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激光快速成型技术原理及特点分析

导读: 传统的工业成形技术中大部分也是遵循这一方法的,如车削、铣削、钻削、磨削、刨削;另外一些是采用模具进行成形,如铸造、冲压。

  传统的工业成形技术中大部分也是遵循这一方法的,如车削、铣削、钻削、磨削、刨削;另外一些是采用模具进行成形,如铸造、冲压。而激光快速成形却是采用一种全新的成形原理——分层加工、迭加成形。对于学过高等数学的人来说,这种原理并不陌生。在定积分的应用中,曾讲到母线是已知曲线的旋转体体积计算和平行截面已知的立体体积计算,两者都是取厚度为△Xi的截面,近似地看成是扁圆柱体或曲边柱体,然后加以迭加:

  当‖△x‖→O时,就分别得到旋转体或平行截面已知立体的体积。

  地形地貌是由复杂曲面构成的,但是,只要我们测绘出不同高度的等高线,就可以据此在平板上切割出大小、形状各异的曲边平面(当然,板厚与相邻两条等高线之间的高度差应符合地形图的比例尺),然后再把它们层叠起来,只要等高线取得足够密,就可以制作成逼真的 地形模型。

  目前,按照这种分层加工、迭加成形原理开发出的激光快速成形机有很多种,在此择其主要几种作一概要的介绍:

  1、液态光敏聚合物选择性固化(SLA:Strreolithographypparatus立体平板印刷设备)

  1902年美国的一项专利提出了用光敏聚合物制造塑料件的原理,1986年美国的又一项专利提出用激光照射液态光敏树脂分层制作三维实体的快速成形方案,美国3DSYSTEMS公 司据此于1988年生产出第一台激光快速成形机SLA-250。

  这种激光快速成形机所使用的构形材料是一种液态光敏聚合物,在紫外光的照射下会发生聚合固化反应,由液态变成固态,其优点是:能直接得到类似塑料的树脂件,且表面粗糙度较小。

  其缺点是:

  (1)成形过程中的化学和物理变化使得尺寸精度不易保证,且会发生蠕变;

  (2)须对整个截面进行扫描固化,成形时间较长,成形后要进一步固化处理;

  (3)由于未被激光束照射的部分仍为液态,因此对于悬伸部分要事先设计支撑,固化后再去除;

  (4)光敏树脂固化后较脆,易断裂,可加工性不好,工作温度不能超过100℃,会吸湿膨胀, 抗腐蚀能力不强,且价格昂贵(140-2404 /kg);

  (5)产生紫外激光的激光管寿命2000小时左右。

  2、薄型材料选择性切割(LOM:Laminatedbjeetanufacturing分层物体制造)

  这种激光快速成形所使用的构形材料是事先涂有热熔胶的纸,其成形过程与前面所述的制作地形模型的过程相似,

  其优点是:

  (1)尺寸精度较高;

  (2)只须对轮廓线进行切割,制作效率高;

  (3)无需设计支撑;

  (4)制成的样件有类似木质制品的硬度,稍作处理后可在200℃以下环境中使用,可进行一定的切削加工;

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