SLA快速成型技术简介


 

快速成型 (Rapid Prototyping) 是近年来发展起来的直接根据 CAD 模型快速制作样件或零件的技术,它集成了计算机辅助设计 (CAD) 技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技,是先进制造技术的重要组成部分。与传统制造方法不同,快速成型从零件的 CAD 几何模型出发,通过软件分层离散和数控成型系统,用激光束或其他方法将材料堆积而形成实体零件。由于它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加,因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件,极大地提高了生产效率和制造柔性。

    与传统方法相比具有独特的优越性和特点 :

    ◆产品制造过程几乎与零件的复杂性无关。

    ◆产品的单价几乎与批量无关,特别适合于新产品的开发和单件小批量零件的生产。

    ◆采用非接触加工,没有工具更换和磨损之类的问题,可以做到无人值守。

    ◆无切割、噪音和振动等,有利于环保。

    ◆生产过程数字化,与 CAD 模型具有直接的关联,零件可大可小,所见即所得,可随时修改,随时制造。

    ◆与传统方法结合,可实现快速铸造,快速模具制造,小批量零件生产等功能,为传统制造方法注入新的活力。

 

快速成型技术的应用

    快速成型应用的领域几乎包括了制造领域的各个行业,在医疗、人体工程、文物保护等行业也得到了越来越广泛的应用。

    目前主要是应用于新产品开发的设计验证和模拟样品的试制上,即完成从产品的概念设计→造型设计→结构设计→基本功能评估→模拟样件试制这段开发过程。对某些以塑料结构为主的产品还可以进行小批量试制,或进行一些物理方面的功能测试、装配验证、实际外观效果审视,甚至将产品小批量组装先行投放市场,达到投石问路的目的。

    快速成型技术的主要应用各行业的应用状况如下 :

    ◆汽车、摩托车 : 外形及内饰件的设计、改型、装配试验,发动机、汽缸头试制。

    ◆家电 : 各种家电产品的外形与结构设计,装配试验与功能验证,市场宣传,模具制造。

    ◆通讯产品 : 产品外形与结构设计,装配试验,功能验证,模具制造。

    ◆航空、航天 : 特殊零件的直接制造,叶轮、涡轮、叶片的试制,发动机的试制、装配试验。

    ◆轻工业 : 各种产品的设计、验证、装配,市场宣传,玩具、鞋类模具的快速制造。

    ◆医疗 : 医疗器械的设计、试产、试用, CT 扫描信息的实物化,手术模拟,人体骨关节的配制。

    ◆国防 : 各种武器零部件的设计、装配、试制,特殊零件的直接制作,遥感信息的模型制作。

 

快速成型的作业流程

    无论是新的概念设计还是产品仿制,快速成型的过程是

    ◆生成三维 CAD 模型或曲面模型文件,将 CAD 数据转换成 STL 文件格式,并利用软件从 STL 文件 “ 切 ”(Slice) 出一定厚度的一系列的片层,或者直接从 CAD 文件切出一系列的片层,得到这一系列片层的过程称为数据转换。

    ◆将每一片层的资料传到快速成型设备中去,依次将每一层扫描出来,直到完成整个零件。

    ◆判断得到的零件实物是否满足要求,如果满足要求,就可以对其进行进一步测试和研究,也可以进行小批量的生产,模具开发过程结束。

    ◆如果不满足要求,则需要修改 CAD 数据甚至重新设计得到 CAD 数据,重复上述步骤,直到合乎要求为止。

 

 

激光固化快速成型基本原理

    激光固化快速成型技术,迴异于传统的去除成型、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,它是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态的光敏树脂材料在一定波长和强度的紫外光 ( 如λ =355nm) 的照射下能迅速发生光聚合反应 , 分子量急剧增大 , 材料也就从液态转变成固态。

    液槽中盛满液态光固化树脂,激光束在扫描偏转镜作用下能在树脂上扫描 , 扫描的轨迹及光束的有无均由计算机控制 , 光束照射到的地方 , 树脂就固化,成型开始时,工作平台在液面下一个确定的深度,聚焦后的光斑在液面上按计算机的指令逐点扫描,即逐点固化。当一层扫描完成后,未被照射的地方仍是液态树脂。然后升降台带动平台下降一层高度,已成型的层面上又布满一层树脂,刮平器将粘度较大的树脂液面刮平,然后再进行下二层的扫描,新固化的一层牢固地粘在前一层上,如此重复直到整个零件制造完毕 , 得到一个三维实体模型。

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