Принцип технологии лазерного быстрого прототипирования

Большинство традиционных технологий промышленной формовки также используют этот метод, например токарная обработка, фрезерование, сверление, шлифование и строгание;другие используют формы для формования, такие как литье и штамповка.Однако лазерное быстрое прототипирование использует новый принцип формирования — послойную обработку и наложенное формование.Для тех, кто изучал высшую математику, этот принцип знаком.При применении определенного интеграла уже упоминалось, что образующей является вычисление объема вращающегося тела с известной кривой и вычисление объема твердого тела с известным параллельным сечением, оба из которых являются поперечными сечениями с толщиной △Xi, которые приблизительно считаются плоскими цилиндрами или цилиндрами с изогнутой стороной, а затем накладываются:

Когда ‖△x‖→O, получается объем известного твердого тела вращающегося тела или параллельного сечения соответственно.

Топография состоит из сложных изогнутых поверхностей.Однако, пока мы снимаем и наносим на карту контуры разной высоты, мы можем вырезать на плоской пластине изогнутые плоскости разных размеров и форм (конечно, толщины пластины и двух соседних. Разница по высоте между контурными линиями должна соответствовать масштабу топографической карты), а затем наложить их вместе.Если контурные линии достаточно плотные, можно создать реалистичную модель местности.

В настоящее время существует множество типов лазерных машин для быстрого прототипирования, разработанных по принципу такого рода послойной обработки и формирования суперпозиций.Вот основные из них для краткого ознакомления:

1. Селективное отверждение жидкого светочувствительного полимера (SLA: оборудование для трехмерной литографии Strreolithographyapparatus)

В 1902 году в патенте США был предложен принцип использования светочувствительных полимеров для изготовления пластиковых деталей.В 1986 году в другом патенте США была предложена схема быстрого прототипирования для послойного производства трехмерных объектов с использованием жидкой фоточувствительной смолы, облученной лазером.На основе этого появилась американская компания 3DSYSTEMS. В 1988 году была выпущена первая лазерная машина быстрого прототипирования SLA-250.

Конфигурационный материал, используемый в этой лазерной машине для быстрого прототипирования, представляет собой своего рода жидкий светочувствительный полимер, который подвергается реакции полимеризации и отверждения под воздействием ультрафиолетового света и переходит из жидкого состояния в твердое.Его преимущество заключается в том, что с его помощью можно напрямую получать детали из пластмассы., И шероховатость поверхности небольшая.

Недостатки:

(1) Химические и физические изменения в процессе формования затрудняют обеспечение точности размеров, и возникает ползучесть;

(2) Требуется сканирование и отверждение всей секции, время формования больше, а после формования требуется дальнейшее отверждение;

(3) Поскольку часть, не облучаемая лазерным лучом, все еще является жидкой, нависающую часть необходимо заранее спроектировать так, чтобы она поддерживала ее, а затем удалить после отверждения;

(4) После отверждения светочувствительная смола становится хрупкой, легко ломается и имеет плохую обрабатываемость.Рабочая температура не должна превышать 100°C.Он впитывает влагу и расширяется, имеет низкую коррозионную стойкость и стоит дорого (140-2404/кг);

(5) Срок службы лазерной трубки, генерирующей ультрафиолетовый лазер, составляет около 2000 часов.

2. Селективная резка тонких материалов (LOM: Laminationbjeetanufacturing of слоистых объектов)

Конфигурационный материал, используемый в этом лазерном быстром прототипировании, представляет собой бумагу, предварительно покрытую термоклеем.Процесс формирования аналогичен процессу изготовления моделей местности, описанному выше.

Преимущества:

(1) Более высокая точность размеров;

(2) Необходимо разрезать только контурную линию, эффективность производства высока;

(3) Нет необходимости в проектной поддержке;

(4) Готовый образец имеет твердость, аналогичную твердости древесных изделий, после небольшой обработки его можно использовать в среде ниже 200 ℃, а также можно разрезать до определенной степени;

(5) Срок службы используемого углекислотного лазера составляет до 20 000 часов;

(6) Материал конструкции дешевый (8/кг).

Недостатки:

(1) Пластиковые детали не могут быть изготовлены напрямую;

(2) Шероховатость поверхности высокая, а поверхность заготовки имеет явные ступенчатые узоры, которые после формовки следует отполировать;

(3) Легко впитывает влагу и расширяется, поверхность следует обработать влагонепроницаемым материалом как можно скорее после формирования;

(4) Заготовке не хватает гибкости.

3. Селективное плавление нитевидных материалов (FDM: Fused Deposition Deling)

Конфигурационный материал, используемый в этой машине для быстрого прототипирования, представляет собой нитевидный термопластический материал, и его принцип работы аналогичен принципу изготовления этикеточного пирога.Нитевидный материал подается в сопло с помощью механизма подачи проволоки и нагревается в сопле до расплавленного состояния в соответствии с формой поперечного сечения. Наносится на верстак, быстро охлаждается и затвердевает.После нанесения одного слоя сопло поднимается на одну высоту слоя, а затем наносится следующий слой.Преимущества:

(1) Можно напрямую изготовить АБС-пластик;

(2) Более высокая точность размеров;

(3) Высокий коэффициент использования материала.

Недостатки: 

(1) Шероховатость поверхности высока и требуется последующая обработка;

(2) Длительное время формирования;

(3) Материал дорогой (250-458 /кг);

(4) На консольной конструкции должны быть предусмотрены опоры, но новая машина для быстрого прототипирования FDM оснащена двумя форсунками: одна распыляет формовочный материал, а другая распыляет опорный материал, а опорный материал можно удалить водой, что снижает время постобработки.

4. Селективное спекание порошковых материалов (SLS: Selected aserintering)

Принцип работы этой машины быстрого прототипирования аналогичен принципу SLA, но в качестве формовочного материала используется не жидкая светочувствительная смола, а порошкообразный полимерный материал, смесь металла или керамики со связующим веществом и т. д. Диаметр частиц составляет 50 -125 靘При формовании сначала уложите слой порошкового материала на рабочий стол и нагрейте его до температуры немного ниже температуры плавления, затем лазерный луч сканирует форму поперечного сечения, и сканируемая часть материала расплавляется и приклеенный к форме, и порошковый материал, который не сканируется. Он по-прежнему находится в виде порошка и гранул в качестве поддержки заготовки.После формирования первого слоя рабочий стол опускается на высоту одного слоя, а затем укладывается и спекается следующий слой.Его преимущества:

(1) Пластиковые, керамические или металлические детали могут быть получены напрямую с хорошей обрабатываемостью;

(2) Поддержка проектирования не требуется.

Недостатки:

(1) Структура формованной детали рыхлая и пористая, а шероховатость поверхности относительно высокая;

(2) Эффективность формования невысока;

(3) Полученные пластиковые, керамические или металлические детали намного уступают заготовкам из того же материала, полученным традиционным методом формования, и требуется последующая обработка, такая как пропитка медью, но трудно обеспечить точность размеров детали. детали в постобработке.

Благодаря внедрению вышеупомянутых четырех типов машин для быстрого прототипирования мы видим, что технология лазерного быстрого прототипирования представляет собой интеграцию множества передовых производственных технологий.

Поскольку разные машины для быстрого прототипирования имеют разные характеристики, необходимо сделать соответствующий выбор в соответствии с различными требованиями использования.При выборе следует всесторонне учитывать размер формованной детали, требования к точности формованной детали, назначение формованной детали, форму формованной детали, требования к материалам формованных деталей и т. д., а также стоимость производства. необходимо взвесить, например: 

Крупногабаритные детали и изделия подходят для производства ЛОМ;

Мелкие детали и тонкостенные детали подходят для производства SLA, FDM, SLS;

Пластиковые детали можно изготавливать непосредственно с помощью SLA и FDM, а LOM необходимо изготавливать с помощью силиконовых форм и реактивного литья под давлением;

Металлические детали могут быть изготовлены непосредственно с помощью SLS, а другие методы должны быть переработаны путем литья;

SLA и LOM могут быть изготовлены с высокими требованиями к шероховатости поверхности;

Доступно производство LOM в условиях более высоких температур и т. д.