i si n v e s t i g a t e ds e p a r a i e l y t h ei n n u e n c eo f s h r i f l l ( a g eo n c u r a c yo fp a n 5 f a b r i c a t e dw i t hs l sp m c e s si sd j s c u s s e d t h ei n n u e n c eo fp r o c e s s i n gp a r a m e t c r so ns h r i n k a g ci s p a n l c u l a n yi n v e s t g a t e d 柚ds o m em 劬o d so f t e d u c i n g 咖_ i n l 嗡g e 啪p “t e d t h em e c h a n i c a lp r o p e r t yo fp a mf 曲r i c a t e dw i i hs l sp r o c e s s 蛐di t si n f l u e n c i n gf a c t o f s 盯e i n v e s t i g a l e d i ti sd i s c l o dt l l 砒m e c h 蛐i c a jp f o p e n yo fp 帅i s 哪o c i a l e dw i l ht h e i rp o r ef r a c t i o l l t h ed o r ef h c t i o ni sr e i a t e dw i t hs i n t e f j n ge x t e n lt l l e m f b 旭m es i n t e r i n ge x t e n ti m p a c t s o nt h e m e c h a n j c a lp m p e n yo fp a mf a b r i c a t e dw ms l sp m s s 1 1 l ee l a s t i c h ym o d u i u si sm o s ts e n s i t i v et o s i n t e r i n ge x t e n t t h en e x tt a 瑁e tf o ft h ei n v e s t i g a t i o n s l s 妣 l l l o l o g yi sp 驼n l e do nm eh a s eo fa b o v e r e s e a r c h e s t h ed e v e l o p i n gt n do f s l st e c h n o l o 科i s8 l s od i s c i l s s e d k e y w o r d s ：s e i e c t i v ei 嬲e rs i n t e r i n g p 他h e a t i n g l 船e re n e i g yd i s 耐b u t i o n s i n t e r i n gm e c h 锄i s ms i l r j i l l ( a g ea c c u r y p r o c e s s i n gt e c l l i l o l o 科 m e c h a n i c a lp r o p e 哪 华中科技大学博士学位论文 第一章绪论 本章摘要：本章综述了快速成型技术的发展历史，特别介绍了s l s 成型技术的发展现 状和存在的问题。并在此基础上提出了本文的研究意义和目的。 1 1 快速成型技术是一种新型的制造技术 1 1 i 快速成型技术的一般意义 快速成型的定义：直接从计算机的图形数据产生三维物体的成型方法简记为r p m ( r 印i d p m t o t y p i n g m a n u f a c t u r i n g ) ，这个术语是由3 d 公司首先提出并使用的，后来有的研究单位又 采羽术语：s f f ( s o i i df r e e f o r i t lf a b r i c a t i o n ) ，l m ( l a y e r e d m u f 缸t u r - n g ) ，当然还有一些其它 的术语，但用得较多的还是这三个术语。在我们中国，用得较多的是快速成型或者是快速原型 制造。 在7 0 年代末到8 0 年代初，有一些学者( a h c b e no f3 m i nm i n n e a p o l i s h k o d 啪ao f t l ” n a g o y ap r e f e c t i l r ef e s e a r c hi n s t i t i l t ej nj a p 锄，c h u l lo f u v p i nc a i i f o m i a ) 在不同的地点几乎同时 提出了r p ( r a p i dp r o t o i y p i n g ) 的新思想，即利用连续层的选区固化产生三维实体的思想当 h e b e r t 和k o d a m a 两人由于没有资金支持继续将他们的新思想变成商业产品之前，不得不将他 们的研究停下来时，h u l l 却能得到u v p 的继续支持，开发了一个能够自动建造丰青确零件的完整 系统即：s l a 1 ，1 9 8 6 年该系统获得专利，同年，h u l l 、r f r e e d 和u v p 的股东一起建立 了3 d 系统公司，从1 9 8 6 年底到1 9 8 7 年底，今天所使用的许多快速成型的概念和技术就在3 d 系统公司发展成熟了。 随后，1 9 8 6 年。美国t c x 船大学的学生c ”1 d e c k a r d 提出了激光选区烧结( s l s s e l e c t i v e l a s e rs j n l e r i n g ) 的思想，同年，开发了s l s 的初始机型，但很快该机型被抛弃。后来组建了 一 l 华中科技大学博士学位论文 d t m 公司，才在1 9 9 2 年开发了现在使用的s i n t e r s t a t i o n 系列商业化成型机。s c o nc 九l m p 在1 9 8 8 年提出了f d m 成型的思想，1 9 9 0 年展出了样机，1 9 9 2 年发展了商业机型3 d m o g e l e r 。 m i c h a a e lf e y g i n 在1 9 8 4 年提出了l o m 的思想，1 9 8 5 年组建h e l l s y s 公司，1 9 8 9 年开发了 样机，稍后开发了商业机型l o m 1 0 5 0 【”。 从r p 的发展历史来看，r p 还是一个新兴产业领域但由于其独特的技术特点，其成长速 度很快，截止2 0 0 0 年底，全世界的r p 装机总量达到七千多台。 传统加工技术，一般有这样的三种方法： ( j ) 切除材料的加工方法：一般是以简单的棒料或者板料为原料。或者用其它加工方法得到的 毛坯，切除不需要的部分即可得到所需要的零件。如平常所说的机械加工方法就是其中 的一种。 ( 2 ) 成型方法：是以棒料、板料等为原材料，采用变形的方法，依靠各种模具或者专用的工具 将原料的形状和性能改变成所需的零件形状和性能如锻造、冲压、铸造都属于这一类加 工方法。 ( 3 ) 组合加工方法：这是将比较简单的组件通过连接方法组合一个复杂的零件。如焊接加工， 粘结等。 在传统加工方法中，采用自动化生产方式，个机械零件的制造费用将是零件形状的复杂 程度和产量的函数，对于切除和成型加工方法，还必须在加工零件之前，加工复杂的工具制 定复杂的工艺路线。对于传统的组合制造方法，在加工零件之前，还必须预制相应的组件，和 特殊的夹具。传统的自动化加工方法主要适用于大批量的生产生产的准备时间长。 然而，如果生产上只需要少量的甚至是一个零件，通过以上的传统加工方法加工，加工费 用是很高的，而且加工时间也很长，从商业意义上来说，长的生产时间和高的生产费用都是难 以被现代企业所接受。新的加工方法快速制造技术特别适合于制造小批量的特别复杂的零 件。这种方法可以大大降低小批量零件的制造成本，缩短制造周期这种加工方法使用零件的 计算机模型作为加工文件，只用最简单的最原始的原材料形式( 粉末，液体，气体，板材等) ， 就可加工山复杂的零件，而且加工的费用与时间和制品的复杂程度关系不大。 2 华中科技大学博士学位论文 1 i 2r p 技术产生的背景和发展历史 在人类历史上，制造技术的发展道路是曲折的。远在石器时代，人类就开始有了原始的制 造技术。为了生存的需要，他们必须选择一些东西作为武器和工具他们首先看到了到处都存 在的石头。但是适合做武器和工具的锋利石头却不多，于是他们将作为原料的石头改变形状， 制做山锋利的刃口，和适合手拿的把柄，这个过程实际上就是原始的制造过程。从那时开始， 人类的制造技术将原料改变形状和性能获得所用的零件技术就不断地发展。 但是只有到了铜器和铁器时代，零件制造才包含了真正的制造技术的含义。对于铜和铁原 料，早期的制造手段主要是以成型为主。然而这个时期。木材的加工倒是发展迅速，这可能是 因为木材的切削很容易，精度可以得到一定的保证。加工方式也只是手工方式，由于手工生产 的效率很低，无法进行大批量的生产，所制造的产品也就具有个性化的特色此时的制造技术 所制造的产品精度很差，而且多只能制造单件使用的产品，很难制造可以装配的零件产品，但 用木材加工的产品却可以装配更复杂的机械，所以在那个时代，木制机械发展很快，创造了很 多精美的作品和艺术品。 到了近代，材料科学的发展，能切削铁器和铜器的工具才出现，现代加工和现代企业走上 了快速发展的轨道。大批量生产的管理手段为现代制造技术向高速高精度方向发展提供了保证。 所以以生产批量和生产效率为目标的制造方法不断出现。这个时期生产的产品具有精度高的特 色，但是完全没有了个性化的东西存在，即使是很简单的东西都能找到看起来完全相同的几百 到几十万件。这时期的制造技术比古代的制造技术已经有了很大的进步。这些大大地改善了人 们生活。但是，随着时代的发展，这样的生产方式已经无法满足人们的变化多样的需要。现代 人们的需要趋向于产品的个性化，而且这种需要又是十分多变。所以快速生产多品种小批量的 产品才是未来生产发展的需要。这种需要就是快速成型技术产生的最初动力。但是这种技术只 有在一定的条件下才能变成现实。实际上这个技术远在古代的中国就有了一些雏形。中国的陶 瓷技术实际上就是将材料一点一点地加上去的但到十九世纪末才有了这个技术的现代雏形， 然而这个技术在过去无法得到发展，主要的原因也是条件不成熟。到了2 0 世纪的中时以后，计 3 华中科技大学博士学位论文 算机技术出现了计算机技术将人们从复杂的计算工作中解放出来，同时将计算的速度和精度 提高了很多。到了8 0 年代，计算机技术发展到可以在一秒种内完成几千万次的计算，这为快速 成型技术中的大量实时的计算工作提供了条件。同时在7 0 年代出现的激光技术也是快速成型技 术的一个重要条件，高可靠性激光器的应用，保证了材料的堆积连接能够快速实施。第三个条 件是数字控制技术的发展，5 0 年代在m i t 出现了第一台数字控制加工机床，到了7 0 年代后期 数字控制技术已经发展得相当完善。最后一个重要技术条件是聚合物材料的发展，高分子材料 的发展是2 0 世纪中材料科学的一件大事，而且聚合物的种类性能还在继续高速地发展。聚合物 的一个重要特性就是加工条件要求较低，可以很容易完成复杂形状的成型。只有到了7 0 年代末 和8 0 年代初，这四个技术条件才发展到一个相当的程度。所以快速成型技术在8 0 年代末产生 了。 快速成型的主要技术基本上在8 0 年代末9 0 年代初就定型了、包括s l a 技术、s l s 技术、 f d m 技术、l o m 技术、s g c ( 固体光固化) 技术和3 d p ( 三维打印) 技术。 1 1 3 近几年成型设备的发展状况 近年来r p 系统设备的进展最显著特征是概念机的出现纠和大容量、高速度、高精度的r p 系统的出现。关于大容量、高速度、高精度的r p 系统比较典型的有【4 】ts l f a t a s ”公司的 f d m 0 u a n t u m 机型，它的最大建造体积是6 0 0 m m 5 0 0 m m 6 0 0 m m ，远远大于其他的f d m 机 型，同时该机型采用了新的挤出头定位系统，其加工速度可以达到以前机型的五倍，相对精度 可以达到o 0 0 1 5 ( 对于大于5 英寸的零件) ；3 d 系统公司的s l a 7 0 0 0 机型，其建造体积与 s l a 5 0 0 0 大致相同，但是由于采用了新技术从而使得它的加工速度是s l a - 5 0 0 0 的八倍。同时 由于s l a 7 0 0 0 的层厚可以达到0 0 2 5 m m ( 是s l a 5 0 0 0 可以达到的最小厚度的一半) 所以能 达到更高的精度；d 1 m 公司的s i n t e r s t a t i o n 2 5 0 0 p l u s 的建造体积比以前增加了1 0 ，同时通过 对加热系统的优化，减少了等待时间，从而提高了建造速度。 r p 系统设备发展的另一个重要方面是金属零件的直接快速成型技术的商品化，o p t o m e c 设 计公司开发了两个机型：l e n s 7 5 0 和l e n s 1 5 0 0 。利用这些设备生产的金属零件，其强度超 q 一 4 华中科技大学博士学位论文 过了传统方法生产的金属零件强度，而且可以生产一般方法不能生产的一些复合金属材料。这 些设备的精度可以达到x 平面o 1 3 m m ，z 向o 4 m m ，但表面粗造度较高，相当于砂铸的表 面粗造度。e x f r u d eh o n e 公司发展了一种基于3 d p ( 三维打印) 技术的新的金属直接快速成型 系统p r o m e t a ir t s 3 0 0 ，其工艺特点类似于d 1 m 的快速制模工艺。 继1 9 9 7 年山现概念机以来，概念机仍然是快速成型系统的一个重要发展方向，1 9 9 8 年3 d 系统公司推出了a c t u a 机的一种改进机型熟喷实体打印机( t h e m l o j e ts o i ；do b j e c tp r n l e r ) ， 该机型提高了成型速度；而s t r a t a s y s 公司推出了g e n i s y s 的改进机型g e n i s y sx s ，该机型有 较大的建造体积( 3 0 5 m m x 2 0 3 m m 2 0 3 m m ) 近年来关于r p 技术发展还有一些值得注意的方向，如r p 系统的专业化，即针对某些特殊 用途而开发的r p 系统产品，最主要的产品是s t r a t 题y s 公司开发的m e d m o d e j e r ，主要用于一些 医院和医学机构 1 1 4r p 成型技术的发展状况 r p 技术的基本原理在9 0 年代初期就得到了基本的完善，这些原理包括s l a ( 光固化) 、 s l s ( 粉末烧结) 、l o m ( 叠层制造) 、f d m ( 溶丝沉积) 、3 d p ( 三维打印) 、s 0 c ( 固体光固 化) ，多年来主要是从这些原理出发，不断地完善系统性能，成型工艺等。几乎没有产生新的快 速成型原理，但是值得一提的是在美国新泽西工学院提出了一种i u f p ( 快速冰冻成型) 的快速 成型新方法。该方法使用纯水作为原型材料用冰点较低的盐水作为支撑材料，通过选区沉积 和快速冰冻而制造原型零件。 就上面提到的六种基本技术所形成的产品来看，仍然是基于s l a 技术的产品所占的比例最 大，但是1 9 9 8 年以后基于s l a 技术的产品所占比例比以前有较大的下降，从现有的资料看， 到2 0 0 0 年为止在全球服务中心中使用的r p 系统中，基于s l a 技术的占5 0 左右而1 9 9 7 年之前占6 l 例。基于s l s 技术的系统2 0 0 0 年的比例( 1 8 ) 比1 9 9 7 年有所增长。同时还有一 个现象值得注意，上述前五种技术以外的产品所占比例却有所下降，这说明r p 技术的发展趋 势仍然以这五种技术为主。 一一 5 华中科技大学博士学位论文 目前关于r p 成型技术的最引人注目的进步应该属于金属直接快速成型和快速制模，这两 个方面也是r p 技术最令人兴奋的用途之一，多年来一直是r p 研究人员的重点探讨的论题，但 是强度问题和精度问题也一直是这两种技术走向成熟的障碍，近几年在这两个问题上有所突破a 在金属直接快速成型技术方面的主要成就是l e n s 技术的商品化，这在前面已经介绍过。另一 个是e x t r u d eh o n e 公司利用3 d p 技术直接成型金属零件。这有点类似于d t m 公司的快速制模 技术( r a p i d t 0 0 1 ) 和3 d 系统公司的k e l t 0 0 l 技术；还有一种直接金属快速成型技术是面向s l s 成型原理的r o c k w e l l 国际公司的d m f 技术( d i r e c t m e t a l f a b r i c a t i o n ) ，该技术与以前的金 属或陶瓷成型工艺不同，是使用低熔点合金与高强度金属一起混合，再用塑料在原材料表面形 成粘结涂层，这样一来在后续加工工序中低熔点金属就可直接在零件的内部浸渗，这样可以改 善零件的物理性能和机械性能 其它的如金属的f d m 成型和l o m 成型也取得了较大的进展。 在快速制模技术方面，近几年发展了两种新的技术，一种是e x p r e s st 0 0 1 ( 快速_ ； ；4 模) ，是使用 电极成型方法制造产品级的注射模；另一种是d ”a m i c st 0 0 1 n g 公司的