3D打印机与工作原理

梁嘉琪2013

3D打印是叠层累加制造技术的一种形式，在该制造技术中三维对象是通过连续的实体层叠加创建出来的。3D打印机相对于其他的减式（俗称去除法，如CNC)制造技术而言，具有速度快，不受物件复杂限制，高易用性、无需专人操作等优点。简而言之3D打印机就是可以“打印”出真实3D物体的一类设备。

     快速成形技术是目前国际上成型工艺中备受关注的焦点。而机床或铸造作为一项传统的工艺，制造成本低、工艺与材料灵活性大，可以获得较大外形和铸件。如果充分施展和结合两者的特点和优势，就可以在新产品试制中取得可观的直接经济效益。

     3D打印技术与以上传统方法相比具有独特的优点，其特点如下：

" ?+ w. T" H* {" U0 {7 g) g% \

      1. 简便了设计到样品或首件的制造，整个制作过程数字化，与CAD数据模型具有直接的还原性，零件所见即所得，后期改进可随时再制造，优化了复杂结构零件 CAD/CAM过程后的立体展示瓶颈。

2. 可加工传统方法难以制造的零件，如梯度材质零件、中空零件、多扣位卡位组装零件等，有利于创意产品的设计。

3. 制造复杂零件首件的周期和成本大大降低，用工程材料直接成形机械零件时，不再需要设计制造毛坯成形模具。

4. 实现了首件的净型成形，后期辅助加工量大大减小，避免了委外加工的数据泄密和时间跨度。

5. 因为制造准备和数据转换的时间大幅减少，使得单件试制、小批量出产的周期和成本降低，特别适合新产品的开发和单件小批量零件的出产。

6. 与传统CNC方法相结合，可实现大件与小件的充分配合，外壳与精细结构件或扣位、卡位分别制作，为传统制造方法注入新的活力。

        （以下零件采用快速原型翻模所得）

+ A$ j; V9 h  R2 ~& n) p

RPM技术（快速成型）在锻造中的应用

（1） 精密锻造    精密锻造是所有锻造方法中最精确的一种，精度一般优于0.5，且可重复性好，铸件只需少量的机加工就可以投入使用。因为铸模是一次性使用，使得制造内部结 构复杂的零件成为了可能，能出产铸造或机加工不能出产的零件。尽管精密锻造有着良多的优胜性，但其出产过程复杂且冗长。压制蜡模的铝模制作，视其复杂程度 和尺寸大小，一般要一个月时间。得到铝模后，还要几周时间才能得到铸件。而这几周主要是用于制作型壳。除了耗时外，精密锻造还很费工，50％～80％的用 度都出自于人工。此外，小批量出产中的模具用度分摊至使单价昂贵。

         快速成 型和精密锻造是互补的，这两种方法都合用于复杂外形零件的制造。假如没有快速自动成型，铸模的出产就是精密锻造的瓶颈过程；然而没有精密锻造，快速 自动 成型的应用也会存在很大的局限性。快速成型技术在精密锻造中的应用，可以分为三种：一是消失成型件（模）过程，用于小批量件出产；二是直接型壳法，用于小 量出产；三是快速蜡模模具制造，用于大批量生产。

        （2）快速锻造    在制造业特别是航空、航天、国防、汽车等重点行业，其基础的核心部件一般均为金属零件，而且相称多的金属零件长短对称性的、有着不规则曲面或结构复杂而 内 部又含有精细结构的零件。这些零件的出产常采用锻造或解体加工的方法，快速锻造是所有采用快速成型件做母模或过渡模来复制金属件的方法中最具吸引力的 一 种。这是由于锻造工艺能出产复杂外形的零件。

         在锻造出产中，模板、芯 盒、压蜡型、压铸模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，周期长、耗资大，从模具设计到加工制造是一个多 环节的复杂过程，略有 失误就可能会导致全部返工。特别是对一些外形复杂的铸件，如叶片、叶轮、发念头缸体和缸盖等，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 央等昂贵的设备，在加工技术与工艺可行性方面仍存在很大难题。

RPM 技术与传统工艺相结合，可以扬长避短，收到事半功倍的效果。利用快速成型设备直接制作失蜡模，快速锻造过程无需开模具，因而大大节省了制造周期和用度。如采用 快速锻造方法出产的四缸发念头的蜡模及铸件，按传统金属铸件方法制造，模具制造周期约需半年，用度几十万；用快速锻造方法，快速成型锻造熔模3天，锻造10天，使整个试制任务比原计划提前了几个月。