快速成型技术在模具工业中的应用

1、快速成型技术在模具工业中的应用王再明李明喜(黄石高等专科学校 科研处, 湖北 黄石 435003)摘要: 介绍了快速成型技术的基本原理、主要特点及其在模具工业中的应用情况。关键词: 快速成型技术; 模具工业; 特点; 应用中图分类号: T H 164文献标识码: B文章编号: 10083529 (2002) 01008803A pp l ica t ion of Ra p id Pro to typ in g M a tur in g in D ie s In dustryW ANG Z a i2m ingL IM ing 2x i(Sc ien t if ic R e sea rch Sec

2、 t io n, H uang sh i Po ly tech n ic Co llege, H uang sh i 435003, C h ina)A bstra c t: In th is a r t ic le, th e b a sic th eo ry o f R ap id P ro to typ in g M a tu r in g isin t ro du ced an d it s app lica t io n in d ie s in du st ry an d ch a rac te r ist ic a re a lso d iscu ssed.Key W ord s

3、: R ap id P ro to typ in g M a tu r in g; d ie s in du st ry; ch a rac te r ist ic s; app lica t io n快速成型技术 (R ap id P ro to typ in g M a tu r in g) 是近年发展起来的直接根据 CA D 模型快速生产样件或零件的成组技术的总称, 它集成了 CA D 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。11 快速成型系统的构成和原理1. 1系统构成快速成型系统主要由硬件和软件两部分组成。 其中, 硬件由工业控制计算机、激

4、光选区烧结器、光路及其扫描系统、成型室及送料室组成; 软件由操作系统、CA D 软件、CA D 切层软件、激光选区烧结控制软件等组成。1. 2工作原理首先把要生产的产品用 CA D 软件绘成三维 CA D 实体模型或转换成曲面模型文件, 再转换成 STL 文件格式, 然后用专用软件从 STL 文件“切”( slice) 出设定厚度的一系列片层, 或直接从 CA D 文件切出, 这些片层按次序累积仍为所设计模具或产品的形状。然后将上述一系列 片层的信息传到快速自动成型机中, 类似于计算机向打印机传递信息, 用材料添加法依次将每收稿日期: 2002 01 04作者简介: 王再明 ( 1968- )

5、 , 男, 工程师, 主要从事电气自动化和应用电子专业的教学和研究工作。第 1 期王再明 李明喜: 快速成型技术在模具工业中的应用·89·一层做出来, 同时连接各层, 直到完成整个模型。1. 3选区激光烧结原理如图 1, 快速成型机是利用选区激光烧结 (Se lec t iveL a se r S in te r in g, 缩写为 SL S) 原理工作的。2成型系统的主体结构是在一封闭的成型室中装有两个活塞机构, 一个用于供粉, 另一个用于成型。 成型过程开始, 供粉活塞 上移一定量, 铺粉滚筒将粉均匀地铺在加工平面上, 激光 束在计算机的控制下透过激光窗口以一定的速度和

6、能量密度扫描, 激光束的开关与待成型模具或产品的第一层 信息相关。 激光束扫过之处, 粉末烧结成一定厚度的片 层, 未扫过的地方仍是松散的粉末, 这样模具或产品的第 一层就制造出来了。这时成型活塞下移一定的距离, 这个 距离与设计模具的切片厚度一致; 同时供粉活塞上移一图 1 激光选区烧结原理图定量, 铺粉滚筒再次将粉末铺平, 激光束开始依照设计模具第二层的信息扫描。激光扫过之后,形成的第二层同时就烧结在第一层上。 如此反复, 一个三维的模型就制造出来了。32快速成型技术的特点快速成型技术有如下优点:(1) 与模具的复杂程度无关, 可以实现自由制造。 无论多么复杂的模具, 只要设计出来, 就可

7、以用快速成型技术制造出来, 这是传统的模具加工方法无法比拟的。(2) 生产模具的单价与批量无关, 特别适合于新模具的开发和单件小批量模具的生产。( 3) 对一些直接用成型料生产的模具, 可以实现非接触加工; 没有工具的更换和磨损之类 的问题; 可以实现无人值班; 不需要机加工方面的专门知识就可操作; 无切割、噪音和振动等; 有利于环保, 材料无浪费。( 4) 生产过程数字化, 与 CA D 模型有直接的关联, 零件可大可小, 所见即所得, 可随时修 改、随时制造。(5) 模具生产周期大大缩短, 是模具制造业甚至是制造业上的又一次革命。 比较见表 1。( 6) 大大节约模具生产的费用, 有的可减

8、少到传统生产方法的几分之一甚至几十分之一。 比较见表 1。这一技术的缺点是一次性投资较大, 整个系统需要上百万元的投资。表 1传统方法与快速成型法开发周期与费用比较模具产品传统方法开发周期费用快速成型法开发周期费用制造新型火箭发动机泵壳生产传真机外壳制造 250 型双缸摩托车缸头8 个月30 万元2 个月2. 5 万元4 个月10 万元2. 7 个月7. 5 万元15 天0. 8 万元1 个月2 万元© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. ·90

9、·唐山高等专科学校学报第 15 卷快速成型技术在模具工业中的应用3快速成型技术在模具工业中的应用主要体现在以下几个方面:( 1) 快速模具制造: 一些低熔点合金模、硅胶模、金属冷喷模、陶瓷模等, 可以直接用于生 产, 适应产品更新换代快、批量小的特点。( 2) 浇铸模具制造: 在铸造业生产中, 铸造模具、模板、芯盒、压蜡模、压铸模的制造常常采 用机加工的方法, 有时还需要钳工进行修整, 不仅周期长、耗资大, 而且过程复杂、环节多, 略有 失误有时就需要返工。 如果一些复杂铸件像叶片、叶轮、缸盖等, 先用快速成型法制作蜡模, 再 经过涂壳、焙烧、失蜡、加压浇铸、喷砂和必要的机加工, 就

10、可以快速生产出产品。(3) 模具设计和样品验证: 有的模具设计完成后, 很难找出其外观和结构的缺陷。如果先用 快速成型法制成塑料模型, 不仅可以直接看出外观, 而且其结构和产品可以直接得到验证, 发现失误和缺陷可以在计算机上进行修改。(4) 装配和功能验证: 一些塑料产品模具的设计, 可以通过快速成型法制造出样品, 并直接 进行装配验证。一些产品经过设计后还要进行功能验证, 这也可以先用精铸熔模材料借助快速 成型法生产铸熔模, 经过熔模铸造工艺得到铸造毛坯, 再经过必要的机加工, 就可完成成品的 样品和功能验证。参考文献:王振林. 数控加工技术是应用发展现代制造技术的基础 J . 机电产品创新与开发, 2001, (5) : 30- 32.123鞠华, 李剑, 王文, 等. 快速原型制造与反求工程集成的几个关键技术 J .机械制造, 2001, (6) : 22- 24.机械制造, 2001, (7) : 30- 31.(责任编校: 白丽娟)洪慎章, 曾振鹏. 国内外粉末锻造工艺的应用与展望J .(上接第 87 页)结束语T CA 785 集成触发器有多个触发脉冲输出端 ( 见表 1) , 可根据晶闸管变流电路对触发脉 冲的需要选用不同的脉冲输出。2, 3, 4, 7 脚由于输出电流较小, 故需加