激光快速成型与精密铸造技术的组合应用

1引言

快速自动成型(RapidPrototyping)技术是近年来发展起来的直接根据CAD模型快速生产样件或零件的成组技术总称。该技术解决了计算机辅助设计(CAD)中三维造型的“看得见,摸不着”的问题,能将屏幕上的几何图形快速自动实体化。它集成了CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代化科技成果,是先进制造技术的重要组成部分。其本质是用积分法制造三维实体,将计算机中储存的任意三维型体信息传递给成型机,通过材料逐层添加法直接制造出来,而不需要特殊的模具、工具或人工干涉。

2国内外动态和发展趋向

美国在发展快速自动成型技术方面,一直处于领先地位,一些著名的高校如麻省理工学院、得克萨斯大学和一批研究机构从政府和工业界取得了大笔开发、研究经费,用于这项技术的进一步研究。各大公司纷纷购入成型机,以满足争分夺秒的市场需求。日本、德国、英国等都在研究新的成型技术,开发新产品。现已有2500多套快速成型机分布在世界各地的不同领域。

自从快速自动成型问世后,国外就很重视其与传统精密铸造技术相结合,继而产生了快速铸造。快速成型技术在熔模精密铸造中的应用可以分为三种:一是消失成型件(模)过程,用于小量件生产；二是直接型壳法,也用于小量件生产；三是快速蜡模模具制造,用于大批量生产。这三种方法与传统精密铸造相比,解决了传统方法的蜡模制造瓶颈问题,其流程示意如图1。

图1 快速铸造流程示意图

国内目前主要有北京隆源、华北工学院、华中理工大学等在进行快速成型设备生产与工艺研究。使用快速自动成型技术生产精铸用蜡模的厂家主要有航空部材料研究所、北京钢铁研究总院、西安航天发动机厂等,取得了良好的经济效益。目前,该项技术已经应用于航空、航天、机械、化工、医药等行业。

我公司选用的是北京隆源快速成型公司生产的AFS-320MZ设备。该设备采用固态粉末材料逐层选区激光烧结技术,目前主要是与公司现有的精密铸造工艺相结合,生产用于熔模铸造的蜡模。

3蜡模的激光快速成型

我公司在引进快速成型技术前,采用图1所示的传统精铸工艺生产。对于新产品的研制,生产周期相当长,其中压型的设计及生产又占据了较长的时间。如图2所示的支架类零件,其形状并不复杂,如果采用设计压型进行生产,其模具的设计、生产周期约需2～3个月,模具投入生产到得到铸件还需半个月的时间。而快速成型设备恰好具备这方面的优势,利用其特点,3天内可以得到零件蜡模样件,再花半个月即可得到铸件。

图2 支架类零件图

使用激光快速成型设备制作蜡模,最关键是要控制蜡模的尺寸和变形,同时尽可能地提高蜡模的表面质量。

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