第二章-快速成型制造工艺-V

第六节其它快速成型工艺

快速成型技术作为基于离散／堆积原理的一种崭新的加工方式，自出现以来得到了广泛的关注，对其成型工艺方法的研究一直十分活跃，除了前面介绍的4种快速成型方法比较成熟之外，其它的许多技术也已经实用化，如三维喷涂粘结（ThreeDimensionalPrintingandGluing，3DPG，常被称为3DP）、数码累积成形（DigitalBrickLaying，DBL）、光掩膜法（SolidGroundCuring，SGC，也称立体光刻）、弹道微粒制造(BallisticParticleManufacturing，BPM)、直接壳法（DirectShellProductionCasting，DSPC）、三维焊接（ThreeDimensionalWelding，TDW）、直接烧结技术、全息干涉制造、光束干涉固化等。

模具工程技术研究中心METRCξ2

快速成型制造工艺模具工程技术研究中心METRC１、三维喷涂粘结工艺

三维喷涂粘结快速成型工艺是由美国麻省理工学院开发成功的，它的工作过程类似于喷墨打印机，其工艺原理如右图所示。首先铺粉或铺基底薄层（如纸张），利用喷嘴按指定路径将液态粘结剂喷在预先铺好的粉层或薄层上特定区域，逐层粘结后去除多余底料便得到所需形状制件。也可以直接逐层喷涂陶瓷或其他材料粉浆，硬化后得到所需形状的制件。下图给出的是采用该工艺制作的结构陶瓷制品和注射模具。

三维喷涂粘结工艺原理ξ2

快速成型制造工艺模具工程技术研究中心METRC

三维喷涂粘结工艺的特点三维喷涂/粘结快速原型制造技术在将固态粉末生成三维零件的过程中与传统方法比较具有很多优点：（1）速度快速度快是3DP的最大优点。因为不需要特殊的刀具、夹具、模型和模具，只要有了零件的CAD模型就可以直接制造零件，因此可以快速地制造零件。有资料介绍从计算机模型到零件生产只要15min。（2）适于制造复杂形状的零件3DP技术和其他快速原型技术一样，对零件的复杂性几乎没有限制，只要能提供合适的CAD模型，就可以制造出相应的零件。（3）可用于制造复合材料或非均质材料的零件3DP技术在制造零件过程中可以改变材料，因此可以生产各种不同材料、颜色、机械性能、热性能组合的零件。（4）可适合于制造小批量零件

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三维喷涂粘结制件制作速度和精度三维喷涂粘结工艺的生产速度受粘结剂喷射量的限制。假设生成的零件含有同等体积量的粘结剂和陶瓷粉末，则零件的生产速度是粘结剂喷射量的两倍。典型的喷嘴以1cm3/min的流量喷射粘结剂，若有100个喷嘴，则零件生产速度为200cm3/min。美国麻省理工学院开发了两种形式的喷射系统:点滴式与连续式。这种多喷嘴的点滴式系统的生产速度已达每层仅用5s的时间(每层面积为0.5m×0.5m)，而连续式的则达到每层0.025s的时间。三维喷涂/粘结快速原型的精度由两个方面决定：一是喷涂粘结时生产的零件坯的精度，二是零件坯经后续处理(焙烧)后的精度。在喷涂粘结过程中，喷射粘滴的定位精度，喷射粘滴对粉末的冲击作用以及上层粉末重量对下层零件的压缩作用均会影响零件坯的精度。后续处理(焙烧)时零件产生的收缩和变形甚至微裂纹均会影响最后零件的精度。ξ2

快速成型制造工艺模具工程技术研究中心METRC结构陶瓷制品注射模具经过3DP工艺制作的金属制件ξ2

快速成型制造工艺模具工程技术研究中心METRC2、光掩膜法（SolidGroundCuring，SGC，也称立体光刻）

光掩膜法是以色列的Cubital公司开发出的。同SLA一样，该系统同样利用紫外光来固化光敏树脂，但光源和具体的工艺方法与SLA不一样，曝光是采用光学掩模技术，电子成像系统先在一块特殊玻璃上通过曝光和高压充电过程产生与截面形状一致的静电潜像，并吸附上碳粉形成截面形状的负像，接着以此为”底片”用强紫外灯对涂敷的一层光敏树脂同时进行曝光固化，把多余的树脂吸附走以后，用石蜡填充截面中的空隙部分，接着用铣刀把这个截面修平，在此基础上进行下一个截面的固化。与SLA对比，SGC效率更高，因为SGC的每层固化是瞬间完成的。SGC的工作空间较大，可以一次制作多个零件，也可以制作单件大零件（例如，尺寸可以达到500×350×500mm）。图6-5为SGC工艺制作的一个模型。光掩膜法工艺制作的小车一个模型ξ2

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光掩膜法的工艺原理光掩膜法工艺原理ξ2

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光掩膜法的工艺流程

光掩膜法的工艺原理如图所示。具体工艺步骤如下：（1）零件三维造型，并利用切片软件切片。在每层制作之初，用光敏性树脂均匀喷涂工作平面，如图（a）所示。（2）在每一层，