直接打標(biāo)法加工的粉末為一種或多種粉末的混合,其中包括低熔點金屬粉末以及高熔點金屬粉末。在采用直接選區(qū)打標(biāo)法對金屬粉末進(jìn)行激光掃描時,低熔點的粉末熔化作為黏結(jié)劑,把未熔化的高熔點粉末黏結(jié)起來成為原型件(也是液相打標(biāo)的過程),這樣形成的原型件也需要進(jìn)行后處理提高其致密度以及機(jī)械性能,
采用該技術(shù)進(jìn)行了不同粉末混合的研究。研究目標(biāo)主要是提高粉末系的潤濕能 力,也就是通過高熔點粉末能夠被作為黏結(jié)劑的液相金屬包圍來改善材料之間的連接,被開發(fā)的材料主要為銅基合金系。為了改善模型的使用性能,合金系的主要由量都得到提高。但是由于滲透過程是在高溫下進(jìn)行的,高溫?zé)嶙饔迷斐闪四P偷淖冃危鼓P统叽绾托螤罹茸儾?;模型致密度的提高也可以通過熱等靜壓(hot isostatic)過程完成,但是也會造成模型的變形以及模型尺寸和形狀精度變差的問題。該技術(shù)目前主要用于功能模型、技術(shù)模型以及注塑模型的生產(chǎn),由于生產(chǎn)的模型強(qiáng)度差,一般不用于壓鑄模的生產(chǎn)。為采用直接打標(biāo)法生產(chǎn)的渦輪發(fā)動機(jī)增壓器蓋的功能模型,該模型還帶有支撐結(jié)構(gòu),可以通過隨后的機(jī)械加工去除。
廢氣渦輪增壓器一渦輪蓋的進(jìn)氣螺旋決定了發(fā)動機(jī)的驅(qū)動行為,即驅(qū)動值、扭矩、消耗以及廢氣值。特別是設(shè)計有兩個或者多個渦輪增壓器螺旋時,要對驅(qū)動負(fù)載情況進(jìn)行優(yōu)化。由于目前還不能進(jìn)行兩個或多個螺旋時三維氣流狀況的完整計算,所以應(yīng)該對廢氣渦輪增壓器一渦輪蓋的設(shè)計改變進(jìn)行檢測。廢氣渦輪增壓器一渦輪蓋的生產(chǎn)方法為傳統(tǒng)的砂型鑄造,其生產(chǎn)周期一般為2~3個月。因而可以采用直接打標(biāo)法生產(chǎn)廢氣渦輪增壓器一渦輪蓋的功能模型進(jìn)行功能檢測。
熔融沉積激光打標(biāo)機(jī)成形過程,首先建立一個CAD激光打標(biāo)機(jī)模型,然后通過特殊的軟件對模型進(jìn)行離散化處理,離散化過程包括標(biāo)刻、計算層厚以及一次擠壓材料的數(shù)量等,然后把相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳遞給打標(biāo)控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)根據(jù)上述的數(shù)據(jù)在噴嘴中加熱絲狀的熱塑性塑料或者蠟使之達(dá)到部分熔化狀態(tài),并被擠壓出來,通過一個Xy平面的繪圖儀涂覆在前一層的平面上,被部分熔化并被擠壓出來的黏性塑料或者蠟通過熱傳導(dǎo)熔化了前一層以及周圍已經(jīng)固化的材料,在隨后的冷卻過程中形成了致密度很高的結(jié)合。一層完成之后,工作臺下降一個層厚的距離,又開始了新一層的加工,這一過程不斷重復(fù),直到一個完整的激光打標(biāo)機(jī)模型生成。
激光打標(biāo)機(jī)技術(shù)可以用于加工塑料材料ABS、ABS Si、人造橡膠以及精密鑄造用蠟等材料。其中ABS Si主要用于科研模型的生產(chǎn),精密鑄造用蠟具有較低的造渣成分以及較低的熱膨脹系數(shù);適合精密鑄造過程。上述材料具有不同的熱和物理性能,因而上述提到的噴嘴因為材料的不同而異。主要的不同在于驅(qū)動滾輪、驅(qū)動方式、加熱方式以及噴嘴的尺寸。
激光打標(biāo)機(jī)技術(shù)可用于生產(chǎn)幾何模型、功能模型和技術(shù)模型原始模。是采用激光打標(biāo)技術(shù)生產(chǎn)的夾子幾何模型,中右側(cè)為生產(chǎn)的夾子,左側(cè)為夾子的一側(cè),該側(cè)帶有支撐結(jié)構(gòu)和底板。是采用ABS材料生產(chǎn)的功能模型。是采用該技術(shù)制造的產(chǎn)品線上鋁制滑輪的原始模,該模型的制造僅需4個小時,以此為原始模鑄造鋁制滑輪需3天時間。熔融沉積成形過程是較早商業(yè)化的快速原型制造方法之一,因為該過程無需激光,這里不作詳細(xì)介紹。
除熔融沉積成形外,三維印制過程也是一種無需激光的快速原型制造技術(shù)。該設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點與辦公室中的打印機(jī)有很大的相似之處。在建模過程中,“打印頭”向位于其下的粉末床注入液態(tài)的黏結(jié)劑,粉末床中隨后發(fā)生局部固化,通過這一過程不僅可以生成一層,該層也可以與下一層連接起來。沒有潤濕的粉末保留于工作室中對模型起到支撐的作用。這樣建成的模型需要使用蠟或者環(huán)氧樹脂進(jìn)行熔浸以提高其強(qiáng)度。該技術(shù)的特點是速度快和操作簡單,但是采用激光打標(biāo)技術(shù)生產(chǎn)的模型細(xì)膩程度差,沒有后續(xù)的滲透過程不能承受機(jī)械加載,因而適于模型的生產(chǎn)。另外設(shè)在美國新澤西州普林西頓的一家生物醫(yī)學(xué)公司采用該技術(shù)為未曾愈合的骨折患者提供一種骨骼修復(fù)插片,患者骨折后在骨折處插入該插片,有助于骨折處的愈合,愈合后該插片已被骨骼吸收。
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