激光快速成形(Laser Rapid Prototyping:LRP)是將CAD、CAM、CNC、激光、精密伺服驅(qū)動(dòng)和新材料等先進(jìn)技術(shù)集成的一種全新制造技術(shù)。與傳統(tǒng)制造方法相比具有:原形的復(fù)帛性、互換性高;制造工藝與制造原形的幾何形狀無關(guān);加工周期短、成本低,一般制造費(fèi)用降低50%,加工周期縮短70%以上;高度技術(shù)集成,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造一體化。
近期發(fā)展的LPR主要有:立體光造形(SLA)技術(shù);選擇性激光燒結(jié)(SLS)技術(shù);激光熔覆成形(LCF)技術(shù);激光近形(LENS)技術(shù);激光薄片疊層制造(LOM)技術(shù);激光誘發(fā)熱應(yīng)力成形(LF)技術(shù)及三維印刷技術(shù)等。
立體光造形(SLA)技術(shù)
SLA技術(shù)又稱光固化快速成形技術(shù),其原理是計(jì)算機(jī)控制激光束對(duì)光敏樹脂為原料的表面進(jìn)行逐點(diǎn)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(gè)薄層。工作臺(tái)下移一個(gè)層厚的距離,以便固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂,進(jìn)行下一層的掃描加工,如此反復(fù),直到整個(gè)原形制造完畢。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(shí)只需功率較低的激光源。此外,因?yàn)闆]有熱擴(kuò)散,加上鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能夠很好地控制,保證聚合反應(yīng)不發(fā)生在激光點(diǎn)之外,因而加工精度高,表面質(zhì)量好,原材料的得用率接近100%,能制造形狀復(fù)雜、精細(xì)的零件,效率高。對(duì)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(jìn)行制作。
美國、日本、德國、比利時(shí)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形機(jī)LPS600A。目前,全世界有10多家工廠生產(chǎn)該產(chǎn)品。
在汽車車身制造中的應(yīng)用
SLA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,得用此金屬模型可進(jìn)行風(fēng)洞和碰撞等試驗(yàn),從而完成對(duì)車身最終評(píng)價(jià),以決定其設(shè)計(jì)是否合理。美國克萊斯勒公司已用SLA技術(shù)制成了車身模型,將其放在高速風(fēng)洞中進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)分析,取得了令人滿意的效果,大大節(jié)約了試驗(yàn)費(fèi)用。
用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管試驗(yàn)
進(jìn)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(duì)提高進(jìn)氣效率、燃燒過程有十分重要的影響。設(shè)計(jì)過程中,需要對(duì)不同的進(jìn)氣管方案做氣道試驗(yàn),傳統(tǒng)的方法是用手工方法加工出由幾十個(gè)截面來描述的氣管木?;蚴嗄#儆蒙澳hT造進(jìn)氣管,加工中,木模工對(duì)圖紙的理解和本身的技術(shù)水平常導(dǎo)致零件與設(shè)計(jì)意圖的偏離,有時(shí)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(jì)意圖,但其準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng),特別是幾何形狀復(fù)雜時(shí)更是如此。英國Rover公司使用快速成形技術(shù)生產(chǎn)進(jìn)氣管的外模及內(nèi)腔模,取得了令人滿意的效果。
選擇性激光燒結(jié)(SLS)技術(shù)
SLS技術(shù)與SLA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)具有原材料選澤廣泛、多余材料易于清理、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn),適用于原形及功能零件的制造。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)。
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