快速成型用于发动机试验研究

　　进气道是发动机非常重要的一部分，由形状十分复杂的自由曲面构成，它对提高进气效率、改善燃烧过程有十分重要的影响。在发动机的设计过程中，需要对不同的进气道方案做气道试验传统的方法是用手工方法加工出由十几个或几十个截面来描述的气道木模或石膏模，再用木模的砂模铸造出气道，对气道进行吹风试验找出设计不足后还要重新修改模型。如此要反复多次，每一次都要手工修改或重新制做，费时费力，且受木模工技术水平影响很大精度难以保证采用快速成型技术可以一次成型多个不同的气道模型，而且形状和所设计的 CAD 模型完全一致。和传统的手工制做木模的方式相比不仅可以提高模型精度，而且能够降低制做、修改成本，缩短设计周期。

　　在汽车行业，其基础的核心部件一般均为金属零件，而且相当多的金属零件是非对称性的、有不规则曲面或结构复杂而内部又含有精细结构的零件。这些零件的生产常采用铸造或解体加工的方法。在铸造生产中，模板芯盒、压蜡型、压铸型的制造往往是用机加工的方法来完成的，有时还需要钳工进行修整，不仅周期长、耗资大、而且从模具设计到加工制造是一个多环节的复杂过程，略有失误有时甚至要全部返工。特别是对一些形状复杂的铸件，如叶片、叶轮、发动机缸体、缸盖等，模具的制造更是一个难度非常大的过程，即使使用数控加工中心等昂贵的设备，在加工技术与工艺可行性方面仍有很大困难。可以设想，如果遇到此类零件的试制其制造周期、成本及风险是相当大的。如果借助 RP 技术，使 RP 技术与传统工艺相结合，扬长避短，可收到事半功倍的效果。我们将快速成型与铸造工艺的结合称为快速铸造工艺。利用快速成型技术直接制作蜡模，快速铸造过程无需开模具，因而大大节省了制造周期和费用。

　　一公司为某汽车厂采用快速铸造方法生产的四缸发动机的蜡模及铸件，按传统金属铸件方法制造模具制造周期约需半年，费用几十万。用快速铸造方法，快速成型铸造熔模 3d ，铸造 10d ，使整个试制任务比原计划提前了 5 个月。

　　快速成型还可在发动机的试验研究中用于流动分析。流动分析技术是用来在复杂零件内确定液体或气体的流动模式。将透明模型安装在一简单的试验台上中间循环某种液体，该液体要与模型材料具有相同的光折射率，以避免在侧量过程中出现光学变形。液体内加一些细小粒子，用激光照射时，可显示出液体在流道内流动情况。通过固定激光测头的位置配上咬合取样照相机获得咬合取样照片，就可以通过跟踪单独粒子的行踪来准确测出某些感兴趣部位的流速和方向，该技术已成功地用于发动机冷却系统（气缸盖、机体水腔）、进排气管以及润滑油路及泵体等的研究。问题的关键是透明模型的制造，用传统方法时间长，且花费大。虽然大部分 SLA 树脂的透明度还不能足以直接使用SLA模型作流动分析，但只要对 CAD 文件作简单处理，就能获得所需零件流腔的实体模型来很决制成 SLA 或 LOM 型芯，利用室温下透明的硫化树脂把水腔芯包起来，由于该树脂是透明的，可根据原来模盒内的分型线把模切开，这样就形成一流腔膜，把低熔点合金浇人芯盒内冷却后取出，悬置于空模盒内浇人环氧树脂固化后加温去掉低熔点合金即得所需试验用模型。对于形状简单的零件可直接用 SLA 做成薄壁空心的 SLA 流腔芯，用它直接复制出试验模型。这样就免去了制造低熔点合金流道型芯的时间和费用。最终的目标是直接利用 CAD 文件用 SLA 模型进行试验，以取消中间各种铸造过程。这在树脂方面已取得了进展，一些更透明的树脂已能用于 SLA 过程，如Porsohe公司已用它作缸盖试验。但为了获得正确、详细的流速测量结果，模型的清晰度还需提高，这方面的进展也是令人鼓舞的，估计不久就会进人实用阶段。

　　同理，发动机和整车上的其他外形、结构复杂的零件，用传统方法制模困难的零件，如发动机进、排气管等，都可以和快速成型技术相结合，制造出零件原型用于试验研究在汽车制造业中的应用，表明了 RP 技术在汽车工业中存在着巨大的应用潜力。尤其是汽车工业中三维造型设计技术的广泛应用，为 RP 技术的应用奠定了良好的基础。当前在汽车工业中的 RP 设备占据 RP 市场的 24 ％。美国福特汽车公司已经拥有几十台各类 RP 设备，能够制造各种各样的汽车零件原型。美国的Quality Metalcraft公司是一家专门开发试制新车型的厂家，它主要利用 RP 技术制作原型，在修边、切孔、焊接等工序中，则采用先进的五轴激光加工设备，每年可以完成 100 个覆盖件的全套模具以及车身快速制造。美国南加州大学发展快速成型技术与德国奔驰汽车公司合作正在开发新型车身试制技术。可以说RP技术在汽车工业中存在着广泛的应用空间。

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