理论教育 如何选择RP系统:选用原则解析

如何选择RP系统:选用原则解析

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:综合以上各方面的因素,RP系统的选用原则如图2-82所示。图2-82 RP系统的选用原则(一)产品的用途待加工的产品可能有各种用途需求,但是每种类型的RP设备能满足的要求有限,需综合考虑以下各方面因素。此外,对于采用激光为光源的快速成型设备,须考虑激光器的使用寿命、维修价格。

如何选择RP系统:选用原则解析

综合以上各方面的因素,RP系统的选用原则如图2-82所示。在具体的加工制造过程中,还需综合考虑以下几个方面。

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图2-82 RP系统的选用原则

(一)产品的用途

待加工的产品可能有各种用途需求,但是每种类型的RP设备能满足的要求有限,需综合考虑以下各方面因素。

1.只需表达出外形的产品 这种要求比较简单,绝大多数精度较好的快速成型设备都可达到这种要求。

2.功能性测试用产品 由于此种样品的材质和力学性能都要求接近真实产品,因此必须考虑选择合适的快速成型设备,这些设备必须能直接或间接制作出满足材质和力学性能要求的产品制件。例如,对于加工要求具有ABS塑料性能的制件,可以采用SLA或FDM快速成型设备进行直接制作,而不能采用LOM快速成型设备进行直接制作,它只能间接地通过反应式注射法进行加工与制作。另外,对于加工要求具有金属性能的制件,可选用SLS快速成型设备直接制作,模型制件制作完毕后还需进行烧结、渗铜等后处理工序。由此可以看出,采用SLA、FDM、LOM和3DP等工艺及设备不能直接进行加工与制作,只能间接地借助熔模铸造等工艺方法进行加工与制作。

3.模具应用 快速制模技术是今后RP技术的重要应用方向之一。目前的快速制模技术的主要研究方向是:直接快速制模(Direct Rapid Tooling,DRT)和间接快速制模(Indirect Rapid Tooling,IRT)。具体的加工工艺是:首先采用RP技术成型一个模腔,再通过电极成型、金属喷镀、铸造等方法进行模具的成型;或采用RP技术先生产出铸型制件,再通过铸造技术生产出模具。

4.复杂零件、小批量的直接生产 对于复杂的塑料、陶瓷、金属及复合材料的零部件以及小批量产品的生产,可采用SLS技术直接将其快速成型。现在,人们正在研究用于SLS技术用功能性梯度材料,零件的直接快速成型将对航空、航天及国防工业有着非常重要的研究价值。

5.新型RP材料的研究 新型材料主要是指纳米材料、智能材料、复合材料、功能性材料等,这些新型材料一般由多种具有特定功能的材料组成,采用这些复合材料进行快速成型与加工,所得到的产品制件的各方面性能必优于采用单一材料制成的制件的性能。

除以上1~3用途中所列出个别的用途外,一般地,制造普通用途的制件都可采用LOM、SLA、SLS和FDM等技术。若属于4~5用途的制件,则采用SLS技术最为合适。

(二)成型制件的形状(www.daowen.com)

对于外形较为复杂或薄壁型的小型产品,比较适合采用SLS、SLA和FDM等技术进行快速成型的制作;对于较厚实的中、大型产品,则比较适合采用LOM快速成型技术进行加工与制作。

(三)产品制件的尺寸大小

每种快速成型技术与相应的设备所能制造的最大的产品尺寸都有一定的限制,工件的尺寸不能超过上述的限制值。若产品制件的尺寸超过成型设备所能加工的最大的极限值时,在产品各方面性能允许的情况下,可将产品分割成若干块,使每块的尺寸都不超过机器所能加工的极限值,然后分别进行快速成型,各部分加工完毕后再进行粘结,最终拼合成较大的产品制件。SLS、SLA和FDM 技术都可以进行拼接制作。对于薄形材料切割快速成型设备,它制作的产品制件具有较好的粘结性能和机械加工性能,较适合用于较大尺寸产品的加工和拼合加工。

(四)设备的运行成本

1.购置成本 设备的购置成本除了包括购置快速成型设备的所有费用外,还包括相关的上、下游设备的所有费用。其中,下游设备除了需购进一般的表面喷涂、打磨与抛光等设备外,SLA技术还需配备后处理工艺所需的固化用紫外箱;采用SLS技术时,还需配备后处理工艺中必用的烧结炉和渗铜炉等。

2.运行成本 包括设备运行时所需的原材料、备件和维护费用、房屋、水电,以及设备的折旧费等。目前,采用聚合物为原料时,材料利用率与纸类材料相比,材料利用率较高。但这些材料不是工业中大批量生产的材料,因此价格比较昂贵,相比较而言,纸类材料比较便宜。

此外,对于采用激光为光源的快速成型设备,须考虑激光器的使用寿命、维修价格。例如,紫外激光器的使用寿命为2000h左右,其价格为1万美元左右;CO2激光器的使用寿命为20000h,在此期限之后还可充气继续使用,但每次充气费用为几百美元。

(五)用户环境

这是一项非常重要却又易被忽视的因素。RP设备技术含量高,购买、运行、维护的费用也比较高,对大多数企业来说,既要考虑自身的需要,又要考虑本地区用户的需求,并使其能在购置后最大限度地发挥功能,使设备满负荷运转,尽可能地为企业创造较大的经济效益。

总之,企业或用户在使用时,要综合考虑各方面因素,初步确定所选择的RP技术及相关设备的机型,然后对其设备的运行状况、制件质量等各方面因素都进行实地考察。在综合考虑各种因素后,最后再决定选用哪种RP快速成型技术与成型系统。

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