直写快速成型机-文献综述.doc

直写快速成型机 目前，国内外直写快速成型机的成型方法有很多种。根据使用材料的形态(气态、液态、固态或粉末)和成型机理不同，快速成型有下列几种比较成熟的方法：1.立体光刻技术 立体光刻成型(Stereo Lithography Apparatus.简称SLA)技术是目前世界上研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的实用化技术。该技术采用紫外激光束硬化光敏树脂生成二维物体。在液槽中盛满液态的光敏树脂，树脂可以在紫外激光照射下进行聚合反应，发生相变，由液态变为固态。成型开始时，工作台下降至液面以下一个层高的距离，在计算机控制下的激光束以预先确定的各个分层截面的轮廓为轨迹逐点快速扫描，被扫描区域固化，从而形成一个固态薄截面。然后升降机构带动工作台再下降一个层高，其上又覆盖上一层液态树脂，以便进行第二层扫描固化，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复，直到加工出整个模型。SLA技术的常用原料是热固性光敏树脂，主要用于制造各种模具和模型等。还可以通过在光敏树脂中加入其他的材料成型，用制造出的原型代替熔模精密铸造中的蜡模等。2.分层实体造型 分层实体造型(Laminated Object Manufacturing，简称LOM)技术是近年来发展起来的又一种直写快速成型机，它是通过对原料纸进行层合与激光切割来形成零件。这种工艺采用激光器按照CAD分层模型所获得的数据，用激光束将单面涂有热溶胶的薄膜材料或其他材料的箔带切割成预制原型在该层平面的内外轮廓，再通过加热辊加热，使刚刚切好的一层与下面己切割层粘接在一起。这样通过逐层切割、粘合，最后将不需要的材料录离，得到预制的原型。LOM技术常用的材料是纸、金属箔、陶瓷膜、塑料膜等，除了制造模具、模型以外，还可以制造结构件。但是制件的粘结强度与所选的基材和胶种密切相关，废料的分离比较费时，边角废料多。3.熔丝沉积造型 熔丝沉积造型(Fused Deposition Modeling，简称FDM)技术是采用热熔喷嘴，将半流动的材料按CAD分层数据控制的路径挤压并沉积在指定位置凝固成型，逐层沉积、凝固后形成整个原型或零件。这一技术也称为熔化堆积法、熔融挤出成模(MEM)等。FDM的技术关键是得到一定粘度、易沉淀、挤出程度容易调整的熔体。它用液化器代替了激光器，所用材料主要是石蜡、塑料等低熔点材料和低熔点金属，可直接制造金属件和多种模型。此技术具有系统成本低、体积小、无污染等优点，是办公环境下的理想的桌面制造技术。4.三维喷涂粘接 三维喷涂粘接(Three Dimensional Printing，简称 3DP)技术是一种不依赖激光的成型技术。其原理类似于喷墨打印机，它使用粉末材料和粘接剂，按原型或零件分层界面轮廓，喷头在每一层铺好的材料粉末层上有选择地喷射粘接剂，喷过粘接剂的路径材料被粘接在一起，其他地方仍为松散的粉末。层层粘接后就得到一个三维空间实体，去除实体周围的粉末材料后烧结成型，就得到了所要求的原型或零件。3DP技术采用的材料包括陶瓷、金属、塑料等粉料。造型的过程中可以随时改变材料，因此可以制造多种不同材料、颜色、力学性能、热性能组合的复合材料零件和非均质结构材料零件。但是这种制件有精度较差、制件易变形甚至出现裂纹等缺陷。5.选择性激光烧结 选择性激光烧结(Selected Laser Sintering，简称SLS)技术是首先由CAD产生制件的二维模型，用分层切片软件对其进行切片处理，获得各截面形状的信息参数，在计算机的控制下，激光对材料粉末分层扫描，使粉末材料粘结固化，再进行下一层扫描烧结，如此层层叠加，最终生成所需要的二维实体制件。SLS技术突破了快速原型由于其制造方法要求的使用材料的限制，现在可以烧结陶瓷、塑料、石蜡等多种材料，还将开发更多的使用材料，用金属粉末直接进行烧结的工艺正在研究阶段队.由于激光烧结工艺参数对制件精度、强度的影响很大，对经验的依赖性非常强。尤其是烧结塑料材料时，针对某种材料，合理地选取工艺参数，对提高烧结制件精度、避免烧结缺陷是非常重要的。 自1991年以来，Dayton大学每年举办 Cenf. on Rapid Prototyping，它是快速成型历史最悠久的会议并陆续提出了多种快速成型方法及成型机。目前在美国、欧共体、口本等快速成型制造技术研究和应用较深入的国家，有关于快速成型制造技术的专门学术期刊，如美国的Rapid Pro to typing Report等，并且定期召开以快速成型制造技术为主题的学术会议。由美国SME协会的RPA分会主办的工nt. Conf. on RapidPrototyping and Manufacturing会议，侧重点为快速成型制造对制造业的影响，并伴有大量销售商的展览。Taxax大学每年举办The Solid Free Form Fabrication学术会议，会议侧重点为快速成型制造科学研究。欧洲、口本也举办快速成型制造年会。快速成型制造技术还成为许多国际学术会议的热点主题。己创刊的有关快速成型制造的专业杂志有美国CAD/CAM杂志的每月新闻通讯Rapid Pro to typing Reports，英国MCB大学出版的Rapid Prototyping Journal (1995年创刊)，美国RPA办会季刊RapidPro to typing.概括起来这些会议和杂志涉及新的快速成型制造方法、工艺改进、新材料开发、快速模具制造、制件精度软件以及新应用等。 近年来随着对先进制造技术理论研究的不断深入，国外相继提出了许多新理论和新概念，如并行工程(CE),敏捷制造(Agile Manufacturing)等，这些都极大地促进了快速成型制造技术的发展。 国内正逐渐开展RP技术和系统的研究与开发。清华大学已研制成功具有FDM, LOM多功能RP设备，北京隆源公司采用选择性激光烧结技术，成型速度快，材料范围广，其AFS-320,AFS-450已得到广泛推广。西安交通大学、华中科技大学、南京航空航天大学也在开展RP技术、材料、设备的研究工作，并取得了突破性的进展。 清华大学徐达、颜永年等研制的(实心块体原型)超大型LOM-1600分层实体制造系统，其成型空间为1600*800*700 mm3，是汽车覆盖件首选RP工艺装备。它填补了RP制造大型原型方面的空白，解决了凝固过程中的尺寸精度问题，对于大型汽车覆盖件快速金属模具制造中优化原型尺寸，获得良好尺寸精度的模具，提高设计水平及快速反应能力具有现实意义。 西安交通大学与第四军医大学从事的生物活性组织快速制造技术，研制具有生物活性的人体骨骼，通血液、通营养，用于人体骨骼移植，这是RP技术与生物医学的巧妙结合。西安交通大学刘亚雄、季涤尘等基于快速原型的个体匹配骨骼造型方法研究，改进了个体匹配的设计与制造的速度和精度，缩短了病人的等待时间，改善了骨骼外形的匹配程度，不通过曲面重构，而直接利用RP完成人体骨骼模型的造型。 快速原型技术经过近20年的发展，正朝着实用化、工业化、产业化方向迈进。其未来发展趋势归纳如下：1.创新工艺 RP技术的发展离不开其他先进设计、制造技术的支持，它们之间的结合越来越紧密。冰冻成形以水为原料，通过温度控制、水滴控制、喷射方法与速度控制实现快速成形;人体骨骼组织工程材料成形利用材料的生物活性，将器官移人人体后诱导破坏组织再生，恢复机体功能，并适时降解。2.开发新材料 合适的材料是快速原型制造的关键。研制替代进口的光固化树脂，是RP技术推广的当务之急，开发全新的RP新材料如复合材料、纳米材料、非均质材料、活性生物材料1，是当前国内外RP成型材料研究的热点。3.开发功能强大的数据采集、处理和监控软件 软件系统不仅是实现离散、堆积成型的关键，还对成型速度、成型精度、零件表面质量等方面有很大影响。目前，大多数快速原型制造系统所使用的分层切片算法都是基于STL文件进行的，STL文件存在许多缺陷和不足，如何克服STL文件本身的缺陷，建立统一的数据格式是于分重要的。现在的切片方式都是平面的，今后可能发展曲面切片、不等厚分层等方法，从曲面模型直接截面、分层，用更精确、更简洁的数学描述，提高造型精度。4.不同制造目标相对独立发展 当前，RP制造目标主要有二个方面，即快速概念设计原型制造、快速模具原型制造、快速功能零件原型制造。其中快速概念设计原型制造与快速模具原型制造技术已在实际中应用，市场潜力巨大，是近期研究和市场化重点。快速功能零件原型制造技术难度较大，近期仅限于研究领域。5.反求技术已成为研究热点 麻省理工学院的RP课程均将反求与RP融合。由实物、照片或CT数据等组成的反求几何模型，常用于仿制、维修和新产品开发，可大大缩短产品开发周期，降低成本。反求技术也是人体器官成型的核心与基础。6.向大型制造和微型制造进军 由于大型模具的高难度和高成本，以及RPM在模具制造方面的优势，可以预测RPM将向大型原型制造方向发展。RPM的另一个重要发展方向是微型化，适应环境和桌面化的微型“二维打印机”正日益受到RP设备开发商和用户的关注，这种产品价格便宜、外观小巧、成型空间小并有一定的造型精度。这方面以色列的概念模型机世界领先，清华大学激光成形中心也在开发适合中国国情的“二维打印机”，它有较高的性价比。7. RPM行业标准化 目前，RPM工艺、设备种类繁多，RPM行业标准化既有利于开发商开发更新的产品，又方便用户。8.高速度、高精度、高可靠性 大力改进快速原型制造系统，研制工作精度高、可靠性好、效率高血目_廉价的制造设备，将解决制造系统昂贵、精度偏低、制品物理较差、所使用材料有限等问题。9.生长成型 伴随着生物工程、活性材料、基因工程、信息科学的发展，信息制造过程与物理制造过程相结合的生长成型方式将会产生，制造与生长将是同一概念。以全息生长兀为基础的智能材料自主生长方式是RPM的新里程碑。10.网络加工 通过信息高速公路形成快速原型制造信息网络，使用户直接从网络得到产品的模型，利用自己的快速原型制造设备制造出原型，另一方面没有原型设备的公司也可以利用网络通过远程制造来实现原型制造。参考文献1 光固化快速成型中误差的理论分析 刘佳 硅谷 2012/01 2 基于RE和Pro/E的复杂零件外壳造型设计与快速成型 任金波 机电技术 2011/06 3 基于节能理念的LED光源快速成型系统 解瑞东 科技导报 2012/01 4 基于光固法的产品快速成型制造工艺参数研究 王丞 科技信息 2011/34 5 快速成型集成制造系统的集成方案分析 潘海鹏 科技资讯 2011/36 6 复杂性眼眶骨折快速成型模型在整形外科教学中的应用 徐静 蚌埠医学院学报 2010/08 7 摩擦喷射电沉积快速成型金属铜零件的表面形貌与力学性能 朱军 机械工程材料 2011/09 8 快速成型技术综述 蒋伟辅 机械工程与自动化 2011/06 9 快速成型加工方法中的误差研究 邱