| cyqdesign | 2007-04-12 20:09 |
激光快速成型與傳統(tǒng)精密鑄造技術(shù)的工藝組合應(yīng)用快速自動成型（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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(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(jì)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。 2 國內(nèi)外動態(tài)和發(fā)展趨向 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(xiàng)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。 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�，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。 傳統(tǒng)過程 快速成型消失模 快速成型陶瓷模 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(xiàng)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)。  圖1 快速鑄造流程示意圖 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)！? 3 蠟?zāi)５募す饪焖俪尚? 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(jì)及生產(chǎn)又占據(jù)了較長的時(shí)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(jì)壓型進(jìn)行生產(chǎn)，其模具的設(shè)計(jì)、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(shí)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)蛹�，再花半個月即可得到鑄件。  圖2 支架類零件圖 3.1 蠟?zāi)３叽缈刂? 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)。 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)、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(shí)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(bào)廢，除造成成本大幅提高，其生產(chǎn)周期至少耽誤半年以上。 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(shí)，我們可以在使用Pro/Engineer 進(jìn)行三維造型時(shí)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。 3.2 蠟?zāi)Ｗ冃慰刂? 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(shí)，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(jì)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(shí)，成型活塞下移一定距離，這個距離與設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)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。  圖3 激光選區(qū)燒結(jié)原理 | |