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快速成型技术的应用现状与发展趋势摘要:快速成型技术是集计算机技术、数控技术、材料科学技术、激光技术及机械工程技术于一体的高新技术。本文论述了快速成型技术的应用领域,阐述了快速成型技术在国内国外的发展趋势及快速成型技术的未来发展方向。关键字:快速成型 技术; 应用领域;发展趋势引言当前,随着经济的迅猛发展与市场的激烈竞争,各国制造业不仅致力于扩大生产规模、降低生产成本、提高产品质量,而且还将注意力逐渐放在快速开发新品种以及加快市场的响应速度上。可以说,任何企业只要能在新产品的研发过程中走在行业的最前面,就能在激烈的市场中占有一席之地而不被淘汰。市场对于快速成型(RP)技术的需求非常旺盛,因此有关新产品研发发面的高新技术便受到设计界的高度重视。RP 技术以及基于 RP 的快速模具制造(Rapid Tooling, RT)技术在新产品的研发以及单件小批量生产中正逐步为企业带来不可估量、巨大的经济效益。未来 RP 制造技术的研究与发展方向,应该是朝着智能化、网络化以及集成化的方向发展;同时,进一步研制出更为经济可靠、精密高效的 RP 工艺与设备,研发出多种通用的原材料,以拓展 RP 技术的应用领域。1、 快速成型技术的应用1.1 快速成型技术快速成型技术自 20 世纪八十年代兴起之后,被广泛应用于航空航天、汽车工业、模具制造、医学和建筑多个领域。RP 技术具有快速性、设计与制造的一体化、自由成型制造、材料的广泛性、技术的高度集成等特点。快速成型(RP)技术是由三维 CAD 数据模型直接驱动的,快速制造任意复杂形状的三维物理实体的技术总称。它是集计算机技术、数控技术、材料科学、激光技术及机械工程技术等为一体的高新技术。与传统加工制造方法不同,RP 技术是从零件的三维几何 CAD 模型出发,通过将三维数据模型分层离散,再用特殊的加工技术如熔融、烧结、粘结等,将特定材料进行逐层堆积,最终形成实体模型或产品。目前比较成熟的 RP 技术和相应系统已有十余种,得到较为广泛应用的有以下五种快速成型技术:薄型材料切割成型(LOM)、丝状材料熔融沉积成型(FDM )、液态光固化成型(SLA)、粉末材料烧结成型(SLS)、粉末材料三维打印成型(3DP)等。[1]1.2 快速成型技术在医学上的应用由于医学上一些严重面容畸形的形态特殊如(先天性唇裂、面容的多发性骨折等)其周围解剖关系复杂,往往通过二维平面的观察很难确定病态范围。这给医生制定手术方案带来很大的困难。因此,如果在手术前,利用逆向工程应用螺旋 CT 或 MRI 获得缺损骨联系性缺损三维数据模型,在计算机上模拟重建三维图像,可以直观地对骨性疾病做出正确的诊断[2]。然后将三维数据模型通过快速成型技术转化为三维仿真生物模型后,为术者提供的手术平台,术前能够对个体化实体模型直观地进行分析、测量,并预演整个手术过程,明确截骨范围,熟悉手术过程,缩短了手术时间,简化手术,从而减少手术病发症的发生。并且,通过计算机图像数据处理及快速成型技术,获得的缺损骨连续性缺损的三维重建模型不但可以让医生更好的确定病变或骨折的范围,而且可以利用计算机的3DFEM(三维模型有限元方法)或 ANSYS 进行骨组织受力模拟检测,为后期治疗打下基础。Madison E、等从 1989 年开始将快速成型技术用于病人的诊断。Cheung LK 等应用该技术多状突巨大骨化性纤维瘤及复杂的颌面部多发性骨折患者进行颌面部三维重建,明确了疾病范围,为手术方案的确定提供了直观条件。根据现在 CT 等高分辨率检测技术的发展,快速成型技术加工的仿真生物模型,线尺寸误差小于正负0.05mm,总体误差不超过 0.1%,这样制作出来的仿真生物模型精确度非常高,为正确诊断提供了可靠依据。1.3 快速成型技术在金属铸造上的应用快速金属铸造技术主要利用快速成型技术作出所需的原型(Mass Pattern),然后利用传统的铸造工艺使其变成金属铸件。这也是金属快速成型技术的一种发展,这种技术通常应用于以下两种传统铸造的工艺上:砂型铸造和熔模铸造。其基本原理是利用快速成型技术直接或间接制造铸造用消失模、聚苯乙烯消失模凹摸、模样、模板、铸型、型芯或型壳等,然后结合传统铸造工艺,快捷地制造金属零件。快速成型技术为实现铸造的短周期、多品种、低费用、高精度提供了一条捷径。【3】在众多的直接金属成型技术中,选择性激光烧结(SLS)是少有的几种不需要添加任何粘接剂便能直接加工成形近致密金属零件的技术之一,近年来得到快速发展。南京航空航天大学利用 SLS 技术,采用覆膜树脂砂加工制造出整体叶轮和齿轮、叶轮铸造蜡型、摩托车车灯及扶手原型等;此外,依据零件三维 CAD 模型提供的STL 文件,采用分层切片数据处理软件,得到零件的激光扫描轨迹,再对其进行反求工作,把 CAD 设计的数据
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