快速成型（共12篇）
快速成型 篇1
1. 快速成型技术
1.1 含义
快速成型技术英语名:Rapid Prototyping&Manufacturing, 缩写为RP, 是20世纪80年代末90年代初兴起并迅速发展起来的新的先进制造技术。其特点是可以不需机加工设备或者模具即可快速制造形状极为复杂的工件, 从而在小批量产品生产或新产品试制时节省时间和初始投资。快速成型技术 (RP) 的成型原理是基于离散-叠加原理而实现快速加工原型或零件。快速加工原型和快速加工零件指的的并不是一种东西, 并且其作用也是完全不同的。前者指的是能代表一切性质和功能的实验件, 一般用于新产品的测试, 便于评价, 而且制作的数量也是比较少的。而后者值得是最终产品, 是可以直接利用的。但是快速加工原型和快速加工零件在生产中使用得都比较多, 两者具有不同的作用, 生产商会根据生产的具体要求来选择其中一种, 或者两种一起使用。
快速成型技术 (RP) 的成型过程主要分为以下4步:
第一步:通过计算机的CAD软件, 建立好将要生产的东西的三维模型, 这是最关键的一步, 没有模型什么都做不了, 并且制作的模型一定要完整, 便于接下来的操作。
第二步:在计算机中, 对建立好的模型进行分层切片, 虽然这只是一个模拟过程, 但是还是需要尽可能贴近实际, 要沿同一个方向进行切片, 不能每次的切片方向都不同, 这样不利于生产, 会增加生产过程中不必要的麻烦。
第三步:把在计算机内切出来的每一个薄片的信息传递给快速成型的系统中去, 并控制这个系统把原材料逐层加工, 逐层叠加, 最后形成三维实体。
第四步:再经过一系列的加工处理, 最后就形成实际零件了。
经过20多年的发展, 快速成型技术 (RP) 有较大发展, 应用非常广泛, 尤其在汽车制造, 航天航空, 建筑, 家电, 卫生医疗及娱乐等领域有强大的应用。
1.2 分类
目前基于快速成型技术 (RP) 开发的工艺种类较多, 可以分别按所用材料划分, 成型方法划分等。利用激光或其他光源的成型工艺的成型:立体光造型 (简称SL) , 或光固化快速成型;叠层实体造型 (简称LDM) 选择性激光烧结 (简称SLS) 形状层积技术 (简称SDM) ;利用原材料喷射工艺的成型:熔融层积技术 (简称FDM) ;三维印刷技术 (简称3DP) 其他类型工艺有:树脂热固化成型 (LTP) ;实体掩模成型 (SGC) ;弹射颗粒成型 (BFM) 空间成型 (SF) ;实体薄片成型 (SFP) 。
2. 典型快速成形工艺方法
2.1 立体光刻技术
SLA的工作原理采用紫外激光器为能源, 把设计出来的三维模型进行水平切片。
其中紫外激光器有两种:一种是氦一福激光器, 另一种是氨离子激光器。两种激光器的波长和功率都是不一样的, 可以根据实际情况灵活选择。
在对模型进行切片的过程中, 可以知道被分层的一些信息, 然后计算机会根据这些信息进行接下来的处理, 让激光束进行扫描, 被扫描到的范围中存在液态光敏树脂, 它会变成固体, 形成了薄的固体截面。接着工作台下降一层的高度, 重复上述步骤, 逐层逐层地叠加上去, 直到模型制作完成。
模型制作完成之后, 不是直接利用的, 还需要进行硬化处理, 不然的话, 模型很容易被破坏掉, 硬化之后, 还需要进行打光、电镀、喷漆, 让整个模型看起来更加美观, 之后就可以进行质量检查了, 检验合格之后就可以进行包装、出售了。
2.2 薄材叠层成形技术
薄材叠层成形技术与立体光刻技术存在一些类似的地方, 都有利用到激光, 只不过前者是利用激光对原料纸进行切割和粘合, 后者是利用激光固化液态光敏树脂, 并且两种技术生产出来的产品也是不同的, 前者生成的是零件的模型, 后者生成的是整个的模型。
在制作过程中, 两者也存在共同点, 比如:都是一层一层地叠加, 制作的时候工作台都是需要连续下降的。
下面将具体阐述其制作方法:
第一步, 单面涂有热熔胶的纸通过加压粘结在一起, 等到计算机得到了分层CAD模型的具体数据之后, 就会操控激光器对一层纸进行切割, 并且是将纸切割成将要制成的零件的内外轮廓。
第二步, 接着将新的一层纸再叠加在上面, 重复上述步骤。
在制作过程中, 值得注意的一点是, 虽然工作台会连续下降, 但切割掉的纸片不会随着工作台下降, 需要停留在原处, 起到一个支撑和固化的作用。
这个技术有两个优点:第一个是成形速率高, 可以节省不少时间, 能更快地投入生产, 第二个优点是成本比较低, 及时制作毁了, 也不会损失太多, 并且其质量还是非常好的。
2.3 选区激光粉末烧结技术 (SLS)
SLS利用的是激光束, 原理还是逐层制造。激光束可以有选择地把工作台上粘结的金属粉末或者废金属粉末融化, 等到烧结成型之后, 就形成了一个截面。相同的道理, 再铺上一层粉末, 在此利用激光束进行烧结, 就这样逐层制造, 逐层粘结, 最后制造出三维实体。
SLS的优点就是在于它可以直接烧结粉末, 不需要将粉末融化后再成形, 而是直接成形, 并且这种技术的成形材料范围是非常广泛的, 大部分材料都适合。
2.4 熔融沉积成形技术 (FDM)
这种技术加工的原材料不像SLS是粉末, 而是丝材, 但是这些丝材是要在融化之后再利用的, 融化地点就是在喷头中, 然后才进行进一步的加工。
2.5 三维打印技术 (TDF)
这种技术不依赖激光, 它是通过喷头喷射出液态材料形成三维实体, 当然这种液态材料也是有要求的, 它不能像水一样, 完全没有可塑性, 要求需要具有一定的可塑性, 能够很好地形成实体。这种技术的应用范围还是比较广泛的, 比较常见的就是应用在制作陶瓷上。
3. 快速成形模具制造
模具是一种技术性高的产品, 对于传统的模具制造而言, 制造过程十分复杂, 还要考虑各种各样的影响因素, 而且制造周期也比较长, 中等复杂的模具的制造时间一般不会少于3个月, 可想而知, 对于复杂模具的制作将要花费更长的时间。所以RP技术可谓是应运而生, 对于一些制作量比较少的产品, RP技术发挥的作用非常大, 不管模具的难度如何, 制作速度都是非常快的, 而且质量也是非常不错的。
3.1 直接制造金属模具
制造一些工期比较短, 而且数量也比较少的零件的时候, 最好的方法其实是直接制造模具。
这种方法的操作方法是用选域激光烧结直接制作铸造型壳。具体的步骤是包括两步, 第一步是形成型壳的CAD图形, 第二步是形成型壳。
型壳的CAD图形是在CAD软件中形成的, 经过相应地处理, 一些补充设计, 如浇冒口系统, 最后就得到了。
型壳的出炉是通过SLS烧结形成的, 将里面的粉末清理干净了, 就得到型壳了。
这种方法的优点就是能够保证在几天内完成非常复杂的零部件模具的制造, 而且模具越复杂越能显示其优越性。
3.2 间接制造金属模具
快速成形可用来间接制造模具。间接制模法指制硬模具, 或采用喷涂金属法获得轮廓形状, 或者制作母模复制软模具等。对快速成形制造技术得到的原型表面进行特殊的处理后代替木模, 直接制造石膏型或陶瓷型, 或者由原型经硅橡胶模过渡转换得到石膏型或陶瓷型, 再由石膏型或陶瓷型浇注出金属模具。
4. 快速成型模具制造应用
RP的快速模具制造的方法一般有两大类:一是直接法, 二是间接法。不同的方法使用于不同的情境, 制作工艺也是不尽相同的, 但是制造出来的产品质量确实一样的好。前者体现在选择性激光烧结法上, 这种方法制造出来的模具, 可以使用非常长的时间。但这种方法也是优缺点的, 就是在烧结过程中, 材料可能会发生收缩现象, 这种收缩现象是比较难以控制的, 所以制造出来的模具的精确度不是很高, 需要反复地实验。
间接法是快速制造模具过程中经常使用的方法。因为各种因素的限制, 生产出来的模具是不能完全代替最终的成品的, 需要经过市场检验, 检验合格之后, 是需要用实际材料进行制造的。
软质模具因其所使用的软质材料 (如硅橡胶、环氧树脂等) 有别于传统的钢质材料而得名, 由于其制造成本低和制作周期短, 因而在新产品开发过程中作为产品功能检测和投入市场试运行, 以及国防、航空等领域单件、小批量产品的生产方面受到高度重视, 尤其适合于批量小、品种多、改型快的现代制造模式。目前, 软质模具制造方法主要有硅橡胶浇注法、金属喷涂法、树脂浇注法等。
软质模具虽然有诸多优点, 但它的适用范围也比较受限制, 如果要生产上万件或是几十万件的产品时, 软质模具就不适合了, 还是得需要硬质磨具。而硬质模具指的就是钢质模具, 而现在利用快速成形技术制作钢质模具的主要方法有3种, 包括熔模铸造法、电火花加工法以及陶瓷型精密铸造法。所以说, 物有所长, 再好的工具也有其短板的一面, 我们要做的就是选择最适合待生产产品的工具, 提高工作效率, 降低生产成本, 保证产品质量。
摘要：快速成型技术是一种新的技术, 应用在模具制造中, 节约了模具制造的时间及成本, 本文讨论了快速成型技术的工艺方法。
关键词：快速成型技术,快速模具制造,应用
参考文献
[1]张秀国.快速模具制造技术的现状及其发展趋势[J].科技与企业, 2012 (21) :34.
[2]程钢.在《现代模具制造技术》教学中引入多媒体[J].职业技术教育, 2006 (20) :20.
快速成型 篇2
21世纪,新产品的.快速开发已成为赢得制造业市场的关键.快速成型及快速制模技术在新产品开发中至关重要,它可以极大地缩短新产品的开发周期,降低开发阶段成本,避免开发风险.
作 者：北京瑞科达快速成型科技有限公司 作者单位： 刊 名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY 年，卷(期)：2007 “”(2) 分类号：V2 关键词：
快速成型在并行设计系统中的应用 篇3
关键词：并行设计系统
设计方法
快速成型
并行工程(Concurrent Engineering，CE)是一种工程方法论，是随着并行设计的发展而出现的一个概念，并行工程是一种以集成方式【并行地】设计产品以及制造和支持等相关过程的系统化方法。
一、串行设计与并行设计
传统串行的产品设计与开发过程，以顺序的任务方式进行的，整个过程被分割成串行的若干阶段，下游阶段的启动需以上一个阶段的结束作为前提，阶段与阶段之间具有较为明显的停顿和交接，整个过程中信息及各领域产品开发人员间的意见交流仅限于毗邻的两个阶段，无法完成信息的及时反馈与交流。这种方法必然导致产品的设计与制造之间存在严重的隔阂，因此与传统的串行设计相比，并行工程是对产品及其相关过程(包括制造和支持过程)进行集成、并行设计的一种系统性工作模式。这种工作模式力图使开发者从一开始就考虑到产品全生命周期【从概念形成到产品报废处理)中的所有因素，包括质量、成本、进度及用户需求，在产品开发过程中的各个阶段的工作交叉进行，以使设计出来的产品能达到一次性成功。
二、并行设计系统的实现
在传统的设计方法中，由于设计者自身的能力有限，不可能在短时间内仅凭借自己对产品的使用要求的理解就能把产品各方面的问题都考虑的很周全。而串行的设计系统很难与机械机构设计师、市场销售人员等相关部门做到高效的交流互动，因此造成了设计效率低下，延长设计周期，甚至错过市场机遇。在产品设计中引入并行工程实现产品并行设计系统，可以使产品开发在早期阶段能全面考虑产品开发过程中的各种因素，从而缩短产品卡发周期，提高产品质量，降低成本。
并行工程应用至产品开发过程中就是打破传统的组织机构带来部门分割封闭的观念，强调各部门协同工作的效应，重建产品开发过程并运用先进的设计方法学，在产品设计的早期阶段就考虑其后期发展的所有因素，提高产品设计、制造的一次成功率。并行设计的核心是过程集成，更侧重时间上的协同，这是一种集成地、平行地处理产品设计、制造及其相关过程的方法。下面是两个关于并行设计方法的描述性模型。
并行设计的环节重叠模型
(一)、环节重叠和压缩模型：大多数关于并行设计的论述把并行设计的过程描述成一个活动环节重叠、压缩的过程。这样在产品开发的每个环节执行过程中均与上一环节的相关人员进行交流，充分考虑下一环节可能遇到的问题，相互并提出设计意见，从而提高产品设计的效率。
(二)、圆桌模型：因为影响产品设计效率及设计成功率的因素有很多，每一环节出了问题都可能导致其它环节的瘫痪，因此在并行设计中采用如圆桌会议的方式能够使产品设计的各部门如坐在一张圆桌上一样进行交流研究，共同参与产品设计的每一环节。(图2)。
并行设计的方法主要有以上两种，其目的在于在于设计过程的集成化、系统化，产品开发的所有部门共同参与产品开发的每一环节。而实现并行设计的关键在于各部门之间的信息交流和知识共享，而传统的设计信息交流方式主要靠面谈或通过电话等通讯工具讨论加以解决。但这些方式很难做到及时、充分的协商和讨论。因此一项大的设计任务接口问题难免出现差错，这正是设计过程不断反复修改的主要原因。虽然在现代设计领域中，造型设计师与结构设计师都是利用计算机辅助设计绘出效果图和工程图，通过网络共享设计数据等信息资源，来同步考虑产品设计与制造的上下游问题，从而实现并行设计，但仍然存在着一定的障碍。如在造型设计阶段，产品造型设计师通过绘制效果图来表达自己的创意，在交流的过程中其它部门的人员通过效果图来理解设计方案，由于效果图是一种理想状态下的平面图，很容易引起视觉偏差，导致效果图漂亮而实际制作出来并不尽人意的情况。另外效果图能否充分表达设计创意、能够表达出设计的每一个细节也值得怀疑。
三、快速成型体现的优势
在产品机械结构设计阶段，结构工程师设计表达一般利用两种方法，一种是利用CAD绘制平面工程图，另一种是利用三维工程软件(CATIA、UG、Pro／E等)绘制三维模型。在与其他部门交流的过程中只能靠平面图纸或带电脑当场演示，由于其它部门人员缺乏工程相关知识，根本看不懂图纸，因此无法交流，三维数字模型虽然有很强的直观性，在三维软件中可进行结构、性能分析、也可以进行模拟装配，可以进行外观造型的渲染，甚至可以在虚拟现实环境下进行操作和使用，但也无法取代三维实体模型，因为三维数字模型存在一些致命的缺陷如：数字模型无法提供产品的全部信息(如手感)；数字模型只能模拟已知的环境条件；三维空间中的实体模型比二维屏幕上的数字模型更具有真实感和可触摸型等，因此只是凭视觉判断，对于复杂设计很容易忽略或遗漏一些重要信息。而利用模型或样机能够更加形象、直观、准确的表达设计思想，实现真正的无障碍交流。传统制造實物模型和样机的方法是手工制作或采用机加工的方法制作，时间长、成本高、制作精度也不够，特别是遇到形状复杂的设计时模型的误差更大，周期长，从而影响了设计的表达，不能达到交流的目的，延长设计周期。采用快速成型技术，设计者在设计的最初阶段就能拿到实在的模型或样品，并且可在不同的阶段快速地修改重做，根据精确模型或样机让各部门人员判断设计方案的各种问题，提出建设性意见，实现无障碍交流，从而为产品开发创造一个良好的设计环境，尽快得到优化结果。因此，快速成型技术是真正实现并行设计的强有力手段。
并行设计在美国、德国和日本一些西方发达国家已经得到广泛应用，其领域包括汽车飞机、计算机、机械和电子等行业，并且把并行工程作为提高效率、降低成本的重要手段。美国波音(Boeing)公司在1994年向全世界宣布，波音777飞机采用并行工程的方法，大量使用CAD／CAM技术，实现了无纸化生产，试飞—次成功，并行工程的应用及其设计制造信息化的应用使波音公司把777的研制周期从757和767的9-1 0年时间缩短为4年多，创造了显著的经济效益和市场竞争能力；德国人基于并行设计的理念，设计了易于制造的ME-109型战斗机，全部设计制造时间只有4000小时，而与之相当的英国喷火式(Spitfire)战斗机的设计制造时间是13000小时。日本的丰田公司采用经理分则的并行工程方法，使各个阶段同步或交叉进行，大大提高了产品开发的效率。
综上所述，并行设计的优势是传统串行设计无法比拟的，并行设计可使产品设计与制造之间的信息共享，使整个产品开发团队从设计的一开始就全部参与进来，尽早地发现问题并解决之，避免没有必要的返工，从而缩短产品设计周期，更快反应市场，降低企业开发成本，增强企业的核心竞争力。从并行设计的本质可以看出实现并行设计的核心问题就是信息沟通与知识共享，而只有通过设计模型或样机才能实现无障碍沟通，快速成型技术能够快速、精确地制作出设计模型或样机，因此快速成型技术能够为并行设计的实施提供一个无障碍交流的平台，是实现并行设计强有力的技术支持，利用快速成型技术能够实现并行设计系统的良好运转。
参考文献：
1.熊光楞，张和明，李伯虎，并行工程在我国的研究和应用，计算机集成制造系统.2000
2.周生祥，智能化CAD，CAPPC，AM集成技术的研究与实现，博士学位论文.1998
3.徐有忠，并行设计系统的若干关键技术问题研究及其原型实现，博士学位论文.2003
3DP快速成型精度分析 篇4
1 STL文件的转换
3DP中常用的是基于STL模型的分层方法，其数据处理是将STL模型离散为多层轮廓，再以各种方式填充。一个复杂的模型通过转换后产生的STL文件包含百万个三角形面片，其三角形面片的大小和角度直接影响打印后的三维实体精度。
例如在软件SolidWorks2006产生三维实体模型后，将文件另存为STL格式时点击[选项]进入“输出选项”对话框，对话框中对应“品质”选项有“粗糙、良好、自定义”三项，通过不同的设置可以得到不同的文件转换品质(见表1及图1、图2、图3)。
通过STL文件格式转换，不同参数的设置直接影响三维实体模型的转换质量。三角形面片数量和角度会影响转换后造型与原模型间的三维尺寸精度，当误差值与角度设置较大时，产生的三角形面片数量和转换后的文件都较少，打印出的实体与原模型间误差较大;反之三角形面片数量多且角度小，转换文件较大，打印出的实体更趋近于原模型，精度较高。
2 精度分析
3 DP加工中有多个因素影响其精度：
(1)由模型通过软件数据接口转换成STL格式文件时产生。由于STL模型用大量小三角形面片来近似逼近CAD模型表面，使STL模型对原模型的描述存在误差，多个曲面进行三角化时，在曲面相交处会产生破损或重复等缺陷。由于STL三角形面片组合成的模型不包含拓扑信息，三角形面片的公用点、边线都被单独保存，使数据量非常大。
(2)进行分层处理所产生的误差，最典型的是阶梯误差，图4(a)与图4(b)为几种常见的阶梯误差。图中可见，切片分层厚度和角度都会使成型后的实体存在较明显的精度误差。
图4(b)中STL文件是将原模型分层，由大量三角面片构成的模型趋近原模型的曲线外型。图中水平截面与一个三角面片相交于点b和c，该三角面片的法向矢量与水平截面的夹角准和三角面片与水平截面的夹角θ成互余关系;若准越大，则分层时产生的阶梯误差越明显，分层厚度△直接影响着模型的精度。当模型的边界曲线弧度较大时，快速成型中的等厚分层法很难有效地控制精度和无损失地显示原来的三维模型。
(3)打印过程中打印件的变形及完成后粘合剂中多余水分未经足够的干燥去除，以及由于温度和构造产生应力变化造成的变形等。
3 解决方案
对于STL文件转换和三维打印过程中出现影响精度的问题，可采取以下方法进行处理。
(1)减少分层带来的阶梯误差。尽量降低每层的厚度以降低尺寸误差，提高成品表面质量。例如在3DP打印控制软件中使用精细打印功能以提高打印精度，但打印时间将会增加。
(2)注意分层方向对成型后的表面质量的影响。同一模型在不同角度不同轴线方向上分层将使成型后的实体产生的误差有不确定性，较难确定误差的变化量。因此要针对模型选择适合的分层角度和方向，以减少变动降低误差。
(3)寻求可将三维CAD模型直接分层的软件无需进行STL格式转换，减少三角片面近似逼近实体模型带来的误差。
(4)寻求能按照三维零件曲率和斜率自动调整分层厚度的软件，使成型件有高品质表面。
(5)研究新的成型方法、材料及成型件表面处理方法，减少变形提高成型件的稳定性。
4 结论
3DP快速成型技术的应用，使产品设计周期大为缩短。但由于它的成型精度和强度还不能完全满足工程设计的要求，所以从三维模型设计、参数转换、分层切割等方面要综合考虑并结合其他软件，减少技术条件带来的精度损失，使该技术在产品开发中更加有效和高效。
参考文献
[1]牟小云.快速成型制造中分层算法的改进[J].新技术新工艺,2008(5):83-85.
[2]王雷,钦兰云,等.快速成型制造台阶效应及误差评价方法[J].沈阳工业大学学报,2008(3):82-85.
快速成型技术课程感想 苏飞 篇5
三维打印机是快速成型的一种工艺，采用层层堆积的方式分层制作出三维模型，其运行过程类似于传统打印机，只不过传统打印机是把墨水打印到纸质上形成二维的平面图纸，而三维打印机是把液态光敏树脂材料、熔融的塑料丝、石膏粉等材料通过喷射粘结剂或挤出等方式实现层层堆积叠加形成三维实体。这一学期，刘老师为我们开了快速成型课程。刚开始，同学们并不清楚什么是快速成型，在后来的学习中，我们逐渐了解到快速成型是近年来发展起来的一种先进制造技术。快速成形技术20世纪80年代起源于美国，很快发展到日本和欧洲，是近年来制造技术领域的一次重大突破。快速成形是一种基于离散堆积成形思想的数字化成形技术；是CAD、数控技术、激光技术以及材料科学与工程的技术集成。它可以自动、快速地将设计思想物化为具有一定结构和功能的原型或直接制造零部件，从而可对产品设计进行快速评价、修改，以响应市场需求，提高企业的竞争能力。
几节课过后，老师给我们布置了作业，让我们分组讨论方案然后用犀牛建模，最后用三维打印机打印出来。我们组的构想是一款新颖的眼镜，想法是由姜飞提出的，我们都非常支持这一想法，所以就这一方案进行了许多的改善。最终方案确定，拿给老师看，成功通过，我们都非常兴奋。下一步就是犀牛建模了，眼镜草图画起来很容易但是用犀牛建模就不简单了，一些拐角部分的曲面很难一次性的建模成功。我们都很焦急，担心完不成这个作业，最后姜飞提出可以把眼镜分成几个部分来分开建模来降低难度。很好的方法，我们将眼镜劈成三个部分，主体部分和眼架部分。这样一分开之后，思路也清晰了，避免了很多误区。克服了众多困难之后，终于把把眼镜建模完成。一切准备就绪后去工程训练中心打印，不过打印机的速度真的不敢恭维，等了几个小时才将眼镜打印出来，而且中间还出了一些问题。不过庆幸的是最终成功的把眼镜打印了出来。付出终有回报，这么一段时间的努力终于获得了收货。虽然最终打印出来的眼镜仍然有一些问题，但是这毕竟是第一次用三维打印机将自己心中的想法形象的表达出来，心中的喜悦之情于言表。也正是这一次作业，同学们切身感觉到了三维打印这一技术的便利性，低成本，高效率的吧心中的想法变成现实。
快速成型技术在模具制造中的应用 篇6
快速成型技术（RP）作为一种正在成熟的先进制造技术，已成功的实现了快速原型制造，正向快速制造方向迅速发展。研究和了解快速成型技术在快速制模方向的应用，找出一些需要解决的问题。
一、RP技术概论
当今时代，制造业市场需求不断向多样化、高质量、高性能、低成本、高科技的方向发展，快速地将多样化、性能好的产品推向市场成为了制造业厂商把握市场先机的关键。快速成型技术（RP）正是在这种时代的需求下应运而生的。它是由三维CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体的总称。它集成了CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果，是先进制造技术的重要组成部分。
二、RP技术的模具制作方法
传统的模具制造方法可分为两种，一种是借助母模翻制模具，另一种就是用数控机床直接制造模具，将快速成型技术引入模具制造过程后的模具开发制造就是快速模具制造。快速成型技术在模具制造领域的应用主要是用来制作模具设计制造过程中所用的母模，有时也用快速成型技术直接制造模具。因此分为两类：直接制模法和间接制模法。
（一）直接制模法
SLS激光粉末烧结。一般的工艺流程为：先在基底上铺上一层粉末，压辊压实后，用激光有选择的烧结一个层面。然后新的一层粉末通达铺粉装置铺在上面，进行下一层烧结，反复进行直至得到最终的零件。目前主要有两种商品化的SLS工艺：一是美国DTM公司的RapidTool工艺；另一种是德国EOS公司的DirectTool工艺。
3D打印。3D打印技术已发展成可利用喷头有选择地向金属粉末喷射粘结剂，利用粘结剂使金属粉末成型。这种低密度的（约为50%）成型件也要经过去除粘结剂和渗铜处理，最终得到密度达92%以上的模件。其成型厚度为0.17mm，因而其尺寸精度只达到±0.1mm的水平。这种方法的优点是可以制造的材料多种多样，这种多样性既可体现在不同模件上，也可体现在同一个模件上，其尺寸也可以比较大，几何形状任意，过程简单，是一种比较看好的技术。
光固化法制作注射成型模具。以环氧树脂基的光敏树脂为原料在SL设备上成型的方法。它用密集激光束过量扫描待成型表面，即激光束扫描间距很小，甚至部分重合，同时照射非常均匀。该法制作的快速成型件的精度和表面光洁度在目前所有RP方法中是最好的，因此常用它来制作模具制造中所用的母模。用此种方法直接制作注射模的型腔或型芯，也达到了非常好的效果，可用于注射多种热塑性的塑料，寿命达200件，价格适中，制作时间一般在2星期左右。
（二）间接制模法硅胶模。
硅胶模应用非常广泛，硅胶模具有制作速度极快，可以浇铸多种热固性塑料，成型件具有较好精度，价格非常便宜等优点，但硅胶模不能制作精度要求很高的零件，寿命短，通常只能浇铸25～30件。
环氧树脂模具。环氧树脂的导热性极差，用纯环氧树脂制作的模具进行注塑成型时的热量难以散出，解决的办法就是制作环氧树脂的模具特征表面，背后充填导热性好的材料。这样制作的模具具有很好的抗压强度，完全可以用于象注塑成型那样的压力成型，具有研磨性的材料也可以注塑，寿命达数千件。
表面喷涂金属的模具。此种模具用于注射成型的寿命可达2500件左右。研究成果表明，若在母模表面喷涂镍可进一步提高模具使用寿命，因其具有较高表面硬度和耐磨性，抗腐蚀性好，开模后注射成型件容易取出。这样的模具在不到两天时间内就可制作完成。注意这类模具的使用温度不能超过300℃。
三、RP的快速模具制造需解决的问题
利用RP技术发展快速模具制造技术还存在以下主要问题需要解决或者说需要进一步提高。
①表面质量如何满足模具的要求，否则无法承受如注射成型这样的高压。②尺寸精度如何满足模具制造的要求，尤其是制造较大模具时，尺寸更不稳定。③用作母模时的强度，耐热和耐腐蚀性，形状和尺寸的时效问题。④塑料或树脂类模具的导热性很差，导热差虽然带来了可用较低注射压力的好处，但生产周期太长也必须考虑。⑤多数所谓金属模具都需要最后渗铜，这就造成这种金属模具的使用温度不可太高，可能超过500℃就不行了。⑥使用寿命的进一步延长和使用成本的进一步降低。⑦目前所能制造的模具的体积都很小，怎样制造大型模具？⑧受不可缺少的后处理工序的限制，目前还不能制造具有很小细节特征的模具，尤其是具有内凹形状的模具。⑨目前快速成型方法所能成型的材料种类及其有限，需要开发新型材料。
四、结语
快速成型技术的应用已从原型制造发展到模具制造，使传统的模具制造技术焕发出新的活力，同时快速成型技术在快速模具制造领域的成功应用无疑会给快速成型技术的进一步发展注入新的生命力。需要注意的是：
（一）随着快速成型技术的进一步发展，它在小批量生产和单体复制领域还是大有可为的。
（二）快速成型技术对模具制造的贡献，虽然现阶段制作的快速模具质量和寿命还不太尽人意，实践证明仍然可以应用于中小批量的注塑成型和模压铸造，相信快速模具制造技术会在短期内有很大突破。
【参考文献】
[1]赖耀平，刘美坚.基于RP的快速制模技术[J].模具制造，2003（18）
[2]邓明，彭成允.RP技术在模具制造中的应用[J].锻压技术，1999（06）
[3]焦向东，邓双成，张沛.基于快速成型原理的模具制造技术[J].石汕化工高等学校学报，2002（01）
快速成型设备用于义齿加工的探讨 篇7
型技术, 是当今世界上飞速发展的制造技术之一。20世纪80年代起源于日本, 很快发展到美国和欧洲[1], 是基于材料堆积法的一种高新制造技术, 被认为是近年来制造领域的一个重大突破。它集机械工程、计算机辅助设计 (Computer Aided Design, CAD) 、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身, 可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件, 从而为零件原型制作、新设计思想的校验等提供了一种高效低成本的实现手段。
1 快速成型技术基本原理
与传统的机械切削加工, 如车削、铣削等“材料减削”方法不同, 快速成型采用离散堆积成型原理, 根据CAD模型, 对应不同的工艺要求, 按一定厚度进行分层, 将三维数字模型变成厚度很薄的二维平面模型。再将数据进行一定的处理, 加入加工参数, 在数控系统控制下以平面加工方式连续加工出每个薄层, 并使之粘结而成形。实际上就是基于“生长”或“添加”材料原理, 一层一层地离散叠加, 从底至顶完成零件的制作过程[2]。该技术的基本特征是“分层增加材料”, 即三维实体由一系列连续的二维薄切片堆叠融接而成。RP的形成原理, 见图1。典型的快速成型工艺方法有光固化法、选择性激光烧结法、熔融沉积成型法、分层实体制造法、三维印刷法和其他快速成型工艺等[3]。
1.1 光固化法
光固化法 (Stereolithography Apparatus, SLA) 是目前最为成熟和广泛应用的一种快速成型制造工艺。这种工艺以液态光敏树脂为原材料, 在计算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的轮廓轨迹对液态树脂逐点扫描, 使被扫描区的树脂薄层产生光聚合 (固化) 反应, 从而形成零件的一个薄层截面。完成一个扫描区域的液态光敏树脂固化层后, 工作台下降一个层厚, 使固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂然后重复扫描、固化, 新固化的一层牢固地粘接在上一层上, 如此反复直至完成整个零件的固化成型。
1.2 选择性激光烧结法
选择性激光烧结法 (Selective Laser Sintering, SLS) 是在工作台上均匀铺上一层很薄 (100~200μm) 的金属粉末, 激光束在计算机控制下按照零件分层截面轮廓逐点地进行扫描、烧结, 使粉末固化成截面形状。完成一个层面后, 工作台下降一个层厚, 滚动铺粉机构在已烧结的表面再铺一层粉末进行下一层烧结。未烧结的粉末保留在原位置起支撑作用, 这个过程重复进行直至完成整个零件的扫描、烧结。
1.3 熔融沉积成型法
熔融沉积成型法 (Fused Deposition Modeling, FDM) 这种工艺是通过将丝状材料如热塑性塑料、蜡或金属的熔丝从加热的喷嘴挤出, 按照零件每一层的预定轨迹, 以固定的速率进行熔体沉积。每完成一层, 工作台下降一个层厚进行迭加沉积新的一层, 如此反复最终实现零件的沉积成型。
1.4 分层实体制造法
分层实体制造法 (Laminated Object Manufacture, LOM) 工艺是将单面涂有热溶胶的纸片通过加热辊加热粘接在一起, 位于上方的激光切割器按照CAD分层模型所获数据, 用激光束将纸切割成所制零件的内外轮廓, 然后, 新的一层纸叠加在上面, 通过热压装置和下面已切割层粘合在一起, 激光束再次切割, 如此反复逐层切割、粘合, 直至整个模型制作完成。
1.5 三维印刷法
三维印刷法 (Three Dimensional Printing, 3DP) 是利用喷墨打印头逐点喷射粘合剂来粘结粉末材料的方法制造原型。3DP的成型过程与SLS相似, 只是将SLS中的激光变成喷墨打印机喷射结合剂。
1.6 其他快速成型工艺
除以上5种方法外, 其他许多快速成型方法也已经实用化, 如实体自由成形 (Solid Freeform Fabrication, SDM) 、形状沉积制造 (Shape Deposition Manufacturing, SDM) 、实体磨削固化 (Solid Ground Curing, SGC) 、分割镶嵌 (tessellation) 、数码累计成型 (Digital Brick Laying, DBL) 、三维焊接 (Three Dimensional Welding, 3DW) 、直接壳法 (Direct Shell Production Casting, DSPC) 、直接金属成型 (Direct Metal Deposition, DMD) 、微滴喷射成型 (Multi-Jet Modeling, MJM) 等快速成型工艺方法。
2 快速成型技术在生物医学领域的应用[4]
2.1 手术策划
手术策划 (surgical pianning) 是根据患者病变器官的CT/MRI扫描结果快速成型的三维实体模型, 可以协助外科医生更清楚、正确地掌握病情, 策划复杂手术, 进行手术演练。
2.2 植入性假体
植入性假体 (implant prosthesis) 进行假体植入手术时, 通常是从标准产品中选择适合患者尺寸的假体, 当患者状况超出标准范畴时, 手术难以达到预期要求。采用快速成型技术后, 可根据患者具体状况精密地制作适合的假体, 因此能显著提高手术效果。
2.3 控制释放给药系统
一些药物必须小心地定时服用, 难于由病人自行管理。采用快速成型技术制作的控制释放给药系统 (controlled release drug delivery system) 能使药片具有精确、复杂的释放特性, 提高疗效与安全性。
2.4 组织工程支架
生长组织置换物的一个关键是如何制作形状复杂的多孔隙支架, 并将活细胞等均匀地置于支架中。快速成型是解决组织工程支架 (scaffold for tissue engineering) 的一个理想方法。
3 义齿加工工艺的发展状况
3.1 传统的义齿加工工艺
按照传统方法, 可摘局部义齿支架及固定义齿均采用手工操作, 主要流程是[5]:基牙预备、印模材提取印模、石膏灌注模型、复制技工工作模型、设计制作蜡型、包埋铸造、打磨抛光等。
3.2 数控切削技术在义齿加工领域的应用
CAD与计算机辅助制作 (Computer Aided Manufacturing, CAM) 的概念于20世纪70年代引入口腔修复领域, 1985年苏黎士大学Morman教授、Brandstini工程师与西门子公司合作推出首个商业化CAD/CAM系统[6]。目前应用于口腔修复的CAD/CAM系统主要采用数控切削技术, 用于完成固定修复, 可制作嵌体、高嵌体、嵌体冠、贴面、后牙全冠、前牙全冠、烤瓷冠的基底冠、全冠烤瓷的桥体等, 采用的材料主要为陶瓷块, 其他的材料根据需要选择塑料、复合树脂、金属、蜡等。可根据各类修复体采用不同类型的材料。目前在固定义齿加工上已被规模应用。由于可摘局部义齿支架的结构远比固定义齿复杂、切削加工材料利用率、加工效率、及其材料特性等因素, 数控切削技术在可摘局部义齿支架制作方面尚无规模应用。目前国内可摘局部义齿支架的制作主要还是采用传统方法手工加工。
3.3 快速成型技术在义齿加工领域的应用
快速成型机在国内多家大型技工加工企业都有应用, 但主要用于: (1) 固定冠桥的蜡型制作; (2) 根据远程传输来的数据制作技工工作模型, 在此基础上按照传统工艺手工加工。对于快速成型技术制作可摘局部义齿支架有众多学者进行了研究性实验。吴琳[7]等初步实现了对肯氏Ⅱ类牙列缺损模型的计算机辅助设计, 并用激光快速成型机加工出可摘局部义齿支架的树脂铸型。Witkowski等[8]利用SLA技术与失蜡法相结合给患者制作可摘义齿, 效果满意且大大缩短了制作时间。
4 快速成型设备用于义齿加工的探讨
4.1 义齿加工领域引入快速成型技术的必要性
(1) 传统方法手工加工对产品精度无法保证, 手工方法需多道工序, 每道工序的误差叠加, 影响最终产品精度。
(2) 传统方法手工加工对质量的稳定性无法保证, 技工的水平参差不齐, 状态起伏, 都会造成最终产品的质量差异。
4.2 义齿加工领域快速成型技术工艺方法的选择
(1) 直接生产。选择性激光烧结法可直接生产义齿, 但其设备成本高, 且在可摘局部义齿支架制作方面尚有变形、支撑设计等问题需解决, 目前在固定义齿内冠制作方面已有应用。
(2) 制作蜡型配合传统铸造生产。SLA是最传统也是最成熟的工艺, 该种工艺配合含蜡树脂材料可加工铸型, 结合传统铸造工艺完成义齿制作。目前还有一些结合传统快速成型工艺方法的新工艺, 采用喷涂与紫外光固化结合的方式, 提高了精度, 节约成型时间。采用上述方法制作蜡型可完全替代铸造前的手工工序, 目前已有应用但未在国内规模性生产中使用。
4.3 快速成型技术在义齿加工领域应用的可行性
(1) 快速成型技术在其他行业的精密铸造领域已有成熟应用, 如首饰加工、玩具制造、航空、航天、国防、汽车等。
(2) 义齿加工每一例都是度身定做的, 这与快速成型技术的工艺特点十分吻合。
4.4 义齿加工领域引入快速成型技术的优势
(1) 主要环节由计算机控制, 避免了操作人员不同带来的产品质量差异。
(2) 减少了多道工序, 从而避免了大部分的误差。
(3) 快速成型设备可24 h不间断工作;可通过网络传输数据, 节约模型传递时间;大幅度提高工作效率。
(4) 大幅度减少铸造后的打磨量, 节约打磨、抛光环节的人力和时间。
(5) 节约耗材, 由于蜡型精密度的提高, 可节约铸造材料, 这点在贵金属的铸造中尤为重要。
(6) 随着技术的不断更新和普及, 设备及材料的成本不断下降, 而人力成本不断上升。
4.5 快速成型技术在义齿加工领域的应用问题 (1) 目前快速成型设备及材料价格较高。
(2) 蜡型与铸造包埋的配合问题, 蜡型材料的变化需调整铸造包埋工艺。
(3) 模型数据的精确度决定最终结果, 目前临床直接扫描成像取模技术还未普及, 取模造成的误差还无法解决。
(4) 模型扫描装置与设计软件两者本身的性能和其与快速成型机的配合也决定着最终结果。
5 结论
快速成型技术已经在众多行业得到广泛应用, 其在医学及口腔医学领域的应用也十分普及。对于义齿加工这种个性化加工特色突出的行业, 快速成型技术是提高产品质量, 保证质量稳定性的一个最佳选择。
参考文献
[1]王秀峰, 罗宏杰.快速原型制造技术[M].2版.北京:中国轻工业出版社, 2001.
[2]孙维峰.快速成型 (RP) 的原理方法及应用[J].机电技术, 2008, 31 (3) :9-11.
[3]张国平.快速成型技术原理及应用案例[J].湖南工业职业技术学院学报, 2009, 9 (3) :2.
[4]张富强, 王运赣, 孙健, 等.快速成型在生物医学工程中的应用[M].北京:人民军医出版社, 2009.
[5]白天玺, 丁丙, 张本良, 等.现代口腔烤瓷铸造修复学[M].北京:人民军医出版社, 2000:388-406.
[6]刘宏臣, 步荣发, 胡敏, 等.口腔进修医师必读[M].北京:人民军医出版社, 2000.
[7]吴琳, 吕培军, 王勇, 等.中华口腔医学杂志[J].2006, 41 (7) :432-435.
快速成型 篇8
添加成型 (Additive Manufacture) 简称AM, 又称快速成型, 是一系列通过增加材料的方式进行零件成型的技术的总称。此项技术通过添加材料的方式直接从CAD模型制造零件, 整个零件看起来从“零”长到最终形状。此技术与传统的去除材料的加工方法相反[1]。通过十几年的发展, 快速成型技术的应用迅速增长, 可加工材料范围从非金属到金属, 原材料形态从粉末到线材, 各种各样。与传统减材加工技术相比较, 快速成型技术有许多显著的优势[1~3]:
1) 减少材料浪费;
2) 可以不用工装, 直接从CAD数据制造复杂的接近净尺寸的零件;
3) 零件显示出好的机械性能 (与铸造比较) [4];
4) 节省制造过程中的准备时间。
同时, 此项技术的缺点也很明显[2,3]:
1) 与传统加工方法相比较, 加工速度比较慢;
2) 加工过程很难控制;
3) 加工过程没有工装, 但是基座是必须的部分;
4) 零件表面质量不好, 必须安排精加工。
快速成型加工的第一步是将3D模型分成多层的2D, 每一个2D层都是零件的截面外形, 然后在一定时间内加工每一层, 得到最终的近乎净尺寸的零件, 如图1所示。这种加工方法可以减少原材料浪费, 降低工装成本和减少准备时间。低成本、低污染和加工形状灵活性是这种技术的优势所在[5,6]。
目前应用比较广泛的快速成型的加工材料有粉状、线状等, 成型所用的光源有激光、氩弧焊等。快速成型技术可以加工接近净尺寸但是表面粗糙的零件, 造成低精度的原因是零件被分层和加工过程中的变形, 很多零件不能直接应用到高精度的地方。为了提高产品的质量, 在零件快速成型后都需要安排精加工[7]。作者将部分快速成型技术及所使用的材料进行了总结, 如表1所示[8,9]。
1 线弧添加快速成型简介
线弧添加快速成型 (Wire and Arc Additive Manufacture) 技术简称WAAM[10], 是英国克莱菲尔德大学焊接研究中心采用的一种快速成型技术。该中心在英国空客公司的资助下进行此项技术的研发工作。此技术应用光弧作为热力源、金属丝作为原材料来成型零件。在WAAM加工过程中, 通过一层一层的金属沉积来成型3D零件, 此零件可以称为近净尺寸零件。为了保证加工的零件能够应用到航空领域, 该技术加工的零件都需要安排最终的数控精加工, 使零件表面质量符合最终的使用要求。这项技术将快速成型和数控加工相结合, 以高成型速度加工出大型高强度的零件[11]。本研究的开展就基于英国克莱菲尔德大学的WAAM制造技术。
图2所示为WAAM的加工过程。在WAAM加工完成后, 一种精加工安排是在独立的数控设备上完成的, 另一种方法是将WAAM加工设备与数控加工设备相结合, 即WAAM成型加工和精加工在一台设备上完成, 这样可以极大地减少零件的周转和准备时间, 但是需要对数控设备进行技术改造。详细改造可参考文献[12]。
2 WAAM制造初期成本模型分析
制造成本分析对于新技术的推广具有重要的意义。本文通过对添加成型相关成本研究的分析[13,14], 以及对WAAM加工的过程进行分析[15], 建立了一个基于WAAM加工技术的初期制造成本预估模型。此模型应用有限的设计信息和工艺信息来实现预估WAAM加工成本的目的, 包括最终的精加工, 从而实现与传统的数控加工进行比较的目的。
在本计算模型中, 主要是应用零件的设计信息、工艺信息, 估算出零件的最终加工成本, 模型原理及WAAM加工成本分解分别见图3、图4。在本WAAM价值成本中的运输成本在本模型中没有考虑。
下面结合WAAM的加工成本分解, 对各部分的详细计算介绍如下:
2.1 材料成本
在WAAM加工过程中, 材料成本由成型材料和基座材料两部分组成。
1) 成型材料成本
成型材料成本指在加工过程中沉积的材料成本。在计算时, 需要考虑零件的沉积率, 也可以称为材料利用率。零件沉积率为:Ep=可用面积/成型总面积[16], 如图5所示。一般在WAAM加工中, 零件沉积率设定为80%。
因此, 成型材料成本计算如下:
其中:Cdm=成型材料成本;Vdm=成型零件体积;ρwire=成型材料密度;Ep=材料沉积率;Cwire=线材材料单价。
2) 基座材料成本:
基座材料是WAAM加工过程中的特殊材料需求, 在WAAM加工中, 零件是从无到有, 需要基座对零件进行支撑, 直到成型最终零件。一般基座在加工完后会从零件上去除, 有的基座也会成为零件的一部分, 这取决于工艺的安排。
基座材料成本计算如下:
其中:Csm=基座材料成本;Vsm=基座材料体积;ρsm=基座材料密度;Csub=基座材料单价。
综上所述, WAAM快速成型的材料成本为:
2.2 WAAM成型加工成本
2.2.1 设备使用成本和人工成本
在计算WAAM加工成本之前, 必须首先考虑WAAM设备使用成本 (Rm) 和人工成本 (Ro) , 在WAAM加工中, 使用的设备是一个六坐标的机器人和一个集成的CMT焊机及其相关的附件。设备的价格可以从设备供应商处获得。按照惯例, 设备的使用年限为5年, 设备利用率是60%[17], 按照设备折旧曲线, 设备小时使用成本如下:
其中: Cmachine=成型加工设备成本;Rm= 设备小时使用成本;Ru=设备利用率;
tu=设备利用时间= 使用年限×使用周数×每周使用天数×每天使用小时;对于人工小时成本 (Ro) , 由加工所在地的人工小时成本决定。
2.2.2 零件成型成本计算
零件成型所需时间将决定成型的成本, 成型时间由成型材料体积和沉积速率决定, 经过分析, 零件加工成型速度可以计算如下[10]:
因此, 零件成型沉积时间计算如下:
其中:Rd=零件成型速度;Dw=添加线材直径;WFS =线材进给速率;ρw=材料密度;tWAAM=零件成型沉积时间;Vdep=成型零件体积。因此, 零件添加成型加工成本为:
2.2.3 保护气成本
保护气是WAAM成型加工的一个特殊特征, 保护气用来隔绝加工过程中大气对零件的污染, 同时保证一个稳定的操作过程, 这是WAAM加工过程中必须的。保护气成本由沉积时间和气体种类决定。保护气成本计算如下:
其中:Rg=气体流动率;Cgc= 每立方米气体成本;Vgc=气罐体积;td=成型时间。
2.2.4 精加工成本
精加工是WAAM加工技术加工出符合行业用产品的关键, 因此, 作为加工的一部分, 精加工部分的成本也是不可忽略的。在本模型中精加工将使用数控加工, 数控加工的成本计算已经很成熟, 在本模型中, 应用Boothroyd介绍的方法, 详见文献[18]。在WAAM加工中, 材料成本在WAAM成型加工中已经计算, 所以精加工成本计算中可以不用考虑。
在Boothroyd的方法中, 将刀具损耗的成本计算在加工成本中, 使用如下公式进行成本计算:
通过考虑刀具损耗和Taylor’s刀具寿命计算公式, 上述计算公式转化为粗加工计算方法和精加工计算方法。在WAAM加工中, 数控加工只属于精加工, 因此可以应用其方法中的精加工成本的计算公式。因此, 在WAAM加工中, 精加工成本计算公式如下:
而其中tmc采用如下公式计算:
其中:Cm-f=精加工成本;Rm-f=设备使用率;Ro-f=人工小时成本;Am=零件的加工表面积;Vf=加工面积产生速率;N = Taylor刀具寿命系数, 其主要取决于刀具材料, 对于高速钢刀具n为0.125, 对于碳合金刀具n为0.25。
上述具体的转换过程可参考Boothroyd的书[18]。部分数控加工的数据可以参考文献[19]。
在数控加工中, 同样需要考虑设备使用率, 人工小时成本, 材料成本。在WAAM加工中, 材料成本已经在添加成型过程中已经计算, 因此不用考虑材料成本, Rm-f、Ro-f的计算方法和WAAM成型加工中的计算方法一致。
2.2.5 生产准备成本
在WAAM加工过程中, 生产准备工作涉及传递程序到机器人、仿真和测试程序、准备设备等工作。在精加工过程中, 同样存在生产准备成本。如前所述, 如果WAAM成型加工和精加工分开, 则需要考虑两个生产准备成本, 如果焊接设备和数控机床集成在一体, 则零件不需要移动, 生产准备时间可以认为只有一种。因此, 生产准备成本计算如下:
其中:Cwait=生产准备成本;twait=WAAM成型加工生产准备时间, twait-f=精加工生产准备时间。
2.2.6 非生产工作成本
在WAAM成型加工过程中, 还有一部分必须的但是不创造价值的时间, 发生在每一次进给速度的调整、焊接头的进给和收回、等待和冷却时间。这一部分时间由零件的几何形状决定, 和零件成型时间有关。对于WAAM成型加工, 根据焊接中心专家的建议, 这一部分时间可以按照零件成型加工时间的比率进行预估, 即成型加工时间的5%属于非生产工作时间。
对于精加工, 在Boothroyd的书[18]中也提到了非生产工作成本, 并给出了不同状态下的非工作时间建议。WAAM加工的非生产工作时间计算如下:
其中:Cn=非生产加工成本;tn=WAAM成型加工非生产加工时间;tn-f=精加工生产准备时间。
2.2.7 WAAM加工成本
经过前面的分析, WAAM加工过程中的各个成本计算已经明确, 因此, 使用WAAM技术从添加成型到最终可直接使用零件的加工成本可以计算如下:
3 模型应用及体会
基于上述计算方法, 建立了一个基于EXCEL软件的、输入基本信息即可以自动计算出加工成本的数据库, 并通过对一个简单的具有代表性的零件和一个实际使用中的零件进行成本分析, 验证了上述方法的正确性。通过对上述零件在不同条件下的加工成本进行分析, 得出如下体会:
1 ) 在W A A M技术应用中, 材料成本是WAAM加工最主要的成本, 降低线材的成本, 将极大的降低材料成本。
2) 选择成型加工和精加工集成的加工方法, 将降低WAAM加工成本。
3) 在WAAM加工中, 提高成型进给速度可以极大的降低WAAM加工成本, 但是到速度增加到一定极限时, 其对成本的影响逐渐趋缓。
4) 在WAAM技术应用中, 钛合金比钢、铝合金具有更大的应用优势, 可以更大程度地节约加工成本。
5) 按照传统加工方法, 材料利用率低的零件, 推荐使用WAAM技术进行加工。
4 结束语
加工成本估算对一个企业是很重要的, 预估成本将给决策者提供重要的信息, 可以帮助决策者选择更加节省成本的加工方法。WAAM加工是一个可持续的、降低加工成本、节省时间的加工方法。本文通过对WAAM加工过程进行分析, 分解WAAM加工过程中的价值驱动, 建立成本预估模型, 并将精加工的加工成本计算进整个加工成本中, 为WAAM加工提供了一个有效的价值估算方法。
快速成型 篇9
丽水市人民政府在“丽水市快速制造技术服务中心筹建工作专题会议纪要”中指出“…快速成型技术是衡量一个国家或设计制造技术水平和能力的重要标志,各有关部门要从加速丽水制造业升级,实现核心竞争力和跨越发展的高度来认识推广应用快速制造技术重要意义…”。龙泉青瓷作为丽水市特色支柱产业,承担着开拓创新的艰巨任务,为传统青瓷产业注入新科技,改进传统青瓷复杂设计与制作工艺,加快青瓷快速制造产业形态转型,推进龙泉青瓷快速发展。该文运用基于Free Form快速成型技术,构建快速设计与制作开发模式,并通过青瓷快速设计实例说明该技术对加快推进青瓷产业快速制造的作用。
2 Free Form设计系统
Free Form触觉式设计系统是一套基于“虚拟油泥”和“力反馈技术”的造型设计系统。基于3D Touch技术,使用者可以通过视觉和触觉结合来完成复杂3D模型的构建。Free Form系统为设计者和建模者创建原始模型或修改数据提供了一个快速且经济有效的方式。
2.1 系统结构
Free Form触觉式设计系统主要由触觉设备PHANTOM和Free Form Modeling Plus建模软件构成。设计者通过使用触觉设备PHANTOM中的操作杆来雕刻Free Form Modeling Plus软件中的“虚拟油泥”或“数字黏土”,对模型实现生长、拉伸、削减、旋转、镜像、上色等操作。设计者所使用的操纵杆在软件中的坐标定位接触数字黏土并对其进行雕刻的时候,能够明显的感觉到操作杆反馈过来的阻力,具有沉浸感良好的用户体验和设计,从而更具真实地设计并创造产品的新造型,加快产品开发的效率。系统的结构图如图1所示。
2.2 系统兼容性
Free Form系统同时支持stl、step、iges、和bmp等输入输出格式,通过该系统设计的3D模型导出stl格式模型直接导入到3D打印软件可直接打印出3D模型。同时可兼容多种3D建模软件,例如3ds max软件、Auto CAD软件和UG建模软件等。采用灵活交叉建模方式可缩短建模过程所需的时间,也可以为建模过程中遇到一些难以解决的问题提供了更多的解决办法。
3 模型实例
本文以龙泉青瓷模型设计为实例,展示快速成型技术在快速开发模式中实际应用效果。传统青瓷具有技巧性和艺术性的手工艺,其制作工序一般要经过设计、练泥、成型、修坯、装饰等过程,在成型之前需反复修改,制作工艺非常繁琐,在细节处理方面取决于设计师的手艺。通过基于Free Form快速成型技术能够大大提高青瓷设计和制造效率,同时在细节处理方面具有良好的效果。
3.1 建立基本模型
如果对现有的作品进行建模,首先对青瓷作品拍摄上、下、前三个面,然后从File工具下面Import to plane导入2D图片,其三视图如图2所示。
打开物件清单(Object List),将黏土粗糙度(Clay Coarseness)调整为ADD Detail(1mm)。按“F5”切换至上视图,点选Create Plan新增绘图平板,并参照背景上视图的青瓷瓶口绘制瓶口和瓶颈两个正圆。按“F2”切换至正视图,把瓶颈的正圆拖到相对应的位置。同时,在主工具界面上点选Sketch On进入2D绘图功能,依据青瓷的边缘轮廓画线段,使用命令复制一条外部轮廓线,使青瓷具有一定的厚度,最后将断面线的线段封闭并绘制一条中轴线。绘制好的轮廓线图如图3所示。
选择PiecesNew Piece创建一个空的黏土层,点选Spin Clay功能,先选择断线面,再选择中轴线将青瓷模型制作出来。青瓷的基本模型如图4所示。
3.2 模型修饰
模型的修饰包括模型印章和纹理雕刻和修饰等,主要通过浮雕来实现。首先制作印章和青瓷纹理的图片,然后制作成透明通道。使用3D Curve绘制出浮雕的区域,为避免3D轮廓线脱离实体,使用“fit curve”命令将3D线附着在青瓷表面上。选择Emboss With Wrapped Image,然后点选绘制在3D模型表面上的曲线。在出现对应功能的选项中选择所要绘制浮雕的透明通道图,设置浮雕高端,确认后即可完成青瓷印章和纹理的制作(如图5)。在产生浮雕前选择用影像模式预览,待影像位置、大小、角度等调整无误后,将冰裂纹理赋给青瓷,最后将黏土粗糙度(Clay Coarseness)调整为ADD Detail(0.5mm),完成整个青瓷的制作(如图6)。将整个模型导出STL格式,输入到快速成型机器可得到模型原型。
3.3 模型渲染
完成整个模型构建以后,选择进入Rendering工具栏,点击设置材质。点击设定灯光,灯光类型主要有Point(点光源),Spot(聚光灯),Infinite(日光灯)三种类型,这里选择Spot灯光,设置好灯光颜色、照射范围、灯光质量后,得到最终的渲染效果图和青瓷原型对比效果如图7所示。
4 结论
基于Free Form快速成型技术在一定程度上改变了传统制造业的生产方式,采用现代化和数字化的设计与生产方式,不仅在视觉上和触觉上提供了直观逼真的设计方式,而且提高了产品的设计和生产效率,通过结合地方特色产业,可进一步推广到石雕、机械零部件等产业,为促进地方经济的发展做出应用的贡献。
参考文献
[1]百度百科.FreeForm[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/3863545.htm.
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耦合微带滤波器的快速成型设计 篇10
滤波器是微波通信领域里的重要器件,其主要功能是抑制不需要的信号,让需要的信号顺利通过。滤波器性能的优劣直接影响到微波电路的性能指标,因此,如何设计高性能的滤波器具有重要的意义。微带滤波器具有体积小、重量轻、频带宽、价格适中、制作简单等优点 , 近年来已经广泛应用于微波电路的系统电路设计中。
1 耦合微带线电路结构
图1是一对耦合微带线的截面图。两条线在没有屏蔽的情况下靠近在一起传输信号时,这些传输线间存在互相影响的电磁场,也存在功率耦合,此类传输线常常叫做耦合传输线。平行耦合传输线一般为距离很小的三个导体组成,这种结构介质厚度用h表示,介质相对介电常数用εr表示,介质的底面是公共的导体接地板。介质的上面是两个中心导体带,它们距离用S表示,宽度用W表示。
2 耦合微带带通滤波器设计方法
多节耦合微带带通滤波器因为在结构上不需要连接地,所以结构简单,易于实现,是一种广泛使用的滤波器。它们能够在厚度非常小的介质基片上制作完成,它的纵向尺寸与工作波长大小相当,若使用介电常数较高的介质基片就能够使线上的波长变为自由空间的几分之一。这种带通滤波器的设计需要分析、计算,下面给出相应电路设计的步骤 :
1)按照待设滤波器的阻带与通带衰减特性要求,选取合适的低通滤波器原型,从而明确待设滤波器的阶数,而后查表得到低通滤波器的原型的具体参数值。
2)明确滤波器的上边频、下边频和归一化带宽,假定下边频为ω1、上边频为ω2 ,中心频率为ω0 ,则归一化带宽可用1式表示。
3)分析每一节微带耦合线的奇模特性阻抗和偶模特性阻抗。
上式中分别为滤波器低通原型的归一化值。平行耦合微带线各节的可由式5和6来求得。
式5和6中下标i,i+1表示耦合微带线的耦合单元 ;滤波器输出端口与输入端口传输线的特性阻抗用Z0表示,取值为50Ω。
4)确定微带线实际尺寸。
依据前面的分析可以获得每一节微带线的奇、偶模特性阻抗,一般的方法是利用查表分析取得各微带线的几何尺寸,本设计通过软件自带的工具来分析它的实际尺寸。
3 耦合微带带通滤波器设计
下面用平行耦合微带线来设计一个带通滤波器 :带通滤波器通带频率区间为3.9GHz~ 4.1G Hz,中心频率为4,通带内衰减不大于2,频率在大于4.4G Hz和小于3.6GHz时信号的衰减不小于20,基板厚度为h=0.5mm,基板相对介电常数εr=2.2,输入输出阻抗为50Ω。
首先分析得到滤波器低通原型的阶数N
按照平行耦合带通滤波器在4.4GHz处的衰减不小于20的指标可以明确该滤波器低通原型滤波器的阶数,先把4.4这个频率变换为归一化低通方式 :
依据设计指标,查表得滤波器的阶数 Nmin=3,带内纹波0.5dB的切比雪夫滤波器原型参数为 :
根据上面表达式计算每节奇偶模的特性阻抗,滤波器需要4节耦合微带线级联,经过式2 ~式5计算,各节奇偶模的特性阻抗可用表1表示。
在ADS原理图模块里选取器件,绘制原理图。然后进行参数设置 :介电常数取2.2,基片厚度取0.5mm,金属层厚度为0.05mm,滤波器两端引出线的特性阻抗为50Ω,耦合线和短接线宽度可以通过ADS自带的工具分析得到,数据如表2所示。
从仿真结果可以看出,在3.9G Hz和4.4G Hz符合要求,但是在4.1G Hz和3.6G Hz处不符合要求,所以电路需要进行优化。设计参数优化过程主要把滤波器的S参量作为优化目标而进行优化仿真,即选取四段耦合微带线的w、s、l三个变量作为优化目标,用S21来优化通带、阻带的衰减,最后用随机法对设计电路进行全局优化,优化仿真后的效果图用图2表示,满足设计指标要求。优化后原理图生成版图,再对版图进行仿真,效果同样满足设计指标要求(不满足的要回到原理图里重新优化仿真,直至版图仿真效果符合电路设计指标要求)。
耦合带通滤波器电路原理图仿真优化后微带线数据如表3所示。
4 结束语
快速成型 篇11
针对目前电动观光旅游车原型制作中存在的周期长、精度低、工作环境差等问题，通过对比分析快速成型技术与玻璃钢翻模技术的工艺特点，并在实际项目实践中对比两种工艺的优缺点，阐述和分析了采用快速成型技术对于电动观光旅游车原型制作方面带来的好处，从而提出了在电动观光旅行车原型制作中采用快速成型技术的可行性。
关键词：
快速成型技术 电动观光旅游车 造型设计 原型
中图分类号：TB476
文献标识码：A
文章编号：1003-0069 （2015）02-0110-02
一 快速成型技术的概念
快速成型技术最早起源于19世纪末的美国，由于当时技术条件还不够成熟，直到20世纪80年代才得到进一步的发展和推广o它是集CAD/CAM技术、激光加工技术、数控技术和新材料等技术为一体的产品原型制造技术。该技术与传统的“减法”（CNC切削加工）加工工艺不同，它是一种“加法”制造方法，用不同的材料逐层叠加的方式建构起要加工的产品原型。具体的工艺过程是，首先依据设计出来的产品原型的三维模型图（文件为STL格式，Rhino、SolidWorks、CREO等工程软件均可以生成），经过格式转换后，形成分层的数据格式，获取各层载面的二维轮廓形状，然后按照这些轮廓形状，用激光束选择性地分别固化一层层的液态光敏树脂材料，或切割一层层的纸或金属薄片，或烧结一层层的粉末材料，也有的用喷射源选择性地喷射一层层的黏结剂或热熔性材料，形成各截面的平面轮廓形状，并逐步叠加成三维立体零件。由于该技术不需要采用传统的加工机床和模具，在原型制作上具有加工精度高、人力消耗少、效率高等特点，所以已成为在产品原型制作中广泛被采用的一项重要技术。
二 快速成型技术的分类以及性能特点
当前决速成型技术的工艺方法已有几十种，并且随着技术的不断革新与发展，新工艺、新方法还在不断出现，但目前主要工艺分为四种基本类型。
1 SLA工艺
SLA（ Stere0 1.thography Appearance）工艺全称为立体光固化成型法。其工艺过程是以光敏树脂为原料，在加工过程中，工作台表面浸在液体的光敏树脂中，一定功率的光照到光敏树脂表面，通过光聚合反应使其固化，一层固化完成后，工作台下降一定高度，重新覆盖一层树脂材料，光照固化新层，如此反复，直到零件完成。此工艺是目前技术最成熟，应用最广泛的一种快速成型技术。
2 LOM工艺
LOW（ Laminated Object Manufacturing）工艺全称为叠层实体制造或分层实体制造。其工艺过程是由加热辊筒将薄形材料（如涂热敏胶的纤维纸，塑料薄膜，金属或者其他复合材料）加热联结，待加热辊筒自动离开后，再由激光将薄形材料切割成该层面所要求形状，如此重复直到一层层叠加生成任意复杂形状的实体。
3 SLS工艺
SLS（ Selective Laser Sintering）工艺全称为选择性激光烧结。其工艺过程以金属、ABS塑料、陶瓷等材料的粉末作为成型材料，利用滚筒铺设每一层粉状材料，在计算机控制下激光器发出的光束对每层粉末材料进行扫描，使之熔化烧结成型，当一层粉末烧结完成后，滚筒上升一层，在烧结层撒上新的一层粉末，为下一次烧结做准备，直至完成零件的成型。
4 FDM工艺
FDM（Frequency Division Multiplexing）工艺称为熔融沉积制造，其工艺过程是以热塑性丝状材料为原料，通过加热器熔化丝状材料成液体，由计算机控制挤压头沿零件的的每一截面的轮廓运动，使熔化的材料通过喷嘴挤出，覆盖到截面上每一部分，并在1/10秒内快速凝固，逐渐形成一层造型。随后，挤压头沿轴向向上运动（距离大小依设备的运行精度有关）以进行下一层材料的构建，如此逐层由下到上堆积成一个产品原型或零件。
三 电动观光旅游车原型制作中常用的工艺方法
目前的电动观光旅游车原型制造中常用手糊玻璃钢方法和钢板冲压成型，但钢板冲压成型由于模具上的巨额投入，一般企业望尘莫及。手糊玻璃钢工艺加工容易，成本低，模具使用频率高，并能修复重复使用等优良性能，所以是目前此行业中比较适用的方法。其主要流程包括：原胎的制作、涂刷胶衣层、逐层糊制玻璃纤维层、脱模修整、批量加工原型、原型的表面处理、组装模型。
四 快速成型技術在电动观光旅游车原型中的应用案例
快速成型技术在目前的产品原型制作中是一种常用的加工方法，但在电动观光旅游车产品研发中应用不是很广泛，为此笔者依托第二代电动旅游观光车课题中原型的制作过程进行了尝试（如图1）。
1 三维数字模型：在三维软件中创建数字模型，常用的软件包括Rhino、Creo、SolidWorks等，快速成型机对于三维模型的格式无特殊要求。另外对于三维模型造型的曲面或者复杂度也无特殊要求，只要三维模型各个零件是完整的，都可以加工出来。
2 数字模型格式转换：将其他软件创建的三维模型文件转换成快速成型机能识别的文件格式，通常扩展名为.STL格式。
3 打印零件：快速成型机的控制软件根据三维模型的造型特点判断出模型的安置方式，并计算出打印消耗材料重量以及打印持续时间等信息。
4 零件的后处理：打印完成的原型或零件还不能直接使用，为了保证原型或零件的稳定性，打印过程中在原型或零件的周围需要额外打印支撑材料。打印结束后，需要去掉周边的支撑材料。并且喷涂之前需要对原型或零件表面进行打磨处理，用原子灰刮平表面需要处理的地方，然后用粗砂纸打磨掉突出部分，并用水砂纸对表面细磨处理，。
5 喷涂处理：对表面经过处理的零件或者原型进行喷涂，采用树脂专用油漆喷涂。
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6 组装模型：把处理好的原型或零件根据设计要求进行组装。
五 快速成型技术与传统玻璃钢技术在电动观光旅游车原型表现中的优缺点分析
1 造型的可加工性
快速成型技术能加工任何复杂结构的零件或原型，不管是双曲面造型还是变化复杂的曲面均能加工：而传统玻璃钢技术在翻模过程中，很多复杂造型的原胎成型需要耗费很长时间，并且在脱模过程中不能出现一些影响脱模的结构。
2 原型的制作效率
快速成型技术在设备成型范围内可以同时加工多个零件或原型，从数字模型到实体零件只需几个小时到十几个小时即可完成，加上组装和表面处理的时间，也不过几天就可完成一套产品原型：传统玻璃钢技术从搭建产品原型骨架到翻模完成至少一个月甚至更长的时间。
3 原型的制作精度
采用快速成型技术加工的原型最高精度能达到微米级别，且不受加工次数影响；而传统玻璃钢技术的加工精度只能达到毫米级别，在翻模过程中受模具精度的影响，多次使用后无法保证制作出来的原型精度。
4 原型的制作成本
当前的快速成型技术采用的材料成本偏高，尤其树脂材料；而玻璃钢技术使用的材料成本较低，但如果再加上昂贵的劳动力成本，快速成型技术加工的原型与玻璃钢技术相比，性价比较高。
5 原型材料性能
目前的快速成型技术使用的材料多样，性能各有特点，根据原型的测试要求，能选择到合适的材料：相比玻璃钢材料的强度以及韧性，目前常用的树脂材料和ABS材料还不能与之媲美。
6 原型制作环境
快速成型设备工作环境干净卫生，对周边环境无污染：而玻璃钢加工过程中工作环境脏、乱、差不可避免，所采用的工业级树脂有刺鼻的气味，并刺激人的神经系统，玻璃纤维也对肺部存在安全隐患。
通过以上六个方面的对比分析，在电动观光旅游车原型开发设计中采用快速成型技术，不仅能大幅提高工作效率，而且原型的加工质量也能得到可靠保證。
六 快速成型技术在电动观光旅游车原型表现中的展望
快速成型技术在电动汽车行业中的应用还处于摸索阶段，该技术具有很多传统技术无法比拟的优点，比如加工高效性、精确性等，尤其在以工业设计师为主的产品开发过程中采用并行设计方法，缩短产品的开发周期方面具有广泛应用的价值，但目前也存在一些技术瓶颈，比如说快速成型采用的材料的成本较高、材料在强度和耐高温还有不足之处、打印完成后表面的后处理相对复杂。随着技术的不断改善与进步，以上问题会逐渐被攻克，快速成型技术在产品的原型制造中会有更好的应用。
快速成型 篇12
现有激光快速成型系统使用的激光光源大都是气体激光器。气体激光器具有体积大、可靠性差、寿命短、光谱固定不可选等缺点,因而我们要研究新型的能量源。与气体激光器和其他固体激光器相比,半导体激光器具有体积小,功耗低,寿命长,光谱可选等优点而成为许多领域如固体激光器的泵浦、激光打印、扫描、显示、数据存取、遥感、光通信等的重要光源。而另一种国际上近来发展的可应用于快速成型技术的激光器——光纤激光器具有散热面积大、光束质量好、体积小巧等优点,也已在高精度激光加工、光通信、激光雷达系统、空间技术、激光医学等领域得到应用[1]。
1高功率半导体激光器线阵
高功率半导体激光器线阵是由分立的激光源经过特殊加工方法形成一定间距的发光阵列,所发激光束经快轴、慢轴准直透镜准直后,保证在前方工作平面上形成一条一定宽度的激光束;两排这样的线阵交叉补偿组合形成一连续的线阵能量源。各激光源由微机控制,其发光与否可实现激光束的变长线。
1.1微透镜准直器
如图1所示,高功率半导体激光器出射光束的发散角大,慢轴方向约为10°,快轴方向则可达40°。另外,它的发光面尺寸大,慢轴方向可达150μm甚至200μm,大于光纤端面尺寸,所以提高光纤耦合效率尤其困难[2]。只有使用非球面透镜将激光光束汇聚到光纤输入端,才能提高耦合效率。德国LIM0公司[3]使用微柱面透镜阵列对线阵半导体激光器(laser bar)进行光纤耦合。其中快轴方向使用一条状平凸柱面透镜,慢轴方向使用一微柱面透镜阵列。如图2所示,其中1为半导体激光器线阵,2为快轴准直器,3为慢轴准直器。准直后的剩余发散角可按下面公式进行计算。
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式中:α为准直后的剩余发散角;d为激光元出射尺寸;NA为孔径光栏直径;somax为微透镜阵列到激光元出射面的最大距离;K为激光束功率下降到中心undefined值的直径所对应的发散角。
1.2激励电源
采用精密大电流可调电流源与限流功率开关组成的激励电源。要求低导通电阻、高响应速度和有防浪涌限流保护。目前,商品化的半导体激光器线阵(激光二极管厘米条)激光元并联连接,均由专用的大电流恒流电源供电。如OPTO POWER公司的40W半导体激光器线阵可用OPC-PS4005电源提供高达50A的电流, 但无法独立驱动。对于能分别驱动的高功率半导体激光器线阵而言,每个激光元功率不到1W,仅需小于2A驱动电流。国外市场有相应的商品电源,如THORLAB公司的LD3000模块,可提供最大为2.5A的恒流电流,具有保护激光器的慢启动功能,和外接电流控制端,线阵的每一个激光元可用一个模块来驱动,但成本较高[4]。
2高功率光纤激光器线阵
高功率光纤激光器线阵采用多个高功率半导体激光器
与多排光纤耦合,再利用准直镜阵列对出射光束进行准直,保证在规定距离的作面上形成激光束线阵。
2.1高功率光纤激光器关键技术
1) 包层泵浦技术
采用双端非对称泵浦作为大功率双包层光纤激光器的泵浦方式[5]。双端非对称泵浦存在最佳光纤长度使输出功率最大。当双端泵浦功率分别为60w和240w时,光纤长度为16m时光纤输出功率最大。另外,腔镜对光纤输出功率也有一定的影响,前端镜对激光信号应该具有很高的反射率,而输出镜的反射率应越小越好。
2) 泵浦耦合技术
采用微型棱镜耦合技术能有效地将半导体激光器泵浦光耦合进双包层光纤[6]。理论计算,此种耦合方法的耦合效率可以达到90%以上。微型棱镜耦合法对光源的光束质量要求较低,一般的大功率半导体激光器阵列经过光束整形都能满足要求。另外,它对光纤本身几乎没有损耗,而且易于加工,是比较理想的双包层光纤耦合技术。
3) 透镜准直阵列
由于准直镜的剩余发散角与前焦距成反比,故透镜的焦距越长,剩余发散角越小。在保证光斑尺寸的情况下,可使工作距离增长,这有利于工件的预热。但焦距越长,准直透镜阵列的节距越宽,减小了光能量密度及加工精度。
3结论
1) 半导体激光器线阵特点:
①工作距离短,工件预热困难;②激光器线阵散热设计困难;③激光器阵列加工及装配精度要求高;④阵列激光元的一致性好;⑤激光元间距、发光面位置精度高。
2) 光纤激光器线阵特点:
①工作距离长,工件预热容易;②多排光纤无需散热;③多排光纤组装相对容易;④光纤耦合工艺复杂;⑤准直微透镜光路调整困难。
摘要：快速成型机的小型化、低成本化是当今快速成型机技术的主要发展方向。现有激光快速成型系统使用的激光光源大都是气体激光器。针对现有激光快速成形系统使用气体激光器存在的缺点,研究使用半导体激光器或光纤激光器的新型能量源来代替气体激光器。提出了使用高功率半导体激光器线阵和高功率光纤激光器线阵两种方案,并比较了利用此两种方案作为激光快速成型系统能量源的优缺点。
关键词：快速成型技术,半导体激光器线阵,光纤激光器线阵,准直阵列
参考文献
[1]朱林泉,朱苏磊.激光应用技术基础[M].北京:国防工业出版社,2004:21.
[2]朱林泉,朱江淼.高功率半导体激光器光纤耦合线阵技术[J].兵工学报,2005,26(2):182.
[3]Collimation Module for Laser Bars[EB/OL].Dortmund,Germany,http:∥www.Limo.de,2001-04-16/2002-03-16.
[4]王高,周汉昌,朱林泉,等.快速成型机用能量源实现的两种新方案[J].测试技术学报,2003,17(1):67-68.
[5]梁兰菊,郑义.LD泵浦掺镱的双包层光纤激光器的研究[J].激光杂志,2005,26(5):19.