光固化成型技术的应用

光固化成型技术的应用光固化快速成型技术是一种新型加工方法，它集现代数控技术、CAD/CAM技术、激光技术和新材料技术于一体，突破了传统加工模式，大大缩短产品生产周期，在制模、直观分析测试制品及医学上有广泛的用途。1成型原理光固化快速成型制造技术不同于传统的材料去除制造方法，它的成型原理[6～8]是：SLA将所设计零件的三维计算图像数据转换成一系列很薄的模型截面数据，然后在快速成型机上，用可控制的紫外线激光束，按计算机切片软件所得到的每层薄片的二维图形轮廓轨迹，对液态光敏树脂进行扫描固化，形成连续的固化点，从而构成模型的一个薄截面轮廓。下一层以同样的方法制造。该工艺从零件的最底薄层截面开始，一次一层连续进行，直到三维立体模型制成。一般每层厚度为0.076～0.381mm，最后将制品从树脂液中取出，进行最终的硬化处理，再打光、电镀、喷涂或着色即可。图1所示为SLA控制原理示意图。图1SLA控制原理要实现光固化快速成型，感光树脂的选择也很关键。它必须具有合适的粘度，固化后达到一定的强度，在固化时和固化后要有较小的收缩及扭曲变形等性能。更重要的是，为了高速、精密地制造一个零件，感光树脂必须具有合适的光敏性能，不仅要在较低的光照能量下固化，且树脂的固化深度也应合适。要将一种新产品成功地投入到竞争激烈的市场中需要其产品开发的速度快及生产周期短。只有将快速与柔性制造工艺结合才能达到理想效果。SLA集现代控制技术、CAD/CAM技术、激光技术和新材料科学的成果与一体，突破了传统加工模式，大大缩短了产品的生产周期，提高了产品的市场竞争力。目前光固化快速成型技术的应用主要有:(1)用SLA制造模具用SLA工艺快速制成的立体树脂模可以代替蜡模进行结壳，型壳焙烧时去除树脂膜，得到中空型壳，即可浇注出具有高尺寸精度和几何形状、表面光洁度较好的合金铸件或直接用来制注射模的型腔，可以大大缩短制模过程，缩短制品开发周期，降低制造成本。(2)对样品形状及尺寸设计进行直观分析在新产品设计阶段，虽然可以借助设计图纸和计算模拟对产品进行评价，但不直观，特别是形状复杂产品，往往因难于想象其真实形貌而不能作出正确、及时的判断。采用SLA可以快速制造样品，供设计者和用户直观测量，并可迅速反复修改和制造，可大大缩短新产品的设计周期，使设计符合预期的形状和尺寸要求。(3)用SLA制件进行产品性能测试与分析在塑料制品加工企业，由于SLA制件有较好的机械性能，可用于制品的部分性能测试与分析，提高制品设计的可靠性。(4)进行单件或小批量产品的制造在一些特殊行业，有些制件只需单件或少于50的小批量，这样的产品通过制模再生产，成本高，周期长。一般可用SLA直接进行成型，成本低，周期短。(5)在医学上的应用外科医生已利用CT与MRI所得数据，用SLA制造模型，以便策划头颅和面部手术。他们还用SLA制成模型进行复杂手术练习，为牙齿、骨移植等手术设计样板。SLA技术是一种新型成型方法，虽然问世不久，但已广泛应用于国民经济的许多领域，给许多行业带来了巨大的经济效益。特别是随着科技不断进步，要求制品生产周期越来越短，这为光固化快速成型的生产与发展带来一个绝好机遇。且光固化体系是绿色新技术，符合国家环保政策，将为模具、塑料等行业带来丰厚回报，其自身也将获得更大的发展。目前SLA技术在欧美、日本等发达国家应用较为广泛。我国仅一些高等院校及有关厂家在吸收消化国外技术的基础上开发出了光固化快速成型机，但不管是在质量及数量上，还是在应用领域方面，与国外相比都还有较大的差距。只有不断推广SLA技术，加以不断完善，才能在该领域赶上并超过发达国家。分层实体制造技术的应用基于LOM技术的快速制模工艺快速模具技术一般按其制造过程中是否需要RP原型过渡主要分为直接法和间接法两大类，如通过RP原型翻制的硅胶模、环氧树脂模、金属喷涂模等快速制模工艺属于间接快速模具技术，而直接快速模具技术主要有SLS工艺、3DP(ThreeDimensionalPrinting，又称三维印刷成型技术)工艺、LENS(LaserEngineeringNetShaping，又称激光工程化净成型技术)工艺等多种直接快速金属模具技术，基于LOM技术的各种木模、消失模以及注塑纸基模具等也属于直接快速模具技术。利用LOM技术制作的快速原型件，其强度类似硬木，可承受200℃左右的高温，具有较好的机械强度和稳定性，经过适当的表面处理，如喷涂清漆、高分子材料或金属后，可作为各类间接快速制模工艺的母模，或直接制作用于注塑用的纸基模具，基于LOM技术的各类快速制模工艺在塑料覆盖件制作方面都得到了广泛的应用。基于LOM技术的间接快速制模工艺在注塑用快速模具应用方面，其基本原理是首先利用LOM技术制作的纸质快速原型件，通过不同的模具翻制技术制作出硅胶模、环氧树脂模、金属喷涂模等快速模具，然后根据模具情况进行热注塑或反应式注塑，得到生产或试制用的塑料零件。由于翻制技术成熟、工艺简便、方法多样，可以根据产品质量、数量等具体要求选择合适的工艺，是目前常用的快速模具技术之一。基于LOM技术的直接快速制模工艺LOM技术在直接快速注塑模具方面的应用主要是反应式注塑模具，根据注塑条件的不同又可分为真空注塑和低压注塑两类，下面介绍的就是基于LOM技术的纸基反应式低压注塑模具工艺(以下简称纸基注塑模具)。纸基注塑模具设计纸基注塑模具设计原理与步骤类似于钢模设计，但考虑到纸基件制作的特殊性以及注塑方式的差异，纸基注塑模具的设计又有其不同的特点。·尺寸补偿纸基注塑模具属于直接制模，不存在硅胶模等间接制模工艺在翻制过程带来的累积误差，因此，影响最终注塑件尺寸精度的因素主要有三维CAD模型转换STL文件时的转换精度损失、纸基模具制造误差、纸基模具装配误差、聚氨酯注塑材料收缩率等，在这里需要补偿的尺寸就是聚氨酯材料的收缩率，即在三维软件中对三维CAD模型进行尺寸补偿，这对于尺寸较大的零件来说是必须要考虑的。选择性激光烧结技术的应用为使成型零件获得预期的效果，必须对烧结过程进行控制。除了材料、设备方面提供必要的条件外，一些烧结工艺参数的控制尤为重要，如激光束的光斑直径大小、扫描速度、扫描间隔、扫描的粉层厚度等，都会影响到材料在熔化和凝固结晶的过程，从而直接影响成型零件的精度、内部组织结构、表面物理化学性能等。研究的方向主要集中在建立起可供选择的方案和参数模块，用户根据需要从中选取某一方案及参数，并可对其进行更改和调整，从而使成型零件达到很好的制造效果。目前这一技术主要由成型设备研发生产厂家来进行研究，随设备提供服务，由于缺少实际经验的积累，很不完善，大多作为参考推荐使用。在金属钢模具的制造中，制造成本高、制造周期长是很普遍的现象，特别是型腔、型芯类关键零部件，往往成为整个模具生产制造的关键，它的制造工艺也成为制造周期、制造成本、模具质量、使用寿命等的主要影响因素。在传统模具制造工艺中，由于它的生产工序多且复杂，所需制造设备的类型也很多，锻、刨、铣、车、镗、磨，包括较先进的数控、电火花和精密雕刻等等加工技术都能用得上，是集各种加工技术综合应用的一个领域，尽管如此，一些复杂型腔的制造仍感觉很困难，还得借助其他特殊方法。由此可见，它的高成本慢速度是不睁的事实。选择性激光烧结制作金属钢模具技术的出现，恰好弥补了这一缺陷，它的优势在于只需用SLS设备和相应的金属粉末材料在较短的时间内制造出形状复杂的型腔零件，总的制造成本下降了，是一种快速价廉的模具制造方法。特别是新产品的开发试制、产品改型等以快、变为主要特点的试制用生产模具的制造尤其适用，再就是形状较复杂的模具型腔零件，采用该技术其制造工艺的周期就大为缩短，对竞争激烈的模具制造业来说，为迅速地抢占市场、赢得商机提供了先进的制造工艺和加工手段。在金属钢模具领域中，这一技术已经被注射模等以塑料制品为主要加工对象的模具制造业所采用。另一个以铝、锌、镁等低熔点合金为加工对象的压铸模行业也成为了该技术的又一个重要应用领域。随着对SLS技术研究的深入，对成型粉末材料和工艺控制技术的改进，还可以扩大到强度、硬度有着更高要求的其它钢模具制造行业，如冲压模具等。SLS技术在金属钢模具领域的研究与应用不仅对模具的制造带来了全新的方法，也促进了SLS技术在其他领域的应用研究与进步，比如在功能性的金属零件制造方面。因此，加快它的研究，提高成型精度、物理力学性能和工作寿命，扩大其应用领域，对模具制造业来说有着重大和深远的意义。光信0802邹博琼20081182059