快速成形技術中材料成形性的研究進展

徐研

摘 要：隨著我國經濟的不斷發展，快速成形技術也得到了較大的發展空間。快速形成技術牽涉到了許多的學科，如電子、機械、光學等學科，本文主要就快速成形技術中，對材料成形性的研究進行簡要的分析。

關鍵詞：快速成形技術；材料成形性；研究

80年代末期，美國率先應用快速形成技術（RP）。由于計算機技術的快速發展，特別是cad技術的廣泛應用，使得人們能夠在設計零件中，直接獲取零件中的三維數據。然后再利用分層切片的軟件，將cad的模型改變成薄截面層，最后通過快速成形的設備將其生成三維實體零件。故此，這被公認為制作技術領域的一次重大發展與突破。

一、RP的起源

在20世界70年代后期，日本的中川威雄運用了分層的技術，從而制造了金屬沖裁模，緊接著美國的的一家公司（3M公司）和其他幾家公司都相繼提出了RP的概念。這成為了RP發展的一個重大突破，隨后有關快速成形的概念以及技術等隨之出現，從而促進了現代科學技術的發展，進而對整個世界的進步有著非常重要的作用。

二、基本原理

（一）立體光刻裝置

立體光刻裝置是由美國一家公司最早推出的產品，其工作流程主要是先用CAD系統對零件進行三維造型設計，然后通過專門的切片軟件將這個cad模型進行分層處理，將其變成很薄的橫截面，接著用CAM軟件來控制萬向反射鏡，按照截面的形狀進行表面掃描，進而使得光敏樹脂變成固化狀態，從而形成整個實體零件，接著用升降臺將零件托出液面，然后再沖洗掉零件表面上的殘留液體，對其進行烘干，這樣就可以產生產品零件。

（二）激光選區燒結

激光選區燒結（SLS）是通過激光束流的方法對所產生的粉末進行加熱，使之達到燒結的溫度，最后就使得三維立體零件逐漸成形的方法。這種生產流程較之立體印刷相近，首先在工作臺上進行操作，燒結一層底層，然后操作工作臺分步下降，將粉末材料灑在底層的材料上，接著用滾筒將灑在底層的粉末滾平，繼而壓實，粉末材料的厚度與CAD中的切邊厚度相互對應，通過激光掃描的方式來使得加熱的粉末進行彼此的燒結。而沒有被掃描的粉末仍舊存在，直到整個零件被燒結而出。

（三）分層實體制造

分層實體制造（LOM）是以CAD模型為基礎，通過對切片的信息對箔材進行切割，并且將每一層箔材粘接成一個零件，一個三維實體零件[2]。其工作流程首先是運用激光裝置來進行切割，將箔材切成一個二維輪廓，隨著工作臺下降到一定的高度，通常是一個切片的高度，然后鋪上箔材并用熱壓的方法使它們粘接在箔材上，激光再次切割，如此往復，直到整個零件的完成。

（四）熔融沉積成形

熔融沉積成形（FDM）是通過一種專利噴嘴，用液化器在計算機的控制下，使得材料逐漸的堆積在一起，每一層就仿佛一個切片，從底層自下而上生成零件的方法。

（五）三維打印

三維打印（3DP）與噴墨打印的工作原理相似，即用噴嘴在粉層噴灑液態粘接劑，然后繼續鋪粉并噴粘接劑，這樣得到的三維形狀后，繼而采取高溫燒結的方式，使它變成固化狀態，進而得到材料。

三、材料的研究

當今發展最快的材料成形技術是RP&M技術，幾乎是每年就會發展一種新的技術，目前已經有十幾種工藝技術。

立體光刻裝置技術中較為常用原材料光敏樹脂，其開發時的收縮系數較小、所以在當今世界成為一種發展趨勢。而激光選區燒結技術最常用的材料有塑料、陶瓷、蠟等。分層實體制造技術的原材料有紙、塑料薄膜等，熔融沉積成形的材料是線材，三維打印技術的材料有陶瓷、塑料的粉體[3]。

四、材料的成形性研究

（一）成形的機理

快速成形有著不同的方法，而每種方法又有各自獨特的特點，并且材料的選用和形式也大不相同，所以導致了材料的成形機理也有著不同的特征。

在SLA的工藝生產流程中，樹脂材料的成形是通過線掃描的方式，進而導致其逐層固化，各個部位之間的結合會影響整體材料的性能，此外，FDM工藝生產流程中，成形材料經過了從固態到液態的歷程，出了噴嘴之后又會凝固成固相的形態。

（二）材料的成形性

在快速成形過程中，成形性就是材料適于加工難易程度并且能夠從其中獲得較為優質的性能的零件[4]。故此，材料的成形性與本質有著密切的關系，而且與成形方法的結構形式有著緊密的聯系。成形材料的本質包含著各個方面，如材料的化學成分，還有材料的物理性質以及材料的使用狀態等等。目前無論是在我國還是世界來看，都非常需要加強對這項技術的研究，與此同時，也非常迫切的需要成形的材料得到開發，使其能夠商品化，進而走進社會各個領域，以此來滿足工業化的需求，進而提升我們人們的日常生活水平。

（三）材料成形性的應用

把先進的材料用于這個快速成形的研究是當前世界科學領域的一大課題，目前先進復合材料是研究最多的，這對復合材料的研究以及金屬化合物的研究有著非常重要的影響，此外，其優點是能夠根據具體所達到的功能和經濟要求來進行設計。

五、結語

快速成形技術是新型發展起來的先進技術，在各個行業的應用還沒有達到太過廣泛的范圍，然而隨著現代計算機技術的高速發展、激光技術等學科也得到了一定程度上的提高，那么在科學領域中更大范圍的應用這個技術已經不遠了。所以我們要了解快速形成的技術，這對材料科學問題具有非常重要的意義，隨著這項研究的深入發展，必然能夠促使快速成形技術的不斷發展，進而走入工業化的進程，與此同時新材料的研究又會促進科學技術的不斷提升，進而為新材料的廣泛應用打好了堅實的基礎。

參考文獻：

[1]沈以赴，陳文華，趙劍峰，余承業，譚永生，劉方軍.快速成形技術中材料成形性的研究進展[J].材料科學與工程，2001，04：90-96.

[2]馬永輝，劉亞娟，徐晉勇，籃毓勝.淺析快速原型制造技術的材料成形性[J].裝備制造技術，2010，01：153-156.

[3]張安峰，李滌塵，盧秉恒.激光直接金屬快速成形技術的研究進展[J].兵器材料科學與工程，2007，05：68-73.

[4]袁祁剛，楊繼全.快速成形技術的新進展[J].金屬成形工藝，2003，05：12-14+25.