快速成型 (Rapid Prototyping) 是近年來發展起來的直接根據 CAD 模型快速制作樣件或零件的技術,它集成了計算機輔助設計 (CAD) 技術、數控技術、激光技術和材料技術等現代科技,是先進制造技術的重要組成部分。與傳統制造方法不同,快速成型從零件的 CAD 幾何模型出發,通過軟件分層離散和數控成型系統,用激光束或其他方法將材料堆積而形成實體零件。由于它把復雜的三維制造轉化為一系列二維制造的疊加,因而可以在不用模具和工具的條件下生成幾乎任意復雜的零部件,極大地提高了生產效率和制造柔性。
與傳統方法相比具有獨特的優越性和特點 :
◆產品制造過程幾乎與零件的復雜性無關。
◆產品的單價幾乎與批量無關,特別適合于新產品的開發和單件小批量零件的生產。
◆采用非接觸加工,沒有工具更換和磨損之類的問題,可以做到無人值守。
◆無切割、噪音和振動等,有利于環保。
◆生產過程數字化,與 CAD 模型具有直接的關聯,零件可大可小,所見即所得,可隨時修改,隨時制造。
◆與傳統方法結合,可實現快速鑄造,快速模具制造,小批量零件生產等功能,為傳統制造方法注入新的活力。
快速成型技術的應用 :
快速成型應用的領域幾乎包括了制造領域的各個行業,在醫療、人體工程、文物保護等行業也得到了越來越廣泛的應用。
目前主要是應用于新產品開發的設計驗證和模擬樣品的試制上,即完成從產品的概念設計→造型設計→結構設計→基本功能評估→模擬樣件試制這段開發過程。對某些以塑料結構為主的產品還可以進行小批量試制,或進行一些物理方面的功能測試、裝配驗證、實際外觀效果審視,甚至將產品小批量組裝先行投放市場,達到投石問路的目的。
快速成型技術的主要應用各行業的應用狀況如下 :
◆汽車、摩托車 : 外形及內飾件的設計、改型、裝配試驗,發動機、汽缸頭試制。
◆家電 : 各種家電產品的外形與結構設計,裝配試驗與功能驗證,市場宣傳,模具制造。
◆通訊產品 : 產品外形與結構設計,裝配試驗,功能驗證,模具制造。
◆航空、航天 : 特殊零件的直接制造,葉輪、渦輪、葉片的試制,發動機的試制、裝配試驗。
◆輕工業 : 各種產品的設計、驗證、裝配,市場宣傳,玩具、鞋類模具的快速制造。
◆醫療 : 醫療器械的設計、試產、試用, CT 掃描信息的實物化,手術模擬,人體骨關節的配制。
◆國防 : 各種武器零部件的設計、裝配、試制,特殊零件的直接制作,遙感信息的模型制作。
快速成型的作業流程
無論是新的概念設計還是產品仿制,快速成型的過程是
◆生成三維 CAD 模型或曲面模型文件,將 CAD 數據轉換成 STL 文件格式,并利用軟件從 STL 文件 “ 切 ”(Slice) 出一定厚度的一系列的片層,或者直接從 CAD 文件切出一系列的片層,得到這一系列片層的過程稱為數據轉換。
◆將每一片層的資料傳到快速成型設備中去,依次將每一層掃描出來,直到完成整個零件。
◆判斷得到的零件實物是否滿足要求,如果滿足要求,就可以對其進行進一步測試和研究,也可以進行小批量的生產,模具開發過程結束。
◆如果不滿足要求,則需要修改 CAD 數據甚至重新設計得到 CAD 數據,重復上述步驟,直到合乎要求為止。
激光固化快速成型基本原理
激光固化快速成型技術,??異于傳統的去除成型、拼合成型、或受迫成型等加工方法,而是采用材料累加法制造零件原型,它是基于液態光敏樹脂的光聚合原理工作的。這種液態的光敏樹脂材料在一定波長和強度的紫外光 ( 如λ =355nm) 的照射下能迅速發生光聚合反應 , 分子量急劇增大 , 材料也就從液態轉變成固態。
液槽中盛滿液態光固化樹脂,激光束在掃描偏轉鏡作用下能在樹脂上掃描 , 掃描的軌跡及光束的有無均由計算機控制 , 光束照射到的地方 , 樹脂就固化,成型開始時,工作平臺在液面下一個確定的深度,聚焦后的光斑在液面上按計算機的指令逐點掃描,即逐點固化。當一層掃描完成后,未被照射的地方仍是液態樹脂。然后升降臺帶動平臺下降一層高度,已成型的層面上又布滿一層樹脂,刮平器將粘度較大的樹脂液面刮平,然后再進行下二層的掃描,新固化的一層牢固地粘在前一層上,如此重復直到整個零件制造完畢 , 得到一個三維實體模型。
激光固化快速成型技術要解決的關鍵問題
◆光固化成型工藝中使用光敏樹脂材料,光敏樹脂材料經歷由液體到固體的相變過程,在這一過程中,液態的單體分子發生聚合反應變為以化學鍵結合形式的固態,由于形成固態后分子之間距離縮小,材料體積收縮而導致零件產生變形;
◆由于設計和制作的原因,如用作控制激光束掃描的振鏡的轉動角和二維平面的非線性映射關系、雙掃描的振鏡的布放方式和光學系統的動態焦距等問題而產生形變;
◆由于機械控制的原因,如升降臺下降的每一層高度不均勻導致零件變形甚至分節;
◆在光固化過程中已固化部分可能因下沉或漂移而產生形變。
GIET0501 系列激光固化快速成型設備的技術特點
◆使用精密設計的光速聚焦和掃描系統,獲得較小的光斑尺寸,提高定位精度,提高設備的技術性能指標,減少設備中光機系統的畸變失真;
◆利用預處理軟件對產品的 3D 設計數據進行處理,根據所使用的光敏固化樹脂的特性進行收縮預補償、選擇合適的支撐結構和優化工藝的控制參數,減少固化成型過程中零件的收縮變形而提高成型零件的精度;
◆采用高穩定度的激光器,結合動態激光功率監測,閉環控制掃描速度,達到穩定均勻的激光輻照能量。
GIET01 系列激光固化快速成型設備的技術參數
使用 GIET01 系列激光固化快速成型設備生成的部件
GIET01 系列激光固化快速成型設備的運動機構系統
GIET01 系列激光固化快速成型設備的光路系統