1、快速成型技術(shù)的原理、工藝過(guò)程及技術(shù)特點(diǎn)2008-08-13 11:08:05|分類(lèi)： 工程技術(shù) |標(biāo)簽： |字號(hào)大中小訂閱 快速成型技術(shù)的原理、工藝過(guò)程及技術(shù)特點(diǎn)： 快速成型屬于離散堆積成型。它從成型原理上提出一個(gè)全新的思維模式維模型，即將計(jì)算機(jī)上制作的零件三維模型，進(jìn)行網(wǎng)格化處理并存儲(chǔ)，對(duì)其進(jìn)行分層處理，得到各層截面的二維輪廓信息，按照這些輪廓信息自動(dòng)生成加工路徑，由成型頭在控制系統(tǒng)的控制下，選擇性地固化或切割一層層的成型材料，形成各個(gè)截面輪廓薄片，并逐步順序疊加成三維坯件然后進(jìn)行坯件的后處理，形成零件。 快速成型的工藝過(guò)程具體如下： l ）產(chǎn)品三維模型的構(gòu)建。由于 RP 系統(tǒng)是由三維 CA

2、D 模型直接驅(qū)動(dòng)，因此首先要構(gòu)建所加工工件的三維CAD 模型。該三維CAD模型可以利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件（如Pro/E , I-DEAS , Solid Works , UG 等）直接構(gòu)建，也可以將已有產(chǎn)品的二維圖樣進(jìn)行轉(zhuǎn)換而形成三維模型，或?qū)Ξa(chǎn)品實(shí)體進(jìn)行激光掃描、 CT 斷層掃描，得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后利用反求工程的方法來(lái)構(gòu)造三維模型。 2 ）三維模型的近似處理。由于產(chǎn)品往往有一些不規(guī)則的自由曲面，加工前要對(duì)模型進(jìn)行近似處理，以方便后續(xù)的數(shù)據(jù)處理工作。由于STL格式文件格式簡(jiǎn)單、實(shí)用，目前已經(jīng)成為快速成型領(lǐng)域的準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)接口文件。它是用一系列的小三角形平面來(lái)逼近原來(lái)的模型，每個(gè)小三角形用 3 個(gè)頂點(diǎn)

3、坐標(biāo)和一個(gè)法向量來(lái)描述，三角形的大小可以根據(jù)精度要求進(jìn)行選擇。 STL 文件有二進(jìn)制碼和 ASCll 碼兩種輸出形式，二進(jìn)制碼輸出形式所占的空間比 ASCII 碼輸出形式的文件所占用的空間小得多，但ASCII碼輸出形式可以閱讀和檢查。典型的CAD 軟件都帶有轉(zhuǎn)換和輸出 STL 格式文件的功能。 3 ）三維模型的切片處理。根據(jù)被加工模型的特征選擇合適的加工方向，在成型高度方向上用一系列一定間隔的平面切割近似后的模型，以便提取截面的輪廓信息。間隔一般取0.05mm0.5mm， 常用 0.1mm 。間隔越小，成型精度越高，但成型時(shí)間也越長(zhǎng)，效率就越低，反之則精度低，但效率高。 4 ）成型加工。根據(jù)切

4、片處理的截面輪廓，在計(jì)算機(jī)控制下，相應(yīng)的成型頭（激光頭或噴頭）按各截面輪廓信息做掃描運(yùn)動(dòng)，在工作臺(tái)上一層一層地堆積材料，然后將各層相粘結(jié)，最終得到原型產(chǎn)品。 5 ）成型零件的后處理。從成型系統(tǒng)里取出成型件，進(jìn)行打磨、拋光、涂掛，或放在高溫爐中進(jìn)行后燒結(jié)，進(jìn)一步提高其強(qiáng)度。 快速成型特術(shù)具有以下幾個(gè)重要特征： l ）可以制造任意復(fù)雜的三維幾何實(shí)體。由于采用離散堆積成型的原理它將一個(gè)十分復(fù)雜的三維制造過(guò)程簡(jiǎn)化為二維過(guò)程的疊加，可實(shí)現(xiàn)對(duì)任意復(fù)雜形狀零件的加工。越是復(fù)雜的零件越能顯示出 RP 技術(shù)的優(yōu)越性此外， RP 技術(shù)特別適合于復(fù)雜型腔、復(fù)雜型面等傳統(tǒng)方法難以制造甚至無(wú)法制造的零件。 2 ）快速性

5、。通過(guò)對(duì)一個(gè) CAD 模型的修改或重組就可獲得一個(gè)新零件的設(shè)計(jì)和加工信息。從幾個(gè)小時(shí)到幾十個(gè)小時(shí)就可制造出零件，具有快速制造的突出特點(diǎn)。 3 ）高度柔性。無(wú)需任何專(zhuān)用夾具或工具即可完成復(fù)雜的制造過(guò)程，快速制造工模具、原型或零件 4 ）快速成型技術(shù)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械工程學(xué)科多年來(lái)追求的兩大先進(jìn)目標(biāo)即材料的提?。?、液固相）過(guò)程與制造過(guò)程一體化和設(shè)計(jì)（CAD ）與制造（ CAM ）一體化 5 ）與反求工程（ Reverse Engineering）、CAD 技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)等相結(jié)合，成為產(chǎn)品決速開(kāi)發(fā)的有力工具。 因此，快速成型技術(shù)在制造領(lǐng)域中起著越來(lái)越重要的作用，并將對(duì)制造業(yè)產(chǎn)生重要影響。 快速成

6、型技術(shù)的分類(lèi)： 快速成型技術(shù)根據(jù)成型方法可分為兩類(lèi)：基于激光及其他光源的成型技術(shù)（Laser Technology），例如：光固化成型（SLA ）、分層實(shí)體制造（LOM）、選域激光粉末燒結(jié)（SLS）、形狀沉積成型（SDM）等；基于噴射的成型技術(shù)（Jetting Technoloy），例如：熔融沉積成型（FDM）、三維印刷（ 3DP ）、多相噴射沉積（ MJD ）。下面對(duì)其中比較成熟的工藝作簡(jiǎn)單的介紹。 1、SLA（Stereolithogrphy Apparatus）工藝 SLA 工藝也稱(chēng)光造型或立體光刻，由Charles Hul 于 1984 年獲美國(guó)專(zhuān)利。 1988 年美國(guó) 3D Syst

7、em公司推出商品化樣機(jī)SLA-I，這是世界上第一臺(tái)快速成型機(jī)。SLA 各型成型機(jī)機(jī)占據(jù)著 RP 設(shè)備市場(chǎng)的較大份額。 SLA 技術(shù)是基于液態(tài)光敏樹(shù)脂的光聚合原理工作的。這種液態(tài)材料在一定波長(zhǎng)和強(qiáng)度的紫外光照射下能迅速發(fā)生光聚合反應(yīng)，分子量急劇增大，材料也就從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。 SLA工作原理：液槽中盛滿(mǎn)液態(tài)光固化樹(shù)脂激光束在偏轉(zhuǎn)鏡作用下，能在液態(tài)表而上掃描，掃描的軌跡及光線的有無(wú)均由計(jì)算機(jī)控制，光點(diǎn)打到的地方，液體就固化。成型開(kāi)始時(shí)，工作平臺(tái)在液面下一個(gè)確定的深度聚焦后的光斑在液面上按計(jì)算機(jī)的指令逐點(diǎn)掃描，即逐點(diǎn)固化。當(dāng)一層掃描完成后未被照射的地方仍是液態(tài)樹(shù)脂。然后升降臺(tái)帶動(dòng)平臺(tái)下降一層高度，已

8、成型的層面上又布滿(mǎn)一層樹(shù)脂，刮板將粘度較大的樹(shù)脂液面刮平，然后再進(jìn)行下一層的掃描，新周化的一層牢周地粘在前一層上，如此重復(fù)直到整個(gè)零件制造完畢，得到一個(gè)三維實(shí)體模型。 SLA 方法是目前快速成型技術(shù)領(lǐng)域中研究得最多的方法也是技術(shù)上最為成熟的方法。 SLA 工藝成型的零件精度較高，加工精度一般可達(dá)到 0.1 mm ，原材料利用率近 100 。但這種方法也有白身的局限性，比如需要支撐、樹(shù)脂收縮導(dǎo)致精度下降、光固化樹(shù)脂有一定的毒性等。 2、LOM（Laminated Object Manufacturing，LOM）工藝LOM工藝稱(chēng)疊層實(shí)體制造或分層實(shí)體制造，由美國(guó)Helisys公司的Michael

9、 Feygin于 1986 年研制成功。LOM工藝采用薄片材料，如紙、塑料薄膜等。片材表面事先涂覆上一層熱熔膠。加工時(shí)，熱壓輥熱壓片材，使之與下面已成型的工件粘接。用CO2激光器在剛粘接的新層上切割出零件截面輪廓和工件外框，并在截面輪廓與外框之間多余的區(qū)域內(nèi)切割出上下對(duì)齊的網(wǎng)格。激光切割完成后，工作臺(tái)帶動(dòng)已成型的工件下降，與帶狀片材分離。供料機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)收料軸和供料軸，帶動(dòng)料帶移動(dòng)，使新層移到加工區(qū)域。工作合上升到加工平面，熱壓輥熱壓，工件的層數(shù)增加一層，高度增加一個(gè)料厚。再在新層上切割截面輪廓。如此反復(fù)直至零件的所有截面粘接、切割完。最后，去除切碎的多余部分，得到分層制造的實(shí)體零件。 LOM 工

10、藝只需在片材上切割出零件截面的輪廓，而不用掃描整個(gè)截面。因此成型厚壁零件的速度較快，易于制造大型零件。工藝過(guò)程中不存在材料相變，因此不易引起翹曲變形。工件外框與截面輪廓之間的多余材料在加工中起到了支撐作用，所以 LOM 工藝無(wú)需加支撐。缺點(diǎn)是材料浪費(fèi)嚴(yán)重，表面質(zhì)量差。 3、SLS（Selective Laser Sintering）工藝 SLS工藝稱(chēng)為選域激光燒結(jié)，由美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的C.R.Dechard于 1989 年研制成功。 SLS工藝是利用粉末狀材料成型的。將材料粉末鋪灑在已成型零件的上表面，并刮平，用高強(qiáng)度的CO2激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面，材料粉末在高強(qiáng)度的激光

11、照射下被燒結(jié)在一起，得到零件的截面，并與下面已成型的部分連接。當(dāng)一層截面燒結(jié)完后，鋪上新的一層材料粉末，有選擇地?zé)Y(jié)下層截面。 燒結(jié)完成后去掉多余的粉末，再進(jìn)行打磨、烘干等處理得到零件。 SLS工藝的特點(diǎn)是材料適應(yīng)面廣，不僅能制造塑料零件，還能制造陶瓷、蠟等材料的零件，特別是可以制造金屬零件。這使SLS工藝頗具吸引力。SLS工藝無(wú)需加支撐，因?yàn)闆](méi)有燒結(jié)的粉末起到了支撐的作用。 4、3DP (Three Dimension Printing）工藝三維印刷工藝是美國(guó)麻省理工學(xué)院E-manual Sachs等人研制的。已被美國(guó)的Soligen公司以DSPC（Direct Shell Producti

12、on Casting）名義商品化，用以制造鑄造用的陶瓷殼體和型芯。 3DP 工藝與SLS工藝類(lèi)似，采用粉末材料成型，如陶瓷粉末、金屬粉末。所不同的是材料粉末不是通過(guò)燒結(jié)連結(jié)起來(lái)的，而是通過(guò)噴頭用粘結(jié)劑（如硅膠）將零件的截面“印刷”在材料粉來(lái)上面。 用粘結(jié)劑粘接的零件強(qiáng)度較低，還須后處理。先燒掉粘結(jié)劑，然后在高溫下滲人金屬，使零件致密化，提高強(qiáng)度。 5 . FDM （Fused Depostion Modeling）工藝 熔融沉積制造（ FDM ）工藝由美國(guó)學(xué)者Scott Crump于 1988 年研制成功。 FDM 的材料一般是熱塑性材料，如蠟、 ABS 、尼龍等。以絲狀供料。材料在噴頭內(nèi)被加

13、熱熔化。噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將熔化的材料擠出，材料迅速凝固，并與周?chē)牟牧夏Y(jié)。 快速成型技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域： 目前RP技術(shù)的發(fā)展水平而言，在國(guó)內(nèi)主要是應(yīng)用于新產(chǎn)品（包括產(chǎn)品的更新?lián)Q代）開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證和模擬樣品的試制上，即完成從產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)（或改型設(shè)計(jì)）-造型設(shè)計(jì)-結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-基本功能評(píng)估-模擬樣件試制這段開(kāi)發(fā)過(guò)程。對(duì)某些以塑料結(jié)構(gòu)為主的產(chǎn)品還可以進(jìn)行小批量試制，或進(jìn)行一些物理方面的功能測(cè)試、裝配驗(yàn)證、實(shí)際外觀效果審視，甚至將產(chǎn)品小批量組裝先行投放市場(chǎng)，達(dá)到投石問(wèn)路的目的。 快速成型的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （1）新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的設(shè)計(jì)驗(yàn)證與功能驗(yàn)證。RP技術(shù)可快速地將產(chǎn)品

14、設(shè)計(jì)的CAD模型轉(zhuǎn)換成物理實(shí)物模型，這樣可以方便地驗(yàn)證設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思想和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的合理性、可裝配性、美觀性，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題可及時(shí)修改。如果用傳統(tǒng)方法，需要完成繪圖、工藝設(shè)計(jì)、工裝模具制造等多個(gè)環(huán)節(jié)，周期長(zhǎng)、費(fèi)用高。如果不進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證而直接投產(chǎn)，則一旦存在設(shè)計(jì)失誤，將會(huì)造成極大的損失。 （2）可制造性、可裝配性檢驗(yàn)和供貨詢(xún)價(jià)、市場(chǎng)宣傳，對(duì)有限空間的復(fù)雜系統(tǒng)，如汽車(chē)、衛(wèi)星、導(dǎo)彈的可制造性和可裝配性用RP方法進(jìn)行檢驗(yàn)和設(shè)計(jì)，將大大降低此類(lèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造難度。對(duì)于難以確定的復(fù)雜零件，可以用RP，技術(shù)進(jìn)行試生產(chǎn)以確定最佳的合理的工藝。此外，RP原型還是產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到商品化各個(gè)環(huán)節(jié)中進(jìn)行交流的有效手段。

15、比如為客戶(hù)提供產(chǎn)品樣件，進(jìn)行市場(chǎng)宣傳等，快速成型技術(shù)已成為并行工程和敏捷制造的一種技術(shù)途徑。 （3）單件、小批量和特殊復(fù)雜零件的直接生產(chǎn)。對(duì)于高分子材料的零部件，可用高強(qiáng)度的工程塑料直接快速成型，滿(mǎn)足使用要求;對(duì)于復(fù)雜金屬零件，可通過(guò)快速鑄造或直接金屬件成型獲得。該項(xiàng)應(yīng)用對(duì)航空、航天及國(guó)防工業(yè)有特殊意義。 （4）快速模具制造。通過(guò)各種轉(zhuǎn)換技術(shù)將RP原型轉(zhuǎn)換成各種快速模具，如低熔點(diǎn)合金模、硅膠模、金屬冷噴模、陶瓷模等，進(jìn)行中小批量零件的生產(chǎn)，滿(mǎn)足產(chǎn)品更新?lián)Q代快、批量越來(lái)越小的發(fā)展趨勢(shì)?？焖俪尚蛻?yīng)用的領(lǐng)域幾乎包括了制造領(lǐng)域的各個(gè)行業(yè)，在醫(yī)療、人體工程、文物保護(hù)等行業(yè)也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 快速

16、成型技術(shù)的主要應(yīng)用各行業(yè)的應(yīng)用狀況如下： 汽車(chē)、摩托車(chē)：外形及內(nèi)飾件的設(shè)計(jì)、改型、裝配試驗(yàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)、汽缸頭試制。 家電：各種家電產(chǎn)品的外形與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，裝配試驗(yàn)與功能驗(yàn)證，市場(chǎng)宣傳，模具制造。 通訊產(chǎn)品：產(chǎn)品外形與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，裝配試驗(yàn)，功能驗(yàn)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(fā)動(dòng)機(jī)的試制、裝配試驗(yàn)。 輕工業(yè)：各種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、裝配，市場(chǎng)宣傳，玩具、鞋類(lèi)模具的快速制造。 醫(yī)療：醫(yī)療器械的設(shè)計(jì)、試產(chǎn)、試用，CT掃描信息的實(shí)物化，手術(shù)模擬，人體骨關(guān)節(jié)的配制。 國(guó)防：各種武器零部件的設(shè)計(jì)、裝配、試制，特殊零件的直接制作，遙感信息的模型制作。 總之，快速成型技術(shù)的發(fā)

17、展是近20年來(lái)制造領(lǐng)域的突破性進(jìn)展，它不僅在制造原理上與傳統(tǒng)方法迥然不同，更重要的是在目前產(chǎn)業(yè)策略以市場(chǎng)響應(yīng)速度為第一的狀況下，RP技術(shù)可以縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。下面通過(guò)一些事例，說(shuō)明該項(xiàng)技術(shù)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中起的作用。 1.設(shè)計(jì)驗(yàn)證：用于新產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)玲證和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證，找出設(shè)計(jì)缺陷，完善產(chǎn)品設(shè)計(jì)。在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)手段日趨先進(jìn)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)快捷、直觀，但由于軟件和硬件的局限，設(shè)計(jì)人員仍無(wú)法直觀地評(píng)價(jià)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的效果和結(jié)構(gòu)的合理性以及生產(chǎn)工藝的可行性?？焖俪尚图夹g(shù)為設(shè)計(jì)人員迅速得到產(chǎn)品樣品，直觀評(píng)判產(chǎn)品提供了先進(jìn)的技術(shù)手段。我公司為某摩托車(chē)生產(chǎn)廠新

18、型250摩托車(chē)制作的覆蓋件樣件，包括油箱、前后擋板、車(chē)座和側(cè)蓋等共13件。采用AFS成型技術(shù)，僅用12天就完成了全部制作。設(shè)計(jì)人員將樣件裝在車(chē)體上，經(jīng)過(guò)認(rèn)真評(píng)價(jià)和反復(fù)比較，對(duì)產(chǎn)品的外觀做了重新修改，達(dá)到了理想狀態(tài)。這一驗(yàn)證過(guò)程，使設(shè)計(jì)更趨完美，避免了盲目投產(chǎn)造成的浪費(fèi)。 2裝配驗(yàn)證：制出樣品實(shí)件，進(jìn)行裝配實(shí)驗(yàn)。天津某公司委托我方加工傳真機(jī)外殼及電話。用戶(hù)不僅要進(jìn)行外觀評(píng)價(jià)，而且要將傳真機(jī)的內(nèi)部部件裝入樣件中，進(jìn)行裝配實(shí)驗(yàn)和結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)。該公司首先選擇傳統(tǒng)加工方法，分塊加工，手工粘結(jié)，僅加工一套電話聽(tīng)筒就耗資肆仟元，耗時(shí)20天。預(yù)計(jì)制作傳真機(jī)樣品需2個(gè)月，費(fèi)用為2?5萬(wàn)元。我公司用快速成型技術(shù)，僅用

19、15天就將該產(chǎn)品一套共六件交給委托方。用戶(hù)在裝配實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了7處裝配干涉和結(jié)構(gòu)不合理處。將前后兩種方法相比，傳真機(jī)BABS塑料組裝樣件傳統(tǒng)加工方法工序繁多，手工拼接費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，材料浪費(fèi)大、加工周期長(zhǎng)。對(duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和曲面，加工粗糙，尺寸精度低，制作的實(shí)物模型與設(shè)計(jì)模型之間不能建立一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因而在裝配實(shí)驗(yàn)中很難檢查出設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。而自動(dòng)成型法，高度自動(dòng)化，一次成型，周期短，精度高，與設(shè)計(jì)模型之間具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，更適合樣品組裝件的生產(chǎn)和制造。 3功能驗(yàn)證：我公司為某摩托車(chē)廠制作250型雙缸摩托車(chē)汽缸頭。這是一款新設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)，用戶(hù)需要10件樣品進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的模擬實(shí)驗(yàn)。該零件具有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，傳

20、統(tǒng)機(jī)加工無(wú)法加工，只能呆用鑄造成型。整個(gè)過(guò)程需經(jīng)過(guò)開(kāi)模、制芯、組模、澆鑄、噴砂和機(jī)加等工序，與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程相同。其中僅開(kāi)模一項(xiàng)就需三個(gè)月時(shí)間。這對(duì)于小批量的樣品制作無(wú)論在時(shí)間上還是成木上都是難以接受的。我們采用選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)，以精鑄熔模材料為成型材料，在快速成型機(jī)上僅用5天即加工出該零件的10件鑄造熔模，再經(jīng)熔模鑄造工藝，10天后得到了鑄造毛坯。經(jīng)過(guò)必要的機(jī)加工，30天即完成了此款發(fā)動(dòng)機(jī)的試制。 4快速鑄造：在制造業(yè)特別是航空、航天、國(guó)防、汽車(chē)等重點(diǎn)行業(yè)，共基礎(chǔ)的核心部件一般均為金屬零件，而且相當(dāng)多的金屬零件是非對(duì)稱(chēng)性的、有不規(guī)則曲面或結(jié)構(gòu)復(fù)雜而內(nèi)部又含有精細(xì)結(jié)構(gòu)的零件。這些零件的生產(chǎn)常采用

21、鑄造或解體加工的方法。在鑄造生產(chǎn)中，模板、芯盒、壓蠟型、壓鑄模的制造往往是用機(jī)加工的方法來(lái)完成的，有時(shí)還需要鉗工進(jìn)行修整，不僅周期長(zhǎng)、耗資大，而且從模具設(shè)計(jì)到加工制造是一個(gè)多環(huán)節(jié)的復(fù)雜過(guò)程，咯有失誤就會(huì)導(dǎo)致全部返工。特別是對(duì)一些形狀復(fù)雜的鑄件，如葉片、葉輪、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋等，模具的制造是一個(gè)難度更大的問(wèn)題，即使使用數(shù)控加工中心等昂貴的設(shè)備，在加工技術(shù)與工藝可行性方面仍有很大困難?？梢栽O(shè)想，如果遇到此類(lèi)零件的試制或小批量生產(chǎn)，其制造周期、成本及風(fēng)險(xiǎn)是相當(dāng)大的。 激光快速成型技術(shù)已被證明是解決小批量復(fù)雜零件制造的非常有效的手段。迄今為止，我們己通過(guò)激光快速成型成功地生產(chǎn)了包括葉鈴、葉片、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)

22、子、泵體、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋等千余仕掃盤(pán)鉆件 我們將快速成型與鑄造工藝的結(jié)合稱(chēng)為快速鑄造工藝。圖5給出了快速鑄造工藝與傳統(tǒng)鑄造工藝的比較。由于快速鑄造過(guò)程無(wú)須開(kāi)模具，因而大大節(jié)省了制造周期和費(fèi)用。圖6是采用快速鑄造方法生產(chǎn)的燃?xì)舛?dòng)機(jī)S段，零件直徑80Omm，高410m們，按傳統(tǒng)金屬鑄件方法制造，模具制造周期約需半年，費(fèi)用幾十萬(wàn)。用快速鑄造方法，快速成型鑄造熔模7天(分6段組合)，拼裝、組合、鑄造10天，費(fèi)用每件不超過(guò)2萬(wàn)(共6件)。用快速成型方法生產(chǎn)的新型坦克增壓器的鑄造熔模，我們用5天時(shí)間就完成了37件蠟?zāi)５纳a(chǎn)，使整個(gè)試制任務(wù)比原計(jì)劃提前了3個(gè)月。 5翻模成型：實(shí)際應(yīng)用上，很多產(chǎn)品必須通過(guò)

23、模具才能加工出來(lái)。用成型機(jī)先制作出產(chǎn)品樣件再翻制模具，是一種既省時(shí)又節(jié)省費(fèi)用的方法。發(fā)動(dòng)機(jī)泵殼原型件產(chǎn)品用傳統(tǒng)機(jī)加工方法很難加工，必須通過(guò)模具成型。據(jù)估算，開(kāi)模時(shí)間要8個(gè)月，費(fèi)用至少30萬(wàn)。如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)有誤，整套模具就全部報(bào)廢。我們用快速成型法為該產(chǎn)品制作了塑料樣件，作為模具母模用于翻制硅膠模。將該母模固定于鋁標(biāo)準(zhǔn)?？蛑校瑵踩肱浜玫墓柘鹉z，靜置12?20小時(shí)，硅橡膠完全固化，打開(kāi)?？?，取出硅橡膠用刀沿預(yù)定分型線劃開(kāi)，將母模取出，用于澆鑄泵殼蠟型的硅膠模即翻制成功。通過(guò)該模制出蠟型，經(jīng)過(guò)涂殼、焙燒、失蠟、加壓澆鑄、噴砂，一件合格的泵殼鑄件在短短的兩個(gè)月內(nèi)制造出來(lái)，經(jīng)過(guò)必要的機(jī)加工，即可裝機(jī)運(yùn)行，

24、使整個(gè)試制周期比傳統(tǒng)方法縮短了三分之二，費(fèi)用節(jié)省了四分之三。 6樣品制作：制造產(chǎn)品替代品，用于展示新產(chǎn)品，進(jìn)行市場(chǎng)宣傳，如通訊、家電及建筑模型制作等。 7工藝和材料驗(yàn)證：快速制作各種蠟?zāi)?，用于精鑄新工藝和新型材料的摸索、驗(yàn)證以及新產(chǎn)品制造所需輔助工具及部件的試驗(yàn)。近無(wú)余量精鑄葉片的實(shí)驗(yàn)品。首先按不同收縮率用成型機(jī)一次制作幾個(gè)葉片蠟?zāi)?，然后涂殼、編?hào)、失蠟鑄造。將所得葉片鑄件進(jìn)行測(cè)量，反復(fù)幾次即可確定不同材料無(wú)余量精鑄收縮率，為批量生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。如果用開(kāi)模具的辦法進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)，其費(fèi)用和周期都將大大增加。發(fā)動(dòng)機(jī)高速渦輪，要求材質(zhì)高，鑄件密實(shí)。使用激光快速自動(dòng)成型機(jī)，制作精鑄用蠟?zāi)Ｋ膫€(gè)，編號(hào)涂殼，使

25、用不同配比特殊合金，分別澆鑄，對(duì)所得四件樣品進(jìn)行測(cè)試，分別加以比較分析，即確定材料最佳配方。從制模到取得結(jié)果僅需一個(gè)月。 8反求工程與快速成型：成型機(jī)成型的一件摩托車(chē)的前面板樣件，面板上包含了一個(gè)前大燈和二個(gè)側(cè)燈的外罩，它們與面板構(gòu)成一個(gè)完整的曲面。這是一個(gè)用反向工程進(jìn)行零件詳細(xì)設(shè)計(jì)的典型實(shí)例。整個(gè)工藝過(guò)程是首先由模型工根據(jù)摩托車(chē)的整體形象要求用油泥制作概念模型，經(jīng)評(píng)審滿(mǎn)意后用三座標(biāo)測(cè)量?jī)x進(jìn)行數(shù)值化，測(cè)量數(shù)據(jù)用Pro/E軟件的Scantools模塊進(jìn)行整理并轉(zhuǎn)換成曲面模型，再轉(zhuǎn)換成實(shí)體模型并進(jìn)細(xì)節(jié)計(jì)。糟加筋、孔和車(chē)孔的輪廓等結(jié)構(gòu)，最后由成型機(jī)制作出樣件模型，經(jīng)過(guò)打磨和噴漆的處理后裝在摩托車(chē)上進(jìn)

26、行外觀、裝配等檢驗(yàn)，整個(gè)過(guò)程從完成三座標(biāo)測(cè)量到得到樣件僅用一周時(shí)間。此時(shí)得到的樣件模型巴不同于最初的油泥模型，而成為與實(shí)際零件壁厚、尺寸一致，筋、孔等結(jié)構(gòu)齊全的零件模型，這比油泥模型無(wú)疑是一個(gè)很大的進(jìn)步。如果這時(shí)需對(duì)模型進(jìn)行修改，只需在CAD系統(tǒng)上就可完成。當(dāng)模型的外觀和細(xì)部結(jié)構(gòu)確定無(wú)誤后，就可利用最后的模型數(shù)據(jù)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)和加工。FDM技術(shù)描述 FDM技術(shù)是由Stratasys公司所設(shè)計(jì)與制造，可應(yīng)用于一系列的系統(tǒng)中。這些系統(tǒng)為FDM Maxum，F(xiàn)DM Titan，Prodigy Plus以及Dimension。FDM技術(shù)利用ABS，polycarbonate(PC)，polyphenyl

27、sulfone (PPSF)以及其它材料。這些熱塑性材料受到擠壓成為半熔融狀態(tài)的細(xì)絲，由沉積在層層堆?；A(chǔ)上的方式，從3D CAD資料直接建構(gòu)原型。該技術(shù)通常應(yīng)用于塑型，裝配，功能性測(cè)試以及概念設(shè)計(jì)。此外，F(xiàn)DM技術(shù)可以應(yīng)用于打樣與快速制造。 圖1 FDM技術(shù)噴嘴示意圖 FDM 術(shù)語(yǔ) WaterWorks(水溶性支撐): 可以分解于堿性水溶劑的可溶解性支撐結(jié)構(gòu)。 Break Away Support Structure (BASS) (易剝離性支撐): 水溶性支撐的前身，需要手動(dòng)剝離工件表面的支撐。 Tip(噴嘴): 擠壓成型用的噴嘴。噴嘴提供各種不同的孔徑讓使用者選擇。 Road(線材):在

28、噴嘴的單一路徑中所擠壓成型的材料?？捎蓢娮斐叽缗c材料進(jìn)幾率控制。 物理屬性 符合原型應(yīng)用的物理需求，大概是選擇快速原型技術(shù)的最重要因素?？焖僭偷奈锢韺傩詫⒍x他的品質(zhì)并決定賦予的應(yīng)用成敗。 工程材料屬性 當(dāng)詢(xún)問(wèn)到重要性的排序，快速原型的使用者通常會(huì)聲明材料屬性是最重要的考慮。致力于工業(yè)需求，符合這些預(yù)期用來(lái)生產(chǎn)的材料的材料屬性是很重要的。而這是FDM技術(shù)最重要的強(qiáng)項(xiàng)之一。當(dāng)Stratasys公司制造用于FDM技術(shù)的所有材料，每一項(xiàng)都是從商業(yè)上可用的熱塑性樹(shù)脂來(lái)生產(chǎn)。 ABS: 所有的FDM系列產(chǎn)品都提供ABS作為材料選項(xiàng)，而接近90%的FDM原型都是由這種材料制造。使用者報(bào)告說(shuō)ABS的原型可

29、以達(dá)到注塑ABS成型強(qiáng)度的80%。而其它屬性，例如耐熱性與抗化學(xué)性，也是近似或是相當(dāng)于注塑成型的工件，其耐熱度為攝氏93.3度。這讓ABS成為功能性測(cè)試應(yīng)用的廣泛使用材料。 Polycarbonate: 可以在Titan機(jī)型上使用的一種新式RP材料-polycarbonate 正在快速成長(zhǎng)。增加強(qiáng)度的polycarbonate比ABS材料生產(chǎn)的原型更經(jīng)得起力量與負(fù)載。許多使用者相信該材料生產(chǎn)的原型可以達(dá)到注塑ABS成型的強(qiáng)度特性，其耐熱度為攝氏125度。 其它材料: FDM技術(shù)還有其它的專(zhuān)用材料。這些包含polyphenylsulfone、橡膠材質(zhì)以及蠟材。橡膠材質(zhì)是用來(lái)作類(lèi)似橡膠特性的功能性

30、原型。蠟材是特別設(shè)計(jì)來(lái)建立脫蠟鑄造的樣品。蠟材的屬性讓FDM的樣品可以用來(lái)生產(chǎn)類(lèi)似鑄造廠中的傳統(tǒng)蠟?zāi)！olyphenylsulfone，一種應(yīng)用于Titan機(jī)型的新工程材料，提供高耐熱性與抗化學(xué)性以及強(qiáng)度與硬度，其耐熱度為攝氏207.2度。 圖2 PPSF耐高溫工程材料應(yīng)用于咖啡壺設(shè)計(jì) Stratasys宣布已經(jīng)針對(duì)FDM快速原型系統(tǒng)Titan發(fā)表PPSF材料。在各種快速原型材料之中，PPSF (或是稱(chēng)為 polyphenylsulfone)有著最高的強(qiáng)韌性、耐熱性、以及抗化學(xué)性。 航天工業(yè)、汽車(chē)工業(yè)以及醫(yī)療產(chǎn)品業(yè)的生產(chǎn)制造商是第一批期待使用這種PPSF材料的用戶(hù)。航天業(yè)將會(huì)喜歡該材料的難燃

31、屬性；汽車(chē)制造業(yè)也非常想應(yīng)用其抗化學(xué)性以及在400度以上還能持續(xù)運(yùn)作的能力；而醫(yī)療產(chǎn)品制造商將對(duì)PPSF材質(zhì)的原型可以進(jìn)行消毒的能力感到興趣。 測(cè)試單位，Parker Hannifin安裝了一個(gè)PPSF作的模型到汽車(chē)引擎中。該零件是一個(gè)名為crankcase vapor coalescer的過(guò)濾器，裝在一組V8引擎并作40 小時(shí)的測(cè)試以決定過(guò)濾器媒介的效能。該零件收集的燃?xì)獍?60度的潤(rùn)滑油，燃料，油煙，以及其它燃燒的化學(xué)反應(yīng)生成物。Parker Hannifin的Russ Jensen說(shuō)，“該裝配件并沒(méi)有產(chǎn)生外漏，并且其展現(xiàn)出與第一次裝配時(shí)相同的強(qiáng)度與屬性。我們相當(dāng)滿(mǎn)意它的表現(xiàn)。” 測(cè)試

32、單位，MSOE (Milwaukee School of Engineering)的操作經(jīng)理Sheku Kamara，同樣地很滿(mǎn)意該新材料?！爱?dāng)在玻璃熔融的450度時(shí)，在各種快速原型材料之中，PPSF材料還擁有著除了金屬之外最高的操作溫度以及堅(jiān)硬度，”他說(shuō)?！霸谡持鴦y(cè)試期間，PPSF原型零件遭受于溫度從14度到392度的考驗(yàn)且依然保持完整。” 顏色 包含最常用到的白色，ABS提供六種材料顏色。色彩的選項(xiàng)包含藍(lán)色，黃色，紅色，綠色與黑色。醫(yī)學(xué)等級(jí)的ABSi 提供針對(duì)于半透明的應(yīng)用，例如汽車(chē)車(chē)燈的透明紅色或是黃色。 圖3、4 彩色模型裝配件 屬性穩(wěn)定度 不像SLA以及PolyJet的樹(shù)脂，F(xiàn)DM

33、材料的材料屬性不會(huì)隨著時(shí)間與環(huán)境曝曬而改變。就像是注塑成型的副本，這些材料幾乎在任何環(huán)境下都會(huì)保持他們的強(qiáng)度，硬度以及色彩。 精準(zhǔn)性 快速原型的尺寸精度取決于許多因素，而其結(jié)果可能會(huì)因?yàn)槊總€(gè)工件或是不同日期而有些微小變化。需要考慮的事情必須包含已知的條件，例如量測(cè)的時(shí)間范圍，工件的拚約盎肪車(chē)鈉厴埂axum，Titan以及Prodigy Plus精準(zhǔn)度資料詳見(jiàn)附表一。精度測(cè)試工件如圖5、6所示，在每一臺(tái)機(jī)器中均用層厚0.18 mm所建構(gòu)以形成目前的精準(zhǔn)性資料。 圖5 圖標(biāo)的工件試用來(lái)比較精準(zhǔn)性 圖6 所示的測(cè)試工件是用來(lái)做尺寸精度及運(yùn)作時(shí)間分析。該工件是由FDM Titan在層厚0.18mm時(shí)所

34、制作的。 MAXUM TITAN PRODIGY 理論尺寸 實(shí)際尺寸 百分比 理論尺寸 百分比 理論尺寸 百分比 A 76.2 76.2 0.00 76.2 0.00 76.1 0.17 B 25.4 25.5 0.30 25.5 0.40 25.6 0.60 C 152.4 152.4 0.00 152.3 0.08 152.4 0.00 D 2.54 2.51 1.00 2.54 0.00 2.54 0.00 E 76.2 76.15 0.07 76.07 0.17 76.12 0.10 F 101.6 101.57 0.02 101.42 0.18 101.50 0.10 G 25.4

35、25.48 0.30 25.50 0.40 25.55 0.60 H1 12.7 12.62 0.60 12.65 0.40 12.55 1.20 H2 12.7 12.62 0.60 12.67 0.20 12.55 1.20 I 12.7 12.67 0.20 12.7 0.00 12.62 0.60 J 6.35 6.43 1.20 6.55 3.05 6.48 2.00 K 12.7 12.67 0.20 12.78 0.60 12.78 0.60 表1為Maxum、Titan以及Prodigy Plus的尺寸精度資料。所有的測(cè)試零件均用層厚0.18mm所建構(gòu)。(單位：mm) 工件建構(gòu)

36、 一般而言，F(xiàn)DM技術(shù)所提供的準(zhǔn)確性通常相等或是優(yōu)于SLA技術(shù)以及PolyJet技術(shù)，且確定優(yōu)于SLS技術(shù)。然而，由于精準(zhǔn)性是取決于許多的因素，所以矛盾的結(jié)果便會(huì)發(fā)生在個(gè)別的原型上。FDM技術(shù)的精準(zhǔn)性受到較少的變量影響。用SLA，SLS以及PolyJet技術(shù)，尺寸精準(zhǔn)性會(huì)受影響的因素有機(jī)器的校正，操作的技巧，工件的成型方向與位置，材料的年限以及收縮率。 Z軸 這并非一定都會(huì)這樣，Z軸可能是被證明準(zhǔn)確性最小的。除了先前所討論的變化之外，原型的高度可能由于層厚整數(shù)誤差而改變。對(duì)所有的RP系統(tǒng)而言都是這樣的。任何特征的表面頂端或是底端無(wú)法對(duì)齊成為一層時(shí)，在軟件中的切層算法會(huì)將尺寸整數(shù)化到最接近的層厚

37、數(shù)。在最壞的情形下，一端的表面往下整數(shù)化而另一端向上，高度可能偏離一個(gè)層厚。對(duì)于典型的FDM參數(shù)，這可能會(huì)產(chǎn)生的誤差至少為0.127mm。 穩(wěn)定性 尺寸的穩(wěn)定性是FDM原型的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，如同SLS技術(shù)，時(shí)間與環(huán)境的曝曬都不會(huì)改變工件的尺寸或其他的特征。一但原型從FDM系統(tǒng)分離，當(dāng)它達(dá)到室內(nèi)溫度后，尺寸是固定不變的。如果溫度度數(shù)變化，用SLA 或是PolyJet技術(shù)則不是這樣的情形。 圖7 大型工件的尺寸穩(wěn)定 成本預(yù)估 機(jī)型：Stratasys FDM Maxum 材料費(fèi)：(按每年用量100KG計(jì)算) 100kg*36%=36kg(應(yīng)用省料加工辦法) 36kg*2400元/千克=86400元 噴嘴

38、更換費(fèi)： 每年需更換1次,兩個(gè)噴嘴,單價(jià)150美元,折合人民幣約1239元 150*8.26*2=2478元 基板費(fèi)用:每年需20張,總計(jì)232美元,折合人民幣共1916元 綜合預(yù)估每年使用成本為90794元(人工費(fèi)及電費(fèi)未計(jì)) EOS /3D SYSTEM 材料費(fèi):(按每年用量100KG計(jì)算) 100kg*1000元/千克=元 由于SLS是粉末燒結(jié)的成型原理,故無(wú)法應(yīng)用省料加工技術(shù)。 而SLA需要一缸料（200KG以上）作為“底料”，使用過(guò)程中再添加新料。 100KG*2400元/KG=元，國(guó)產(chǎn)材料500-800元/KG，但材料性能與進(jìn)口材料相比較差很多。 激光器更換費(fèi)用： 每個(gè)激光器保用時(shí)

39、間為5000小時(shí),按每月25天,每天工作16小時(shí)計(jì)算 每年需更換一次,每次更換費(fèi)用為20000美圓,折合人民幣計(jì)元 平均每年費(fèi)用圓 氮?dú)庀馁M(fèi)用 氮?dú)庀牧?天/瓶,每瓶單價(jià)200圓 每天100圓成本,每年需30000圓(每月25天*12個(gè)月) 恒溫恒濕房間費(fèi)用 建房費(fèi)用：圓 維護(hù)費(fèi)用：100圓/天 SLS綜合預(yù)估每年使用成本為圓(人工費(fèi)及電費(fèi)未計(jì)) SLA綜合預(yù)估每年使用成本為圓(人工費(fèi)及電費(fèi)未計(jì)) 綜合評(píng)比: FDM通過(guò)軟件控制,可以采用省料加工技術(shù),可降低64%材料消耗,并可提高2.5倍加工速度 根據(jù)我廠提供的數(shù)據(jù)加工的樣件,精度為0.127mm,是各個(gè)廠家中最高的. 綜合使用成本預(yù)估,

40、FDM為82982元/年,使用成本較低 后處理輸出 許多RP件都需要手工完成工件的光滑性。例如，SLA需要從工件表面手動(dòng)移除支撐結(jié)構(gòu)，且工件表面需要一些手工打磨。這表示工件的精準(zhǔn)性不再只是受到系統(tǒng)精度的作用。它現(xiàn)在是受到后處理技師的技術(shù)等級(jí)所控制。 對(duì)于塑型，裝配以及功能性原型，多數(shù)的使用者發(fā)現(xiàn)FDM工件的表面精度是可以接受的。那么，當(dāng)結(jié)合了水溶性支撐以及易剝離支撐，表示FDM原型的精準(zhǔn)性不會(huì)受到手工的改變。當(dāng)然，如果需要翻硅膠模用或是噴漆用的表面精度，F(xiàn)DM工件將需要后處理，如同其它的技術(shù)一樣。既然這樣，工件后處理技師的技藝在可以做到的原型精度上扮演了一個(gè)關(guān)鍵的角色。 圖8 模型可烤漆 圖9

41、 模型可以真空電鍍 表面完工精度 受到使用者與Stratasys公司雙方的公認(rèn)，F(xiàn)DM技術(shù)最明顯的限制就是表面完工精度。由于是半熔融狀態(tài)塑料擠制成型，表面完工精度比SLA與PolyJet還要粗糙，而與SLS不相上下。當(dāng)由較小的線材寬度與較薄的層厚來(lái)改進(jìn)表面完工精度時(shí)，仍然可以在頂端，底面，以及側(cè)墻看出經(jīng)過(guò)擠壓噴嘴的等高線輪廓與建構(gòu)層厚。表2所列的為Maxum與Titan的表面完工精度。為了改善表面完工精度，Maxum與Titan現(xiàn)在都提供0.127 mm層厚。 使用者發(fā)現(xiàn)工件的成型方向，可以滿(mǎn)足考慮表面完工精度需求。這些要求較高完工精度的表面通常以垂直方向成型。較不重要的表面通常以水平方向成型

42、，就像是底端或是頂端的表面。如同其它技術(shù)，二次加工(后處理輸出)可以用來(lái)使之相同。然而，ABS與polycarbonate材料的硬度讓打磨耗費(fèi)人力。使用者通常使用溶劑或用是粘結(jié)劑完成或是預(yù)備用打磨。商業(yè)上可用的這些介質(zhì)包含有熔接，ABS快干膠，Acetone 以及two-part epoxies。要符合足夠的精度，F(xiàn)DM技術(shù)與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的產(chǎn)品都可以提供翻硅膠模用或是噴漆用的表面。這關(guān)鍵的差異是要花費(fèi)多少時(shí)間才能達(dá)到要求的結(jié)果。 Maxum Ra(in) Titan Ra(in) 頂面未處理表面已處理表面 側(cè)面未處理表面已處理表面 底面未處理表面已處理表面 表2：Maxum和Titan的表面精度資

43、料。所有的測(cè)試零件均用層厚0.18mm所建構(gòu)。 特征定義 盡管高階的FDM系統(tǒng)可以生產(chǎn)較小的特征，大多數(shù)FDM原型的最小特征尺寸受限于兩倍線材寬度。沒(méi)有使用者的介入，F(xiàn)DM技術(shù)使用的”closed path”選項(xiàng)會(huì)限制最小特征尺寸為兩倍擠壓成型噴組的寬度。對(duì)于一般噴嘴與建造參數(shù)而言，最小特征尺寸范圍從0.4到 0.6 mm。盡管大于SLA與PolyJet的最小特征尺寸，但是該范圍是與這些技術(shù)的可用最小特征尺寸相同。 盡管SLA技術(shù)可以建造小到0.08 (Viper si2機(jī)種)或0.25 mm (所有機(jī)種)，以及PolyJet技術(shù)可以建造小到0.04mm，幾乎很少原型會(huì)用到這些極小值的優(yōu)勢(shì)來(lái)作

44、最小的細(xì)節(jié)?？紤]到材料屬性，通常發(fā)現(xiàn)SLA技術(shù)與PolyJet技術(shù)的原型常用最小特征尺寸為0.5mm。FDM技術(shù)的最小特征尺寸相等于或是優(yōu)于SLS技術(shù)的0.6到 0.8 mm。由于材料屬性相似于注塑成型的ABS或是polycarbonate，F(xiàn)DM技術(shù)可以給予功能性特征尺寸在0.4到 0.6 mm范圍中。 環(huán)境抵抗力 FDM原型提供的材料性質(zhì)相似于熱塑性材料。這包含了環(huán)境的與化學(xué)的曝曬。對(duì)ABS材料而言，使用者可以實(shí)驗(yàn)他們的原型在93度的溫度下以及包含石油，汽油以及甚至某些酸類(lèi)等的化學(xué)媒介。一關(guān)鍵的考慮為水氣的曝曬，包括浸沒(méi)與濕氣。SLA技術(shù)與PolyJet技術(shù)使用的光敏樹(shù)脂對(duì)于潮濕水氣敏感且

45、會(huì)受到傷害。暴曬在水中或是濕氣中不只會(huì)影響原型的機(jī)械屬性，也會(huì)影響尺寸精度。當(dāng)光敏樹(shù)脂的原型吸收了水氣之后，他們將會(huì)開(kāi)始軟化并且變的有點(diǎn)易于彎曲。而且，工件會(huì)有翹曲或是膨脹的傾向，這會(huì)嚴(yán)重影響尺寸的精度。FDM技術(shù)的原型，以及SLS技術(shù)的原型，都不受濕氣影響，所以他們可以保持原有的機(jī)械屬性以及尺寸精度。 機(jī)械加工 FDM原型可以進(jìn)行銑床加工，鉆孔，研磨，車(chē)床加工等。為了補(bǔ)償表面精度不足并加強(qiáng)特征細(xì)節(jié)，當(dāng)有特殊的品質(zhì)需求時(shí)，使用者通常會(huì)進(jìn)行二次加工來(lái)提升原型的細(xì)節(jié)。 圖10 原型上可進(jìn)行加工處理，如鎖螺絲 操作上的考慮 在考慮原型的物理屬性之后，注意力應(yīng)該轉(zhuǎn)移至操作的參數(shù)上。下列領(lǐng)域可以影響到原

46、型在預(yù)期應(yīng)用上的使用。 工件尺寸 不像某些快速原型技術(shù)，廣告中FDM技術(shù)的建造范圍就是最大的工件尺寸。在家族系列產(chǎn)品中，F(xiàn)DM技術(shù)提供了廣泛的建造范圍。Maxum，最超大型，所提供的工件尺寸可達(dá)600 x 500 x 600 mm。這樣的建造范圍與最大型的SLA系統(tǒng)相同。Titan，則提供最大的工件尺寸為406 x 355 x 406 mm。這樣的建造范圍稍微大于SLS Sinterstations系統(tǒng)。Prodigy Plus，辦公室桌上型，擁有的建造范圍為203 x 203 x 305 mm，該尺寸稍微大于PolyJet系統(tǒng)以及最小型的SLA系統(tǒng)。當(dāng)使用具競(jìng)爭(zhēng)性的技術(shù)時(shí)，快速原型超過(guò)建造范

47、圍的部分通常分段建構(gòu)然后作粘結(jié)。使用商業(yè)上可用ABS快干膠，F(xiàn)DM工件的粘和強(qiáng)度可以滿(mǎn)足功能性測(cè)試的應(yīng)用。此外，F(xiàn)DM工件可以使用超音波熔接，這種選項(xiàng)無(wú)法使用在SLA以及PolyJet，因?yàn)樗麄儾皇鞘褂脽崴苄圆牧稀?支撐結(jié)構(gòu) 在FDM技術(shù)中，需要支撐結(jié)構(gòu)來(lái)形成基底以制作工件并支撐任何超過(guò)懸掛的特征。在工件的接口，支撐材料的堅(jiān)固堆層已經(jīng)放下。在這堅(jiān)固堆層下，線材為0.5mm且在間隔為3.8mm下沉積。FDM技術(shù)提供兩種類(lèi)型的支撐-易于剝離支撐結(jié)構(gòu)(BASS)以及水溶性支撐結(jié)構(gòu)(WaterWorks)。BASS支撐是由手工將支撐從工件表面剝離以移除。當(dāng)他們不想損壞工件表面，考慮的是必須要容易進(jìn)入與

48、接近細(xì)小特征。 水溶性支撐(WaterWorks)是使用水溶性材料，可分解于堿性水溶劑的解決方案。不像是易于剝離支撐(BASS)，該支撐可以任意坐落于工件深處地嵌壁式的區(qū)域，或是接觸于細(xì)小特征，因?yàn)闄C(jī)械式的移除方式是可以不加考慮的。此外，水溶性支撐可以保護(hù)細(xì)小特征。在其它的快速原型技術(shù)中，他們要如何移除支撐而不造成特征損壞，是一項(xiàng)極大挑戰(zhàn)。 一體成型的裝配件 隨著水溶性支撐的出現(xiàn)，F(xiàn)DM技術(shù)提供了一項(xiàng)獨(dú)特的解決方案-建構(gòu)可運(yùn)轉(zhuǎn)的一體成型裝配件。因?yàn)樗苄灾慰梢赃M(jìn)行分解，一個(gè)多件的裝配件可以在一次機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中建構(gòu)完成。當(dāng)多件的裝配件可以在SLS或是PolyJet中實(shí)行時(shí)，要小心地考慮到殘留在原件

49、之間的材料。舉例來(lái)說(shuō)，如圖3所示的FDM技術(shù)的腦型齒輪組，可以不用手工勞動(dòng)就能完成并用一些時(shí)間就能將水溶性支撐進(jìn)行分解。用SLS技術(shù)制作這樣相同的工件，可能需要一個(gè)小時(shí)以上的手工勞動(dòng)來(lái)清除齒輪與軸柄之件的粉末。有了水溶性支撐，整個(gè)裝配件的CAD資料可以當(dāng)作一個(gè)工件處理。同樣地，也不需要手工勞動(dòng)或是時(shí)間進(jìn)行工件的裝配。 圖11 腦型齒輪利用水溶性支撐以一體成型的方式建構(gòu)而不用考慮手動(dòng)移除支撐 運(yùn)行時(shí)間 運(yùn)行時(shí)間在FDM技術(shù)制程中明顯地取決于不同的因素。這樣提供所有工件在所有的制作時(shí)間比較表是不可能的。然而，一般來(lái)說(shuō)，F(xiàn)DM技術(shù)的運(yùn)行時(shí)間比起SLA技術(shù)與SLS技術(shù)是需要略久一些的時(shí)間，而跟Poly

50、Jet技術(shù)比較起來(lái)則相似。表3表示運(yùn)行時(shí)間的是針對(duì)于圖1所作的精準(zhǔn)性測(cè)試工件進(jìn)行紀(jì)錄。所有工件采用0.25 mm層厚所建構(gòu)。 FDM系統(tǒng) 時(shí)數(shù) Maxum 2.2 Titan 2.7 Prodigy Plus 4.2 表3表示運(yùn)行時(shí)間 FDM技術(shù)的運(yùn)行時(shí)間是由工件的材料容積以及支撐結(jié)構(gòu)來(lái)定義。不像SLA，SLS 或是 PolyJet，Z軸高度都不影響時(shí)間。工件的材料總額與材料沉積率都是決定FDM技術(shù)運(yùn)行時(shí)間的重要因素。材料沉積率是噴嘴尺寸，線材寬度以及層厚的作用。較小的層厚與噴嘴將會(huì)增進(jìn)特征細(xì)節(jié)與表面完工精度，而建造時(shí)間會(huì)增加。額外的考慮是FDM技術(shù)的運(yùn)行時(shí)間不因材料不同而有變化。而對(duì)于SLA技術(shù)與SLS技術(shù)，運(yùn)行時(shí)間是取決于材料種類(lèi)并且會(huì)有20%以上的變化。為了減少運(yùn)行時(shí)間，F(xiàn)DM系統(tǒng)提供了”稀疏填充”(輕量化技術(shù))的選項(xiàng)。這種選項(xiàng)類(lèi)型會(huì)建立實(shí)體狀的周?chē)c骨架狀的內(nèi)部。線材的間隔為3.8 mm且在每一層會(huì)交替線材的方向，所以材料的總額與建構(gòu)時(shí)間都會(huì)減少。 既然FDM技術(shù)的運(yùn)行時(shí)間都不受Z軸