[发明专利]冰光固化快速成型装置及其使用方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及快速原型制造装置，是一种冰光固化快速成型装置及其使用方法。

二、背景技术

快速成形技术又称快速原型制造技术，简称RP或RPM技术(RapidPrototyPing/RaPidPrototyPingManufacturing)，如附图1所示。其基本原理是基于“离散堆积”的成形方法，通过三维CAD软件(如UG、Pro/E、I-DEAS、SOLIDWORKS、CATIA等软件)进行零件的复杂三维虚拟实体的设计或通过对已有实体的测量(如使用三座标测量仪等)，经过一定的转换或修改，将三维虚拟实体表面转换为用一系列三角面片逼近的表面，生成面片文件(如STL文件等)，再按虚拟三维实体高度方向分解成具有一定厚度的层片文件(CLI文件等)，由三维轮廓转换为近似的二维轮廓，然后根据不同的快速成形工艺对文件进行处理，对层片文件进行检验或修正并且生成正确的数控加工代码，将此数控代码传送给工控机，由工控机控制快速成形设备将成形材料逐层堆积，最终成为真实的原型实体。与传统加工工艺相比，快速成形具有以下鲜明的特点：彻底摈弃了传统加工工艺中去除材料的加工方法，而采用添加材料的加工方法；不需采用传统的车、铣、钳、磨等多种机加工设备及各种夹具、刀具、模具等，加工难度、成本大大降低，制造周期大大缩短，并具有很好的可修改性.可尽早发现设计中存在的问题，并及时解决，提高企业的投资效率，降低了企业投资的风险。

快速自动成型技术问世不到十年，已具有相当大的市场，发展非常迅速。人们对材料逐层添加法这种新的制造方法已逐步适应。制造行业的工作人员都想方设法利用这种现代化手段，与传统制造技术的接轨工作也进展顺利。与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段一起，快速自动成型已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段，在航空航天、汽车摩托车、家电等领域得到了广泛应用。

目前根据成形设备和使用的材料不同有30余种成形工艺，比较成熟并大量进行商品化的主要有以下几种：

SLA立体光固化(Stereo Lithography Apparatus)

该方法是目前世界上研究最深入、技术最成熟应用最广泛的一种快速成型方法。

SLA技术原理是计算机控制激光束对光敏树脂为原料的表面进行逐点扫描，被扫描区域的树脂薄层(约十分之几毫米)产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。升降台下移一个层厚的距离，以便固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，进行下一层的扫描加工，如此反复，直到整个原型制造完毕。由于光聚合反应是基于光的作用而不是基于热的作用，故在工作时只需功率较低的激光源。此外，因为没有热扩散，加上链式反应能够很好地控制，能保证聚合反应不发生在激光点之外，因而加工精度高，表面质量好，原材料的利用率接近100％，能制造形状复杂、精细的零件，效率高。对于尺寸较大的零件，则可采用先分块成形然后粘接的方法进行制作，如附图2所示。

LOM分层实体制造(Laminated Object Manufacturing)

LOM工艺将单面涂有热溶胶的纸片通过加热辊加热粘接在一起，位于上方的激光器按照CAD分层模型所获数据，用激光束将纸切割成所制零件的内外轮廓，然后新的一层纸再叠加在上面，通过热压装置和下面已切割层粘合在一起，激光束再次切割，这样反复逐层切割粘合切割，直至整个零件模型制作完成。LOM技术制作冲模，其成本约比传统方法节约1/2，生产周期大大缩短。用来制作复合模、薄料模、级进模等，经济效益也甚为显著，原理如附图3所示。

SLS选择性激光烧结(Selected Laser Sintering)

该法采用CO2激光器作能源，目前使用的造型材料多为各种粉末材料。在工作台上均匀铺上一层很薄的粉末，激光束在计算机控制下按照零件分层轮廓有选择性地进行烧结，一层完成后再进行下一层烧结。全部烧结完后去掉多余的粉末，再进行打磨、烘干等处理便获得零件。目前，成熟的工艺材料为蜡粉及塑料粉，用金属粉或陶瓷粉进行粘接或烧结的工艺还正在实验研究阶段。该技术具有原材料选择广泛、多余材料易于清理、应用范围广等优点，适用于原型及功能零件的制造。在成形过程中，激光工作参数以及粉末的特性和烧结气氛是影响烧结成形质量的重要参数，原理如附图4所示。

FDM熔融堆积实体制造(Fused Deposition Modeling)