快速成型读书报告
2020-03-02 09:55:39 来源：范文大全收藏下载本文
《快速成型》读书报告
摘要
本文简单介绍了多个先进制造系统的特点及快速成型制造技术产生的背景系统地说明了快速成型制造技术的工作原理列举了多种主要的快速成型制造工艺方法分析了国内外研究和开发的现状并就快速成型制造技术中重要研究应用方向――快速模具制造的方法进行了说明还着重说明了快速成型制造技术体系的关键单元技术及其应用中所存在的问题详细介绍了快速成型制造技术在医学领域的最新应用并预计医学领域将成为快速成型制造技术的一个重要应用领域最后说明了快速成形制造技术的发展趋势通过上述的介绍说明我们对快速成型制造技术有了系统的了解可知由多种工程学科集成的快速成型制造技术还有很大的研究空间必将进一步地发展拥有更为广泛的应用领域
前言
快速成型制造技术（RPT），它是20世纪80年代末出现的成型方式，是先进制造技术的重要组成部分。目前，产业策略是以市场响应速度为首的状况，RPT可以缩短产品开发周期，降低开发成本，提高企业的竞争力，带来巨大的经济效益，因而越来越引起人们的重视，成为机械制造领域中的一重要研究课题
正文
一.快速成型制造技术原理
快速成型制造(Rapid Prototyping ManufacturingRPM) 材料堆积法(Material Increase Manufacturing)是根据零件的三维模型数据迅速而精确地制造出该零CAD 技术数控技术激光加工新材料科学以及机械电子工程等多学科多技术为一体的新技术快速成型制造技术原理的基本构思是任何三维零件都可以看作是许多等厚度的二维平面轮廓沿某一坐标方向叠加而成因此依据计算机上构成的产品三维设计模型可先将CAD系统内的三维模型切分成一系列平面几何信息即对其进行分层切片得到各层截面的轮廓按照这些轮廓激光束选择性地切割一层层的纸(或固化一层层的液态树脂烧结一层层的粉末材料)或喷射源选择性地喷射一层层的粘接剂或热熔材料等形成各截面轮廓并逐步叠加成三维产品
二.快速成型制造技术的主要工艺方法
随着新型材料特别是能直接快速成型的高性能材料的研制和应用产生了越来越多的更为先进的快速成型工艺技术目前快速成型已发展了十几种工艺方法其中较成熟和典型的工艺有 1)液态光敏树脂选择性固化(Stereo Lithography Apparatus,简称SLA) 液态光敏树脂选择性固化是最早出现的一种快速成型技术快速成型机上有一个盛满液态光敏树脂的液槽这种液态树脂在紫外线的照射下会快速固化成型开始时可升降工作台处于液面下一个截面厚度的高度聚焦后的紫外激光束在计算机的控制下按截面轮廓的要求沿液面进行扫描使扫描区域固化得到该截面轮廓然后工作台下降一层高度其上覆盖另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结在前一层上如此重复直到整个产品成型完毕
2)薄型材料选择性切割(Laminated Object Manufacturing,简称LOM) 这种方法根据三维模型每个截面的轮廓线在计算机的控制下用CO2激光束对薄型材料(如底面涂胶的卷状纸)进行切割逐步得到各层轮廓并将其粘结在一起形成三维产品 3)粉末材料选择性烧结(Selected Laser Sintering,简称SLS) 它采用CO2激光器和粉末状材料(如塑料粉陶瓷和粘结剂的混合粉金属与粘结剂的混合粉)成型时先在工作台上铺一层粉末材料然后激光束在计算机的控制下按照截面轮廓的信息对制件的实心部分所在的粉末进行烧结逐步得到各层轮廓一层成型完成后工作台下降一截面层的高度再进行下一层的烧结如些循环最终形成三维产品 4)丝状材料选择性熔覆(Fused Deposition Modeling,简称FDM) 快速成型机的加热喷头在计算机的控制下可根据截面轮廓的信息作x- y平面运动和z方向的运动丝材(如塑料丝)有供丝机送至喷头并在喷头中加热熔化然后被选择性地涂覆在工作台上快速冷却后形成截面轮廓一层成型完成后工作台下降一截面层的高度再进行下一层的涂覆如此循环最终形成三维产品
5)粉末材料选择性粘结(Three-Dimensional Printing,简称3DP) 快速成型机的喷头在计算机的控制下按照截面轮廓的信息在铺好的一层层粉末材料上有选择性地喷射粘结剂使部分粉末粘结形成截面轮廓一层成型完成后工作台下降一截面层的高度再进行下一层的粘结如此循环最终形成三维产品4-9 6)固基光敏液相法(Solid Ground Curing,简称SGC) 固基光敏液相法的一层成型过程有五步添料掩膜紫外光曝光清除未固化的多余液体料向空隙处填充蜡料和磨平掩膜的制造采用了离子成像技术因此同一底片可以重复使用由于过程复杂SGC成型机是所有成型机中最复杂的一种SGC工艺每层的曝光时间和原料量是恒定的因此应尽量排满零件由于多余的原料不能重复使用若一次只加工一个零件会很浪费由于蜡的添加可省去设计支撑结构逐层比逐点曝光要快得多但由于多步骤的影响在加工速度上提高不很明显只有在加工大零件上才体现出优越性 7)热塑性材料选择性喷洒
在计算机控制下喷嘴在X-Y平面上移动喷洒成型用的热塑性材料材料迅速冷却后形成固态截面层每层截面成形后工作台下降一个截面层的高度再进行后一层的喷洒如此循环最终形成三维产品
8)变长线扫描SLS RPT 我国华北工学院发明的变长线扫描SLS RPT是将CO2激光束通过柱面透镜在工作面上形成具有恒定的能量密度的细长线束此线束长度可随x-y二维直线导轨扫描同步变化使之与当前烧结层截面的几何形状相适应这一长度可变而能量密度不变的线状热源对工作台上的粉末材料进行烧结形成由任意曲线围成的片层实体片层叠加形成所需的三维产品 9)高功率激光二极管线阵能量源SLS RPT 这也是我国华北工学院发明的其能量源是高功率激光二极管若干个高功率激光二极管通过光纤耦合后将光线的输出端精密地排列成线阵在此线阵后面设置微透镜阵列使各二极管发出的光束在工作面上形成直径约为0.25mm的光斑多个光斑构成激光线束各个激光器可独立驱动加工效率高 10)选择性电铸
选择性电铸是传统电铸在快速成型技术中的新应用不同于传统的快速成型方法它利用离子沉积的方法有选择地沉积金属离子形成三维零件实体的一个层面一个层面的制造完成后作为阴极的工件下降一定的高度快速成型机软件系统通过数据处理得到新层的数据控制阳极喷头开始新层的沉积如此层层叠加得到金属零件
三．快速成型技术应用现状
近年来,快速成型技术在工业造型、制造、建筑、艺术、医学、航空、航天、考古和影视等领域得到迅速良好的应用。主要包括以下几个方面: 1.设计和功能验证
通过快速成型技术可以快速制作产品的物理模型,以验证设计人员的构思,发现产品设计中存在的问题。而使用传统的方法制作原型意味着从绘图到工装模具设计和制造,一般至少历时数月,经过多次返工和修改。采用快速成型技术则可节省大量时间和费用。同时,使用快速成型技术制作的原型可直接进行装配检验、干涉检查和模拟产品真实工作情况的一些功能试验,如运动分析、应力分析、流体和空气动力学分析等,从而迅速完善产品的结构和性能、相应的工艺及所需工模具的设计。 2.非功能性样品制作
在新产品正式投产之前或按照定单制造时,需要制作产品的展览样品或摄制产品样本照片,采用快速成型是理想的方法运用快速成型技术代替传统手工模型制作能够更加精确、快速、直观、完整地传递产品的信息。更重要的是建立起一种并行结构的设计系统,将设计、结构分析、制造三位一体优化集成于一个系统,使不同分工的人员能及时相互反馈信息,从而缩短开发周期,并保证设计、制造的高质量。 3.在首饰设计
方面提出首饰设计是立体的物质实体性设计,在设计展开的不同阶段,具体创意靠效果图检验不出实体体量关系,必须辅以立体模型对设计方案加以不断检测和修改。运用快速成型技术代替传统手工模型制作能够更加精确、快速、直观、完整地传递产品的信息。更重要的是建立起一种并行结构的设计系统,将设计、结构分析、制造三位一体优化集成于一个系统,使不同分工的人员能及时相互反馈信息,从而缩短开发周期,并保证设计、制造的高质量。 4.快速成型制造技术在医学领域的应用
目前RP主要运用于种植体原型监视系统和很多其他医疗设备原型的制作运用生理数据的原型制作方法中采用了SLALOMSLS和FDM等技术这些模型向那些想不通过开刀就可观看病人骨结构的研究人员种植体设计师和外科医生提供了帮助这些技术在很多专科如颅外科神经外科口腔外科整形外科和头颈外科等得到应用帮助外科医生进行手术规划其中应用最多的是制作种植体其次是改进手术计划具体应用有
(1)采用DICOM文件作为三维建模的输入文件为远程治疗提供了可能同时在计算机上提供可视化的三维模型为临床诊疗和教学提供了可操作的工具为不同层次的医疗人员提供了共同对话的参照物有利于医疗人才的培养
(2)利用医学影像信息快速制造实物模型可作为辅助手术的一种手段例如采用手术模拟方法使外科医生在未进行手术的情况下预先模拟手术过程对可能遇到的问题事先考虑补救方法和预防措施并通过不同手术方案的模拟比较各种方案的优劣找出较好方案使手术快速准确完成
(3)精确物理模型可直接用于器官移植和矫形手术一方面可以原型为模具用传统方法做替代器官或矫形器械另一方面可采用生物活性或生物兼容性材料制成的原型直接植入人体与合金制品相比具有更好的生物兼容性
四．发展趋势
目前国内外快速成型技术研究、开发的重点是其基本理论、新的快速成型方法、新材料开发、模具制作技术、金属零件的直接制造以及生物技术与工程的开发与应用等,同时还要求更快的制造速度、更高的制造精度、更高的可靠性,使RPM设备的安装使用外设化,操作智能化 具体说来,有以下几点: (1)直接成型是快速成型技术重要发展方向。美国Michigan大学的Manzumd采用大功率激光器进行金属熔焊直接成型钢模具;Stanford大学的Prints用逐层累加与五坐标数控加工结合方法,激光将金属直接烧结成型,可获得与数控加工相近的精度
(2)不同制造目标相对独立发展。从制造目标来说快速成型制造主要用于快速概念设计成型制造、快速模具成型制造、快速功能测试成型制造及快速功能零件制造。由于快速概念型制造和快速模具型制造的巨大市场和技术可行性,将来这两个方面将是研究和商品化的重点。由于彼此特点有较大差距,两者将是相对独立发展的态势,快速测试型制造将附属于快速概念型制造
(3)向大型制造与微型制造发展。由于大型模具和微型制造的制造难度和RPM(快速成型制造)在模具制造方面的优势,可以预测,将来的RPM市场将有一定比例为大型和微型原型制造所 占据
五．总结
21世纪将是以知识经济和信息社会为特征的时代,制造业面临信息社会中瞬息万变的市场对小批量多品种产品要求的严峻挑战。作为当今制造行业中急剧潜力的工艺技术,快速性、高度集成化等优点使快速成型技术在推广应用后将明显缩短新产品的上市时间,节约新产品开发费用。但是,快速成型技术仍然是一种处在发展完善过程的高新技术,其技术本身和应用领域尚需进行大量的开发研究。随着人们对快速成型技术研究越来越深入,其将被广泛的应用到生产、生活的各个领域。在未来,作为一门多学科交叉的先进制造技术,快速成型技术将推动相关技术、产业的发展,其与其他技术的结合运用将是制造业发展的趋势
六．参考文献
[1]张昭.CIMS主题的进展及对策.中国机械工程1993(5):4749 [2]国家自然科学基金委员会工程与材料科学部.机械工程科学技术前沿.北京机械工业出版社1996 [3]谭永生王健.快速成型技术进展.激光加工技术1999增刊2124 [4]李春祥彭淑慧谢鹏寿张威张聚礼.快速成型技术原理及应用.甘肃工 业大学学报第26卷第3期2000(9):8992 [5]杨思一尹占民仪垂杰张开旺.快速成型技术研究发展现状及其应用前景.山东工程学院学报2001(15-3)1417 [6]王隆太陆宗仪.当前快速成型技术研究和应用的热点问题.机械设计与制造工程1999(28-3)57 [7]刘爱林.片材叠层制造中若干关键技术的研究[D].武汉:华中理工大学,2000.21 [8]陈学彬.HRPS-I激光烧结系统的研究与实现[D].武汉:华中理工大学,2000.54.[9]仲伟虹.快速原型制造技术及其发展前景[J].宇航材料工艺,1999,(3):23.[10]胡庆夕,周克平,吴愚亮.快速制造技术的发展与应用[J].机电一体化,2003,(5):6 [11]潘东杰,黄列群,沈永华.快速成型———先进的现代制造技术[J].铸造技术,1999(4):
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