快速成型技術及其在鑄造中的應用

2.1 引 言 

   快速成型制造（Rapid Prototyping-RP）技術是國際上新開發的一項高科技成果，簡稱快速成型技術。它的核心技術是計算機技術和材料技術�？焖俪尚图夹g摒棄了傳統的機械加工方法，根據CAD生成的零件幾何信息，控制三維數控成型系統，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，無需進行費時、耗資的模具或專用工具的設計和機械加工，極大地提高了生產效率和制造柔性。 

   在鑄造生產中，模板、芯盒、壓蠟型、壓鑄模等的制造往往是靠機械加工的辦法，有時還需要鉗工進行修整，費時耗資，而且精度不高。特別是對于一些形狀復雜的薄壁鑄件，例如飛機發動機的葉片、船用螺旋漿，汽車、拖拉機的缸體、缸蓋等，模具的制造更是一個老大難的問題。雖然一些大型企業的鑄造廠也進口了一些數控機床、仿型銑等高級設備，但除了設備價格昂貴之外，模具加工的周期也很長，而且由于沒有很好的軟件系統支持，機床的編程也很困難。面對今天世界上經濟市場的競爭，產品的更新換代日益加快，鑄造模具加工的現狀很難適應當前的形勢。而快速成型制造技術的出現為解決這個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，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，也是市場的最大占有者。 

激光成型技術在鑄造中的應用 

目前，國際上激光成型技術在鑄造中的應用主要有以下3個方面。 

1.直接澆注鑄件 
   這種方法適用于形狀復雜的單件生產，例如航空航天工業中的特鑄件，或者是在新產品試制時先做一兩個鑄件供進一步試驗用。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，當以石蠟粉末為原料，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 
   對鑄件數量需要較多時可以應用這種方法。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�；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制成的模樣，在許多性能上優于石蠟，可以做許多復雜的高精度件。 

   美國克萊斯勒公司和通用機器公司應用SLS法減少新型汽車發動機零件的開發費用�？巳R斯勒公司用SLS法制成蠟模，生產形狀很復雜的汽車進排氣管，通用機器公司也用這種方法來制造航天器上的復雜零件。美國的Rorketdyhe公司甚至用蠟和尼龍來做復雜的六缸氣缸體模樣，然后用熔模鑄造的方法生產鑄件。 

3.利用原型模樣制造模具 
這個方面的應用最廣泛，可用于鑄件的大量生產。 
   1）最直接的模具應用是在砂型鑄造用的模板和芯盒上。選用適當的樹脂材料制得原型模樣，再進行表面噴鍍，或者是用LOM法燒結陶瓷原型，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，成本比用數控機床加工還有所降低。 

   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，尺寸精度達到±0.13mm。 
   2）把一些低熔點合金噴涂在原型表面，可以用作壓蠟模具，也可用環氧樹脂配合原型模樣做成芯盒或壓蠟模具。 
   3）可以直接通過三維CAD系設設計出模具圖形，然后用激光快速成型技術制得模具原型，再用上述各種方法直接鑄造出金屬模具。