快速成型技術方法研究

摘要：快速成型技術的發展，使得產品設計、制造的周期大大縮短，提高了產品設計、制造的一次成品率，降低產品開發成本，從而給制造業帶來了根本性的變化。本文就快速成型的方法經行了探討和研究，對比了常見的快速成型方法的優缺點，并對快速成型技術的發展經行了預測。

關鍵詞：快速成型； SLA； LOM； SLS； FDM

前言

快速成型技術是計算機輔助設計及制造技術、逆向工程技術、分層制造技術（SFF）材料去除成形（MPR）或材料增加成形（MAP）技術以及它們的集成。通俗地說，快速成形技術就是利用三維CAD的數據，通過快速成型機，將一層層的材料堆積成實體原型。目前，快速響應市場需求，己成為制造業發展的重要走向。為此，這些年來工業化國家一直在不遺余力地開發先進制造技術，以提高制造工業的發展水平，以便在激烈的全球競爭中占有一席之地。

1.快速成型技術方法

快速成型技術的成型方法多達十余種，目前應用較多的有立體光固化（SLA）、選擇性激光燒結（SLS）、分層實體制造（LOM）、熔積成型（FDM）等。這些工藝方法都是在材料累加成型的原理基礎上，結合材料的物理化學特性和先進的工藝方法而形成的，它與其他學科的發展密切相關。

1.1.立體光固化（SLA）

在當前應用較多的幾種快速成型工藝方法中，光固化成型由于具有成型過程自動化程度高、制作原型表面質量好、尺寸精度高以及能夠實現比較精細的尺寸成型等特點，使之得到最為廣泛的應用。在概念設計的交流、單件小批量精密鑄造、產品模型、快速工模具及直接面向產品的模具等諸多方面廣泛應用于航空、汽車、電器、消費品以及醫療等行業。1 SLA 在航空航天領域的應用在航空航天領域，SLA 模型可直接用于風洞試驗，進行可制造性、可裝配性檢驗。航空航天零件往往是在有限空間內運行的復雜系統，在采用光固化成型技術以后，不但可以基于SLA 原型進行裝配干涉檢查，還可以進行可制造性討論評估，確定最佳的合理制造工藝。

1.2.分層實體制造（LOM）

LOM——Laminated Object Manufacturing（分層實體制造法），LOM又稱層疊法成形，它以片材（如紙片、塑料薄膜或復合材料）為原材料，其成形原理如圖所示，激光切割系統按照計算機提取的橫截面輪廓線數據，將背面涂有熱熔膠的紙用激光切割出工件的內外輪廓。切割完一層后，送料機構將新的一層紙疊加上去，利用熱粘壓裝置將已切割層粘合在一起，然后再進行切割，這樣一層層地切割、粘合，最終成為三維工件。

1.3.選擇性激光燒結（SLS）

SLS工藝稱為選擇性激光燒結，由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的C.R. Dechard于1989年研制成功。SLS工藝是利用粉末狀材料成形的。將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平；用高強度的CO2激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；材料粉末在高強度的激光照射下被燒結在一起，得到零件的截面，并與下面已成形的部分粘接；當一層截面燒結完后，鋪上新的一層材料粉末，選擇地燒結下層截面。 SLS工藝最大的優點在于選材較為廣泛，如尼龍、蠟、ABS、樹脂裹覆砂（覆膜砂）、聚碳酸脂（poly carbonates）、金屬和陶瓷粉末等都可以作為燒結對象。

2.幾種方法的比較

光固化工藝的設備做出的零件其優點是精度較高、表面效果好，零件制作完成后需要少量打磨，將層層的堆積痕跡去除。光固化工藝制作的零件打磨工作量相對其他工藝設備制作的零件的打磨量是最小的；其缺點是強度低無彈性，無法進行裝配。光固化工藝設備的原材料很貴，種類不多。

分層實體成形工藝的設備優點：成形精度較高，適合做大型實體件，適合鑄造行業；其缺點：材料品種單一，只有紙材。不適宜做薄壁原型，受濕度影響容易變形，強度差，運行成本較高，材料利用率很低，CO2激光器的使用壽命為1萬小時，也有二次投入采購激光器的需要。零件同樣需要后期打磨，工作量很大。

選擇性激光燒結優點：材料利用率接近95%，造型速度較快，適合鑄造行業；缺點：材料單一，原型強度差，無法裝配，表面質量差，精度低，后處理工藝復雜，樣件變型大。同樣有激光器的損耗問題。國外設備可以做到裝配，表面質量與精度都不錯，材料品種多，但設備與材料價位高，使得運行成本太高。

熔融層積成形設備的優點是運行費用極低，此種工藝的設備無需激光器，省掉二次投入的大量費用；而且原材料的品種多，原材料的更換只需要將絲輪更換既可，操作方便，利于用戶根據不同的零件選擇不同的材料，如耐高溫、可消失模鑄造等。用ABS制造的原型因具有較高強度而在產品設計、測試與評估等方面得到廣泛應用。

3.總結

快速成型技術經過十幾年的發展，設備與材料兩方面都有了長足的進步。目前由于該技術的成本高，加以制件的精度、強度和時久性能還不能滿足用戶的要求，暫時阻礙了快速成型技術的推廣普及。但是，在成型復雜、中空的零件方面，切削機床是不能取代快速成型技術的。這種直接從概念設計迅速轉為產品的設計一生產模式，必然是21世紀中制造技術的主流。隨著技術的進步，快速成型技術還會大踏步地向前發展，并將成為許多設計公司、制造公司、研究機構和教育機構等的基本技術和裝備。

參考文獻：

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作者簡介：尹燦輝 （1992-）男，漢族， 籍貫：湖南省湘潭縣，鄭州大學本科在讀，研究方向：機械工程及自動化。