快速成形技术中材料成形性的研究进展

徐研

摘 要：随着我国经济的不断发展，快速成形技术也得到了较大的发展空间。快速形成技术牵涉到了许多的学科，如电子、机械、光学等学科，本文主要就快速成形技术中，对材料成形性的研究进行简要的分析。

关键词：快速成形技术；材料成形性；研究

80年代末期，美国率先应用快速形成技术（RP）。由于计算机技术的快速发展，特别是cad技术的广泛应用，使得人们能够在设计零件中，直接获取零件中的三维数据。然后再利用分层切片的软件，将cad的模型改变成薄截面层，最后通过快速成形的设备将其生成三维实体零件。故此，这被公认为制作技术领域的一次重大发展与突破。

一、RP的起源

在20世界70年代后期，日本的中川威雄运用了分层的技术，从而制造了金属冲裁模，紧接着美国的的一家公司（3M公司）和其他几家公司都相继提出了RP的概念。这成为了RP发展的一个重大突破，随后有关快速成形的概念以及技术等随之出现，从而促进了现代科学技术的发展，进而对整个世界的进步有着非常重要的作用。

二、基本原理

（一）立体光刻装置

立体光刻装置是由美国一家公司最早推出的产品，其工作流程主要是先用CAD系统对零件进行三维造型设计，然后通过专门的切片软件将这个cad模型进行分层处理，将其变成很薄的横截面，接着用CAM软件来控制万向反射镜，按照截面的形状进行表面扫描，进而使得光敏树脂变成固化状态，从而形成整个实体零件，接着用升降台将零件托出液面，然后再冲洗掉零件表面上的残留液体，对其进行烘干，这样就可以产生产品零件。

（二）激光选区烧结

激光选区烧结（SLS）是通过激光束流的方法对所产生的粉末进行加热，使之达到烧结的温度，最后就使得三维立体零件逐渐成形的方法。这种生产流程较之立体印刷相近，首先在工作台上进行操作，烧结一层底层，然后操作工作台分步下降，将粉末材料洒在底层的材料上，接着用滚筒将洒在底层的粉末滚平，继而压实，粉末材料的厚度与CAD中的切边厚度相互对应，通过激光扫描的方式来使得加热的粉末进行彼此的烧结。而没有被扫描的粉末仍旧存在，直到整个零件被烧结而出。

（三）分层实体制造

分层实体制造（LOM）是以CAD模型为基础，通过对切片的信息对箔材进行切割，并且将每一层箔材粘接成一个零件，一个三维实体零件[2]。其工作流程首先是运用激光装置来进行切割，将箔材切成一个二维轮廓，随着工作台下降到一定的高度，通常是一个切片的高度，然后铺上箔材并用热压的方法使它们粘接在箔材上，激光再次切割，如此往复，直到整个零件的完成。

（四）熔融沉积成形

熔融沉积成形（FDM）是通过一种专利喷嘴，用液化器在计算机的控制下，使得材料逐渐的堆积在一起，每一层就仿佛一个切片，从底层自下而上生成零件的方法。

（五）三维打印

三维打印（3DP）与喷墨打印的工作原理相似，即用喷嘴在粉层喷洒液态粘接剂，然后继续铺粉并喷粘接剂，这样得到的三维形状后，继而采取高温烧结的方式，使它变成固化状态，进而得到材料。

三、材料的研究

当今发展最快的材料成形技术是RP&M技术，几乎是每年就会发展一种新的技术，目前已经有十几种工艺技术。

立体光刻装置技术中较为常用原材料光敏树脂，其开发时的收缩系数较小、所以在当今世界成为一种发展趋势。而激光选区烧结技术最常用的材料有塑料、陶瓷、蜡等。分层实体制造技术的原材料有纸、塑料薄膜等，熔融沉积成形的材料是线材，三维打印技术的材料有陶瓷、塑料的粉体[3]。

四、材料的成形性研究

（一）成形的机理

快速成形有着不同的方法，而每种方法又有各自独特的特点，并且材料的选用和形式也大不相同，所以导致了材料的成形机理也有着不同的特征。

在SLA的工艺生产流程中，树脂材料的成形是通过线扫描的方式，进而导致其逐层固化，各个部位之间的结合会影响整体材料的性能，此外，FDM工艺生产流程中，成形材料经过了从固态到液态的历程，出了喷嘴之后又会凝固成固相的形态。

（二）材料的成形性

在快速成形过程中，成形性就是材料适于加工难易程度并且能够从其中获得较为优质的性能的零件[4]。故此，材料的成形性与本质有着密切的关系，而且与成形方法的结构形式有着紧密的联系。成形材料的本质包含着各个方面，如材料的化学成分，还有材料的物理性质以及材料的使用状态等等。目前无论是在我国还是世界来看，都非常需要加强对这项技术的研究，与此同时，也非常迫切的需要成形的材料得到开发，使其能够商品化，进而走进社会各个领域，以此来满足工业化的需求，进而提升我们人们的日常生活水平。

（三）材料成形性的应用

把先进的材料用于这个快速成形的研究是当前世界科学领域的一大课题，目前先进复合材料是研究最多的，这对复合材料的研究以及金属化合物的研究有着非常重要的影响，此外，其优点是能够根据具体所达到的功能和经济要求来进行设计。

五、结语

快速成形技术是新型发展起来的先进技术，在各个行业的应用还没有达到太过广泛的范围，然而随着现代计算机技术的高速发展、激光技术等学科也得到了一定程度上的提高，那么在科学领域中更大范围的应用这个技术已经不远了。所以我们要了解快速形成的技术，这对材料科学问题具有非常重要的意义，随着这项研究的深入发展，必然能够促使快速成形技术的不断发展，进而走入工业化的进程，与此同时新材料的研究又会促进科学技术的不断提升，进而为新材料的广泛应用打好了坚实的基础。

参考文献：

[1]沈以赴，陈文华，赵剑峰，余承业，谭永生，刘方军.快速成形技术中材料成形性的研究进展[J].材料科学与工程，2001，04：90-96.

[2]马永辉，刘亚娟，徐晋勇，篮毓胜.浅析快速原型制造技术的材料成形性[J].装备制造技术，2010，01：153-156.

[3]张安峰，李涤尘，卢秉恒.激光直接金属快速成形技术的研究进展[J].兵器材料科学与工程，2007，05：68-73.

[4]袁祁刚，杨继全.快速成形技术的新进展[J].金属成形工艺，2003，05：12-14+25.