蔣小波

1.西南科技大學(xué)，四川 綿陽(yáng) 621010

2.婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 婁底 417000

當(dāng)前各種先進(jìn)技術(shù)在各行業(yè)高速發(fā)展，各種先進(jìn)技術(shù)的推廣應(yīng)用也成為必然趨勢(shì)。在制造領(lǐng)域市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的條件下，傳統(tǒng)制造業(yè)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方式越來(lái)越難以滿(mǎn)足企業(yè)各方面對(duì)高新技術(shù)的要求?？焖俪尚图夹g(shù)就是適應(yīng)這種市場(chǎng)需求而發(fā)展起來(lái)的一種高新制造技術(shù)，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外紛紛將快速成型技術(shù)應(yīng)用到模具制造中，逐漸形成一種全新的快速模具制造工藝，而金屬塑料模具快速制造技術(shù)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外重要的應(yīng)用研究方向之一，其中采用金屬粉末為材料加工的選擇性激光燒結(jié)成型技術(shù)成為目前世界上一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家研究的熱點(diǎn)課題。

快速成型技術(shù)的基本原理是：任何三維零件都可以看作是許多等厚度的二維平面輪廓沿某一坐標(biāo)方向疊加而成。首先通過(guò)軟件生成一個(gè)產(chǎn)品的三維CAD實(shí)體模型或曲面模型，用軟件將其轉(zhuǎn)換成STL文件格式，再用軟件從STL 文件切出設(shè)定厚度（等厚度或者不等厚度）的一系列片層，或者直接從以CAD文件切出一系列的片層，離散得到各層截面的輪廓，按照這些輪廓，激光束選擇性地將成型材料一層層的分層加工，然后逐層堆積成三維實(shí)體原型。因此，快速自動(dòng)成型其實(shí)就是一種將計(jì)算機(jī)中建立的任意三維型體通過(guò)材料逐層疊加法直接制造。

由于快速成型技術(shù)可以把復(fù)雜的三維制造轉(zhuǎn)化為一系列簡(jiǎn)單二維制造的疊加，因此，幾乎任意復(fù)雜的產(chǎn)品都可以在不用模具和工裝夾具的條件下進(jìn)行加工，明顯地提高了生產(chǎn)效率和柔性制造的能力。

選擇性激光燒結(jié)技術(shù)與其它快速成型(RP)方法相比，最突出的優(yōu)點(diǎn)在于它所采用的成型材料十分廣泛。從原理上說(shuō)，只要加熱后原子間能夠形成粘結(jié)的粉末材料都可以成為SLS的成型材料。當(dāng)前，可成功進(jìn)行SLS成型加工的材料有很多，例如：金屬、陶瓷粉末、石蠟、高分子以及它們的復(fù)合粉末材料。由于SLS成型材料用料節(jié)省、品種多、適合多種用途、成型件性能分布廣泛，而且SLS不需要設(shè)計(jì)和制造復(fù)雜的支撐系統(tǒng)，因此，SLS的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

選擇性激光燒結(jié)技術(shù)開(kāi)辟了不用任何刀具就可以快速制作各類(lèi)零件的方式，解決了復(fù)雜零件或模型不能或難于用常規(guī)方法制造的問(wèn)題，快速成型技術(shù)具有較高的靈活性和迅速性，所以它幾乎在各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，包括醫(yī)療、文物保護(hù)、人體工程等行業(yè)也得到了普遍的應(yīng)用。

目前，國(guó)際上快速成型設(shè)備的研究方向主要有2個(gè)：1）工業(yè)化大型系統(tǒng)；2）自動(dòng)化的桌面小型系統(tǒng)。世界上開(kāi)展RPM的研究的機(jī)構(gòu)已有20多家。其中由于SLS技術(shù)具有成型速度快、材料選擇范圍廣、精度高、可適用多種用途的特點(diǎn)，得到更為迅速發(fā)展。目前，全世界快速成型機(jī)總銷(xiāo)售量的20%就是SLS成型機(jī)，國(guó)外相關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)SLS技術(shù)的研究也取得了很多重要的研究成果，有很多機(jī)構(gòu)也開(kāi)始對(duì)SLS的后處理工藝進(jìn)行深入研究。SLS原型件燒結(jié)結(jié)束后，由于燒結(jié)成型件中相對(duì)密度低，空隙較多，所以還需要進(jìn)行相應(yīng)的后處理，通過(guò)后處理可以進(jìn)一步提高其熱學(xué)性能和機(jī)械性能。

但是，SLS技術(shù)的應(yīng)用還有一定的缺點(diǎn)。SLS技術(shù)的基本功能要求較高的速度和精度，由于原形制件的速度和精度的影響因素有很多并且有些因素是相互關(guān)聯(lián)的，其主要因素有以下幾點(diǎn)：

1）制件精度的影響主要來(lái)自系統(tǒng)本身的工作誤差和加工參數(shù)取值范圍。系統(tǒng)工作誤差的內(nèi)容包括：工作臺(tái)的Z向位置移動(dòng)誤差、成型平面掃描運(yùn)動(dòng)誤差；系統(tǒng)工藝參數(shù)的內(nèi)容包括：掃描間距、激光功率、激光掃描速度等。

2）STL使用的材料比其他快速成型方式的種類(lèi)要多，由于材料的化學(xué)性能、物理對(duì)制件精度起著決定性作用。成型過(guò)程中由于材料狀態(tài)產(chǎn)生變化，會(huì)引起制件收縮、變形，翹曲，在制件內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力，從而影響制件精度。

3）現(xiàn)在絕大部分RP系統(tǒng)采用STL文件為數(shù)據(jù)輸入形式，SLT文件采用了很多小三角形平面去模仿三維CAD實(shí)體模型，再用切片軟件從STL文件所建立的立體模型上“切”出設(shè)定厚度的一系列的片層，而在建模和切片過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生誤差。

4）因?yàn)镾TL文件是用具有一定厚度片層疊加去逼近立體曲面的，通過(guò)層層疊加成型會(huì)造成STL技術(shù)制作的制件出現(xiàn)臺(tái)階效應(yīng)。雖然越厚的切片層數(shù)少，所以成型速度越快。但是就出現(xiàn)越明顯的臺(tái)階效應(yīng)，制備的制件精度越低；而當(dāng)切片的厚度越薄，雖然成型速度越慢，但精度卻越高。所以，控制切片的厚度是制件精度與成型速度的重要因素。

快速成型技術(shù)在航空航天、汽車(chē)、機(jī)械、電子、電器、醫(yī)學(xué)、玩具、建筑、藝術(shù)品等許多領(lǐng)域都已獲得了廣泛應(yīng)用，但大多僅作為原型件進(jìn)行新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及功能測(cè)試等，如何生產(chǎn)出能直接使用的注塑模具零件是快速成型技術(shù)面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。

通過(guò)研究表明，選擇性激光燒結(jié)技術(shù)是制造注塑模具最有效的手段，但還要通過(guò)進(jìn)一步的研究，提高該工藝的技術(shù)水平并對(duì)其原型件進(jìn)行一定的后處理，才可以獲得強(qiáng)度、精度均符合注塑工藝要求的合格金屬零件和注塑模具。

[1]馬黎,肖躍加.快速成型在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用[J].鍛壓機(jī)械,1998(5).

[2]黃樹(shù)槐.快速原型制造技術(shù)的進(jìn)展[J].中國(guó)機(jī)械工程,1997(5).

[3]陳文明.金屬工藝學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994.

[4]鄧琦林.金屬粉末的選擇性激光燒結(jié)的后處理工藝[J].航空工業(yè)技術(shù),1996,1.

[5]劉書(shū)華.快速成型制造技術(shù)及應(yīng)用[J].新技術(shù)新工藝,2000(3).

[6]郭九生.基于激光快速成型技術(shù)的快速工/模具制造[J].金屬成型工藝,1998(3).