快速成型技术的原理与特征

1.快速成型(PR)原理

快速成型是直接由计算机数据信息驱动设备进行数字制造。如12－38所示，计算机首先绘出零件的三维模型，然后对其进行分层切片得到各层截面的二维轮廓，依据这些轮廓，成型头通过激光扫描有选择性地固化一层层液态树脂(或切割一层层纸，或烧结一层层的粉末材料，或喷涂一层层热熔材料或黏结剂等)，逐步堆积(叠加)形成零件的三维整体形状。

2.快速成型技术的特征

快速成型技术完全摆脱了传统的“去除”加工法(通过去除表层材料获得需要零件)，取而代之的是全新的“增长”加工法(即利用计算机技术将复杂的三维加工分解为简单的二维加工的叠加组合来获得所需要零件)。它具有如下特征:

(1)高度柔性　可以制造任意复杂形状的零件，不受传统机械加工方法中刀具无法达到某些型面的限制。

(2)低成本、效率高　快速成型技术不需要传统的加工机床和工艺装备，任意复杂零件加工过程均是在一台设备上完成，因而大大缩短了新产品的开发成本和周期。其生产成本仅为传统加工方法的20%～35%，其加工效率亦远胜于数控加工。

(3)自动化的成型过程　在曲面制造过程中，CAD数据的转化(分层)完全是自动化进行，而不像数控切削加工中必须有高级工程人员的人工辅助才能转化为工业数控代码。

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图12－38　快速成型时三维－二维－三维的转换

(4)技术的高度集成性　快速成型将学科先进技术集于一体，是科学发展的必然产物。

3.快递成型的过程

快递成型的基本过程可以分为前处理、分层叠加和后处理三个阶段。

(1)前处理　包括零件的三维模型结构、模型的近似处理、选择成型方向和模型的切片处理。

(2)分层叠加　成型是快速成型的核心，包括二维截面轮廓制作及截面轮廓叠加组合。截面轮廓制作是根据切片处理得到的截面轮廓，成型头在X—Y平面，自动按截面轮廓运动，得到一层层的材料层。而截面轮廓叠加，则是在每层截面轮廓成型后，在成型的轮廓面上进行新一层截面轮廓的成型，从而将一层层的截面轮廓逐步叠加在一起，最终构成三维制件。

(3)后处理　包括工件的剥离、后固化、修补、打磨、抛光及表面强化处理等。

由上可知，快速成型将物理实体复杂的三维加工离散成一系列层片的二维加工，不仅大大降低了加工的难度。且成型过程的难度与所成型的物理实体的形状与机构的复杂程度无关。