[发明专利]可完成多种快速原型制造工艺的多功能设备

说明书

本发明属于机械制造领域，特别涉及对快速成形机结构的改进。

快速成形技术是以离散／堆积的成形思想为基础，综合利用激光，数控，CAD和新材料等学科的高新技术，而形成的一种从概念设计到三维实体模型制造一体化的高新技术。这种技术是1986年在美国首次研究成功的。快速成形技术是基于分层制造(离散／堆积成形)的思想，首先由CAD软件设计出所需的三维CAD模型，然后将其按一定的厚度分层，分层得到平面轮廓信息，传给数控系统，在计算机控制下用一特定的堆积方式，按照分层信息所确定的轨迹加工材料，从而得到一个三维实体(原型)。在近十年来，快速成形技术发展迅速，到目前为止已有近十余种商品化快速成形技术。下面分别加以简要介绍：1)分层实体制造(LOM)

分层实体制造是芝加哥Helisys，Incin Michael Feygin于1987年发明的，1988年获得美国专利，LOM系统的原理图如图1所示。LOM系统主要由计算机及相应的控制系统，激光器与X-Y向运动的光学扫描系统，Z向运动的工作平台，加热辊，和送纸装置，及成形用的纸组成。LOM系统工作过程是这样的：首先加热辊动作，将当前层的纸与下面的纸加热加压使之粘牢，然后加热辊回原位；下一步计算机控制光学扫描系统在聚焦平面对当前层材料进行扫描切割，得到零件当前层的平面轮廓，而余下不要的部分将其切成很小的网格；接下来，工作平台下降一定高度H，将激光切割的成形部分与纸卷分开，然后送纸装置工作，将新的纸送到工作平台上面，这时工作台上升(H减去一层纸厚)的高度。这样就完成了一次加工，接下来将重复上述过程直至完成所要求高度的零件。2)立体光刻(SLA)

立体光刻是美国C．Hull于1986年研制成功的，1987年获得美国专利，1988年推出第一台商用机器SLA-1。立体印刷技术是基于光敏聚合物为成形材料的基础上，激光束在X-Y平面内运动，在材料上扫描出一个平面图形，形成连续的固化点，通过Z轴的配合运动，从而得到一个三维实体模型。3)选择性激光烧结(SLS)

选择性激光烧结是得克萨斯大学奥斯汀分校的Carl Deckard在其研究生期间发明的。得克萨斯大学与DTM公司合作研制了商用机器SLS Model 125，SLS采用激光束烧结裹覆树脂的粉末材料的方式完成平面模型的加工，从理论上说，由于SLS使用的粉末材料可以是金属，陶瓷，蜡粉，ABS塑料等，因而具有直接制造零件的潜力。4)熔融堆积成形(FDM)

熔融堆积成形(FDM)是美国明尼阿波利斯工程师ScottCrump于1988年发明的，并已申请专利。这种方法不使用激光，而是用一种加热的喷嘴，将热固性材料一层层地堆积起来，这种方法最大的优点是无污染，可用于办公室环境。

快速成形技术由于具有缩短产品设计到加工的时间，提高生产率，改善产品质量，加速优化设计等优点，因而从其诞生之日起，就受到了工业界和学术界的及其重视，并迅速在航空航天，汽车，电子，家电，机械，医疗，玩具等行业获得了广泛的应用，并取得了巨大的成果。1)．在新产品开发中的应用

由于快速成形技术能够在较短时间内把概念模型制造出来，因而在新产品开发中具有及其重要的作用，有了实体模型，设计人员就可以迅速判断外观设计的美观性和新颖性，并迅速修改不合适的设计方案，直至设计出满意的产品为止。其它的应用如功能检测，手感及外观测试，装配检验，产品促销等。2)快速零件／模具制造

利用快速成形技术制造出来的模型，与传统的零件／模具制造方法结合，就可以快速制造零件和模型。3)试验模型

对于需要做流线体风洞试验的产品(如飞机，汽车，船舶等)快速成形技术可以迅速，准确地制造出试验模型，加速这些产品的试验过程。4)医学

利用CT技术和快速成形技术，可以迅速复制人体骨胳形状或肿瘤形状，辅助诊断，确定重大手术方案，以及进行人工假肢的设计与制造。5)工程分析模型

对于土木，机械，水利等行业的工程结构分析进行数值模拟，从而确定危险部位，优化设计。快速成形技术还可以用于建筑模型制作，艺术品的制作等。