基于分层制造和数控加工的复合快速成形技术

姜徐多

【摘要】随着我国科学技术的发展，使得国内快速成形技术也在不断进步、不断得到优化，像如以数控加工与分层制造为基础所形成的复合快速成形技术，正以积极的态势蓬勃发展，广泛运用于制造领域。

【关键词】分层制造；复合快速成形技术；数控加工

虽然分层制造技术和数控加工技术北广泛用于各行各业，但是仍有很多人对分层制造和数控加工的复合快速成形技术的了解不是很多，接下介绍一下这两项技术。

一、分层制造技术的介绍

分层制造即分层实体制造，用专业一点的术语来讲被称为薄形材料选择性切割，简称为LOM。该技术诞生于1991年，广泛运用于工业制造，不断地被改进、优化，像如日本和美国研制出的三维打印、日本开发的半导体激光器、立体光造型等。

1、LOM的工作原理及步骤

第一步：在计算机控制下，通过三维CAD模型的各个截面的轮廓线作为介质，发出控制激光切割的命令，以便切割头进行Y与X两个方向的移动；

第二步：供料机器将地面涂覆陶瓷箔、涂覆纸、塑料箔材、金属箔等涂有热溶胶的箔材按一定的顺序送至工作台的上方；

第三步由激光切割系统依照第一步中计算机提取三维CAD模型的横截面轮廓借助于二氧化碳激光束所映射出的箔材沿轮廓线实施分割工作台上的纸轮廓线，同时纸的无轮廓区域要被该切割机切割成小碎片；

第四步：一层层纸经过热压机构压紧和粘连在一起，通过可升降工作台支撑正在成型的工件，并在每层成型之后，降低一个纸厚，以便送进、粘合和切割新的一层纸；

第五步：形成的三维原型零件，被许多小废料包围着；

第六步：剔除多余的废料小块，最后获得三维产品。

2、LOM技术的优点缺点

由于科学技术处于不断更新的状态，所以任何技术设备都不是一本万利的，LOM也有它技术的优点和缺点。

2.1 优点

分层制造的成型速度比较快，时常被用于加工一些大型零件，但是这些大型零件的内部结构必须简单，这样就不必构建和设计工作台支撑结构。其中之所以成型快是由于在进行分层制造的时候只借助使激光束沿着物体的轮廓实施切割技术。

2.2 缺点

第一，虽然可以选用合成材料、塑料、陶土以及纸等不同的原材料，但目前被使用最多的只是纸，其他材料尚且还在研究开发中，因此能够进行实际应用的原材料种类太少；第二，需要建立专门实验室来降低激光损耗，但是维护费用过于昂贵；第三，不宜制造内部结构复杂的一类零件，是因为在分层制造之后的废料不太好处理；第四，为防止纸制零件受潮之后变形，必须在零件成型后立即实施防潮漆、树脂涂覆等防潮手段；第五，加工制造室时常过高的温度会导致火灾发生，因此工作的时候需要安排专职人员做好监察工作。

二、数控加工技术的介绍

在数控机床上进行零件加工所用到的技术之一就是数控加工，也是一种工艺方法。经过控制系统的命令让刀具做出符合要求的各种运动，主要的表现形式是：字母和數字来形容工件的形状和大小。总体上说传统机床加工与当前的数控机床加工工艺规则是一致的，但是局部仍然发生了明显的改变。像如利用用数字信息体现零件和刀具位移。解决零件品种种类多、批量小、形状多变复杂、精度高等问题和实现自动化和高效化加工高效办法之一。

自动编程工与手工编程是数控加工程序编制的主要方法。自动编程也就是所谓的计算机编程，有C语言、程序自动编程方法。手工编程是通过为按数控系统所规定的指令格式编写的。不管是运用哪种自动编程方法，都需要有相关匹配的软件和硬件。由此可见，实现与完善数控加工编程是重中之重。但是数控加工在自动编程前需要要做的相关的准备工作，因此该工艺主要包括以下内容：对程序进行必要的修改与校验；零件方面图纸的数学分析处理；选择数控加工的零件；确定数控加工的内容；首件加工样品与实际问题的处理；数控加工的工艺设计；按程序单制作控制介质；编写加工程序单；加工工艺文件的定型和归档。

三、复合快速成形技术的在现实生活中的运用

复合快速成形技术与科学技术的有机统一，帮助了制造者、用户与设计者之间提供了可测量、可触摸一种的新手段。可以快速、精确、直接、自动地将设计思想转化为有效制造零件的模具。当前，复合快速成形技术已经被广泛运用于工业造型、医学、建筑、机械制造（汽车、摩托车）、军事、航空航天、家电、轻工、影视等。

1、机械制造对复合快速成形技术的运用

之所以复合快速成形技术在机械制造领域得到广泛的运用，是基于RP技术本身的特点。多用于小批量金属零件、制造单件的制造，像如单件生产只需小于60件的小批量生产。使用RP技术可以直接使零件定型，这样做的好处是周期短、成本低。

2、复合快速成形技术在航空领域的应用

在航天领域中，风洞实验是设计性能比较高级的航天飞机系统的关键环节。在这个实验中精度要求较高、模型形状复杂、拥有流线型特性，主要根据CAD模型，采用RP技术，经由RP设备通过自动程序完成实体模型，对模型质量做出了有力保证。

3、该技术在模具制造中的运用

金属直接制模法和间接制模法是当前利用复合快速成形技术快速制造模具有效方法。经常使用的快速制造模型的方法有硬模、桥模和软模。

3.1 硬模

目前有用SLS、FDM和SLA方法加工出蜡或树脂模型，借助熔模铸造的生产金属零件；再则是利用SLS方法，通过选择比较适合的造型材料，经过加工出可以供浇铸的铸造型腔。通常指的是用复合快速成形技术直接加工金属模具和用间接方式制造金属模具。

3.2 桥模

主要采用环氧树脂模具，在与传统注塑模具相比，成本只有传统方法的几分之一，但尤为减少了它的生产周期。

3.3 软模

指用SLS、SLA、LOM或FDM等技术制作零件原型，再把它翻成硅橡胶模具，之后向把双组份的聚氨酯灌注到模具中，固化后就是得到所需的零件。

4、在新产品造型设计过程中的应用

运用RP技术能够精确、直接、快速把将设计思想转化为具有一定功能的实物样品，这不仅降低了开发费用，而且缩短了开发周期，在激烈的市场竞争中使企业占有先机。

结束语：

随着复合快速成形技术不断地革新与优化，这项技术被越来越多的企业所运用，也给企业带来了很大的经济效益，为此在企业中的地位尤为重要。本文主要从快速成形技术的两个比较突出的技术，如分层制造技术与数控加工技术为着手点，介绍了二者的工作原理、内容以及优缺点。从而引入在该技术指导下的复合快速成形技术的应用领域。

参考资料：

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[2]王笠，张人佶，颜永年，詹肇麟.快速成形过程材料描述和分析方法的研究[J].昆明理工大学学报，2011（04）.

[3]熊晓红，王从军，韩明，史玉升，黄树槐.薄材叠层、粉末烧结快速成形技术的应用[J].机电产品开发与创新，2013（01）