在当前科技快速发展、经济飞速进步的时代背景下,企业越来越重视顾客的需求,产品的更新换代速度也越来越快。这要求产品开发人员要在较短的时间内加工出产品,还要根据顾客的个性化需求,做出相应的调整修改,然后进行一些性能测试和检验,最后能将产品投放市场。
当前,使用传统加工方法(例如车、铣、磨、冲、铸、锻、电火花加工等)加工单件小批量的个性化产品的成本很高,周期比较长,无法适应快速变化的市场需求。为了能把握住市场的快速变化的商机和需求,3D打印技术(3D printing也称为快速成形RP或增材制造)应运而生。
3D打印技术突破了传统的受迫成形(锻压、铸造等)方法和去除成形(车、铣、磨等)方法的限制,它采用逐层堆积增材成形的方法加工产品,将粉末材料通过层层堆积加工成三维结构,一般采用粘结、凝固、焊接、激光烧结、聚合等完成层与层之间的结合,最终加工出所需的形状。
3D打印技术的加工过程为:首先用CAD软件(如Pro/E、UG、SolidWorks等)建立三维实体模型,或者采用CT扫描影像的方式获得三维模型,然后使用分层软件将三维模型沿Z方向进行切片离散,形成很多具有一定厚度的薄片。接着在计算机的控制下使用激光束或其它方式的能量源,有选择地粘结固化某一区域,从而形成零件实体的一个层,然后通过逐层的堆积最终得到三维实体。也可以添加一些后处理(如固化、打磨等)工序,提高制件的表面质量和力学强度。
当前,发展比较成熟的3D打印技术有:选择性激光烧结技术SLS(Selective Laser Sintering),立体光固化成型SLA(Stereo Lithography Apparatus),三维打印技术3DP(Three Dimension Printing),熔融沉积制造技术FDM(Fused Deposition Modeling),分层实体制造技术LOM(Laminated Object Manufacturing)等。
与通过车、铣、磨、冲等传统方法对原材料进行定型、切削从而得到产品的方式不同,3D打印技术将三维实体模型切片为一系列的二维平面,通过逐层堆积增材成型进行加工,极大地简化了制造的复杂程度,不需要庞大的机床等设备或复杂的工艺流程,也不需要大规模的流水线制造,根据切片得到的分层数据,可以快速、简便、自动、精确的将三维实体模型加工出来;可以生成各种复杂形状的产品,以满足客户多样性个性化的需求,尤其是在加工以复杂表面和内部孔隙为主的骨骼时,更加具有独特的优势;编程难度也较低,缩短开发周期,节约制造成本,提高产品质量。
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