快速成形技術(shù)中材料成形性的研究進(jìn)展

徐研

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，快速成形技術(shù)也得到了較大的發(fā)展空間?？焖傩纬杉夹g(shù)牽涉到了許多的學(xué)科，如電子、機(jī)械、光學(xué)等學(xué)科，本文主要就快速成形技術(shù)中，對(duì)材料成形性的研究進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。

關(guān)鍵詞：快速成形技術(shù)；材料成形性；研究

80年代末期，美國(guó)率先應(yīng)用快速形成技術(shù)（RP）。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，特別是cad技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得人們能夠在設(shè)計(jì)零件中，直接獲取零件中的三維數(shù)據(jù)。然后再利用分層切片的軟件，將cad的模型改變成薄截面層，最后通過(guò)快速成形的設(shè)備將其生成三維實(shí)體零件。故此，這被公認(rèn)為制作技術(shù)領(lǐng)域的一次重大發(fā)展與突破。

一、RP的起源

在20世界70年代后期，日本的中川威雄運(yùn)用了分層的技術(shù)，從而制造了金屬?zèng)_裁模，緊接著美國(guó)的的一家公司（3M公司）和其他幾家公司都相繼提出了RP的概念。這成為了RP發(fā)展的一個(gè)重大突破，隨后有關(guān)快速成形的概念以及技術(shù)等隨之出現(xiàn)，從而促進(jìn)了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)而對(duì)整個(gè)世界的進(jìn)步有著非常重要的作用。

二、基本原理

（一）立體光刻裝置

立體光刻裝置是由美國(guó)一家公司最早推出的產(chǎn)品，其工作流程主要是先用CAD系統(tǒng)對(duì)零件進(jìn)行三維造型設(shè)計(jì)，然后通過(guò)專(zhuān)門(mén)的切片軟件將這個(gè)cad模型進(jìn)行分層處理，將其變成很薄的橫截面，接著用CAM軟件來(lái)控制萬(wàn)向反射鏡，按照截面的形狀進(jìn)行表面掃描，進(jìn)而使得光敏樹(shù)脂變成固化狀態(tài)，從而形成整個(gè)實(shí)體零件，接著用升降臺(tái)將零件托出液面，然后再?zèng)_洗掉零件表面上的殘留液體，對(duì)其進(jìn)行烘干，這樣就可以產(chǎn)生產(chǎn)品零件。

（二）激光選區(qū)燒結(jié)

激光選區(qū)燒結(jié)（SLS）是通過(guò)激光束流的方法對(duì)所產(chǎn)生的粉末進(jìn)行加熱，使之達(dá)到燒結(jié)的溫度，最后就使得三維立體零件逐漸成形的方法。這種生產(chǎn)流程較之立體印刷相近，首先在工作臺(tái)上進(jìn)行操作，燒結(jié)一層底層，然后操作工作臺(tái)分步下降，將粉末材料灑在底層的材料上，接著用滾筒將灑在底層的粉末滾平，繼而壓實(shí)，粉末材料的厚度與CAD中的切邊厚度相互對(duì)應(yīng)，通過(guò)激光掃描的方式來(lái)使得加熱的粉末進(jìn)行彼此的燒結(jié)。而沒(méi)有被掃描的粉末仍舊存在，直到整個(gè)零件被燒結(jié)而出。

（三）分層實(shí)體制造

分層實(shí)體制造（LOM）是以CAD模型為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)切片的信息對(duì)箔材進(jìn)行切割，并且將每一層箔材粘接成一個(gè)零件，一個(gè)三維實(shí)體零件[2]。其工作流程首先是運(yùn)用激光裝置來(lái)進(jìn)行切割，將箔材切成一個(gè)二維輪廓，隨著工作臺(tái)下降到一定的高度，通常是一個(gè)切片的高度，然后鋪上箔材并用熱壓的方法使它們粘接在箔材上，激光再次切割，如此往復(fù)，直到整個(gè)零件的完成。

（四）熔融沉積成形

熔融沉積成形（FDM）是通過(guò)一種專(zhuān)利噴嘴，用液化器在計(jì)算機(jī)的控制下，使得材料逐漸的堆積在一起，每一層就仿佛一個(gè)切片，從底層自下而上生成零件的方法。

（五）三維打印

三維打印（3DP）與噴墨打印的工作原理相似，即用噴嘴在粉層噴灑液態(tài)粘接劑，然后繼續(xù)鋪粉并噴粘接劑，這樣得到的三維形狀后，繼而采取高溫?zé)Y(jié)的方式，使它變成固化狀態(tài)，進(jìn)而得到材料。

三、材料的研究

當(dāng)今發(fā)展最快的材料成形技術(shù)是RP&M技術(shù)，幾乎是每年就會(huì)發(fā)展一種新的技術(shù)，目前已經(jīng)有十幾種工藝技術(shù)。

立體光刻裝置技術(shù)中較為常用原材料光敏樹(shù)脂，其開(kāi)發(fā)時(shí)的收縮系數(shù)較小、所以在當(dāng)今世界成為一種發(fā)展趨勢(shì)。而激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)最常用的材料有塑料、陶瓷、蠟等。分層實(shí)體制造技術(shù)的原材料有紙、塑料薄膜等，熔融沉積成形的材料是線(xiàn)材，三維打印技術(shù)的材料有陶瓷、塑料的粉體[3]。

四、材料的成形性研究

（一）成形的機(jī)理

快速成形有著不同的方法，而每種方法又有各自獨(dú)特的特點(diǎn)，并且材料的選用和形式也大不相同，所以導(dǎo)致了材料的成形機(jī)理也有著不同的特征。

在SLA的工藝生產(chǎn)流程中，樹(shù)脂材料的成形是通過(guò)線(xiàn)掃描的方式，進(jìn)而導(dǎo)致其逐層固化，各個(gè)部位之間的結(jié)合會(huì)影響整體材料的性能，此外，F(xiàn)DM工藝生產(chǎn)流程中，成形材料經(jīng)過(guò)了從固態(tài)到液態(tài)的歷程，出了噴嘴之后又會(huì)凝固成固相的形態(tài)。

（二）材料的成形性

在快速成形過(guò)程中，成形性就是材料適于加工難易程度并且能夠從其中獲得較為優(yōu)質(zhì)的性能的零件[4]。故此，材料的成形性與本質(zhì)有著密切的關(guān)系，而且與成形方法的結(jié)構(gòu)形式有著緊密的聯(lián)系。成形材料的本質(zhì)包含著各個(gè)方面，如材料的化學(xué)成分，還有材料的物理性質(zhì)以及材料的使用狀態(tài)等等。目前無(wú)論是在我國(guó)還是世界來(lái)看，都非常需要加強(qiáng)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的研究，與此同時(shí)，也非常迫切的需要成形的材料得到開(kāi)發(fā)，使其能夠商品化，進(jìn)而走進(jìn)社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，以此來(lái)滿(mǎn)足工業(yè)化的需求，進(jìn)而提升我們?nèi)藗兊娜粘Ｉ钏健?/p>

（三）材料成形性的應(yīng)用

把先進(jìn)的材料用于這個(gè)快速成形的研究是當(dāng)前世界科學(xué)領(lǐng)域的一大課題，目前先進(jìn)復(fù)合材料是研究最多的，這對(duì)復(fù)合材料的研究以及金屬化合物的研究有著非常重要的影響，此外，其優(yōu)點(diǎn)是能夠根據(jù)具體所達(dá)到的功能和經(jīng)濟(jì)要求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

五、結(jié)語(yǔ)

快速成形技術(shù)是新型發(fā)展起來(lái)的先進(jìn)技術(shù)，在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用還沒(méi)有達(dá)到太過(guò)廣泛的范圍，然而隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展、激光技術(shù)等學(xué)科也得到了一定程度上的提高，那么在科學(xué)領(lǐng)域中更大范圍的應(yīng)用這個(gè)技術(shù)已經(jīng)不遠(yuǎn)了。所以我們要了解快速形成的技術(shù)，這對(duì)材料科學(xué)問(wèn)題具有非常重要的意義，隨著這項(xiàng)研究的深入發(fā)展，必然能夠促使快速成形技術(shù)的不斷發(fā)展，進(jìn)而走入工業(yè)化的進(jìn)程，與此同時(shí)新材料的研究又會(huì)促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的不斷提升，進(jìn)而為新材料的廣泛應(yīng)用打好了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈以赴，陳文華，趙劍峰，余承業(yè)，譚永生，劉方軍.快速成形技術(shù)中材料成形性的研究進(jìn)展[J].材料科學(xué)與工程，2001，04：90-96.

[2]馬永輝，劉亞娟，徐晉勇，籃毓勝.淺析快速原型制造技術(shù)的材料成形性[J].裝備制造技術(shù)，2010，01：153-156.

[3]張安峰，李滌塵，盧秉恒.激光直接金屬快速成形技術(shù)的研究進(jìn)展[J].兵器材料科學(xué)與工程，2007，05：68-73.

[4]袁祁剛，楊繼全.快速成形技術(shù)的新進(jìn)展[J].金屬成形工藝，2003，05：12-14+25.