成型技术的革命性突破

近20年来制造技术领域所出现的革命性发展，突破了传统的加工模式，可以自动、快速、直接、精确地将设计思想转化为具有一定功能的原型或直接制造零件，这就是集成了CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果的快速成型技术(RapidPrototypingManufacturing，RP)。这种技术有效地缩短了产品的研发周期，可以节省70%的制造成本和90%的时间，可以在不用模具的条件下生成几乎任意复杂形状的零部件，从而给制造业带来了根本性的变化。 RP技术的基本工作原理是离散与堆积，即“分层制造、逐层叠加”。首先，借助三维CAD采集到有关原型的几何形状、结构和材料的组合信息，获得目标的三维数据模型，从中得到各层截面的轮廓数据，之后，将这些信息输出到计算机控制的机电集成制造系统，控制激光器或喷嘴有选择性地烧结薄层的金属粉末、陶瓷粉末等特殊材料，形成一系列厚度微小的片状实体，再采用熔结、聚合、粘结等手段使其逐层堆积成一体，便可以制造出所设计的产品。 立体光刻成型技术就是一种RP技术。它以光敏树脂为原料，将紫外光在计算机控制下按零件的各分层截面信息，在光敏树脂表面进行逐点扫描，被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成一个薄层；一层固化完毕后，升降台上移一个层厚的距离，在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，然后进行下一层的扫描加工；新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直至整个原型制造完毕。这是目前世界上技术最成熟、应用最广泛的一种快速成型方法。 与此相似，用激光束来扫描原材料而用粉末材料代替液态光聚合物，即为选区激光烧结技术。激光在计算机控制下，在选定的扫描轨迹上作用于粉末材料，有选择地融化粉末，使粉末粘结固化而形成一个层面，而未被烧结的粉末就成为支撑材料，然后使粉末固结面下降一定的高度再铺上一定厚度的新粉末，重复以上工序，直到形成一个三维实体。 材料粉末也可以不通过烧结连接起来，而是通过喷头用粘结剂将零件的截面“印刷”在材料粉末上面，这就是三维打印技术。这种工艺采用了打印技术中的喷墨方法，喷头在不直接接触粉末表面的情况下，有选择地将粘结剂喷到需要的位置上，将零件的片层逐层粘结起来。 RP技术已经显示出极大的技术优势和广阔的应用前景。第一，不受零件形状和结构复杂程度的限制；第二，大大缩短产品设计开发的周期，加快产品更新换代的速度，特别适合小批量及复杂异形产品的直接生产；并可避免外协加工的数据泄密和时间跨度，尤其适合高保密性行业；第三，与互联网结合，可以实现远程设计和制造；第四，由于无缝连接的特点，结构之间的稳固性和连接强度要远高于传统方法。因此，它在医学科学和航空航天等关键领域都将获得重要的应用。