1 引言 +. ` I  
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快速自動成型（Rapid Prototyping）技術(shù)是近年來發(fā)展起來的直接根據(jù)CAD模型快速生產(chǎn)樣件或零件的成組技術(shù)總稱。該技術(shù)解決了計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)中三維造型的“看得見，摸不著”的問題，能將屏幕上的幾何圖形快速自動實(shí)體化。它集成了CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代化科技成果，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。其本質(zhì)是用積分法制造三維實(shí)體，將計算機(jī)中儲存的任意三維型體信息傳遞給成型機(jī)，通過材料逐層添加法直接制造出來，而不需要特殊的模具、工具或人工干涉。 EWX!:BKf  
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2 國內(nèi)外動態(tài)和發(fā)展趨向 1TIP23:  
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美國在發(fā)展快速自動成型技術(shù)方面，一直處于領(lǐng)先地位，一些著名的高校如麻省理工學(xué)院、得克薩斯大學(xué)和一批研究機(jī)構(gòu)從政府和工業(yè)界取得了大筆開發(fā)、研究經(jīng)費(fèi)，用于這項技術(shù)的進(jìn)一步研究。各大公司紛紛購入成型機(jī)，以滿足爭分奪秒的市場需求。日本、德國、英國等都在研究新的成型技術(shù)，開發(fā)新產(chǎn)品�，F(xiàn)已有2500 多套快速成型機(jī)分布在世界各地的不同領(lǐng)域。 v? VNWK2  
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自從快速自動成型問世后，國外就很重視其與傳統(tǒng)精密鑄造技術(shù)相結(jié)合，繼而產(chǎn)生了快速鑄造�？焖俪尚图夹g(shù)在熔模精密鑄造中的應(yīng)用可以分為三種：一是消失成型件（模）過程，用于小量件生產(chǎn)；二是直接型殼法，也用于小量件生產(chǎn)；三是快速蠟?zāi)Ｄ＞咧圃欤�用于大批量生產(chǎn)。這三種方法與傳統(tǒng)精密鑄造相比，解決了傳統(tǒng)方法的蠟?zāi)Ｖ圃炱款i問題，其流程示意如圖1。 國內(nèi)目前主要有北京隆源、華北工學(xué)院、華中理工大學(xué)等在進(jìn)行快速成型設(shè)備生產(chǎn)與工藝研究。使用快速自動成型技術(shù)生產(chǎn)精鑄用蠟?zāi)５膹S家主要有航空部材料研究所、北京鋼鐵研究總院、西安航天發(fā)動機(jī)廠等，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。目前，該項技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于航空、航天、機(jī)械、化工、醫(yī)藥等行業(yè)。 dEuts*@Q  
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我公司選用的是北京隆源快速成型公司生產(chǎn)的AFS－320MZ設(shè)備。該設(shè)備采用固態(tài)粉末材料逐層選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)，目前主要是與公司現(xiàn)有的精密鑄造工藝相結(jié)合，生產(chǎn)用于熔模鑄造的蠟?zāi)！? JF%_8Ye5  
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3 蠟?zāi)５募す饪焖俪尚? A['0~tOP  
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我公司在引進(jìn)快速成型技術(shù)前，采用圖1 所示的傳統(tǒng)精鑄工藝生產(chǎn)。對于新產(chǎn)品的研制，生產(chǎn)周期相當(dāng)長，其中壓型的設(shè)計及生產(chǎn)又占據(jù)了較長的時間。如圖2 所示的支架類零件，其形狀并不復(fù)雜，如果采用設(shè)計壓型進(jìn)行生產(chǎn)，其模具的設(shè)計、生產(chǎn)周期約需2～3 個月，模具投入生產(chǎn)到得到鑄件還需半個月的時間。而快速成型設(shè)備恰好具備這方面的優(yōu)勢，利用其特點(diǎn)，3 天內(nèi)可以得到零件蠟?zāi)�樣件，再花半個月即可得到鑄件。 使用激光快速成型設(shè)備制作蠟?zāi)＃�最關(guān)鍵是要控制蠟?zāi)５某叽绾妥冃�，同時盡可能地提高蠟?zāi)５谋砻尜|(zhì)量。 zG0191f  
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3.1 蠟?zāi)３叽缈刂? Lao
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我公司現(xiàn)使用Pro_Engineer 進(jìn)行三維造型，并將其轉(zhuǎn)換成STL 文件格式；再使用Magics RP 軟件導(dǎo)入該STL 文件，合理放置后進(jìn)行切片處理，導(dǎo)出CLI格式文件；然后使用隆源公司的ARPS 軟件將其轉(zhuǎn)換為設(shè)備使用的AFI 文件；最后導(dǎo)入快速成型設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)。 )kl(}.9X  
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要控制蠟?zāi)３叽�，先需根�?jù)合金收縮率、模殼膨脹系數(shù)、工藝方案給出蠟?zāi)�X、Y、Z 方向上的線收縮率。該收縮率確定后，可以在Magics RP 軟件對零件處理時首先進(jìn)行放縮，這樣即可得到理想尺寸的蠟?zāi)�，繼而獲得鑄件。通過對鑄件尺寸的測定反過來可再次對蠟?zāi)３叽邕M(jìn)行協(xié)調(diào)，最終獲得合格的蠟?zāi)：丸T件。例如某鑄鋼件，按最初的工藝方案生產(chǎn)，設(shè)定其綜合收縮率為2％，經(jīng)過對鑄件的實(shí)際測量，其綜合收縮率變?yōu)?.7％，只需在Magics RP 軟件下，對模型的放縮進(jìn)行調(diào)整即可校正蠟?zāi)３叽�。如果采用壓型生產(chǎn)，該收縮率的調(diào)整將可能導(dǎo)致其報廢，除造成成本大幅提高，其生產(chǎn)周期至少耽誤半年以上。 dRXEF6G  
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對于鑄件生產(chǎn)過程中存在阻礙收縮等非自由收縮情況，導(dǎo)致鑄件非線性收縮嚴(yán)重，繼而影響到鑄件尺寸精度時，我們可以在使用Pro/Engineer 進(jìn)行三維造型時考慮，直接根據(jù)其收縮關(guān)系繪出實(shí)際使用的蠟?zāi)３叽�，最終獲得合格的鑄件。 aVXk8zuL  
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3.2 蠟?zāi)Ｗ冃慰刂? |_ u  
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如何有效地控制蠟?zāi)５淖冃�，需要先了解激光選區(qū)的燒結(jié)原理。北京隆源選區(qū)激光燒結(jié)成型系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)是：在一封閉成型室中裝有兩個活塞筒，一個用于供粉，另一個用于成型。加工開始時，供粉活塞上移一定量，鋪粉滾筒將粉均勻地鋪在加工平面上，激光束在計算機(jī)的控制下，透過激光窗口以一定的速度和能量密度掃描，激光束掃過之處，粉末燒結(jié)成一定厚度的片層，未掃過的地方仍然是松散的粉末，這樣零件的第一層就制造出來了。這時，成型活塞下移一定距離，這個距離與設(shè)計零件的切片厚度一致，而供粉活塞上移一定量。鋪粉滾筒再次將粉末鋪平后，激光束開始依照設(shè)計零件第二層的信息掃描。激光掃過之后，所形成的第二個片層同時也燒結(jié)在第一層上。如此反復(fù)，一個三維實(shí)體就制造出來了。如圖3所示。 選區(qū)激光燒結(jié)成型與其它許多快速成型方法不同，不需要先搭支架。在激光燒結(jié)前未燒結(jié)的松散的粉末作了自然支架。這對含懸臂結(jié)構(gòu)(Overhangs)、中  `[=3_  
空結(jié)構(gòu)(hollowed areas)、和槽中套槽(nothces withinnotches)結(jié)構(gòu)的零件制造很有效。對這些松散的粉末進(jìn)行加熱處理可以使之粘結(jié)，加熱溫度越高其板結(jié)程度越高，其對零件的支撐作用就越顯著，可以更好地防止零件（蠟?zāi)＃┳冃�；但加熱溫度越高，未燒結(jié)粉末越板結(jié)，蠟?zāi)Ｇ謇砭驮嚼щy；因此，我們需要采取多種措施來防止蠟?zāi)５淖冃巍Ｒ韵率菐讉�典型零件的示例。 c@xQ2&i  
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3.2.1 支座 v.~uJ.T  
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支座示意圖如圖4。從剖視圖上可以看出，該零件壁厚差別大，按0.2mm 一層切片，激光功率22.5W。燒結(jié)制造的蠟?zāi)１”诤秃癖诮唤犹幯貓A周方向有一圈縮陷，沿零件軸線方向約10mm，中間縮陷最深處約1.2mm。其產(chǎn)生原因是由于該處壁厚差別大，有熱節(jié)，粉末燒結(jié)收縮不勻造成。因此，我們對蠟?zāi)５娜�維原型進(jìn)行了鏤空處理，同時在懸空凸臺部位加上一些支撐薄片，防止變形，如圖5 所示。 從圖5 可以看出，鏤空后的三維原型壁厚4mm均勻。然后使用原參數(shù)對該模型進(jìn)行切片、激光選區(qū)燒結(jié)，獲得的蠟?zāi)�無縮陷，強(qiáng)度能滿足后續(xù)工作要求。并且該鏤空及壁厚均勻化處理極大地縮小了蠟?zāi)５慕孛娣e，使激光選區(qū)燒結(jié)的時間從原來的8.5h 減少到現(xiàn)在的4.5h，縮短了約一半的激光燒結(jié)時間；同時，由于蠟?zāi)��?nèi)部PSB 粉料未曾燒結(jié)，鉆孔倒出后可節(jié)約大量粉料，而且蠟?zāi)ｇU空后還能縮短浸蠟時間。綜上所述，該零件蠟?zāi)ｇU空處理后可極大地降低原材料成本、生產(chǎn)成本，同時由于蠟?zāi)Ｖ亓康臏p輕可降低后續(xù)工作的勞動強(qiáng)度。 %0<-5&GE  
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3.2.2 盒子 ~t