張巧鳳

(中航工業(yè)計(jì)算所,陜西西安 710065)

淺談增材制造技術(shù)在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)研制中的應(yīng)用*

張巧鳳

(中航工業(yè)計(jì)算所,陜西西安 710065)

隨著技術(shù)的發(fā)展,電子設(shè)備結(jié)構(gòu)正在向集成化、小型化發(fā)展,而增材制造技術(shù)是一項(xiàng)革命性的加工制造技術(shù)。對(duì)增材制造技術(shù)的定義、分類、優(yōu)勢(shì)以及其在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)研制中的應(yīng)用進(jìn)行了分析闡述,增材制造技術(shù)可從樣件的快速生產(chǎn)、新結(jié)構(gòu)的研制、提高設(shè)備的整體性能和新材料的使用四個(gè)方面得到應(yīng)用。

增材制造;電子設(shè)備結(jié)構(gòu);應(yīng)用

0 引 言

隨著技術(shù)的發(fā)展,電子設(shè)備領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈,電子設(shè)備結(jié)構(gòu)正在向集成化、小型化發(fā)展,使得其對(duì)新技術(shù)的需求越來(lái)越強(qiáng)烈。增材制造技術(shù)是一項(xiàng)革命性的加工制造技術(shù),正在改變著傳統(tǒng)的生產(chǎn)加工方式。本文將對(duì)增材制造技術(shù)以及其在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)研制中的應(yīng)用進(jìn)行分析闡述。

1 增材制造技術(shù)

1.1 定 義

增材制造(additive manufacturing,AM)技術(shù)是通過(guò)CAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),采用材料逐層累加的方法制造實(shí)體零件的技術(shù),相對(duì)于傳統(tǒng)的材料去除(切削加工)技術(shù),是一種“自下而上”的材料累加制造方法[1]。增材制造技術(shù)不需要傳統(tǒng)的刀具、夾具及多道加工工序,在一臺(tái)設(shè)備上即可快速而精密的制造出任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件,縮短了加工周期[2]。

1.2 典型分類

增材制造技術(shù)的典型工藝有:SLA(stereo lithography,光固化成型),LOM(laminated object manufacturing,分層實(shí)體制造),SLS(selective laser sintering,選擇性激光燒結(jié)),FDM(fused deposition modeling,熔融沉積成型)[3]。光固化成型(SLA),該工藝所用材料為液態(tài)光敏樹脂,將其放置于液槽中,激光束在計(jì)算機(jī)控制下沿著截面軌跡掃描樹脂,被掃描區(qū)域的樹脂由于光聚合反應(yīng)而固化,當(dāng)一層樹脂固化后,升降臺(tái)降低一定的高度,在固化后的樹脂上繼續(xù)掃描,重復(fù)上述步驟,直到零件加工完成。

分層實(shí)體制造(LOM),該工藝所用材料為箔材或紙等,將材料鋪在工作臺(tái)上,激光在計(jì)算機(jī)控制下根據(jù)分層信息對(duì)其進(jìn)行切割,當(dāng)一層完成后,再鋪上一層材料,輾壓并加熱,使新鋪上的一層粘結(jié)在上一層上,重復(fù)上述步驟,將切割后的層片粘結(jié)在一起,直到零件加工完成。

選擇性激光燒結(jié)(SLS),該工藝所用材料為金屬、陶瓷、ABS塑料等材料的粉末,將粉末鋪在工作臺(tái)上,激光束在計(jì)算機(jī)控制下根據(jù)截面信息有選擇的進(jìn)行燒結(jié),被燒結(jié)部分固化在一起,構(gòu)成了零件的本層部分,粉末下降一定高度,進(jìn)行下一層的燒結(jié),重復(fù)上述步驟,直到零件加工完成。

熔融沉積成型(FDM),該工藝所用材料為熱塑性材料,材料絲通過(guò)加熱器的擠壓頭熔化成液體,計(jì)算機(jī)根據(jù)截面輪廓信息控制擠壓頭運(yùn)動(dòng),使熔化的熱塑材料絲通過(guò)噴嘴擠出成型,材料凝固后形成零件的一層。隨后,擠壓頭沿著軸向向上運(yùn)動(dòng)一定的距離進(jìn)行下一層的成型,如此重復(fù),直到零件加工完成。

四種典型增材制造技術(shù)的工藝性能對(duì)比如表1。

表1 四種典型增材制造技術(shù)的工藝性能對(duì)比

由表1可以看出,從成型材料來(lái)看,只有SLS可用于加工金屬零件;從加工的零件的精度來(lái)看,SLA的精度最高;從加工的零件尺寸來(lái)看,四種技術(shù)均可滿足一般的需求;從零件復(fù)雜度來(lái)看,LOM的最低。

2 增材制造技術(shù)的應(yīng)用

2.1 增材制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

相比于傳統(tǒng)的材料去除加工技術(shù),增材制造有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

(1)零件加工時(shí)間短。增材制造技術(shù)不需要機(jī)械加工或者模具,從產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成后,可直接從計(jì)算機(jī)模型數(shù)據(jù)中生產(chǎn)出任何形狀的零件,減少了機(jī)械繪圖、加工工序編制、模具制造等工序,極大的縮短了零件加工時(shí)間,從而縮短了產(chǎn)品研制周期。

(2)可加工復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件。增材制造技術(shù)是一種堆積成型加工方式,因此,任務(wù)復(fù)雜的零件均可加工,這是無(wú)論切削加工還是采用模具加工都無(wú)法比擬的。

(3)生產(chǎn)的產(chǎn)品性能更好。這里的產(chǎn)品性能指的是產(chǎn)品的牢固性和連接強(qiáng)度。由于增材制造生產(chǎn)的產(chǎn)品沒有裝配或者焊接等連接工序,使其具有很強(qiáng)的牢固性和連接強(qiáng)度。

(4)加工材料廣泛。增材制造技術(shù)所用的材料廣泛,金屬材料有鈦合金、鎳基合金和高強(qiáng)度鋼等,非金屬材料有陶瓷、樹脂和塑料等?？蓾M足不同產(chǎn)品的需求。

2.2 增材制造技術(shù)在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)研制中的應(yīng)用

增材制造技術(shù)在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)研制中的應(yīng)用,可以從以下幾個(gè)方面開展。

(1)樣件的快速生產(chǎn) 在電子設(shè)備行業(yè),競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈。在與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手競(jìng)標(biāo)的過(guò)程中,產(chǎn)品樣件模型及功能的及時(shí)展示是取得成功的關(guān)鍵因素。面對(duì)時(shí)間緊迫的項(xiàng)目,增材制造可以快速的生產(chǎn)出樣件。同時(shí),由于加工快速,在有限的時(shí)間內(nèi)可進(jìn)行多輪試制,這樣就可提高產(chǎn)品的質(zhì)量,給予競(jìng)標(biāo)產(chǎn)品強(qiáng)大的技術(shù)支持。

(2)新結(jié)構(gòu)的研制 在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)研制過(guò)程中,目前設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)要兼顧機(jī)加生產(chǎn)水平的限制,比如,計(jì)算機(jī)機(jī)箱出水孔的設(shè)計(jì)、風(fēng)冷機(jī)箱風(fēng)道的設(shè)計(jì)和一些特殊結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)等。增材制造技術(shù)可生產(chǎn)任何復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件,將對(duì)電子設(shè)備結(jié)構(gòu)研制過(guò)程中的新產(chǎn)品和新技術(shù)的研發(fā)帶來(lái)巨大的促進(jìn)作用。

(3)提高設(shè)備的整體性能 目前,電子設(shè)備中的機(jī)箱和機(jī)柜,主要采用焊接或者螺釘連接,通常由多個(gè)零件拼接而成,產(chǎn)品的強(qiáng)度和電磁兼容性能均有所下降。增材制造可將多個(gè)零件組成的部件直接生產(chǎn)為一個(gè)零件,直接增加結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和電磁兼容性能。

(4)新材料的使用 目前,電子設(shè)備結(jié)構(gòu)的主要材料是鋁合金。面對(duì)越來(lái)越高的減重以及性能要求,鋁合金結(jié)構(gòu)件已經(jīng)達(dá)到一個(gè)極限。增材制造技術(shù)不受零件材料的限制,將對(duì)電子設(shè)備結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的新材料應(yīng)用帶來(lái)一個(gè)新的方向。

3 結(jié) 論

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,增材制造技術(shù)將不斷改變傳統(tǒng)的制造業(yè),它將廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。增材制造技術(shù)具有生產(chǎn)周期短、可加工復(fù)雜零件、生產(chǎn)的零件性能更好和加工材料廣泛的優(yōu)勢(shì),在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)研制中,可以從樣件的快速生產(chǎn)、新結(jié)構(gòu)的研制、提高設(shè)備的整體性能和新材料的使用四個(gè)方面開展應(yīng)用。

[1] 盧秉恒,李滌塵.增材制造(3D打印)技術(shù)發(fā)展[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化,2013,42(4):1-4.

[2] 李滌塵,田小永,王永信,等.增材制造技術(shù)的發(fā)展[J].電加工與模具,2012(S1):20-22.

[3] 余前帆.增材制造——3D打印的正稱[J].中國(guó)科技術(shù)語(yǔ),2013 (4):46-48,52.

Application of Additive Manufacturing Technique in Developing of Electronic Equipment Structure

ZHANG Qiao-feng
(Aeronautical Computing Technique Research Institute,Xi'an Shaanxi 710065,China)

Along with the development of technology,electronic equipment structure is developed to be integrated and miniaturized,and the additive manufacturing technology is a revolutionary manufacturing technology.This article has analyzed and presented the definition,classification,advantages of additive manufacturing technology as well as its application in the developing of electronic equipment structure.The additive manufacturing technology can be applied in the developing of electronic equipment structure from four aspects of quick manufacturing of sample product,development of new structures,improving the whole performance of equipment and the use of new materials.

additive manufacturing;structure of electronic equipment;application

TH704

A

1007-4414(2015)05-0198-02

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.073

2015-08-03

張巧鳳(1988-),女,陜西榆林人,工程師,研究方向:機(jī)載電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。