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绿色设计理念的增材制造技术研究(三)

增材制造技术的内涵

 

增材制造是基于离散/堆积成型原理,以三维CAD模型为唯一的数据来源,通过材料逐渐累加完成实体零件“自下而上”(bottom —up)的自由化制造。相对于传统的材料去除——切削加工技术,增材制造不需要坯料、模具(有少数模型需要)、刀具、专用夹具等其他加工工序,可在短时间内制造出任意复杂的零件,实现了“功能优先,制造服从设计”的发展,从而优化了生产工艺,改善了装配流程,给制造业带来了革命性的变化。增材制造技术综合了计算机技术、CAD/CAM技术、激光技术、数控技术以及材料科学等领域诸多的现代科技成果,使设计过程更多的追求产品的高性能及可拆卸性、可回收性等,被誉为“第三次工业革命标志性的生产工具”。

 

增材制造技术是一种快速成型制造(rapid prototyping manufacturing,RPM)技术,又称3D打印(3D printing)技术。

 

(1)设计者根据设计要求构造产品的CAD模型,再应用计算机辅助工程(computer aided engineering,CAE)技术验证CAD设计的效果,并将模型生成STL(stereo lihography)文件(为CAD文档与增材制造系统之间进行数据转化的格式)。

 

(2)对模型数据进行离散化处理,包括各层切片截面二维数据(实体模型的切片轮廓)的生成和加工路径的生成。

 

(3)依据切片处理所得的截面轮廓,在计算机的控制下,成型头(激光头或喷头)按加工路径将材料一层层的叠加形成样品或模具,再经后处理(去除支撑/余料、打磨、抛光、表面强化/硬化等)获得功能性产品。

 

作为先进的数字化制造技术之一,增材制造技术开创了产品开发的新模式,与传统的加工方法相比,具有许多独特的特点:①柔性度高,可用于复杂零件以及功能梯度材料的加工。②零件近净成型,机加余量小,材料利用率高。③ 自由成型制造(freeform fabrication,FF),不需要任何刀具、模具及专用夹具。④ 以三维CAD模型为唯一的数据来源,具有对产品及结构设计变化的“快速响应”能力。⑤新产品的研发周期短,效率高,竞争力强。⑥制造的产品具有很高的力学性能和化学性能,强度高、塑性高、耐腐蚀性能优异。⑦按需制造,无需库存,降低了新产品的销售风险和成本。

 

目前,增材制造技术的典型工艺有立体光固化技术(stereo lithography apparatus,SLA),选区激光烧结(selective laser sintering,SLS),熔融沉积制造(fused deposition modeling,FDM)、分层实体制造(1aminated object manufacturing,LOM)等。



TAGS: 绿色制造
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