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0431-81702023
光学工程
激光快速成型技术及其在产品设计中的应用
激光快速成型技术及其在产品设计中的应用
关于激光快速成形技术的研究主要在下列三个方面上进行:
第一、材料。
从前面的介绍可以看到,材料是快速成形技术的核心,任何一类快速成形机都是针对特定种 类或特定形态的材料而研究开发出来的,液态光敏树脂用SLA,纸用LOM,丝状材料用FDM, 粉末状材料用SLS,最近听说又在开发一种新的激光快速成形机,用的是气态材料――一种 活性气体,这种活性气体在激光作用下发生分解,在工作台上沉积出一层层陶瓷或金属形成 工件。
另外,目前人们对激光快速成形技术最大的期待,在于直接形成 人们所需要的不同材质的成 形件,如塑料件、 金属件等。即使是间接翻制,也要解决适当的材料和工艺问题。材料的 廉价化也是个研究重点。
第二、设备。
这里讲的设备,不仅包含硬件,即激光快速成形机本身,而且包含相应的软件,如前面谈到 的如何直接对三维CAD软件进行切片,避免STL格式文件这一近似处理环节,其目的是提高成 形机的成形精度和成形效率。
第三、应用。
激光快速成形技术在各个领域中的应用越来越广泛,目前的主要应用可用下图表示: 
其中最主要的应用有以下几个方面:
1、在产品设计中的应用
快速制作样件,虽然在材质上与最终的实际产品有差异但由于形状及尺寸精度高,可以用来 进行产品的形状和尺寸评判,甚至可以进行部分性能测试,与传统的样机生产相比,不仅大 幅度地节省时间,百且大幅度地节约费用。
快速成形技术与三座标测量、三维激光扫描、工业CT结合使用,还可以快速实施反求(逆向) 工程。
2、在模具制造中的应用
(1)快速成形件直接用作模具 
LOM制作的纸模经表面处理直接代替砂型铸造的木模,对于形状复杂的高精度模具,其优点 尤为突出。 
LOM制作的纸模具经表面处理直接用作低熔点合金铸造模、试制用注塑模或失蜡铸造中的蜡 模的成形模。 
SLS制作的模具经渗铜后,直接用作金属模具。
(2)用快速成形件作母模,翻制软模具
所谓软模具,是指用硅橡胶、环氧树脂、聚氨脂等材料制作的模具。用快速成形件作母模浇 注上述材料可形成软型腔,形成软模具,这种软模具可用小批量生产,例如:注塑件、低熔 点合金离心铸造件等。
对于塑料件,除了常见的热注射成形(注塑机)外,还可采用反应式注塑法进行小批量生产。 
反应式注塑的优点是:
使用液态原料在室温、低压下注塑,对模具要求不高。
固化后得到的聚氨脂件与通过注塑机得到的工业热塑性材料性能相似,可得到不同颜色的 制件。
所需设备简单、便宜,易于操作,所用材料价格也不高。
(3)用快速成形件翻制硬模具
所谓硬模具是指金属模具、陶瓷模具、石膏模具等。制作方法有两种:
一种是直接用LOM制作纸基模具,经表面金属电弧喷镀和抛光后研成金属模。
另一种是所谓金属面、硬背衬模具,制作方法是以快速成形件(如LOM件)作母模,用电弧 喷镀法 在母模表面喷镀形成 1.6-6.4mm的金属壳体,然后移去母模,在壳的背面注入金属基合成材 料(液态金属)或环氧树脂,形成所谓金属面、硬背衬模具。
上述硬模具可用于砂型铸造、消失模的压型制作、注塑模以及简易非钢质拉深模。
用快速成形技术制作模具,既避开了复杂的机械切削加工,又可以保证模具的精度,还可以 大大缩短制模时间、节省制模费用,对于形状复杂的精度模具,其优点尤为突出。但是,目 前还存在着模具寿命相对较短的缺点,即使是金属面、硬背衬模具,其使用寿命也不及真正 的金属模,所以快速成形模具较适合于单件小批量生产。
3、在矫形医学中的应用
每个人骨骼、牙齿各不相同,在矫形医学中常常遇到对人体的部分骨骼或牙齿进行修补、复 制的问题,如何度身定制是一个过去不易解决的难题,常常给医生带来麻烦,给病人带来痛 苦。
激光快速成形技术给这一状况带来转机,利用反求(逆向)工程的原理,可以方便快捷地解决 这一问题,最近在北大医院就进行了一次成功的应用。一位骨盆癌症患者需要用人工半骨盆 置 换其病变损坏的右侧半骨盆,过去,这种手术需要在手术过程中边测量边磨削调整,也难以 达到理想的形状,这一次,则是用CT扫描患者的骨盆,得到CAD模型,然后用健康的左侧半骨盆作镜像,得到右侧半骨盆模型,据此制作出理想的形状,手术一次成功,使手术时间大 大缩短。
由于从第一台激光快速成形机问世到现在刚刚十几年,国内的研究历史只有十年左右,进行工业应用则更是近几年才开始的,可以说是方兴未艾,相信激光快速成形技术的研究和应用 一定具有广阔的前景。

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