3D打印技术推动汽车制造变革 六大技术全解析
熔融沉积造型(FDM)
这是一项添加式制造(additive manufacturing,AM)技术,其常用于造型、原型制作(prototyping)及生产应用中。这项3D打印技术由美国学者Scott Crump于1988年研制成功。FDM通俗来讲就是利用高温将材料融化成液态,通过打印头挤出后固化,最后在立体空间上排列形成立体实物。
工艺原理:
将低熔点丝状材料通过加热器的挤压头熔化成液体,将熔化后的热塑材料丝通过喷头挤出,挤压头沿零件的每一截面的轮廓准确运动,挤出半流动的热塑材料,沉积固化后形成精确的实际部件薄层,覆盖于已建造的零件之上,并在0.1秒内迅速凝固。每完成一层成型,工作台便下降一层高度,喷头再进行下一层截面的扫描喷丝,如此反复逐层沉积,直到最后一层,这样逐层由底到顶地堆积成一个实体模型或零件。
优点:成型精度更高、成型实物强度更高、可以彩色成型。
缺点:成型后表面粗糙
分层实体制造(LOM)
又称层叠法成形,由美国Helisys公司的Michael Feygin于1986年研制成功。
工艺原理:其采用薄片材料,如纸、塑料薄膜等。事先在片材表面涂覆上一层热熔胶,加工时,采用热压辊热压片材,使之与下面已成形的工件粘接;用CO2激光器在刚粘接的新层上切割出零件截面轮廓和工件外框,并在截面轮廓与外框之间多余的区域内切割出上下对齐的网格;激光切割完成后,工作台带动已成形的工件下降,与带状片材(料带)分离;供料机构转动收料轴和供料轴,带动料带移动,使新层移到加工区域;工作台上升到加工平面;热压辊热压,工件的层数增加一层,高度增加一个料厚;再在新层上切割截面轮廓。如此反复直至零件的所有截面粘接、切割完,得到分层制造的实体零件。
优点:
1. 成型速度较快。由于只需要使用激光束沿物体的轮廓进行切割,无需扫描整个断面。因此,成型速度很快,该技术常被用于加工内部结构简单的大型零件。
2. 原型精度高,翘曲变形小。
3. 原型能承受高达200摄氏度的温度,硬度较高、力学性能较好。
4. 无需设计和制作支撑结构。
5. 可进行切削加工。
6. 废料易剥离,无需后固化处理。
7. 可制作尺寸大的原型。
8. 原材料价格便宜,原型制作成本低。
缺点:
1. 不能直接制作塑料原型。
2. 原型的抗拉强度和弹性不太好。
3. 原型易吸湿膨胀,因此,成型后应尽快进行表面防潮处理。
4. 原型表面有台阶纹理,难以构建形状精细、多曲面的零件。因此,成型后需进行表面打磨。
在这种快速成形机上,截面轮廓被切割和叠合后所成的制品,如上图所示。其中,所需的工件被废料小方格包围,剔除这些小方格之后,便可得到三维工件。
LOM常用材料是纸、金属箔、塑料膜、陶瓷膜等,除制造模具、模型外,该工艺还能直接制造结构件或功能件。
该快速成型技术的出现,还能较好地迎合了车灯结构与外观开发的需求,上图的零部件就采用了该工艺。
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