基于分層制造和數控加工的復合快速成形技術

姜徐多

【摘要】隨著我國科學技術的發展，使得國內快速成形技術也在不斷進步、不斷得到優化，像如以數控加工與分層制造為基礎所形成的復合快速成形技術，正以積極的態勢蓬勃發展，廣泛運用于制造領域。

【關鍵詞】分層制造；復合快速成形技術；數控加工

雖然分層制造技術和數控加工技術北廣泛用于各行各業，但是仍有很多人對分層制造和數控加工的復合快速成形技術的了解不是很多，接下介紹一下這兩項技術。

一、分層制造技術的介紹

分層制造即分層實體制造，用專業一點的術語來講被稱為薄形材料選擇性切割，簡稱為LOM。該技術誕生于1991年，廣泛運用于工業制造，不斷地被改進、優化，像如日本和美國研制出的三維打印、日本開發的半導體激光器、立體光造型等。

1、LOM的工作原理及步驟

第一步：在計算機控制下，通過三維CAD模型的各個截面的輪廓線作為介質，發出控制激光切割的命令，以便切割頭進行Y與X兩個方向的移動；

第二步：供料機器將地面涂覆陶瓷箔、涂覆紙、塑料箔材、金屬箔等涂有熱溶膠的箔材按一定的順序送至工作臺的上方；

第三步由激光切割系統依照第一步中計算機提取三維CAD模型的橫截面輪廓借助于二氧化碳激光束所映射出的箔材沿輪廓線實施分割工作臺上的紙輪廓線，同時紙的無輪廓區域要被該切割機切割成小碎片；

第四步：一層層紙經過熱壓機構壓緊和粘連在一起，通過可升降工作臺支撐正在成型的工件，并在每層成型之后，降低一個紙厚，以便送進、粘合和切割新的一層紙；

第五步：形成的三維原型零件，被許多小廢料包圍著；

第六步：剔除多余的廢料小塊，最后獲得三維產品。

2、LOM技術的優點缺點

由于科學技術處于不斷更新的狀態，所以任何技術設備都不是一本萬利的，LOM也有它技術的優點和缺點。

2.1 優點

分層制造的成型速度比較快，時常被用于加工一些大型零件，但是這些大型零件的內部結構必須簡單，這樣就不必構建和設計工作臺支撐結構。其中之所以成型快是由于在進行分層制造的時候只借助使激光束沿著物體的輪廓實施切割技術。

2.2 缺點

第一，雖然可以選用合成材料、塑料、陶土以及紙等不同的原材料，但目前被使用最多的只是紙，其他材料尚且還在研究開發中，因此能夠進行實際應用的原材料種類太少；第二，需要建立專門實驗室來降低激光損耗，但是維護費用過于昂貴；第三，不宜制造內部結構復雜的一類零件，是因為在分層制造之后的廢料不太好處理；第四，為防止紙制零件受潮之后變形，必須在零件成型后立即實施防潮漆、樹脂涂覆等防潮手段；第五，加工制造室時常過高的溫度會導致火災發生，因此工作的時候需要安排專職人員做好監察工作。

二、數控加工技術的介紹

在數控機床上進行零件加工所用到的技術之一就是數控加工，也是一種工藝方法。經過控制系統的命令讓刀具做出符合要求的各種運動，主要的表現形式是：字母和數字來形容工件的形狀和大小。總體上說傳統機床加工與當前的數控機床加工工藝規則是一致的，但是局部仍然發生了明顯的改變。像如利用用數字信息體現零件和刀具位移。解決零件品種種類多、批量小、形狀多變復雜、精度高等問題和實現自動化和高效化加工高效辦法之一。

自動編程工與手工編程是數控加工程序編制的主要方法。自動編程也就是所謂的計算機編程，有C語言、程序自動編程方法。手工編程是通過為按數控系統所規定的指令格式編寫的。不管是運用哪種自動編程方法，都需要有相關匹配的軟件和硬件。由此可見，實現與完善數控加工編程是重中之重。但是數控加工在自動編程前需要要做的相關的準備工作，因此該工藝主要包括以下內容：對程序進行必要的修改與校驗；零件方面圖紙的數學分析處理；選擇數控加工的零件；確定數控加工的內容；首件加工樣品與實際問題的處理；數控加工的工藝設計；按程序單制作控制介質；編寫加工程序單；加工工藝文件的定型和歸檔。

三、復合快速成形技術的在現實生活中的運用

復合快速成形技術與科學技術的有機統一，幫助了制造者、用戶與設計者之間提供了可測量、可觸摸一種的新手段。可以快速、精確、直接、自動地將設計思想轉化為有效制造零件的模具。當前，復合快速成形技術已經被廣泛運用于工業造型、醫學、建筑、機械制造（汽車、摩托車）、軍事、航空航天、家電、輕工、影視等。

1、機械制造對復合快速成形技術的運用

之所以復合快速成形技術在機械制造領域得到廣泛的運用，是基于RP技術本身的特點。多用于小批量金屬零件、制造單件的制造，像如單件生產只需小于60件的小批量生產。使用RP技術可以直接使零件定型，這樣做的好處是周期短、成本低。

2、復合快速成形技術在航空領域的應用

在航天領域中，風洞實驗是設計性能比較高級的航天飛機系統的關鍵環節。在這個實驗中精度要求較高、模型形狀復雜、擁有流線型特性，主要根據CAD模型，采用RP技術，經由RP設備通過自動程序完成實體模型，對模型質量做出了有力保證。

3、該技術在模具制造中的運用

金屬直接制模法和間接制模法是當前利用復合快速成形技術快速制造模具有效方法。經常使用的快速制造模型的方法有硬模、橋模和軟模。

3.1 硬模

目前有用SLS、FDM和SLA方法加工出蠟或樹脂模型，借助熔模鑄造的生產金屬零件；再則是利用SLS方法，通過選擇比較適合的造型材料，經過加工出可以供澆鑄的鑄造型腔。通常指的是用復合快速成形技術直接加工金屬模具和用間接方式制造金屬模具。

3.2 橋模

主要采用環氧樹脂模具，在與傳統注塑模具相比，成本只有傳統方法的幾分之一，但尤為減少了它的生產周期。

3.3 軟模

指用SLS、SLA、LOM或FDM等技術制作零件原型，再把它翻成硅橡膠模具，之后向把雙組份的聚氨酯灌注到模具中，固化后就是得到所需的零件。

4、在新產品造型設計過程中的應用

運用RP技術能夠精確、直接、快速把將設計思想轉化為具有一定功能的實物樣品，這不僅降低了開發費用，而且縮短了開發周期，在激烈的市場競爭中使企業占有先機。

結束語：

隨著復合快速成形技術不斷地革新與優化，這項技術被越來越多的企業所運用，也給企業帶來了很大的經濟效益，為此在企業中的地位尤為重要。本文主要從快速成形技術的兩個比較突出的技術，如分層制造技術與數控加工技術為著手點，介紹了二者的工作原理、內容以及優缺點。從而引入在該技術指導下的復合快速成形技術的應用領域。

參考資料：

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[3]熊曉紅，王從軍，韓明，史玉升，黃樹槐.薄材疊層、粉末燒結快速成形技術的應用[J].機電產品開發與創新，2013（01）