快速成形技术作业4

快速成形技术

1．RP&M技术的特点有哪些?为什么说它有较强的适应力和生命力? 答：特点：(1)高度柔性，可以制造任意复杂形状的三维实体。

(2)可以制成几何形状任意复杂的零件，而不受传统机械加工方法中刀具无法达到某些型面的限制。

(3)不需要传统的刀具或工装等生产准备工作。任意复杂零件加工只需在一台设备上完成，因而大大缩短了新产品的开发成本和周期，其加工效率亦远胜于数控加工。 (4)设备购置投资低于数控机床(如CNC加工中心)。

(5)曲面制造过程中，CAD数据的转化(分层)可百分之百地全自动完成，而不需像数控切削加工中要高级工程人员进行复杂的人工辅助劳动才能转化为完全的工艺数控代码。 (6)无需人员干预或较少干预，是一种自动化的成形过程。

(7)成形全过程的快速性，能适应现代激烈的市场竞争对产品更新换代的需求。

(8)技术的高度集成性，既是现代科学技术发展的必然产物，也是对现代科学技术发展的综合应用，带有鲜明的高新技术特征。

RP&M系统综合了CAD、数控技术、激光技术及材料科学技术等多种机械电子技术及材料技术，是高科技技术的有机综合和交叉应用，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想物化为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而可以对产品设计进行快速评价、修改及功能试验，有效地缩短了产品的研发周期，因此可以说它有较强的适应力和生命力。

2．请举例说明在测绘制造中如何使用RP技术，采用何种工程原理可使测绘制造速度最快，效果最好? 答：（1）快速检测及三维CAD重构技术提供了由实物直接获得CAD模型的途径，即首先得到所要测绘制造零件的CAD模型，然后通过快速成形技术，如立体光固化、分层实体制造、选择性激光烧结、熔融沉积成形、三维打印等技术制造零件。

（2）获得CAD模型可采用快速反求工程的原理得到，根据不同类型、不同精度要求的零件有三种常用方法：①CMM(三坐标测量仪)方法，此方法检测精度高，但速度较慢，有时还必须事先知道曲面形状，以编制CNC检测程序；②激光扫描法，它采用光刀法或振镜法实现每个截面的扫描，用CCD传感器摄像，获得密集的数据，这种方法精度稍差，达0.05mm，同时有光学死点，无法扫描零件的内表面；③层切法。这是RP生长成形的逆过程。它用充填剂将零件内外封装起来，用铣刀一层层铣出截面来。CCD摄像获得截层数据，精度可达到0.02mm，可以满足工程精度要求。有了测量数据，还需要三维重构软件来建立CAD模型。三维重构软件的功能是精化测量数据，找出曲面的交界点及特征点，使数据与CAD软件合理匹配。最后通过调用CAD软件，自动获得CAD模型。

3．RP技术与传统的切削成形、受迫成形有何不同之处?

答：RP技术原理是基于逐层制造即逐层累加或逐层减去的过程。所谓逐层累加法，是随着制作过程的进行，形成一层新的材料，同时将形成的新材料层附着在前一层上。而逐层减去法，则是在一开始时便将整层首先粘着在上一层中，然后切除非零件部分。不管是逐层累加法还是逐层减去法，它们都是逐层制造的。而切削成形是在毛坯的基础进行减材加工，获得所需的零件形状，毛坯尺寸大于零件尺寸；受迫成形是通过外力，使处于可改变形状状态时的坯料变成我们所需的形状，即切削成形和受迫成形不是基于逐层制造的，而是基于整体制造的。

4．SLA技术是基于什么原理工作的，其制造精度如何，制造时是否需要支撑?

答：SLA技术是基于液态光敏树脂的光固化原理工作的。这种液态材料在一定波长和强度的紫外光(如λ＝325nm)的照射下能迅速发生光反应，分子量急剧增大，材料也就从液态转变成固态。

SLA方法是目前应用最广泛、研究最深入，零件精度可达0.1mm，制造时需要支撑。

5．请叙述LOM技术的工作原理，该方法在诸多RP方法中是否先进?

答：LOM工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等，工作原理如图所示。片材一面事先涂覆上一层热熔胶。加工时，热压辊热压片材，使之与下面已成形的工件粘接；用CO2激光器在刚粘接的新层上切割出零件截面轮廓和工件外框，并在截面轮廓与外框之间多余的区域内切割出上下对齐的网格；激光切割完成后，工作台（升降台）带动已成形的工件下降，与带状片材(料带)分离；供料机构转动收料轴和供料轴，带动料带移动，使新层移到加工区域；工作台上升到加工平面；热压辊热压，工件的层数增加一层，高度增加一个料厚；再在新层上切割截面轮廓。如此反复直至零件的所有截面粘接、切割完，得到分层制造的实体零件。

LOM工艺只须在片材上切割出零件截面的轮廓，而不用扫描整个截面。因此成形厚壁零件的速度较快，易于制造大型零件。工艺过程中不存在材料相变，因此不易引起翘曲变形，零件的精度较高(公差小于0．15mm)。工件外框与截面轮廓之间的多余材料在加工中起到了支撑作用，所以LOM工艺无需加支撑。是一种较先进的RP技术。

6．SLS是利用什么材料成形的，在制作中是否需要支撑？

答：SLS工艺是利用粉末状材料成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部分连接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，继续选择性烧结下一层截面。

SLS工艺无需加支撑，因为没有烧结的粉末起到了支撑的作用。

7．FDM是利用什么方法成形的，为何直接用于熔模铸造？

答：FDM的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、尼龙等，以丝状供料。材料在喷头内被加热熔化。喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出；材料迅速凝固，并与周围的材料凝结。

FDM工艺不用激光器件，因此使用、维护简单，成本较低。用蜡成形的零件原型，可

以直接用于熔模铸造。

8．3D-P与SLS技术的异同点是什么，为何说它是三维印刷？

答：3D-P工艺与SLS工艺类似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末、金属粉末。所不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来的，而是通过喷头用粘接剂(如硅胶)将零件的截面“印刷”在材料粉末上面(如图4-6所示)。用粘接剂粘接的零件强度较低，还须后处理。先烧掉粘接剂，然后在高温下渗入金属，使零件致密化，提高强度。

由于3D-P工艺最终获得的是一个三维立体的零件，所以称为三维印刷。

9．为什么说SDM是去除加工与分层堆积加工相结合的新型RP工艺？

答：SDM是通过将喷头喷出的熔化材料沉积到成形表面上后冷却凝固，采用点点堆积获得层面，然后利用五轴数控加工设备精确地加工新获得的层面(包括轮廓形状和层面厚度)并进行喷丸去应力处理，使其具有较高的精度和较小的内应力，它可成形材料包括金属和各种塑料。由于这种方法是将分层堆积制造与超精密去除加工相结合的新工艺。