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附录：快速成型技术和系统的回顾 快速成型制造技术已经为很快地直接地从计算机辅助设计系统创造 3些技术在工业成型制造中起着重要的作用。这一篇文章回顾了 的主要技术和应用程序。 的原则和技术在这里被展现。在这些新的技术方面的一些现有的问题和研究议题被介绍。我们也在使用快速设计原型作为较进一步的例证。 关键字 ：快速成型，分层堆积制造 简介 产品制造工业正在面对二个重要的挑战性的任务 :(1) 缩减产品发展时间的 ; (2) 制造产品的小整批尺寸产品和多种类型产品在柔性方面的改进， 而 , 对于新产品的迅速发展在和计算机辅助制造的计算机辅助设计的真实整合中有一些障碍。 虽然可观的研究已经在过去被为计算机辅助设计和制造业整合 , 像功能辨识 , 序规划和程序计划，但是 间还是存在着一些空白区域 : （ 1） 3 （ 2） 创建复杂模型表面产品的成本问题 这是一篇和快速成型有关的指导性文章 M 能做什么 为了从实质上短缩发展中的图案，铸模和原形的时间 ,一些制造业的企业已经启动使 用迅速设计成型方法作为制造复杂图案和元件设计方法。在过去几年内 , 多种新的快速制造业的技术 , 通常叫做快速成型制造 ()的技术 已经出现 ; 这项技术发展包含 些技术能够直接地产生来自 据库的实际的物件。他们通常都有一个的重要功能 : 加工零件模型时用堆积成型方法要多于材料切除法。这就把 3此便能直接的调用计算机模型数据库中的模型直接加工。 的基本程序 如图 1 所示， 一个零件首先被模型制造者做出一个几何模型 , 例如一个实体模型。零件进入一系列的平行截面块之内然后算术地被区分之。 对于每个模块 , 硬化或缀合，路径已经产生 ,在 图 2 中显示。这些硬化或粘合路径直接地被用俩作为加工指令加工工件材料。在一个层被建造之后 , 一个新的层被用同样的方法建在先前的那个层上。因此，模型是从底层一步步建到高层的。在摘要中 , 迅速成型设计的犯法包含两个方面： : 数据准备和模型生产。 图 体模型实例 图 切片扫描 的目前应用领域 虽然 技术仍然在他的早期阶段 ,但是一些工业公司 , 像德克萨斯仪器公司，克莱斯勒公司 , 安培公司和福特电动机公司已经从技术改良下列三个方面的他们的产品发展获益。 工程学设计 视觉化。概念上的模型在产品设计非常重要。设计者使用 计算机中的 而，无论工程师用 仍然非常困难的完全地展示实际的复杂产品将会看起来像什么。一些错误可能仍然从工程师和设计者的检查中逃脱。实际物件的触觉有时能揭露未预料到的问题。闪烁一个较好的设计。由 产生一 个较好的设计思路，复杂工件的成型加工能够在短时间内建造 , 因此工程师能非常快地评估一个设计。 证明和最佳化。改良产品质量总是制造加工中的一个重要议题。由传统的方法 , 模型的研发或者一个最佳化的有效设计是要耗费大量时间和资金的。在此对比 , 成型能被很快地设计加工再没有现成的用工具工作和劳动力的情况下。结果证明设计观念变的很简单 ; 产品质量能被在有限制的时间里和可负担成本的前提下得到改善。反复。就像汽车工业，厂家经常把性产品投放到市场中。产品投放市场的时间快慢是在今天的竞争市场中区分胜利者和失败者的主 要因素之一。由于 技术存在，在一个短时间内完成多样化设计是可能的。 总体上减少模型的研发时间。 制造业 我们能使用 成型技术作为可生产研究。 在产品的设计初期提供一个实物模型，我们能加速程序计划和工具工作设计的程序。 除此之外，由于正确地描述复杂的几何形状，这种方法能帮助在工场上解释蓝图方面减少问题的出现。 另外的一个应用程序正在为铸模用工具工作研发。 这种方法也能为铸件被用作主图案。 市场 为了协助产品售卖，一个原型能用来示范观念，设计主意 ,同时也代表了一个公司的生产能力。实际模型的真 实举例说明设计的可行性。同时 , 原型能用来修正设计得到客户的回应，以便最后的产品将会符合客户的需求。及时的领会客户的想法 , 方法在 90年代是市场竞争的关键。 及时的领会客户的想法在 90年代是市场竞争的关键。 M 技术有潜力能确定提高产品质量。主要有两方面 : 几乎没有几何形状方面的限制 ; 分层堆积制造方式允许从 完全忽略了计算机辅助设计程序。 快速原型制造和制造技术 正如以前被提到的。有几种遵循 “ 生长 ” 和 “ 添加制造 ” 的原理的现代生产方式。在这些技术的主要不同点有二个方面 : (1) 选用的材料 (2) 零件制造技术。 以下部分将会在这两方面详细地说明快速原型制造。 光敏液相固化法 ( 是首个商业化的快速原型制造技术并且应用的最广泛。 用的材料是液体树脂。在光的照射之下 , 小的分子 (单体 )聚合成较大的分子。基于这个原则 ,零件在如图 3 所显示的一个盛放液体树脂的桶中制造出来 器制造原型是借激光探头在液体表面上追寻分层路线制造的。与数控机床得之字形切削路径不同 ,探头沿着平行线移动，然后再沿着垂 直的方向。在液体下面有一个提升的支撑面。表面就在广可以照射的深度。激光光线在检流计驱动镜子旁边的 X 和 Y 轴中被水平地偏斜，以便它移动。树脂的表面生产一个固体形状。在一层被建造之后 ,支撑面下降一个用户指定的距离，一层液体树脂的新涂料覆盖了原始层。一个扫帚帮助填充用来制造下一层的新的树脂。激光在已经做好的一层上画新的层。这样，模型从底部到顶端的逐层建造出来。当所有的层被完成的时候，原型被制造了大约 95% 。后续制造要等到原型完全凝固之后。这在一个充满紫外线的烤箱中制做。 材料： 有五种商业化得的原型材料。它们全是树脂。 支持：因为一个模型在液体被产生 ,在制造过程中，悬于零件 (在下面不支持 )之上的下垂或者飘浮离开。原型如此需要一些初步设计支持直到它被制造或固化。支持可能是柱子，桥和构架。有时需要输入或者把硬加入填充在的薄壁件。这些附加的物体在模型原型的制造的过程中产生和必须在模型完成之后清除。 模型准确性和表现性。 被达成的准确性是大约 的全部尺寸而且除了不超过 之外以较大的大小。 层厚度是在 前，被 3器是在 M 系统之中的最精确的机器。 作的原型是易碎的而且可能不够结实来抵抗高的压迫力测试。 同时 , ，材料的收缩可能会使原型变形。 再循环。 选区激光绕结法 (动态同步传输套式公司 (奥斯汀 用在德克萨斯大学的机械工程部门被卡尔 约瑟 发的 统提供治疗液体的系统替代 5代品 . 用对泉华的一个二氧化碳激光连续数层 的粉代替液体。 在 理粉的表层在工作地方之上被一个替换柜台滚筒机制应用。 粉状材料被些微地在它的熔点下面预先加热到温度。 激光光线在粉状表面上追踪跨区段加热对泉华温度的粉。以便粉保证被激光扫描到。 不是被激光扫描的粉将会适当地保持视为对粉下层的支持 ,这在减少扭曲方面是有帮助的。 当跨区段的层被完成的时候 , 滚筒消除粉的另层在那之上为下途径泉华一。 图 5 演示 工作原理。 一些特征。 材料。 用各类型的材料包括 尼龙，树脂， 聚亚安酯作为投资投掷腊的样板的生产。 能够使用金属制的和陶瓷粉的机器正在研发过程中。 支持。 统通常不需要预先设计支持结构。 在建筑物期间，如支持在每个层上的为不融合的粉末处理。 做模型准确性和表现。 平均的准确性 为一个部份由从 +成了范围直径和 15高度。 层厚度是在 产品可能遭受收缩和变形由于冷却。 那二个因素能根据选择更小颗粒的粉末所 限制 , 和在粉末的软化处理点上面的高方面比和空气流程温度的粉状粒子除去 , 但是在泉华点下面。 再循环。 原型能是 粉碎 成粉末以便重复使用。 熔丝沉积成型法 (快速原型系统 司研发用来的构造以被挤出的热后可塑性的材料的沉淀为基础的部份呼叫 在一个 序中，一个热后可塑性细丝材料进入一个加热的 的运动被计算机控制。 在飞的挤出头内，细丝进入设备内被一个反抗加热器融化。 喷头追踪部份的一个每跨区段层的精确部分 。 当喷头在空间的 它工作的时候，材料以 1/10一层堆积完成后 , 喷头按照程序预先设计好的为堆积下一层在 z 方向移动。 每层的堆积都是对先前的堆积作加固。 图 6 演示 工作原理。 下列的主要特征 : 材料。 术为样板的堆积提供了多种模型材料和颜色。 可提供的材料有填充了塑料的聚合物质的尼龙 , 和腊。 专有的尼龙 , 和投资投掷变大。 所有的材料是无毒的而且可能有不同的颜色。 而 且有消耗材料最小的方法。 没有在硬化之后的被需要。 支撑情况。 在许多情况下， 序不需要支持生产部份。 头喷出的锡先是材料在空便凝固。 在上层部分，支撑能力可能仍然是减少扭曲部分所必要的。 模型准确性。 全部的宽度是误差在 续的制成薄板在 而壁厚范围从 间。 用 收缩率。 性能。 32 12 12。模型加工的速度是 60r/s。 选区片层粘结法 (序教工零件用的是纸塑料，金属或者是钢件。 加工一个钢件工件需要按照预先设计好的程序来进行，然后激光在 层能被黏在一起或焊接。多余的材料要莫被移走要莫就作为下一层喷涂的基础。图 7 演示 工作原理。 如下特征 : 材料。 事实上任何的箔 (材料 ) 都能被应用 : 纸，金属，塑料，纤维，合成物质材料，玻璃或合成物。 司现在使用纤维素箔。 支撑情况 . 序使用使用电晶体的材料因此通常不需要预先设计。支援结构。 模型准 确表现性 . 模型能准确的表现实物构造在 且因为材料的使用不收缩或者扭曲。 层的厚度是在 用这些材料制造的原型不易碎而且由于用 成的那些的原型。 能力 . 器 用一个 40瓦特二氧化碳激光器。 造的原型范围的大小是 15 10 15比之下就要快一些。 (感知冲击粒子制造业技术是由一个感知系统使用一个 动的喷墨机制射击融化的材料的小滴 , 同时冷却在先前存放的层之上。一个层由在移动 和 方向的小滴喷嘴喷射产生。从碟子的底部指定一个距离，一个新的层在先完一个成的层的顶端产生。自动化动力学公司也独立地研发了一部相似的机器。 图 8 演示 工作原理。 图 作原理 特征是 : 材料。 材料应该容易地被融化而且凝固 ,例如热后可塑性物质，铝和腊。 感知系统现在使用的是蜡 ,自动化动力学公司使用铝。 支持。 在构造模型程序时，对于突出部份和空虚结构的支持是必要的 ,支持的材料是水溶性的蜡的合成物质。 当模型被完成的时候 , 支持物被用温水洗去。 模型准确表现性。 全部的准确性是 + 层厚度大约在 没有表现报告。 能力。 印机可以用 32个喷墨喷嘴并排排列在 50/ m 的范围内每秒喷射 10000个小液滴。最大的工作块尺寸是 12 2 12。 三维印刷 (3D 三维空间的印刷技术是由麻萨诸塞州学会研发的。在 3个 3D 跨区段层之内被切成薄片。在一个圆筒中 ,喷层的粉放在活塞的顶端和床子上 , 然后喷墨头按照程序把层粉喷到指定位置的模型上，那里的信息由计算机模型库提供出喷涂所需要的相应的信息。在一层完成之后 , 活塞放下滑到预先定义的距离，一个新层按照上一步 的方法继续建立出来。当整个部份完成的时候，热处理是提高层与层之间的粘结所必要的 , 然后去除层粉。 图 9 演示 3 3 材料。 3氧化物和矾土 材料 是无定形的或胶质的碳化物支持。 由于 3持结构的设计就显得没有必要了 ,因为在喷涂程序进行时层粉在每一层都能保留它的自然形态。 模型准确表现性。 小数量数据可从 3 对于测试的样品，层厚度是 178 m 和最小尺寸是 能力。 3D 立体印刷程序能用来生产功能的部份和加工原型。 现在的最大部份尺寸是 12 12 24。这种技术在构筑模型是最大潜能是 20 21 ，厚度 100每小时 速度构建每层。 当一层完成以后，活塞下降一个提前设定好的距离，一新的粉层喷洒出来，并有选择的粘结。当整个零件完成的时候，为了提高粘结层的结合需要必要的热处理，然后除去没有粘结的层。图 9 显示了 3 维印刷的工作过程。 3 维印刷的特点综述如下： 材料 . 三维印刷可以利用氧化铝和铝 合剂是无定形或者胶体的碳化矽。 支撑体。 利用三维印刷技术，零件的职称结构是不需要设计的，因为每层没有粘结的形成了一个天然的支撑。 模型精度 . 三维印刷适应于数量较少的加工，因为它还在测试阶段。对于测试样本，层的厚度是 178 m，最小的尺寸是 0。 017 。三维印刷能够制造功能性零件或刀具的原型。现在最大的工件尺寸是 12 12 24 。这项技术在大约每层 2 秒（ 产率情况下，有能够生产尺寸超过 20 20 零件的潜力。 结论 对于加工者保持竞争力，生产特点，质量，成本和推向市场的时间是重要因素。快速原型系统给制造产品更快，提供了机会，并且比传统的加工方法成本低。因为 能够极大的缩短产品的开发周期，越来越多的商品利用了这个速度，由计算机设计的产品能够生产味精准的模型。而这些模型能够被感知，看到，研究， 测试和比较。 讨论了几种新的有发展前景的快速原型制造。他们都是基于一层一层堆积的原理。它们中的每一个考虑到精度，材料种类和机器成本都有各自的特点。还讨论了一些显露出来的问题和研究成果。这是一个快速发展的领域。快速垸行制造技术的能力和潜力吸引着非常多的工厂为这项技术投资。 非常期待为了研究和发展那些技术能有更多的努力，这样，它们可以广泛的应用于制造工业。 A of ) D in P&M. of P&M on is (I) of 2) on a of of a of in of of in as AD AM in (1) D (2) (2) of is a of M). P& M o to a of M), 3D of AD a is by D be P& M As a is by a as a is a of or or to by or a of a is is on is is by to In of P&M P&M at a of o. to in of an in AD to of no AD of it is to of of a P& M, of a be in a is an of of to or a is In P&M be of be to is of to in s P&M it is to go a e P&M By a at an we up In by in on is be as o a be to as as s to of of be to so in a is to in 990s. M to no on a AD AM s on in (1) 2) in to D It is is as is of on is in a as . LA by on of a or NC in or in in An in is is by so it of to a a is a a of A a on of In is by to is 5% is to is in a of of a of a is in of or it is or be or to to on to be is is of no is LA D P& M is be to of be (X) an to LS at . a to of of LS a of is by a is to a on to up to so by is is by in to as to of in a of is of a of is of is in of LS do on as a a 2 5 is to be by a a of on of DM In DM a of a DM of DM is by is by a an of of As in x y is a by a , up a in z is to DM DM a of investmen
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