基于激光燒結(jié)快速成型的零件制造

1、安全技術(shù)基于激光燒結(jié)快速成型的零件制造一、討論內(nèi)容 本項目的主要討論內(nèi)容為激光燒結(jié)快速成型系統(tǒng)的研制、激光燒結(jié)快速成型工藝討論(包括樹脂材料、陶瓷材料、金屬等粉末材料激光燒結(jié)的工藝討論)、原型零件制造的討論、金屬零件直接燒結(jié)技術(shù)的討論、后續(xù)工藝技術(shù)的討論(包括軟模制作、中間模制作、硬模制作等模具制造工藝的討論)、反求工程討論(包括真實零件的數(shù)字化、數(shù)據(jù)重構(gòu)技術(shù)等的討論)。 二、該項目國內(nèi)外現(xiàn)狀1、開發(fā)討論狀況 快速成型技術(shù)自80年月末在全世界范圍內(nèi)開展以來，在近十年的時間里，在制造領(lǐng)域漸漸進(jìn)展成為一種嶄新的制造技術(shù)，為制造領(lǐng)域帶來一個全新的制造概念。利用該技術(shù)，可以從CAD直接獲得零件的原形，

2、從而大量地節(jié)約產(chǎn)品的研制開發(fā)周期和制造成本。對于新產(chǎn)品開發(fā)、單件小批量生產(chǎn)有著重大的經(jīng)濟(jì)效益。激光快速成型技術(shù)是快速成型技術(shù)的一種，由于其加工材料廣泛，無需支撐，而且能夠直接制造金屬零件因此其進(jìn)展較其它快速成型方法更快，應(yīng)用范圍也更為廣泛。(風(fēng)險管理世界-.RiskMW.com) 自80年月初美國3M公司提出快速原型制造的概念以來，短短20年以內(nèi)，在全球從事該項技術(shù)的開發(fā)討論的機(jī)構(gòu)已經(jīng)達(dá)到數(shù)百家，即使在中國，目前與快速成型技術(shù)有關(guān)的討論、開發(fā)以及用戶單位已達(dá)數(shù)十家，顯示出蓬勃的生命力。隨著快速成型技術(shù)在試驗室的研制勝利，相關(guān)設(shè)備的開發(fā)研制也逐步成熟，自從1987年美國3D System公司推出

3、快速成型設(shè)備以來，世界各國的快速成型設(shè)備每年幾乎以幾何級數(shù)遞增。據(jù)不完全統(tǒng)計，至1998年底，世界各國的RP設(shè)備擁有量已達(dá)4000臺套，中國大陸地區(qū)的設(shè)備擁有量也達(dá)到110套左右。據(jù)統(tǒng)計，1998年美國的相關(guān)產(chǎn)值已達(dá)10億美元。 快速成型技術(shù)自其誕生之日至今，先后經(jīng)受了三個進(jìn)展過程，即零件的原型制造、快速工模具制造以及金屬零件的間接快速制造。隨著該項技術(shù)的進(jìn)展，金屬零件的直接制造已經(jīng)凸現(xiàn)到人們的面前。金屬零件的直接制造技術(shù)可以大大縮短零部件的制造周期，節(jié)省昂貴的高性能材料。其潛在用途還能用來進(jìn)行零件的合金化，甚至將不同材料做成一個零件，以滿意零部件不同部位不同性能的設(shè)計要求。據(jù)英國國際飛行周刊

4、1999年3月報道已開頭用激光直接制造法生產(chǎn)鈦材料樣件。力學(xué)性能試驗表明，用該方法得到的零件材料性能可滿意工業(yè)ASTM規(guī)范，并且生產(chǎn)周期削減5070%。材料利用率達(dá)80%以上。該技術(shù)用于生產(chǎn)昂貴的金屬材料時很合算，并且有可能用來生產(chǎn)大型、整體結(jié)構(gòu)，還可用來修理有損傷及故障的零件。當(dāng)然，該技術(shù)中使用到的激光功率必需足夠大。 2、產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域 快速成型技術(shù)的應(yīng)用范圍極其廣泛，與快速成型技術(shù)的三個進(jìn)展階段相對應(yīng)，其應(yīng)用也基本上分三個方面： 原型實體應(yīng)用 由快速成型技術(shù)得到的零件原型可以將CAD系統(tǒng)中的零件設(shè)計概念在極短時間內(nèi)變成原型實體，供設(shè)計人員審定、參考，將可能消失的問題解決在設(shè)計階段，避開了生

5、產(chǎn)中工時、材料和投產(chǎn)時間的損失。也可以直接將原型實體提交客戶和市場，進(jìn)行市場調(diào)研和客戶信息詢問，能夠在盡可能短的時間內(nèi)制造出滿意市場需求的產(chǎn)品。在軍事和建筑領(lǐng)域存在著大量的原型制作需求，如部隊指揮作戰(zhàn)的沙盤模型、地形地貌模型等，建筑設(shè)計中建筑物的模型，甚至是城市規(guī)劃模型都可以通過快速成型技術(shù)真實地反映到原型實體上。 由快速成型系統(tǒng)得到的原型實體可以直接或間接用于模具制造。通過對原型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚?，可以用于制作模具，可以是石膏模、橡膠模，也可以是金屬模具。通過這種途徑可以大幅度降低模具制造的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)周期。特殊是在鑄造工業(yè)，激光燒結(jié)快速成型技術(shù)可以直接制備鑄造用型殼和型芯，大幅度降低鑄造成

6、本，縮短生產(chǎn)周期，并且在最大程度上變革了傳統(tǒng)鑄造惡劣的生產(chǎn)環(huán)境，為鑄造業(yè)供應(yīng)了一條技術(shù)革新之路。 快速制造應(yīng)用 直接制造零部件是快速成型技術(shù)的最終應(yīng)用目標(biāo)，也是其最終的進(jìn)展方向。目前快速成型的討論重點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)移到快速制造上。由于該技術(shù)從根本上變革了傳統(tǒng)制造思想，可以說，它將最終應(yīng)用于整個制造領(lǐng)域。尤其是對于各種難加工材料零部件單件小批生產(chǎn)，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 反求工程應(yīng)用 通過對已有零件的數(shù)字化處理，如工業(yè)CT掃描、斷層掃描、激光測量的手段，獲得零件的數(shù)字信息，通過CAD重構(gòu)，獲得零件的CAD模型，進(jìn)行零件的復(fù)制是快速成型技術(shù)的另一方面應(yīng)用。特殊是在醫(yī)療領(lǐng)域，它可以快速制造人體的骨骼(假肢或具

7、有生物活性的骨骼替代品等)，將對人類健康和醫(yī)療手段產(chǎn)生重大影響。目前在該領(lǐng)域已經(jīng)有不銹鋼假肢制作的案例。 3、相關(guān)企業(yè)狀況 快速成型技術(shù)最先應(yīng)用于國防、軍事領(lǐng)域，并且該項目最初進(jìn)展的資助單位都是來自軍方以及國防部門。隨著技術(shù)進(jìn)展逐步走向成熟，逐步受到國家有關(guān)單位的重視，在一般工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。以中國為例，從90年月初期起，國家將快速成型技術(shù)列入國防"九五'方案，通過國防基金和國家自然科學(xué)基金進(jìn)行了重點(diǎn)資助。1997年起，國家科委、地方政府、生產(chǎn)力促進(jìn)中心等部門都對該技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)扶持。并成立了全國性的快速成型服務(wù)中心。依托高校供應(yīng)的技術(shù)，相繼成立了一些特地供應(yīng)快速成型技術(shù)的公司。他們不僅供應(yīng)設(shè)備，各地生產(chǎn)力促進(jìn)中心也相繼成立了快速成型特地機(jī)構(gòu)，從事該技術(shù)的推廣和應(yīng)用。 目前來看，占據(jù)國內(nèi)市場的主要是國外的設(shè)備，正如上面所提到的，其用戶在多為超級大型企業(yè)主要是由于快速成型設(shè)備作為一種先進(jìn)的制造技術(shù)，其前期投入特別巨大，以其現(xiàn)有的價格，絕大多數(shù)中小型企業(yè)無力負(fù)擔(dān)如此昂貴的費(fèi)用。再加上該技術(shù)在國內(nèi)的宣揚(yáng)和推廣不夠，大多數(shù)人員遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有意識到該項技術(shù)所