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0431-81702023
光學工程
激光快速成型技術及其在產品設計中的應用
激光快速成型技術及其在產品設計中的應用
關于激光快速成形技術的研究主要在下列三個方面上進行:
第一、材料。
從前面的介紹可以看到,材料是快速成形技術的核心,任何一類快速成形機都是針對特定種 類或特定形態的材料而研究開發出來的,液態光敏樹脂用SLA,紙用LOM,絲狀材料用FDM, 粉末狀材料用SLS,最近聽說又在開發一種新的激光快速成形機,用的是氣態材料――一種 活性氣體,這種活性氣體在激光作用下發生分解,在工作臺上沉積出一層層陶瓷或金屬形成 工件。
另外,目前人們對激光快速成形技術最大的期待,在于直接形成 人們所需要的不同材質的成 形件,如塑料件、 金屬件等。即使是間接翻制,也要解決適當的材料和工藝問題。材料的 廉價化也是個研究重點。
第二、設備。
這里講的設備,不僅包含硬件,即激光快速成形機本身,而且包含相應的軟件,如前面談到 的如何直接對三維CAD軟件進行切片,避免STL格式文件這一近似處理環節,其目的是提高成 形機的成形精度和成形效率。
第三、應用。
激光快速成形技術在各個領域中的應用越來越廣泛,目前的主要應用可用下圖表示: 
其中最主要的應用有以下幾個方面:
1、在產品設計中的應用
快速制作樣件,雖然在材質上與最終的實際產品有差異但由于形狀及尺寸精度高,可以用來 進行產品的形狀和尺寸評判,甚至可以進行部分性能測試,與傳統的樣機生產相比,不僅大 幅度地節省時間,百且大幅度地節約費用。
快速成形技術與三座標測量、三維激光掃描、工業CT結合使用,還可以快速實施反求(逆向) 工程。
2、在模具制造中的應用
(1)快速成形件直接用作模具 
LOM制作的紙模經表面處理直接代替砂型鑄造的木模,對于形狀復雜的高精度模具,其優點 尤為突出。 
LOM制作的紙模具經表面處理直接用作低熔點合金鑄造模、試制用注塑模或失蠟鑄造中的蠟 模的成形模。 
SLS制作的模具經滲銅后,直接用作金屬模具。
(2)用快速成形件作母模,翻制軟模具
所謂軟模具,是指用硅橡膠、環氧樹脂、聚氨脂等材料制作的模具。用快速成形件作母模澆 注上述材料可形成軟型腔,形成軟模具,這種軟模具可用小批量生產,例如:注塑件、低熔 點合金離心鑄造件等。
對于塑料件,除了常見的熱注射成形(注塑機)外,還可采用反應式注塑法進行小批量生產。 
反應式注塑的優點是:
使用液態原料在室溫、低壓下注塑,對模具要求不高。
固化后得到的聚氨脂件與通過注塑機得到的工業熱塑性材料性能相似,可得到不同顏色的 制件。
所需設備簡單、便宜,易于操作,所用材料價格也不高。
(3)用快速成形件翻制硬模具
所謂硬模具是指金屬模具、陶瓷模具、石膏模具等。制作方法有兩種:
一種是直接用LOM制作紙基模具,經表面金屬電弧噴鍍和拋光后研成金屬模。
另一種是所謂金屬面、硬背襯模具,制作方法是以快速成形件(如LOM件)作母模,用電弧 噴鍍法 在母模表面噴鍍形成 1.6-6.4mm的金屬殼體,然后移去母模,在殼的背面注入金屬基合成材 料(液態金屬)或環氧樹脂,形成所謂金屬面、硬背襯模具。
上述硬模具可用于砂型鑄造、消失模的壓型制作、注塑模以及簡易非鋼質拉深模。
用快速成形技術制作模具,既避開了復雜的機械切削加工,又可以保證模具的精度,還可以 大大縮短制模時間、節省制模費用,對于形狀復雜的精度模具,其優點尤為突出。但是,目 前還存在著模具壽命相對較短的缺點,即使是金屬面、硬背襯模具,其使用壽命也不及真正 的金屬模,所以快速成形模具較適合于單件小批量生產。
3、在矯形醫學中的應用
每個人骨骼、牙齒各不相同,在矯形醫學中常常遇到對人體的部分骨骼或牙齒進行修補、復 制的問題,如何度身定制是一個過去不易解決的難題,常常給醫生帶來麻煩,給病人帶來痛 苦。
激光快速成形技術給這一狀況帶來轉機,利用反求(逆向)工程的原理,可以方便快捷地解決 這一問題,最近在北大醫院就進行了一次成功的應用。一位骨盆癌癥患者需要用人工半骨盆 置 換其病變損壞的右側半骨盆,過去,這種手術需要在手術過程中邊測量邊磨削調整,也難以 達到理想的形狀,這一次,則是用CT掃描患者的骨盆,得到CAD模型,然后用健康的左側半骨盆作鏡像,得到右側半骨盆模型,據此制作出理想的形狀,手術一次成功,使手術時間大 大縮短。
由于從第一臺激光快速成形機問世到現在剛剛十幾年,國內的研究歷史只有十年左右,進行工業應用則更是近幾年才開始的,可以說是方興未艾,相信激光快速成形技術的研究和應用 一定具有廣闊的前景。

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