快速成型技术的原理解析

1.快速成型技术的原理

图15-1　快速成型技术原理

笼统地讲，RPT 属于堆积成型；严格地讲，RPT 应该属于离散/堆积成型。它是由三维模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维物理实体的技术总称，其基本过程是：首先设计出所需零件的计算机三维模型，然后根据工艺要求，按照一定的规律将该模型离散为一系列有序的单元，通常在Z 向将其按一定厚度进行离散（习惯称为分层或切片），把原来的三维模型变成一系列的层片；再根据每个层片的二维轮廓信息，输入加工参数，自动生成NC 代码；最后由成型系统成型一系列层片并自动将它们连接起来，得到一个三维物理实体。快速成型技术原理如图15-1 所示。

2.快速成型的工艺过程

（1）三维模型构造

由于RPT 系统只接受计算机构造的产品三维数字模型，然后才能进行分层处理，所以应先用CAD软件（Pro/E，I- DEAS，SolidWork 等），根据产品要求设计三维模型，或用扫描机对已有产品进行扫描，得到三维数字模型。

（2）三维模型的近似处理

产品上往往有一些不规则的自由曲面，加工前必须对其进行近似处理。最常用的方法是用一系列的小三角平面来逼近自由曲面，每个小三角平面用三个顶点坐标和一个法向量来描述。三角形的大小是可以选择的，从而得到不同的曲面近似度。经过上述近似处理的三维模型文件称为STL 格式文件，它由一系列相连的空间三角形组成。典型的CAD 软件都可以转换和输出STL 格式文件。

（3）三维模型的分层处理

由于RPT 工艺是按一层层截面轮廓进行加工的，因此加工前必须把三维模型沿成型高度方向每隔一定的间距进行分层处理，以便提取截面的轮廓。间隔的大小按精度和生产率要求选定，间隔越小，精度越高，但成型时间越长。间隔的范围一般为0.05～0.5 mm，常选用0.1 mm，能得到较光滑的成型曲面。分层间隔选定后，成型时每层叠加的材料厚度应与其相适应。各种RPT 系统都带有分层处理软件，能自动提取模型的截面轮廓。(www.xing528.com)

（4）层片加工

根据分层处理的截面轮廓，在计算机控制下RPT 系统中的成型头（如激光扫描头或喷头）在XY 平面内自动按截面轮廓进行扫描，切割纸（或固化液态树脂、烧结粉末材料、喷射黏结剂和热熔材料）得到一层层截面。

（5）层片叠加

每层截面成型之后，工作台下降一层截面的高度，下一层材料被送至已成型的层面上，然后进行后一层截面的成型。后一层面与前一层面黏结，从而将一层层截面逐步叠加在一起，最终形成三维产品。

（6）后处理

产品成型后需要去支撑、打磨，或者在高温炉中烧结，以进一步提高其强度（如3DP工艺）。对于SLS 工艺，成型件放入高温炉烧结是为了使黏结剂挥发掉，以便进行渗金属（如渗铜）处理。

RPT 工艺流程如图15-2 所示。

图15-2　快速成型工艺流程