快速成型技術(shù)及其在鑄造中的應(yīng)用

2.1 引 言 

   快速成型制造（Rapid Prototyping-RP）技術(shù)是國際上新開發(fā)的一項(xiàng)高科技成果，簡(jiǎn)稱快速成型技術(shù)。它的核心技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和材料技術(shù)�？焖俪尚图夹g(shù)摒棄了傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法，根據(jù)CAD生成的零件幾何信息，控制三維數(shù)控成型系統(tǒng)，通過激光束或其它方法將材料堆積而形成零件的。用這種方法成型，無需進(jìn)行費(fèi)時(shí)、耗資的模具或?qū)Ｓ霉ぞ叩脑O(shè)計(jì)和機(jī)械加工，極大地提高了生產(chǎn)效率和制造柔性。 

   在鑄造生產(chǎn)中，模板、芯盒、壓蠟型、壓鑄模等的制造往往是靠機(jī)械加工的辦法，有時(shí)還需要鉗工進(jìn)行修整，費(fèi)時(shí)耗資，而且精度不高。特別是對(duì)于一些形狀復(fù)雜的薄壁鑄件，例如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片、船用螺旋漿，汽車、拖拉機(jī)的缸體、缸蓋等，模具的制造更是一個(gè)老大難的問題。雖然一些大型企業(yè)的鑄造廠也進(jìn)口了一些數(shù)控機(jī)床、仿型銑等高級(jí)設(shè)備，但除了設(shè)備價(jià)格昂貴之外，模具加工的周期也很長，而且由于沒有很好的軟件系統(tǒng)支持，機(jī)床的編程也很困難。面對(duì)今天世界上經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，產(chǎn)品的更新?lián)Q代日益加快，鑄造模具加工的現(xiàn)狀很難適應(yīng)當(dāng)前的形勢(shì)。而快速成型制造技術(shù)的出現(xiàn)為解決這個(gè)問題提供了一條頗具前景的新路。 

2.2 快速成型方法 

目前世界上已投入應(yīng)用的快速成型裝置所采用的主要方法有以下6種： 
（1）SL（Stereo Lithography）法--立體平版印刷法； 
（2）SLS（Selective Laser Sintering）--激光分層燒結(jié)法； 
（3）LOM（Laminated Object Manufactu-ring）--逐層輪廊成型法； 
（4）SGC（Sold Ground Curing）--光掩膜法； 
（5）FDM（Fused Deoposite Manufacturing）--熔化堆積法； 
（6）DSPC (Direct Shell Production Casting)--陶瓷殼法。 

   以上各種方法的具體工藝各有特點(diǎn)，但工藝的基本過程是相同的。此外，還有一些方法尚處于研究之中。在這6種方法中，SL法最成熟，也是市場(chǎng)的最大占有者。 

激光成型技術(shù)在鑄造中的應(yīng)用 

目前，國際上激光成型技術(shù)在鑄造中的應(yīng)用主要有以下3個(gè)方面。 

1.直接澆注鑄件 
   這種方法適用于形狀復(fù)雜的單件生產(chǎn)，例如航空航天工業(yè)中的特鑄件，或者是在新產(chǎn)品試制時(shí)先做一兩個(gè)鑄件供進(jìn)一步試驗(yàn)用。具體操作是將樹脂模樣或者用熔模鑄造方法制殼澆注鑄件，或者用消失模鑄造方法直接澆注鑄件。在用SLS法成型時(shí)，當(dāng)以石蠟粉末為原料，直接制出石蠟原型來，可以方便在澆出鑄件。 

2.用原型翻制母模后再澆注鑄件 
   對(duì)鑄件數(shù)量需要較多時(shí)可以應(yīng)用這種方法。它是先用硅橡膠方法、石膏型方法或自硬砂型方法等翻制母模，然后制蠟?zāi)；蛑苯訚沧⒊设T件。SLS法所使用的原料為石蠟、尼龍或聚碳酸酯等。用聚碳酸酯材料燒結(jié)制成的模樣，在許多性能上優(yōu)于石蠟，可以做許多復(fù)雜的高精度件。 

   美國克萊斯勒公司和通用機(jī)器公司應(yīng)用SLS法減少新型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零件的開發(fā)費(fèi)用�？巳R斯勒公司用SLS法制成蠟?zāi)＃�生產(chǎn)形狀很復(fù)雜的汽車進(jìn)排氣管，通用機(jī)器公司也用這種方法來制造航天器上的復(fù)雜零件。美國的Rorketdyhe公司甚至用蠟和尼龍來做復(fù)雜的六缸氣缸體模樣，然后用熔模鑄造的方法生產(chǎn)鑄件。 

3.利用原型模樣制造模具 
這個(gè)方面的應(yīng)用最廣泛，可用于鑄件的大量生產(chǎn)。 
   1）最直接的模具應(yīng)用是在砂型鑄造用的模板和芯盒上。選用適當(dāng)?shù)臉渲�材料制得原型模樣，再進(jìn)行表面噴鍍，或者是用LOM法燒結(jié)陶瓷原型，然后將模樣直接安裝在模板、芯盒上使用。這樣可以減少模具的制造周期，成本比用數(shù)控機(jī)床加工還有所降低。 

   美國福特汽車公司用LOM 法制造長685mm的汽車曲軸模樣，先分3塊做，然后再拼裝成砂型鑄造用的模板，尺寸精度達(dá)到±0.13mm。 
   2）把一些低熔點(diǎn)合金噴涂在原型表面，可以用作壓蠟?zāi)＞�，也可用環(huán)氧樹脂配合原型模樣做成芯盒或壓蠟?zāi)＞摺?nbsp;
   3）可以直接通過三維CAD系設(shè)設(shè)計(jì)出模具圖形，然后用激光快速成型技術(shù)制得模具原型，再用上述各種方法直接鑄造出金屬模具。