8.1光敏樹脂液相固化成形

光敏樹脂液相固化成形（SL——Stereolithograhpy）又稱光固化立體造型或立體光刻。它由CharlesHul發(fā)明并于1984年獲美國專利。1988年美國3D系統(tǒng)公司推出商品化的世界上第一臺快速原型成形機。SL系列成形面占據(jù)著RP設(shè)備市場較大的份額。

一、SL加工原理

SL技術(shù)又稱光固化快速成形技術(shù)，其原理是計算機控制激光束對光敏樹脂為原料的表面進行逐點掃描，被掃描區(qū)域的樹脂薄層（約十分之幾毫米）產(chǎn)生光聚合反應(yīng)而固化，形成零件的一個薄層。工作臺下移一個層厚的距離（約0.1mm），以便固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂，進行下一層的掃描加工，如此反復(fù)，直到整個原型制造完畢。

二、SL特點

1.精度高、表面質(zhì)量好、效率高、原材料利用率將近100%；

2.能制造形狀特別復(fù)雜（如空心零件）、特別精細（如首飾、工藝品等）的零件；

3.制作出來的原型件，可快速翻制各種模具；

4.由于光聚合反應(yīng)是基于光的作用而不是基于熱的作用，故在工作時只需功率較低的激光源。

5.對于尺寸較大的零件，則可采用先分塊成形然后粘接的方法進行制作。

三、成形材料

SL工藝的成形材料稱為光敏樹脂（或稱光固化樹脂），可分為三類。

1.自由基光敏樹脂；

2.陽離子光敏樹脂；

3.混雜型光敏樹脂（應(yīng)用最廣）。

四、應(yīng)用

美國、日本、德國、比利時等都投入了大量的人力、物力研究該技術(shù)，并不斷有新產(chǎn)品問世。我國西安交通大學(xué)也研制成功了立體光造型機LPS600A。目前，全世界有10多家工廠生產(chǎn)該產(chǎn)品。（1）在汽車車身制造中的應(yīng)用SL技術(shù)可制造出所需比例的精密鑄造模具，從而澆鑄出一定比例的車身金屬模型，利用此金屬模型可進行風(fēng)洞和碰撞等試驗，從而完成對車身最終評價，以決定其設(shè)計是否合理。美國克萊斯勒公司已用SL技術(shù)制成了車身模型，將其放在高速風(fēng)洞中進行空氣動力學(xué)試驗分析，取得了令人滿意的效果，大大節(jié)約了試驗費用。

（2）用于汽車發(fā)動機進氣管試驗進氣管內(nèi)腔形狀是由十分復(fù)雜的自由曲面構(gòu)成的，它對提高進氣效率、燃燒過程有十分重要的影響。設(shè)計過程中，需要對不同的進氣管方案做氣道試驗，傳統(tǒng)的方法是用手工方法加工出由幾十個截面來描述的氣管木模或石膏模，再用砂模鑄造進氣管，加工中，木模工對圖紙的理解和本身的技術(shù)水平常導(dǎo)致零件與設(shè)計意圖的偏離，有時這種誤差的影響是顯著的。使用數(shù)控加工雖然能較好地反映出設(shè)計意圖，但其準備時間長，特別是幾何形狀復(fù)雜時更是如此。英國Rover公司使用快速成型技術(shù)生產(chǎn)進氣管的外模及內(nèi)腔模，取得了令人滿意的效果。SL應(yīng)用實例8.2選擇性激光粉末燒結(jié)成形

選擇性激光粉末燒結(jié)成形（SelectedLaserSintering，SLS）工藝又稱為選區(qū)激光燒結(jié)。

SLS由美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的C.R.Dechard于1989年研制成功。該方法已被美國DTM公司商品化。

一、加工原理

SLS技術(shù)與SL技術(shù)很相似，只是用粉末原料取代了液態(tài)光聚合物，并以一定的掃描速度和能量作用于粉末材料。該技術(shù)具有原材料選擇廣泛、多余材料易于清理、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點，適用于原型及功能零件的制造。在成形過程中，激光工作參數(shù)以及粉末的特性和燒結(jié)氣氛是影響燒結(jié)成形質(zhì)量的重要參數(shù)。

二、SLS特點

1.材料適用面廣，不僅能制造塑料零件，還能制造陶瓷、石蠟等材料的零件；

2.因為沒有被燒結(jié)的粉末起到了支撐作用。因此可以燒結(jié)制造空心、多層鏤空的復(fù)雜零件。

三、SLS成形材料

SLS燒結(jié)成形用的材料，早期采用蠟粉及高分子塑料粉，用金屬或陶瓷粉進行粘接或燒結(jié)的工藝也已達到實用階段。任何受熱后能粘結(jié)的粉末都有被用作SLS原材料的可能性，原則上這包括塑料、陶瓷、金屬粉末及它們的復(fù)合粉。近年來開發(fā)的較為成熟的用于SLS工藝的材料如表8-1所示。

四、應(yīng)用（1）在汽車模具制造中應(yīng)用美國德克薩斯州立大學(xué)研究的SLS技術(shù)，已由美國DTM公司商品化。目前該公司已研制出SLS2000系列第三代產(chǎn)品。該系統(tǒng)能燒結(jié)蠟、聚碳酸酯、尼龍、金屬等各種材料。用該系統(tǒng)制造的鋼銅合金注塑模具，可注塑5萬件工件。近年來基于RPM技術(shù)模具制造技術(shù)已從最初的原型制造，發(fā)展到快速工模具制造,成為國內(nèi)外應(yīng)用研究開發(fā)的重點?；赗PM的模具制造方法可分為直接制模法和間接制模法。

（2）在汽車燈具制造上的應(yīng)用汽車燈具大多數(shù)的形狀是不規(guī)則的,曲面復(fù)雜,模具制造難度很大。通過快速成型技術(shù),可以很快得到精確的產(chǎn)品試樣,為模具設(shè)計CAD和CAM提供了有利的參考。同時,也可以通過快速成型技術(shù),用熔模鑄造的方法快速、高精度地制造出燈具模具。SLS應(yīng)用實例

薄片分層疊加成形（LaminatedObjectManufacturing，LOM）工藝又稱疊加實體制造或分層實體制造。

LOM由美國Helisys公司于1986年研制成功，并推出商品化的機器。因為常用紙作原料，故又稱紙片疊層法。8.3薄片分層疊加成形

一、加工原理

LOM技術(shù)是一種常用來制作模具的新型快速成形技術(shù)。其原理是先用大功率激光束切割金屬薄片，然后將多層薄片疊加，并使其形狀逐漸發(fā)生變化，最終獲得所需原型的立體幾何形狀。

二、LOM特點

1.LOM工藝只需在片材上切割出零件截面的輪廓，而不用掃描整個截面。因此易于制造大型、實體零件。

2.零件的精度高（誤差<0.15mm）。

3.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工藝無需加支撐。

三、LOM成形材料

LOM工藝的成形材料常用成卷的紙，紙的一面事先涂覆一層熱熔膠，偶而也用塑料作為成形材料。熱熔膠應(yīng)保證層與層之間的粘結(jié)強度，常用EVA熱熔膠。它由EVA樹脂、增粘劑、蠟和抗氧劑組成。

四、應(yīng)用

LOM由于其成形材料較便宜，運行成本和設(shè)備投資低，故獲得了一定的應(yīng)用?？梢杂脕碇谱髌嚢l(fā)動機軸、連桿、各類箱體、蓋板等零部件的原形樣件。LOM應(yīng)用實例8.4熔絲堆積成形

熔絲堆積成形（FusedDepositionModeling，F(xiàn)DM）。

FDM由美國學(xué)者Dr.ScottCrump于1988年研制成功，并由美國Stratasys公司推出商品化的機器。

一、FDM工藝原理

FDM工藝是利用熱塑性材料的熱熔性、粘結(jié)性，在計算機控制下層層堆積成形。材料先抽成絲狀，通過送絲機構(gòu)送進噴頭，在噴頭內(nèi)被加熱火化，噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運動，同時將火化的材料擠出，材料迅速固化，并與周圍的材料粘結(jié)，層層堆積成形。

二、特點及應(yīng)用

1.FDM不用激光，因此使用、維護方便，成本較低。

2.用蠟成形的零件原型，可以直接用于溶模鑄造。用ABS工程塑料制造的原型因具有較高強度而在產(chǎn)品設(shè)計、測試與評估等方面得到廣泛應(yīng)用。

3.由于FDM工藝的一大優(yōu)點是可以成形任意復(fù)雜程度的零件，經(jīng)常用于成形具有復(fù)雜的內(nèi)腔、孔等零件。

4.精度較差。

三、FDM材料

1.成形材料

FDM工藝常用ABS工程塑料絲作為成形材料，對其要求是熔融溫度低（80~120o