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在現代化工業生產中，60％～90％的工業產品需要使用模具加工，模具工業已經成為制造業中的一項基礎工業，是技術成果轉化的手段，同時又是高新技術產業的重要領域，在歐美等工業發達國家被成為“點鐵成金”的“磁力工業”。我國模具權威人士稱之為“模具是印鈔機”。可見模具工業在世界各國經濟發展中具有重要的顯著地位。 當前，產品制造業呈現如下發展趨勢：1生產、經營及市場全球化；2用戶需求個性化、多樣化；3產品生命周期短，更新換代加速；4產品技術高科技化；5市場競爭激烈化。據統計，我國新產品的平均開發周期為18個月，產品的生命周期為10.5年。而美國1990年已實現“3個3”，即產品的生命周期為3年，產品的試制周期為3個月，產品的設計周期為3周。因此，制造企業要想在21世紀求得生存和發展，就必須面對這一新的形勢，不斷研究或引進新的技術。 過去，傳統的零件成型方法是采用多種機械加工機床，以及刀具和模具，還要有高水平的技工，成本高，制造周期往往長達幾星期，甚至幾個月，不能適應新產品的更新。為克服上述問題，近幾年來開發成功了快速成型制造技術和相應的快速成型機。它是利用激光等物理方法，向用戶提供物理模型和快速修改設計方案，從而大大減少了新產品開發前期的時間和費用。快速成型技術不受零件幾何形狀的限制，能夠制造出常規加工技術無法實現的復雜幾何形狀零件的建模。它能幫助設計者快速實現設計方案并尋找出原設計方案的不足或疏漏之處，及時修改使之完善，節省了大量的試模時間；同時，它還能使生產銷售與用戶之間的距離縮短，這是因為快速成型技術能及時按用戶的要求建立產品模型，使設計出的產品更直觀更具有可加工性和更能為客戶所接受，從而提升了企業的市場競爭能力。因此，快速成型技術廣泛應用于航空航天、汽車、電子、通訊、醫療、建筑、家電、玩具、家具、日用五金及工藝品制作等眾多領域。 近期發展的快速成型技術主要有：熔融堆積成型、疊層實體成型、光固化立體成型、選擇性激光燒結成型等。 1 新舊兩種成型方法 快速成型（Rapid Prototyping，簡稱RP）是80年代末期出現的一種高新技術。它以增材制造法一次成型復雜的零部件或模具，堪稱制造領域人類思維的一次飛躍，也被稱為自數控技術以來的又一次革命，尤其對模具工業的發展起到了極大的推動作用。快速成型是匯集了計算機輔助設計、計算機輔助制造、計算機數字控制、精密伺服驅動和新材料等諸多工程領域的先進成果，根據計算機上構成的產品三維設計模型，對其進行分層切片，得到各層截面的輪廓。按照這些輪廓，激光束選擇地切割一層層的紙，形成各截面輪廓并逐步疊加成三維產品。解決了傳統加工方法中的許多問題，它的出現代表著生產工程的又一突破。
% s4 w0 B$ E1 ~. P* L 快速成型制造技術徹底擺脫了傳統的“去除”加工方法（部分去除大于工件的毛坯上的材料，而得到工件），采用全新的“增大”加工方法（用一層層的小毛坯逐步疊加成大工件），將復雜的三維加工分解成簡單二維加工的組合。因此，它不必采用傳統的加工機床和工模具，只需傳統加工方法30％～50％的工時和25％～35％的成本，就能直接制造產品樣品或模具。 圖1表示新舊兩種成型方法的流程圖。 file:///C:/DOCUME~1/qwer/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-32113.png 2 常用的四種方法 隨著CAD建模和光、機、電一體化技術的發展，快速成型技術的工藝方法發展很快，已商品化的快速成型系統主要有以下四種。 2.1 熔融堆積成型（Fused Deposition Modeling，FDM） 將CAD模型分為一層層極薄的截面，生成控制熔融堆積成型噴嘴移動軌跡的二維幾何信息。加熱頭把熱熔性材料（ABS、尼龍、石蠟等材料）加熱到臨界半流動狀態，在計算機控制下，噴嘴頭沿CAD確定的二維幾何信息運動軌跡擠出半流動的材料，沉積固化成精確的零件薄層，通過垂直升降系統降下新形成層，進行固化。這樣層層堆積粘結，自下而上形成一個零件的三維實體。 2.2 疊層實體制造（Laminated Object Manufacturing，LOM） 它是將單面涂有熱溶膠的箔材（涂覆紙－涂有粘接劑覆層的紙、涂覆陶瓷箔、金屬箔等）通過熱輥加熱粘接在一起，使激光束在片材平面內沿確定軌跡掃描而形成平面模型。平面模型逐層堆疊在并在滾壓輥的滾壓下粘接逐步形成整體物理模型，去除廢料后即成型。廢料部分切成網絡是為了便于消除。 2.3 立體光固化成型（Stereo Lithography Apparatus，SLA） 它是利用激光束在液態光敏樹脂內沿確定的平面運動軌跡掃描，由點到線到面，使被掃描區的樹脂薄層產生聚合反應，從而形成零件的一個薄層截面。當一層固化完畢，升降工作臺移動一個層片厚度的距離，在原先固化好的樹脂表面再覆蓋一層新的液態樹脂以便進行新一層掃描固化。新固化的一層牢固地粘合在前一層上，如此重復直到整個零件原型制造完畢。 立體光固化成型是第一個投入工業應用的快速成型技術，其特點是精度高、表面質量好、原材料利用率將接近100％，可以制造形狀特別的復雜（如空心零件）、外觀特別精細（如首飾、工藝品等）的零件。 2.4 選擇性激光燒結（Selective Laser Sintering，SLS） 該技術以CO2激光器為能量源，通過紅外激光束使塑料、石蠟、陶瓷和金屬（或復合物）的粉末材料均勻地燒結在加工面上。激光束在計算機的控制下，通過掃描器以一定的速度和能量密度按分層面的二維數據掃描。激光束掃描之處，粉末燒結成一定厚度的實體分層，未掃描的地方仍然保持松散的粉末狀。根據物體截層厚度而升降工作臺，鋪粉滾筒再次將粉末鋪平臺，開始新一層的掃描。如此反復，直至掃描完所有層面。去除多余粉末，經修磨、烘干等處理后獲得零件。表1列出四種快速成型方法的特點及常用材料。 四種快速成型方法的特點及常用材料 file:///C:/DOCUME~1/qwer/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-32580.png 產品創新是我國制造行業可持續發展的基礎，而快速成型技術對新產品的開發速度和質量將起到十分重要作用。快速成型制造開創了一個嶄新的設計、制造概念。它以相對低的成本、高速造型、可修改性強的特點，獨特的工藝過程，為提高產品的設計質量、降低成本、縮短設計及制造周期，為將產品盡快推向市場提供了有效的方法，尤其對于具有復雜形狀的零件則更為有利。快速成型技術給二十一世紀模具制造業領域注入了新的生命力和創造力。 1 H8 A! ` G/ E1 a
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發表于 2012-2-1 08:54:21
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