沈陽第一機(jī)床廠傳統(tǒng)的工業(yè)成形技術(shù)中大部沈陽第一機(jī)床廠分也是遵循這一方法的,如車削、銑削、鉆削、磨削、刨削;另外一些是采用模具進(jìn)行成形,如鑄造、沖壓。而激光快速成形卻是采用一種全新的成形原理——分層加工、迭加成形。對于學(xué)過高等數(shù)學(xué)的人來說,這種原理并不陌生。在定積分的應(yīng)用中,曾講到母線是已知曲線的旋轉(zhuǎn)體體積計(jì)算和平行截面已知的立體體積計(jì)算,兩者都是取厚度為△Xi的截面,近似地看成是扁圓柱體或曲邊柱體,然后加以迭加:
當(dāng)‖△x‖→O時,就分別得到旋轉(zhuǎn)體或平行截面已知立體的體積。
地形地貌是由復(fù)雜曲面構(gòu)成的,但是,只要我們測繪出不同高度的等高線,就可以據(jù)此在平板上切割出大小、形狀各異的曲邊平面(當(dāng)然,板厚與相鄰兩條沈陽第一機(jī)床廠等高線之間的高度差應(yīng)符合地形圖的比例尺),然后再把它們層疊起來,只要等高線取得足夠密,就可以制作成逼真的 地形模型。
目前,按照這種分層加工、迭加成形原理開發(fā)出的激光快速成形機(jī)有很多種,在此擇其主要幾種作一概要的介紹:
1、液態(tài)光敏聚合物選擇性固化(SLA:Strreolithographypparatus立體平板印刷設(shè)備)
1902年美國的一項(xiàng)專利提出了用光敏聚合物制造塑料件的原理,1986年美國的又一項(xiàng)專利提出用激光照射液態(tài)光敏樹脂分層制作三維實(shí)體的快速成形方案,美國3DSYSTEMS公 司據(jù)此于1988年生產(chǎn)出第一臺激光快速成形機(jī)SLA-250。
這種激光快速成形機(jī)所使用的構(gòu)形材料是一種液態(tài)光敏聚合物,在紫外光的照射下會發(fā)生聚合固化反應(yīng),由液態(tài)變成固態(tài),其優(yōu)點(diǎn)是:能直接得到類似塑料沈陽第一機(jī)床廠的樹脂件,且表面粗糙度較小。
其缺點(diǎn)是:
(1)成形過程中的化學(xué)和物理變化使得尺寸精度不易保證,且會發(fā)生蠕變;
(2)須對整個截面進(jìn)行掃描固化,成形時間較長,成形后要進(jìn)一步固化處理;
(3)由于未被激光束照射的部分仍為液態(tài),因此對于懸伸部分要事先設(shè)計(jì)支撐,固化后再去除;
(4)光敏樹脂固化后較脆,易斷裂,可加工性不好,工作溫度不能超過100℃,會吸濕膨脹, 抗腐蝕能力不強(qiáng),且價格昂貴(140-2404 /kg);
(5)產(chǎn)生紫外激光的激光管壽命2000小時左右。
2、薄型材料選擇性切割(LOM:Laminatedbjeetanufacturing分層物體制造)
這種激光快速成形所使用的構(gòu)形材料沈陽第一機(jī)床廠是事先涂有熱熔膠的紙,其成形過程與前面所述的制作地形模型的過程相似,
其優(yōu)點(diǎn)是:
(1)尺寸精度較高;
(2)只須對輪廓線進(jìn)行切割,制作效率高;
(3)無需設(shè)計(jì)支撐;
(4)制成的樣件有類似木質(zhì)制品的硬度,稍作處理后可在200℃以下環(huán)境中使用,可進(jìn)行一定的切削加工;
(5)所用二氧化碳激光器壽命達(dá)20000小時;
(6)構(gòu)形材料價格便宜(8/kg)。
其缺點(diǎn)是:
(1)不能直接制作塑料件;
(2)表面粗糙度較高,工件表面有明顯的臺階紋,成型后要進(jìn)行打磨;
(3)易吸濕膨脹,成形后要盡快表面沈陽第一機(jī)床廠防潮處理;
(4)工件缺少彈性。
3、絲狀材料選擇性熔復(fù)(FDM:Fusedepositionodeling熔積成形)
這種快速成型機(jī)所使用的構(gòu)形材料是絲狀熱塑性材料,其工作原理類似于標(biāo)花蛋糕的制作, 絲狀材料由供絲機(jī)構(gòu)送進(jìn)噴頭,在噴頭中加熱到熔融態(tài),按照截面形狀涂覆在工作臺上,并 快速冷卻固化,一層完成后噴頭上升一個層高,再進(jìn)行下一層的涂覆,其優(yōu)點(diǎn)是:
(1)能直接制作ABS塑料;
(2)尺寸精度較高;
(3)材料利用率高。
其缺點(diǎn)是:
(1)表面粗糙度較高,需后處理;
(2)成形時間較長;
(3)材料昂貴(250-458/kg);
(4)懸臂結(jié)構(gòu)處要設(shè)置支撐,不過新型FDM快速成形機(jī)上設(shè)置了兩個噴頭,一個噴成形材料 ,另一個噴支撐材料,并且支撐材料可以進(jìn)行水溶去除,減小了沈陽第一機(jī)床廠后處理時間。
4、粉末材料選擇性燒結(jié)(SLS:Selectedaserintering選擇性激光燒結(jié))
這種快速成型機(jī)的工作原理與SLA相仿,不過所用成形材料不是液態(tài)的光敏樹脂,而是粉末狀的高分子材料、金屬或陶瓷與粘結(jié)劑的混合物等,粉粒直徑為 50-125靘,成形時先在工作臺上鋪一層粉末材料,并加熱至略低于熔化溫度,然后激光束按照截面形狀進(jìn)行掃描,被掃描的部分材料熔化、粘接成形,不被掃描的粉未材料仍呈粉粒狀作為工件的支撐,一層完成成形后,工作臺下沈陽第一機(jī)床廠降一個層高,再進(jìn)行下一層的鋪料和燒結(jié).其優(yōu)點(diǎn)是:
(1)可直接得到塑料、陶瓷或金屬件,可加工性好;
(2)無需設(shè)計(jì)支撐。
其缺點(diǎn)是:
(1)成形件結(jié)構(gòu)疏松多孔,表面粗糙度較高;
(2)成形效率不高;
(3)得到的塑料、陶瓷或金屬件遠(yuǎn)不如傳統(tǒng)成形方法得到的同類材質(zhì)工件, 需進(jìn)行滲銅等后處理,但在后處理中難于保證制件尺寸精度。
通過對以上四種快速成形機(jī)的介紹,我們可以看出:激光快速成形技術(shù)是多種先進(jìn)制造技術(shù)的集成。
由于不同的快速成形機(jī)具有不同的沈陽第一機(jī)床廠特點(diǎn),因此要根據(jù)不同的使用要求進(jìn)行恰當(dāng)?shù)倪x擇,選擇中要綜合考慮成形件的尺寸大小、成形件的精度要求、成形件的用途、成形件的形狀、以及成形件的材質(zhì)要求等等,還要權(quán)衡制作成本,例如:
大型件、實(shí)體適于用LOM制作;
小型件、薄壁件適于用SLA、FDM、SLS制作;
塑料件可用SLA、FDM直接制作,用LOM則要通過硅膠模、反應(yīng)式注塑翻制;
金屬件可用SLS直接制作,用其它方法則要通過鑄造翻制;
表面粗糙度要求高的可SLA、LOM制作;
使用于較高溫度環(huán)境下沈陽第一機(jī)床廠的可用LOM制作等等。
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