【正文】 成型材料各是什么？ ?？簡(jiǎn)述它們之間的相互關(guān)系。 ※ 一般可以通過(guò)兩種途徑：一是使用高功率C02激光直接燒結(jié)金屬粉，逐層堆積成致密度高的結(jié)構(gòu)件；二是使用中低功率 C02激光燒結(jié)覆膜金屬粉成形，然后通過(guò)高溫?zé)Y(jié)和滲金屬處理獲得致密度高的結(jié)構(gòu)件。 國(guó)內(nèi)的 RPT現(xiàn)狀 ※ 直接使用金屬材料和陶瓷成形產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件，這是全世界 RPT的發(fā)展方向，國(guó)外已經(jīng)從事這方面的研究并取得重大成果。一些大型企業(yè)配備了 RPS，服務(wù)于企業(yè)的生產(chǎn)和新產(chǎn)品開發(fā)。該院開發(fā)的點(diǎn)掃描 SLS設(shè)備，具有光斑尺寸小（直徑 ），加工精度高等特點(diǎn)，技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。 國(guó)內(nèi)的 RPT現(xiàn)狀 ?中北大學(xué)（原華北工學(xué)院）對(duì) SLS的研究取得了重大突破，研制成功線掃描 SLS設(shè)備，提高了成型效率和質(zhì)量。 ?西安交通大學(xué)則在 SLA設(shè)備、工藝和材料的研究方面取得了很大進(jìn)展，也已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化。 ?浙江大學(xué)，主要對(duì)光敏樹脂的成形件能進(jìn)行了許多研究。 ※ 國(guó)外各類 RP設(shè)備和工藝的產(chǎn)業(yè)化情況見(jiàn)表 21 表 21 國(guó)外快速成形系統(tǒng)的制造公司及其特性參數(shù) 表 21 （續(xù)） ※ 國(guó)內(nèi) RPT的研究從 20世紀(jì) 90年代初開始，起步較早，發(fā)展很快，具有代表性的有： ?清華大學(xué)，主要從事基于 LOM和 FDM工藝的設(shè)備、工藝和材料的研究，已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化。 ?日本以東京大學(xué)為首，一批學(xué)術(shù)、研究單位也積極開展了這方面的工作。 ?美國(guó)許多大學(xué)及美國(guó)的海軍都在進(jìn)行這方面的研究。 ?美國(guó) UT(Texas University at Austin)，與 DTM 公司合作 ,主要為 SLS 工藝。 目前MIT 在直接金屬熔化沉積制造中取得了相當(dāng)大的進(jìn)展 。 同時(shí) ， 又為各門學(xué)科的發(fā)展增添了新的研究?jī)?nèi)容。 ※ 電子和信息技術(shù)則使 RPT的 各子 系統(tǒng) 集 成起來(lái) ， 形成協(xié)調(diào)的整體 。 ※ 機(jī)械科學(xué)奠定了 RPT的工藝基礎(chǔ)，確立 RPT的主體框架與應(yīng)用目標(biāo)。因此，檢測(cè)技術(shù)是 RPT的基礎(chǔ)技術(shù)之一。 ※ 在 SLA工藝中，需測(cè)量激光的功率 以確定每層的掃描速度，需要解決樹脂的變形，從而確定補(bǔ)償參數(shù)； 在 LOM工藝中，需要對(duì)高度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量 ，從而保證 Z向精度等等。 RPT與檢測(cè)技術(shù)之間的關(guān)系 ※ RPT是一種自動(dòng)成形的技術(shù)，為了達(dá)到零件的設(shè)計(jì)要求，確保成形質(zhì)量，檢測(cè)技術(shù)是十分必要的。 LOM的紙和膠在切割時(shí)不炭化、紙厚膠薄等方面也遠(yuǎn)不如國(guó)外。 ※ 相比之下國(guó)內(nèi)的 RP材料發(fā)展較慢。因此， RPT的發(fā)展又會(huì)向材料科學(xué)提出新的要求，促進(jìn)材料技術(shù)的發(fā)展。SLS采用各種金屬和非金屬粉末為材料。L0M工藝采用涂有膠梢劑的紙張 。 ※ 數(shù)控技術(shù)是 RPT的前提和基礎(chǔ)，同時(shí) RPT也向數(shù)控技術(shù)提出了新的研究課題，這必將豐富數(shù)控技術(shù)的研究?jī)?nèi)容，并推進(jìn)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。激光功率控制和材料進(jìn)給控制等。 ※ 數(shù)控技術(shù)在 RPT中的應(yīng)用還包括了 對(duì)加工參數(shù)的控制 。例如，掩膜法光造型中， 控制方式 為簡(jiǎn)單的一軸控制；而在 SLA、 LOM、 SLS等工藝中，數(shù)控系統(tǒng)是在“ X— Y平面內(nèi)的二鈾聯(lián)動(dòng)， Z軸只是在X— Y平面內(nèi)加工完畢后有規(guī)律地送進(jìn)。近年來(lái)， He—Cd激光器、氬離子激光器以及中低功率 CO2激光器在 RPT對(duì)激光光斑、波長(zhǎng)、功率控制和輸出模式方面的要求下 ,也得到了發(fā)展。激光技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用是 RPT產(chǎn)生的前提之一，同時(shí)也是 RPT進(jìn)一步發(fā)展的保證。如 SLA， L0M，SLS等工藝。 RPT與激光技術(shù)之間的關(guān)系 ※ 如前所述， RPT主要有兩類方法．一類是基于激光的光固化、切割或熔化的方法；另一類則是非激光直接堆積成形的方法。 ※ 顯然， CAD是實(shí)現(xiàn) RPT的前提，在應(yīng)用上往往是 RPT的瓶頸。 ※ 傳統(tǒng)對(duì)新產(chǎn)品的開發(fā)沿用設(shè)計(jì)一畫圖一模具一零件的技術(shù)路線，由于設(shè)計(jì)結(jié)果不能即刻顯示以供評(píng)價(jià)和修改，往往在產(chǎn)品開發(fā)出來(lái)后才能發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的缺陷或不足，面要彌補(bǔ)這些缺陷或不足，又需要特產(chǎn)品的開發(fā)過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，從而極大地延長(zhǎng)了產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高了開發(fā)的成本。 ?由激光二極管線陣構(gòu)成的SLS RP系統(tǒng)的能量源體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，可成為研究桌面型 SLS RP系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)。 圖 213激光二極管線陣能量源原理圖 ?各個(gè)激光器可以獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，掃描遇到孔或曲線輪廓等不需要燒結(jié)部位時(shí)，對(duì)應(yīng)位置的激光二極管關(guān)閉。 ※ 若干個(gè)二極管通過(guò)光纖藕合后，將光纖輸出端精密地排列成線陣，在此線陣后面設(shè)置微透鏡陣列 (也是線陣 )， 其各元與各光纖輸出端對(duì)準(zhǔn)， 使各激光二極管發(fā)出的光束 在工作面上形成直徑約為 。 SLS RPT ※ 這種線掃格 sLS RPT也是由 中北大學(xué)（原 華北工學(xué)院 ） 發(fā)明并具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù) 。 ※ 本項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成熟，它與 點(diǎn)掃描 SLS RPT相比，具有成形尺寸大，成形效率高 (尤其是對(duì)大型實(shí)心零件 )的優(yōu)點(diǎn)。 ※ 如果片層內(nèi)含有孔洞不需要燒結(jié)，則應(yīng)以此孔的兩個(gè)頂點(diǎn)為基準(zhǔn)進(jìn)行分區(qū)掃描。 圖 212 變長(zhǎng)線掃描 SLS RPT示意圖 ※ 這一 長(zhǎng)度可變 面能量密度不變 的線狀熱源對(duì)工作臺(tái)上的粉末材料進(jìn)行燒結(jié)，形成由任意曲線圍成的片層實(shí)體，片層疊加成為所需要的三維產(chǎn)品。 變長(zhǎng)線掃描 SLS RPT ※ 我國(guó)華北工學(xué)院發(fā)明的變長(zhǎng)線掃描 sLs RPT是一項(xiàng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、世界上首次采用的新穎快速成形方法，其成果包括設(shè)備、工藝方法和燒結(jié)材料 。 ?校平頭跟隨噴射頭的運(yùn)動(dòng)，它將還處于軟狀態(tài)的噴灑層校平，使其在預(yù)定的高度上。 ?噴射頭 12022滴 /秒、直徑為，在計(jì)算機(jī)的控制下做 5軸運(yùn)動(dòng)。 這種系統(tǒng)成形時(shí)采用離散的 細(xì)柱狀支撐結(jié)構(gòu) ，它在成形后易于剔除。 ?由于噴頭的寬度有限，當(dāng)成形件的寬度大于噴頭的寬度時(shí)，噴頭須做 y方向的掃描運(yùn)動(dòng)。 ?在計(jì)算機(jī)的控制下，噴嘴同時(shí)噴灑直徑為 ，并沿“ X”方向做前后掃描運(yùn)動(dòng)。 ?隨后，用一刀具 銑平 它們的上表面，使其控制在預(yù)定的截面高度，每層截面成形之后，工作臺(tái)下降一截面層的高度，再進(jìn)行后一層的噴灑，如此循環(huán)，最終形成三維產(chǎn)品。 ?兩個(gè)噴嘴能根據(jù)截面輪廓的信息，在計(jì)算機(jī)的控制下做“ X—Y”平面運(yùn)動(dòng)，選擇性地分別噴灑熔化的熱塑性材料和蠟。 ?投擲式的熱塑性材料選擇性噴灑快速成形系統(tǒng)(Ballistic Particle Manufacturing BPM)。其系統(tǒng)有很多，以下三種系統(tǒng)闡述其工作原理： ?噴墨式的熱塑性材料選擇性噴灑快速成形系統(tǒng)(Inkjet)。 ? 逐層曝光比逐點(diǎn)曝光要快得多，但由于多步驟的影響，在加工速度上提高不很明顯，只有在加工大零件時(shí)才體現(xiàn)出 SGC的優(yōu)越性。由于多余的原料不能重復(fù)使用，若一次只加工一個(gè)零件會(huì)很浪費(fèi)。 ? 由于過(guò)程復(fù)雜， SGC（ 固基光敏液相法） 成形機(jī)是所有成形機(jī)中最龐大的一種。 圖 28 固基光敏液相法原理圖 加工面； 均勻施加光敏液材料； 掩膜紫外光曝光； 清除未固化原料； 填蠟； 磨平；成形件； 蠟； 零件 ? 掩膜的制造采用了離子成像技術(shù)。粘結(jié)得到的制件要置于加熱爐中，作進(jìn)一步的固化或燒結(jié)，以提高粘結(jié)強(qiáng)度。 ※ 噴頭在計(jì)算機(jī)的控制下，按照截面輪廓的信息，在鋪好的一層粉末材料上，有選擇性地噴射粘結(jié)劑，使部分粉末粘結(jié)，形成截面層。 ※ 由于是填充式掃描，因此成形時(shí)間較長(zhǎng)，為了克服這一缺點(diǎn)，可采用多個(gè)熱噴頭同時(shí)進(jìn)行涂覆，提高成形效率。由于對(duì)支鎮(zhèn)材料的成型精度要求不高，為了提高機(jī)器的掃描速度，要求支撐材料具有很好的流動(dòng)性，相對(duì)而言，對(duì)于粘結(jié)性可以差一些。具有較低的熔融溫度可以使材料在較低的溫度擠出，提高噴頭的使用壽命。目前已開發(fā)出水溶性支撐材料。這種液體必須不能產(chǎn)生污染或有難聞的氣味。由于 FDM工藝的一大優(yōu)點(diǎn)是可以成型任意復(fù)雜程度的零件。所以支撐材料與成型材料的親和性不能太好。 ? (2)與成型材料不浸潤(rùn)，便于后處理。由于支撐材料要與成型材料在支撐面上接觸，所以支撐材料必須能夠承受成型材料的高溫，在此溫度下不產(chǎn)生分解、融化。 FDM成型材料 ? 2．支撐材料 FDM工藝對(duì)支撐材料的要求是能夠承受一定的高溫、與成型 材料不浸潤(rùn)、具有水溶性或酸溶性、具有較低的熔融溫度、 流動(dòng)性要特別好。 FDM成型材料的收縮率對(duì)溫度不能太敏感。由于在擠出時(shí)，噴頭內(nèi)部需要保持一定的壓力才能將材料順利的擠出，絲在擠出后一般會(huì)發(fā)生一定程度的膨脹。液固粘結(jié)是指從噴頭擠出的絲，浸潤(rùn)在上一層已經(jīng)固化的絲上，粘結(jié)在一起，這種方式的粘結(jié)對(duì)材料的粘結(jié)性