【正文】 3） 陶瓷粉末材料：。（圖5） 圖5 粉末原料的燒結激光選區(qū)燒結工藝的原料一般為粉末，可選用的粉末主要有金屬粉，陶瓷粉和塑料粉，分別制造出相應的原型或零件。（3） 制造精度較高依賴于使用的材料種類和粒徑，產品的幾何形狀和復雜程度，這種工藝一般能夠達到全工件范圍內t(~)mm的公差。圖3圖44 SLS的工藝過程及特點 激光選區(qū)燒結（SLS）的工藝特點：（1） 可采用多種材料從原理上說，此方法可采用加熱使黏度降低的任何粉末材料，通過材料或各類含粘結劑的涂層顆粒制造出任何造型，適應不同的需要。而國外大部分公司相反，將鋪粉裝置簡化設計成缸體結構。而后比較得出優(yōu)化方案。后者的送料槽在送料過程中需要有泵體提供壓力，通過管道和送料口直徑來控制流量，從而保證成型缸的鋪粉要求。但從精度，以及可操縱簡易性考慮，前者更容易實現。如圖2。粉末的鋪撒是有一個槽型噴嘴實現的，其導向跟蹤板的輪廓被設計成當噴頭從一邊偏向另一邊是保持噴力的方向始終垂直于工件表面。 圖1 ——送料槽鋪粉 ，燒結固化過程與DTM相同。如此反復至完成。而后，供料缸，成型缸分別重復上述動作。激光束掃過之處粉末被燒結，固化為給定厚度的片層，未燒結的粉末被用來作為支撐。鋪粉滾筒將粉料均勻的鋪在成型缸加工表面上。成型過程開始前，用于紅外線板將粉末材料加熱之恰好低于燒結點的某一溫度。 DTM——分缸鋪粉成型系統(tǒng)的主體結構地在一個封閉的成型室中安裝兩個剛體活塞結構。一種是DTM為代表。即可得到成型件。然后，將上述的離散（切片）數據傳遞到成型機中去。再用一離散（切片）軟件從STL文件離散出一系列給定厚度的有序片層(或者直接從CAD文件直接進行切片)。SLS工作過程主要有兩個過程組成：——離散處理由計算機上建模的CAD三維立體造型零件，或者通過逆向工程得到三維實體圖形文件。2 設計方案題目要求工作內容和要求：成型空間：300x300x300 mm激光頭最大運動速度：100 mm/s激光頭定位精度：177。基于此目的，作者總結吸取了已有的成熟成型機設計，有所比較，有所創(chuàng)新的提出了本設計方案。 本課題設計的目的和主要內容從上面關于RP技術的發(fā)展現狀特別是SLS成型技術的發(fā)展現狀分析發(fā)現，當今SLS技術己經能達到很不錯的強度和精度。例如，華中科技大學開發(fā)出的用于鑄造中沙型的HRPS1型成型機，用于高分子成型的HRPS3型成型機。我國于90年代初期開始進行SLS成型機的研究。RP技術以其不可比擬的優(yōu)勢必將成為在21世紀占重要地位的先進制造技術。將反求工程與快速成型相結合實現快速零件/模具的制造是集成快速成型制造的一個重要應用。目前三維CAD軟件較多且功能強大，但是仍然存在局限性，除了價格太昂貴外，對于復雜的型體如變半徑倒角、倒角交接部分等的型體信息有時不能精確的加以描述，所以更高精度、更廉價CAD造型軟件的開發(fā)也是RP軟件系統(tǒng)研究的一個方向。(3)高性能的RP系統(tǒng)的工藝數控軟件。此外，開發(fā)高性能的RP軟件也是RP技術的一個重點研究方向，這個領域的研究主要集中在開發(fā):(1) CAD文件轉換處理軟件，包括STL文件格式轉換、切割軟件和自適應性分層軟件。這種技術可在一些小型復雜結構器件的一次整體制造中使用，而無需分件加工和裝配，是一個材料與結構一體化的方法，是發(fā)展微機械制造的一條有效途徑。器件中的零件由不同材料組成，分層后的材料信息將在每個層面中體現出來。制作一個多種材料的工件時需要多個噴頭，各噴頭可分別噴出不同的材料。值得一提的是美國卡內基梅倫大學(Carnegie Mellon)(Stanford)(Shape Deposition Manufacturing of Heterogeneous Structures)。而BMP技術公司的個人制模機采用5個噴嘴。幾家美國公司正在推出能力較低但是價格低廉的RP系統(tǒng)，其目標是開發(fā)象復印機、打印機、傳真機一樣操作簡便、快捷、安全、無噪聲的快速成型系統(tǒng)。Clemson大學發(fā)展了一種旋轉的工件建造平臺，可以消除分層建造中的臺階問題。西安交通大學采用改進的二次曝光技術進行SLA原型件的制作，不僅可以減小原型的翹曲變形，而且還消除了傳統(tǒng)二次曝光法的層間錯位缺陷，從而提高了原型的制作精度。例如3D Systems公司推出的SLA7000，其制作速度比SLA5000快8倍， mm，比SLA5000小一半，所以能達到更高的成型精度。例如Stratasys公司開發(fā)的Med Modelers系統(tǒng)，主要用于一些醫(yī)院和醫(yī)學單位。其模具尺寸精度可達250mm誤差為177。Dynamics Tooling公司的PolySteel(復合鋼)技術，可以生產出具有很高表面光潔度和尺寸精度的金屬模具。在1120℃時使熔化的銅在氫氣氣氛中滲入銅顆粒之中，以此工序來制作注塑模。RP的第二類用途是制造用于RapidSteel快速成型材料，為一種在微顆粒外表面裹覆一層很薄聚脂包衣的鋼粉。同時該大學還進行了金屬粉末直接成型的研究，取得了一定的進展。近年來，國內的北京隆源公司、華中科技大學都開發(fā)出了低熔點高分子粉末材料，可用于原型件的制作和替代蠟模進行熔模鑄造。制成的模具可廣泛用于PE, PP, PS, ABS, PC/ABS、玻璃增強的Polypropylene和其它的常用塑料的注塑成型，但是模具的壽命只有100~400件/副，EOS公司開發(fā)的PA320OGF尼龍粉末材料可以獲得高精度和很好的表面光潔度。成型件的表面粗糙度可達到25pm，進行很好的拋光后，粗糙度最低可達12181。該公司最新研制的材料Laser Form ST 100的粉粒直徑為2334um，這有利于成型件的表面處理，同時，也簡化了粘結劑的降解和滲金屬的工藝，制成的注塑模生產了衛(wèi)萬件產品還沒有磨損。SLS材料還應有較窄的“軟化一固化”溫度范圍，若該溫度范圍較大，制件的精度會受影響，此外，還應有良好的廢料清除功能。 基于SLS成型技術的材料SLS材料的來源比較廣泛，:塑料粉(如聚碳酸酷、尼龍等)、蠟粉、金屬粉、表面涂有粘結劑的陶瓷粉、覆膜砂等，它們被加熱到熔點后能熔合，冷卻后迅速固化. SLS材料要有良好的熱固性、一定的導熱性，粉末經激光束燒結后要有足夠的粘結強度，粉末的直徑不宜過大，否則會降低原型的精度。 制件的復雜程度SL A較高，FDM和SLS次之，LOM較低。用輪廓算術平均偏差(Ra)、輪廓最大高度(Rt)和微觀不平度十點高度(Rpm)來度量零件的表面質量：SLA的Ra，Rt, Rpm比其他成型方法都小，其次是LOM，而FDM和SLS最差。RP 中 零 件表面(包括水平面和垂直側面)的完成質量受到以下幾方面因素的影響:成型方法的選擇、成型方向、單層厚度、特征類型、激光掃描器或噴頭系統(tǒng)的精度、所使用的材料等。但同時由于造型機理的原因，FDM支撐材料的選擇更廣泛一些，所以可以選擇更脆且更易移除的材料制造支撐，所以其所獲得的精度有時可能會更高些。對于建造大而平的水平面，SLA和SLS都易于產生翹曲變形，因此當用這兩種工藝進行加工時，必須采取措施以盡量減輕翹曲變形的產生。而LOM由于后處理太過困難，能獲得的尺寸精度最差。對于中等的空心尺寸，FDM和SLS獲得的尺寸精度相對較高些。對于中等實體尺寸，SLA的精度最高，LOM次之，而FDM和SLS較差。由于快速成型技術方法以及成型材料的迅猛發(fā)展，針對特定的零件如何選擇最適合的快速成型系統(tǒng)是近年來快速成型研究的一個重點方面，下面在橫向將幾種主要的RP技術進行比較。 主要快速成型系統(tǒng)的綜述現階段RP技術的基本原理在上世紀90年代初期就得到了基本的完善，這些原理的最主要成果就體現在目前占統(tǒng)治地位的5種快速成型系統(tǒng)上面181191:光固化立體造型(SLA, Stereolithography)，疊層制造(LOM, Laminated Object Manufacturing),激光選區(qū)燒結(SLS, Selective Laser Sintering)、熔絲沉積制造(FDM, Fused Deposition Modeling)以及三維印刷(3DP,Three Dimension Printing).多年來主要是從這些原理出發(fā)，不斷的完善系統(tǒng)性能及成型工藝，而很多其他的RP方法的發(fā)展卻嚴重滯后，有些則被淘汰。到目前為止，RP的成型方法已逾百種，但是其中的大多數都還是處于實驗室階段，并沒有實現真正的商品化。由于無需針對特定零件制定工藝操作規(guī)程，也無需準備專用夾具和工具，RP技術制造一個零件的全過程遠遠短于傳統(tǒng)工藝相應過程，使得RP技術尤其適合于新產品的開發(fā)，顯示了其適合現代科技和社會發(fā)展的快速反應的特征和時代要求。實體自由成型制造(SFF, Solid Free form Fabrication)“實體自由成型制造”表明RP技術無需專用的模腔或夾具，相應不受任何約束。直接CAD制造 (DCM, Direct CAD Manufacturing)“直 接 CA D制造”反映了RP是CAD模型直接驅動，實現了設計與制造一體化，計算機中的CAD模型通過接口軟件直接驅動RP設備，接口軟件完成CAD數據向設備數控指令的轉化和成型過程的工藝規(guī)劃，成型設備則象打印機一樣“打印”零件，完成三維輸出。RP由于采用了離散堆積的加工工藝，CAD和CAM能夠很順利地結合在一起，而RP的工藝規(guī)劃主要作用是對成型過程進行優(yōu)化以提高造型精度、速度和質量，所以RP可容易地實現設計制造一體化。在RP的發(fā)展過程中，不少研究機構和人員都按照自己的理解賦予其不同的稱謂，而這些不同稱謂即反映了RP不同方面的重要特征； 對快速成型技術的全面理解RP 的總體目標是在CAD的直接驅動下，快速完成具有復雜形狀的零件：(1)直接CAD驅動，無需專用的工夾具。RP是機械工程、CAD、數控技術及材料科學等學科的集成，它能將已具電子模型的設計迅速、自動地物化為具有一定結構和功能的原型或零件。它的核心是基于數字化的新型成形技術。它與科學計算可視化和虛擬現實等技術相結合，為設計者、制造者與用戶之間提供了一種可測量、可觸摸的新手段。作者簽名： 日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日目錄1緒論…………………………………………………………………………………… 6………………………………………………… 6 當前主要的RP技術…………………………………………………………… 7 主要快速成型系統(tǒng)的綜述………………………………………………… 7 幾種主要RP技術的比較…………………………………………………… 8 尺寸精度…………………………………………………………………… 8 零件制造時間……………………………………………………………… 9 制件的復雜程度…………………………………………………………… 9 制作成本…………………………………………………………………… 9 基于SLS成型技術的材料…………………………………………………… 9 RP技術的發(fā)展現狀…………………………………………………………… 10 金屬零件的直接制造和模具的快速制造……………………………… 12 RP系統(tǒng)的發(fā)展……………………………………………………………… 13 本課題設計的目的和主要內容…………………………………………… 132 設計方案題目要求…