【導讀】它的核心技術(shù)是計算機技術(shù)和材料技術(shù)?？焖俪尚图夹g(shù)摒棄了傳統(tǒng)的機械加。將材料堆積而形成零件的。用這種方法成型，無需進行費時、耗資的模具或?qū)Ｓ霉ぞ叩脑O(shè)。計和機械加工，極大地提高了生產(chǎn)效率和制造柔性。技術(shù)帶來了革命性的飛躍式發(fā)展?；赗P原理的快速制造技術(shù)經(jīng)十幾年的發(fā)展，在創(chuàng)新。設(shè)計、反求工程、快速制模各方面都有了長足的進步。RP技術(shù)的應用可大大加快產(chǎn)品開發(fā)。速度，縮短制造周期，降低開發(fā)成本?，F(xiàn)代市場競爭的特點是多品種、小批量、短周期，快速成形技術(shù)最早產(chǎn)生于二十世紀70年代末到80年代初，美國3M公司的AlanJ.Hebert、日本的小玉秀男、美國UVP公司的CharlesW.Hull和日本。CharlesW.Hull在UVP的繼續(xù)支持下，完成了一個能自動建造零件的稱之為。同年，CharlesW.Hull和UVP的股東們一起建立了3DSystem公。SLA、LOM、SLS和FDM四種技術(shù)，目前仍然是RP技術(shù)的主流。法中，SLA法最成熟，也是市場的最大占有者。成砂型鑄造用的模板，尺寸精度達到±。型，再用上述各種方法直接鑄造出金屬模具。

　　

【正文】 ng Process）的研究，并申請了美國專利。另外，近些年有些研究者將快速成型技術(shù)（ RP）和冷凍鑄造技術(shù)結(jié)合起來，形成了快速冷凍工藝（ Rapid Freeze Prototyping）并取得了一定的進展，具有代表性的是美國的密蘇里大學和中國的清華大學，他們都分別設(shè)計了自己的 RFP 系統(tǒng)并利用該系統(tǒng)對相關(guān)的工藝參數(shù)進行了研究。 RFP 工藝原理 冰模的制作 無論是熔模鑄造還是陶瓷型鑄造，必須首先制作與鑄件外形和尺寸相對應的冰模。制作冰模有兩種方法，一是利用模具制作冰模（類似臘模熔模鑄造中的壓型），另一種是利用快速冷凍原型技術(shù)（ RFP）。 （ 1）用模具制作冰模 冰模對模具的要求和臘模對壓型的要求不同，水具有良好的流動能力，粘度低。所以冰模用模具必 須具有良好的密封性（水不能從結(jié)構(gòu)連接處滲漏），另外，水在凝固時發(fā)生膨脹，如果模具不具備一定的容讓性，冰?？赡茉谂蛎洃Φ淖饔孟掳l(fā)生破裂。因此，冰模用模具的型腔部分要用具有一定彈性的軟模材料。在制作軟模前，必須先要制造與鑄件形狀、尺寸完全對應的原型，其材料可以是金屬、木材、塑料等。母模可以機械加工或快速成形的方法制作。然后利用原型制作軟陰模，陰模的材料一般為硅橡膠、尿烷聚硫化物等，將具有一定流動性的材料澆入帶有原型的成形框中，經(jīng)過一段時間的固化后就形成陰模。然后將陰模夾持緊，再把水注入模中冷凍就可形成冰模。這 種制作模具的方法比制作臘模用壓型要簡單（盡管需要先做原型）。 （ 2） RFP（快速冷凍原型） 制模 用 RFP 技術(shù)制作冰模的工藝流程與 FDM（熔絲沉積）類似，只是成形材料為水，并且要在冷凍環(huán)境下成形。首先在計算機中用 RFP 成形機可接受的軟件系統(tǒng)對冰模進行三維造型，然后用切片軟件將三維圖形離散成二維圖形，根據(jù)成型件的二維幾何模型的層片信息，在計算機精確控制下用特種噴頭噴射出水滴，再在冷凍狀態(tài)下逐層堆積得到冰模。 RFP 系統(tǒng)包括運動系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和低溫成形室。由于水是一種粘度低、流動性好的液體，為得到尺寸精度 高、表面光潔的冰模，噴頭必須能夠噴射出足夠細微的水滴。所以噴頭的設(shè)計是冰成形的一個關(guān)鍵技術(shù)，噴嘴的直徑及壓力決定液滴的大小，噴頭運動速度決定冰層厚度。影響成形質(zhì)量的工藝參數(shù)包括： 1）噴射流量 /掃描速度， 2）成形材料， 3）噴頭與成形面間的距離， 4）成形環(huán)境溫度， 5）設(shè)備及控制系統(tǒng)精度。 造型或制殼材料 冷凍冰?？梢杂糜谔沾尚秃腿勰ｈT造。相對于傳統(tǒng)的陶瓷型和熔模鑄造工藝，用冷凍冰模翻制鑄型的主要區(qū)別體現(xiàn)在一些工序必須在低溫環(huán)境中進行。造型材料必須為適應低溫環(huán)境作出相應調(diào)整或重新選擇。目前 ，較多的研究集中在熔模鑄造中。以下以冷凍鑄造工藝用于熔模鑄造為例。 粘結(jié)劑 粘結(jié)劑與陶瓷粉末混合形成陶瓷漿料，使陶瓷漿料固化后具有足夠強度。用于低溫條件下熔模鑄造的粘結(jié)劑在零度以下必須不被凍結(jié)而且有良好的流動性。另外，粘結(jié)劑不能在與冰模接觸時，與冰和水相互作用，相互滲透，制作的型殼必須具有好的表面光潔度和尺寸精度并且強度足夠高。有三種可供選擇的粘結(jié)劑：水玻璃、硅溶膠、硅酸乙酯。顯然，水玻璃和硅溶膠都不能滿足低溫環(huán)境的要求。只有硅酸乙酯能夠滿足作為熔模型殼粘結(jié)劑的要求。 硅酸乙酯一般由四 氯甲硅烷和乙醇直接反應制取，反應中鹽酸作為副產(chǎn)品。反應式如下： H C lSiOHCOHHCS iC l 4)(4 52524 ??? 硅酸乙酯自身沒有粘結(jié)能力 ,必須與水經(jīng)過水解反應，產(chǎn)生一種具有粘結(jié)作用的硅酸溶膠。參與水解的水量必須足夠才能生成硅酸和乙醇，即硅酸在乙醇中的溶液。否則，會生成一種不完全水解產(chǎn)物 — 有機硅聚合物（（ C2H5O） 3SiOH），這種水解液制造的型殼容易產(chǎn)生缺陷。不同聚合形式的硅酸乙酯水解時需水量不同，關(guān)于水解反應需水量的計算可參閱文獻 [7]。 催化劑 硅酸乙酯水解后生成硅酸溶膠水解液，如不加任 何調(diào)整只與耐火粉料混合，其膠凝過程往往需要幾天或更長的時間，因此要加入催化劑縮短膠凝時間。陶瓷漿料的膠凝時間取決于溫度、水解液的成分及 PH 值，許多研究在這方面已取得共識。 研究表明，膠凝時間極大地影響型殼或鑄型的質(zhì)量及制作成本。膠凝時間過長，惡化型殼或鑄型的表面質(zhì)量，但膠凝時間過短可導致漿料完全涂刷以前就開始硬化并引起強度下降。因此選擇陶瓷漿料的成分、確定催化劑的加入量都必須保證一個適中的膠凝速度。 由于當 PH 值在 或小于 1 時膠凝時間較短，所以酸性和堿性材料都可以作為催化劑。有關(guān)實驗中常用的酸性 催化劑有 H2SO HCl、 H3PO4，而常用的堿性催化劑有 NaOH、Ca（ OH） MgO、 CaO、 Mg（ OH） 2 以及各種有機胺。研究表明，應用有機催化劑，型殼的強度和表面光潔度優(yōu)于無機催化劑。因為，無機催化劑在陶瓷型殼焙燒后依然殘留在型殼中，這導致型殼高溫性能的惡化，并導致裂紋和氣泡的產(chǎn)生。 分模劑 陶瓷漿料中的硅酸乙酯在膠凝過程中產(chǎn)生的水包裹在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，水和乙醇與冰模表面相互作用，同時，水解過程是放熱反應，能夠促使冰模表面熔化，使型殼無法滿意地復制冰模的形狀，影響鑄件精度和表面質(zhì)量。 為解決此類問題，須在冰模表面上均勻地涂刷分模劑。分模劑應滿足以下要求： （ 1）與水和乙醇不溶、不發(fā)生反應； （ 2）不引起冰模熔化， （ 3）具有良好的低溫涂覆性能， （ 4）無毒、無污染、來源豐富。 有人采用硅油 /煤油（ 1： 1），經(jīng)低溫冷凍后均勻涂覆在冰模上取得了良好的效果 [6]，也有人經(jīng)過試驗比較后認為十八烷的效果更好。 RFP 在鑄造生產(chǎn)中的應用 和優(yōu)勢 冰?？梢猿晒Φ靥娲灸Ｓ糜谏靶丸T造，特別是當鑄件非常復雜的時候。冰模的優(yōu)勢在于容易脫模、幾乎沒有形狀限制、比木模砂型鑄造有更好的力學性能及表 面光潔度。 RFP 在鑄造行業(yè)中最有前景的應用可能還在熔模鑄造。用冰?？梢源?zhèn)鹘y(tǒng)的蠟模以熔模鑄造的方式鑄造金屬零件。這種工藝可避免用傳統(tǒng)蠟模熔模鑄造所產(chǎn)生的問題和技術(shù)難度。例如，蠟模膨脹、陶瓷型殼開裂、對操作技能要求高等。美國的 DURAMAX 公司最近開發(fā)了一種用冰模（以陰模翻制）替代蠟模進行熔模鑄造的冷凍鑄造工藝技術(shù)，與其它具有競爭力的鑄造方法相比，這種工藝顯現(xiàn)出許多優(yōu)勢，包括成本低、質(zhì)量高、表面光潔、不產(chǎn)生型殼碎裂、操作容易和生產(chǎn)周期短。另外，沒有傳統(tǒng)熔模鑄造中脫蠟產(chǎn)生的煙霧和氣味，沒有需要處理的污染蒸壓 水。應用快速冷凍原型工藝，可使直接從 CAD 模型中短時間內(nèi)制作高精度冰模成為可能。將快速冷凍原型工藝和冷凍鑄造工藝結(jié)合起來，將會是一種在低成本下高質(zhì)量生產(chǎn)中大型鑄件的好方法。表 21 為幾種鑄造方法的比較 表 21 幾種鑄造方法的比較 鑄造方法 砂型鑄造 熔模鑄造 消失模鑄造 冷凍鑄造 線尺寸誤差 in/10in 無數(shù)據(jù) 表面精度（ RMS） 300700 125 125 90 鑄造缺陷（ 110， 10 最差） 10 5 6 2 感謝您的閱讀