激光快速成型與傳統(tǒng)精密鑄造技術(shù)的工藝組合應(yīng)用
摘要 介紹了激光快速成型技術(shù)的起源和發(fā)展剿液，通過精密鑄件生產(chǎn)過程質(zhì)量問題分析和解決方案論述鹉陪，系統(tǒng)闡述了快速成型蠟?zāi)３叽缈刂拼嗣睢⑾災(zāi)Ｗ冃慰刂魄直Α⒈砻尜|(zhì)量控制的要點(diǎn)，對(duì)激光快速成型與精鑄結(jié)合技術(shù)在復(fù)雜继韵、薄壁省喝、大型精密型號(hào)產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用做出了探索性的研究。
關(guān)鍵詞：快速成型 蠟?zāi)?熔模精密鑄造
1 引言
快速自動(dòng)成型（Rapid Prototyping）技術(shù)是近年來發(fā)展起來的直接根據(jù)CAD模型快速生產(chǎn)樣件或零件的成組技術(shù)總稱。該技術(shù)解決了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)中三維造型的“看得見肛度，摸不著”的問題傻唾，能將屏幕上的幾何圖形快速自動(dòng)實(shí)體化。它集成了CAD技術(shù)承耿、數(shù)控技術(shù)冠骄、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代化科技成果，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分加袋。其本質(zhì)是用積分法制造三維實(shí)體凛辣，將計(jì)算機(jī)中儲(chǔ)存的任意三維型體信息傳遞給成型機(jī)，通過材料逐層添加法直接制造出來锁荔，而不需要特殊的模具蟀给、工具或人工干涉。
2 國內(nèi)外動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨向
美國在發(fā)展快速自動(dòng)成型技術(shù)方面阳堕，一直處于領(lǐng)先地位，一些著名的高校如麻省理工學(xué)院择克、得克薩斯大學(xué)和一批研究機(jī)構(gòu)從政府和工業(yè)界取得了大筆開發(fā)恬总、研究經(jīng)費(fèi)，用于這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步研究肚邢。各大公司紛紛購入成型機(jī)辱雅，以滿足爭(zhēng)分奪秒的市場(chǎng)需求。日本苛每、德國怨颜、英國等都在研究新的成型技術(shù)，開發(fā)新產(chǎn)品∧狙迹現(xiàn)已有2500 多套快速成型機(jī)分布在世界各地的不同領(lǐng)域夯架。
自從快速自動(dòng)成型問世后，國外就很重視其與傳統(tǒng)精密鑄造技術(shù)相結(jié)合巴俯，繼而產(chǎn)生了快速鑄造批痘。快速成型技術(shù)在熔模精密鑄造中的應(yīng)用可以分為三種：一是消失成型件（模）過程漏炕，用于小量件生產(chǎn)舌恬；二是直接型殼法，也用于小量件生產(chǎn)扭享；三是快速蠟?zāi)Ｄ＞咧圃熳剐校糜诖笈可a(chǎn)。這三種方法與傳統(tǒng)精密鑄造相比续膳，解決了傳統(tǒng)方法的蠟?zāi)Ｖ圃炱款i問題改艇，其流程示意如圖1。
我公司選用的是北京隆源快速成型公司生產(chǎn)的AFS－320MZ設(shè)備悲伶。該設(shè)備采用固態(tài)粉末材料逐層選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)艾恼，目前主要是與公司現(xiàn)有的精密鑄造工藝相結(jié)合，生產(chǎn)用于熔模鑄造的蠟?zāi)锨耍！?
3 蠟?zāi)５募す饪焖俪尚?
我公司在引進(jìn)快速成型技術(shù)前执摆，采用圖1 所示的傳統(tǒng)精鑄工藝生產(chǎn)。對(duì)于新產(chǎn)品的研制平俩，生產(chǎn)周期相當(dāng)長(zhǎng)缅叔，其中壓型的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)又占據(jù)了較長(zhǎng)的時(shí)間。如圖2 所示的支架類零件泡缠，其形狀并不復(fù)雜趟蛋，如果采用設(shè)計(jì)壓型進(jìn)行生產(chǎn)，其模具的設(shè)計(jì)鼎示、生產(chǎn)周期約需2～3 個(gè)月同嚷，模具投入生產(chǎn)到得到鑄件還需半個(gè)月的時(shí)間。而快速成型設(shè)備恰好具備這方面的優(yōu)勢(shì)拄屈，利用其特點(diǎn)显钙，3 天內(nèi)可以得到零件蠟?zāi)蛹倩ò雮€(gè)月即可得到鑄件斋值。 使用激光快速成型設(shè)備制作蠟?zāi)０笮郏铌P(guān)鍵是要控制蠟?zāi)５某叽绾妥冃危瑫r(shí)盡可能地提高蠟?zāi)５谋砻尜|(zhì)量奥邮。
3.1 蠟?zāi)３叽缈刂?
我公司現(xiàn)使用Pro_Engineer 進(jìn)行三維造型万牺，并將其轉(zhuǎn)換成STL 文件格式；再使用Magics RP 軟件導(dǎo)入該STL 文件洽腺，合理放置后進(jìn)行切片處理脚粟，導(dǎo)出CLI格式文件；然后使用隆源公司的ARPS 軟件將其轉(zhuǎn)換為設(shè)備使用的AFI 文件；最后導(dǎo)入快速成型設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)核无。
要控制蠟?zāi)３叽缈鄢刃韪鶕?jù)合金收縮率、模殼膨脹系數(shù)团南、工藝方案給出蠟?zāi)噪沙、Y、Z 方向上的線收縮率吐根。該收縮率確定后正歼，可以在Magics RP 軟件對(duì)零件處理時(shí)首先進(jìn)行放縮，這樣即可得到理想尺寸的蠟?zāi)？介伲^而獲得鑄件脖耽。通過對(duì)鑄件尺寸的測(cè)定反過來可再次對(duì)蠟?zāi)３叽邕M(jìn)行協(xié)調(diào)，最終獲得合格的蠟?zāi)：丸T件拨臂。例如某鑄鋼件京多，按最初的工藝方案生產(chǎn)，設(shè)定其綜合收縮率為2％符站，經(jīng)過對(duì)鑄件的實(shí)際測(cè)量卖寻，其綜合收縮率變?yōu)?.7％，只需在Magics RP 軟件下弯沥，對(duì)模型的放縮進(jìn)行調(diào)整即可校正蠟?zāi)３叽纭Ｈ绻捎脡盒蜕a(chǎn)造星，該收縮率的調(diào)整將可能導(dǎo)致其報(bào)廢鸳辛，除造成成本大幅提高，其生產(chǎn)周期至少耽誤半年以上毛彼。
對(duì)于鑄件生產(chǎn)過程中存在阻礙收縮等非自由收縮情況舒疚，導(dǎo)致鑄件非線性收縮嚴(yán)重，繼而影響到鑄件尺寸精度時(shí)衫凭，我們可以在使用Pro/Engineer 進(jìn)行三維造型時(shí)考慮兜畸，直接根據(jù)其收縮關(guān)系繪出實(shí)際使用的蠟?zāi)３叽纾罱K獲得合格的鑄件碘梢。
3.2 蠟?zāi)Ｗ冃慰刂?
如何有效地控制蠟?zāi)５淖冃我б。枰攘私饧す膺x區(qū)的燒結(jié)原理。北京隆源選區(qū)激光燒結(jié)成型系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)是：在一封閉成型室中裝有兩個(gè)活塞筒煞躬，一個(gè)用于供粉肛鹏，另一個(gè)用于成型。加工開始時(shí)恩沛，供粉活塞上移一定量在扰，鋪粉滾筒將粉均勻地鋪在加工平面上，激光束在計(jì)算機(jī)的控制下，透過激光窗口以一定的速度和能量密度掃描芒珠，激光束掃過之處桥狡，粉末燒結(jié)成一定厚度的片層，未掃過的地方仍然是松散的粉末皱卓，這樣零件的第一層就制造出來了裹芝。這時(shí)，成型活塞下移一定距離好爬，這個(gè)距離與設(shè)計(jì)零件的切片厚度一致侥嫂，而供粉活塞上移一定量。鋪粉滾筒再次將粉末鋪平后蒸撕，激光束開始依照設(shè)計(jì)零件第二層的信息掃描莽入。激光掃過之后，所形成的第二個(gè)片層同時(shí)也燒結(jié)在第一層上跑放。如此反復(fù)押棋，一個(gè)三維實(shí)體就制造出來了。如圖3所示慈肯。 選區(qū)激光燒結(jié)成型與其它許多快速成型方法不同范益，不需要先搭支架。在激光燒結(jié)前未燒結(jié)的松散的粉末作了自然支架遭歉。這對(duì)含懸臂結(jié)構(gòu)(Overhangs)虫犀、中
空結(jié)構(gòu)(hollowed areas)、和槽中套槽(nothces withinnotches)結(jié)構(gòu)的零件制造很有效肪援。對(duì)這些松散的粉末進(jìn)行加熱處理可以使之粘結(jié)证莺，加熱溫度越高其板結(jié)程度越高，其對(duì)零件的支撐作用就越顯著堕义，可以更好地防止零件（蠟?zāi)＃┳冃尾卵坏訜釡囟仍礁撸礋Y(jié)粉末越板結(jié)倦卖，蠟?zāi)Ｇ謇砭驮嚼щy洒擦；因此，我們需要采取多種措施來防止蠟?zāi)５淖冃闻绿拧Ｒ韵率菐讉€(gè)典型零件的示例熟嫩。
3.2.1 支座
支座示意圖如圖4。從剖視圖上可以看出嘉竟，該零件壁厚差別大邦危，按0.2mm 一層切片，激光功率22.5W舍扰。燒結(jié)制造的蠟?zāi)１”诤秃癖诮唤犹幯貓A周方向有一圈縮陷倦蚪，沿零件軸線方向約10mm希坚，中間縮陷最深處約1.2mm。其產(chǎn)生原因是由于該處壁厚差別大陵且，有熱節(jié)裁僧，粉末燒結(jié)收縮不勻造成。因此垃准，我們對(duì)蠟?zāi)５娜S原型進(jìn)行了鏤空處理智榆，同時(shí)在懸空凸臺(tái)部位加上一些支撐薄片，防止變形儿趋，如圖5 所示档低。 從圖5 可以看出，鏤空后的三維原型壁厚4mm均勻蛔乖。然后使用原參數(shù)對(duì)該模型進(jìn)行切片梭甸、激光選區(qū)燒結(jié)，獲得的蠟?zāi)o縮陷赃剂，強(qiáng)度能滿足后續(xù)工作要求蜜雏。并且該鏤空及壁厚均勻化處理極大地縮小了蠟?zāi)５慕孛娣e，使激光選區(qū)燒結(jié)的時(shí)間從原來的8.5h 減少到現(xiàn)在的4.5h淑停，縮短了約一半的激光燒結(jié)時(shí)間孝摘；同時(shí)，由于蠟?zāi)?nèi)部PSB 粉料未曾燒結(jié)锰抡，鉆孔倒出后可節(jié)約大量粉料妻往，而且蠟?zāi)ｇU空后還能縮短浸蠟時(shí)間。綜上所述试和，該零件蠟?zāi)ｇU空處理后可極大地降低原材料成本蒲讯、生產(chǎn)成本，同時(shí)由于蠟?zāi)Ｖ亓康臏p輕可降低后續(xù)工作的勞動(dòng)強(qiáng)度灰署。
3.2.2 盒子
盒子示意圖如圖6。該零件最小壁厚2mm局嘁，最大輪廓尺寸大于400mm溉箕。考慮到薄壁大平面易變形問題悦昵，采用了加筋工藝肴茄，同時(shí)零件尺寸超出了設(shè)備成型缸的尺寸，只有采取分塊燒結(jié)最后組合的工藝方案但指。為了最大可能地保證蠟?zāi)３叽缇裙烟担捎昧艘韵路桨浮? 如圖7 所示，切除該零件四個(gè)耳片棋凳，保證其主要結(jié)構(gòu)尺寸拦坠，切除后零件尺寸滿足設(shè)備生產(chǎn)要求连躏。然后設(shè)定切層厚度0.15mm，激光功率25W佳跃，粉末表面加熱溫度95℃怠义。從激光燒結(jié)的角度來說，選區(qū)燒結(jié)激光束按X啦别、Y 方向交替掃描陷母，旋轉(zhuǎn)45°后同樣能量的激光通過掃描器后燒結(jié)的長(zhǎng)度變短，作用于單位面積上能量提高怯录，有利于提高燒結(jié)原型強(qiáng)度尿欲。 3.2.3 多通零件
多通零件示意圖如圖8。該零件兩個(gè)發(fā)蘭角度要求很高牡呀，通過加筋不能防止變形溜舷，最后采用反變形法，將兩發(fā)蘭的角度人為增加沼昵，蠟?zāi)＜庸ね旰筇谠妫瑴y(cè)量角度剛好在公差范圍內(nèi)，同時(shí)在懸空的發(fā)蘭和彎管處加支撐薄片极金，防止變形跨跨。 以上是幾種典型的變形現(xiàn)象，加以歸納總結(jié)囱皿，我們可以將其運(yùn)用于其它零件勇婴，減少失誤，增大模型燒結(jié)的一次成功率嘱腥。
3.3 蠟?zāi)１砻尜|(zhì)量控制
快速成型機(jī)制出蠟?zāi)Ｔ秃蟾剩紫纫迅皆谠蜕衔礋Y(jié)的粉末清理干凈，然后浸蠟齿兔，把蠟?zāi)Ｔ头湃?5～70℃的蠟液中橱脸，浸透，待無氣泡溢出后分苇，再把蠟?zāi)Ｈ〕鎏硭撸o置，使多余蠟析出医寿。待蠟?zāi)＠鋮s至室溫栏赴，再進(jìn)行精整處理后就能得到表面光滑的蠟?zāi)！?
4 快速成型蠟?zāi)Ｅc精鑄工藝結(jié)合
對(duì)精鑄工藝而言靖秩，蠟?zāi)Ｓ糜诤罄m(xù)工序的有蠟?zāi)＝M合卢操、涂料、脫蠟件父。激光快速成型蠟?zāi)Ｒ獫M足精鑄工藝生產(chǎn)企奔，就必須在以上三方面達(dá)到其使用要求祸播。
4.1 模組組合
激光成型蠟?zāi)Ｖ坪煤螅枰垂に囈筮M(jìn)行澆冒口組合璃疫。根據(jù)我們的試驗(yàn)迅忙，使用車間現(xiàn)有的中溫蠟料即可對(duì)激光成型蠟?zāi)＿M(jìn)行修補(bǔ)、組合窖韧、粘接姆巨，兩者的粘合強(qiáng)度足以滿足制殼的強(qiáng)度需求。因此姐蝠，根據(jù)成本嫩碘、機(jī)加、生產(chǎn)周期考慮幕柬，澆冒口一般選用車間現(xiàn)有澆注系統(tǒng)臊啃。由于澆冒口形狀簡(jiǎn)單，即使車間澆注系統(tǒng)不合適拆内，加工其壓型也很方便旋圆、快捷。
4.2 模組涂料制殼
經(jīng)過試驗(yàn)麸恍，快速成型蠟?zāi)５耐繏煨院芎昧榍桑耆梢岳迷泄に囘M(jìn)行涂料配制，模組涂掛制殼抹沪，面層硅溶膠＋鋯英粉涂料刻肄，加強(qiáng)層硅酸乙酯＋煤矸石涂料。
4.3 脫蠟
由于快速成型蠟?zāi)５娜刍瘻囟雀呷谂罚荒苁褂谜魵饷撓灩に嚸羝瑸榇嗽O(shè)計(jì)了專用工藝，首先利用車間現(xiàn)有的坭芯烘烤爐脫去模組中的中溫蠟料制作的澆冒口噪馏，然后將模殼裝入一自制的簡(jiǎn)易工裝麦到，放入井式電阻爐，在開放的環(huán)境中對(duì)其進(jìn)行烘烤欠肾，脫掉快速成型蠟?zāi)Ｓ缫Ｍㄟ^脫蠟后的目視檢查，同時(shí)參考澆注后的鑄件表面質(zhì)量刷航，發(fā)現(xiàn)脫模（烘烤）后快速成型蠟?zāi)；灸軌驌]發(fā)干凈驱糜，其殘留物對(duì)最終鑄件沒有影響启尚。
4.4 模殼焙燒、澆注喧弦、鑄件清理
模殼焙燒纤秃、澆注竹小、鑄件清理和原精鑄工序相同。
5 結(jié)束語
通過開展激光快速成型技術(shù)研究蝎杯，對(duì)一些任務(wù)緊傲钳、時(shí)間急的單件小批量熔模精密鑄件的生產(chǎn)，能比傳統(tǒng)的精密鑄件生產(chǎn)周期減少60％戒甜，大大節(jié)省成本棺昵。目前已成功運(yùn)用于多種型號(hào)航天產(chǎn)品中。
快速自動(dòng)成型技術(shù)與鑄造車間現(xiàn)有的精密鑄造工藝相結(jié)合润申，使鑄造車間自己有能力快速生產(chǎn)各類大尺寸销贝、結(jié)構(gòu)復(fù)雜熔模精密鑄件所用蠟?zāi)＃瑴p少大量外協(xié)費(fèi)用呻纹，同時(shí)對(duì)于單件堆生、小批量熔模精密鑄件的生產(chǎn)可以不用模具，從而節(jié)省大量模具加工費(fèi)用雷酪，大大縮短生產(chǎn)周期淑仆，為新產(chǎn)品研制和開發(fā)獲得了大量寶貴時(shí)間，降低了生產(chǎn)成本哥力，而且也使鑄造車間精密鑄造水平有所提高蔗怠，為確保后續(xù)型號(hào)產(chǎn)品中精密鑄件生產(chǎn)任務(wù)的順利完成打下良好的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
1 宗貴升. 快速自動(dòng)成型技術(shù)（二）—材料添加法制造零部件. CAD/CAM省骂，1995.9：22～27
2 吳傳寶等. 高分子材料選區(qū)激光燒結(jié)翹曲的研究. 華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)蟀淮，2002.8：107～109
3 張建華等. 模具型腔的一種快速制造方法. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2001.5：419～420
作者簡(jiǎn)介
彭艷鋒（1977-）钞澳，女（土家族）怠惶，湖北人，碩士轧粟，工程師策治，材料學(xué)專業(yè)；研究方向：快速成型础辉、精密鑄造肄埠。
關(guān)鍵詞：快速成型 蠟?zāi)?熔模精密鑄造
1 引言
快速自動(dòng)成型（Rapid Prototyping）技術(shù)是近年來發(fā)展起來的直接根據(jù)CAD模型快速生產(chǎn)樣件或零件的成組技術(shù)總稱。該技術(shù)解決了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)中三維造型的“看得見肛度，摸不著”的問題傻唾，能將屏幕上的幾何圖形快速自動(dòng)實(shí)體化。它集成了CAD技術(shù)承耿、數(shù)控技術(shù)冠骄、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代化科技成果，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分加袋。其本質(zhì)是用積分法制造三維實(shí)體凛辣，將計(jì)算機(jī)中儲(chǔ)存的任意三維型體信息傳遞給成型機(jī)，通過材料逐層添加法直接制造出來锁荔，而不需要特殊的模具蟀给、工具或人工干涉。
2 國內(nèi)外動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨向
美國在發(fā)展快速自動(dòng)成型技術(shù)方面阳堕，一直處于領(lǐng)先地位，一些著名的高校如麻省理工學(xué)院择克、得克薩斯大學(xué)和一批研究機(jī)構(gòu)從政府和工業(yè)界取得了大筆開發(fā)恬总、研究經(jīng)費(fèi)，用于這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步研究肚邢。各大公司紛紛購入成型機(jī)辱雅，以滿足爭(zhēng)分奪秒的市場(chǎng)需求。日本苛每、德國怨颜、英國等都在研究新的成型技術(shù)，開發(fā)新產(chǎn)品∧狙迹現(xiàn)已有2500 多套快速成型機(jī)分布在世界各地的不同領(lǐng)域夯架。
自從快速自動(dòng)成型問世后，國外就很重視其與傳統(tǒng)精密鑄造技術(shù)相結(jié)合巴俯，繼而產(chǎn)生了快速鑄造批痘。快速成型技術(shù)在熔模精密鑄造中的應(yīng)用可以分為三種：一是消失成型件（模）過程漏炕，用于小量件生產(chǎn)舌恬；二是直接型殼法，也用于小量件生產(chǎn)扭享；三是快速蠟?zāi)Ｄ＞咧圃熳剐校糜诖笈可a(chǎn)。這三種方法與傳統(tǒng)精密鑄造相比续膳，解決了傳統(tǒng)方法的蠟?zāi)Ｖ圃炱款i問題改艇，其流程示意如圖1。
傳統(tǒng)過程 快速成型消失模 快速成型陶瓷模
圖1 快速鑄造流程示意圖
我公司選用的是北京隆源快速成型公司生產(chǎn)的AFS－320MZ設(shè)備悲伶。該設(shè)備采用固態(tài)粉末材料逐層選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)艾恼，目前主要是與公司現(xiàn)有的精密鑄造工藝相結(jié)合，生產(chǎn)用于熔模鑄造的蠟?zāi)锨耍！?
3 蠟?zāi)５募す饪焖俪尚?
我公司在引進(jìn)快速成型技術(shù)前执摆，采用圖1 所示的傳統(tǒng)精鑄工藝生產(chǎn)。對(duì)于新產(chǎn)品的研制平俩，生產(chǎn)周期相當(dāng)長(zhǎng)缅叔，其中壓型的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)又占據(jù)了較長(zhǎng)的時(shí)間。如圖2 所示的支架類零件泡缠，其形狀并不復(fù)雜趟蛋，如果采用設(shè)計(jì)壓型進(jìn)行生產(chǎn)，其模具的設(shè)計(jì)鼎示、生產(chǎn)周期約需2～3 個(gè)月同嚷，模具投入生產(chǎn)到得到鑄件還需半個(gè)月的時(shí)間。而快速成型設(shè)備恰好具備這方面的優(yōu)勢(shì)拄屈，利用其特點(diǎn)显钙，3 天內(nèi)可以得到零件蠟?zāi)蛹倩ò雮€(gè)月即可得到鑄件斋值。 使用激光快速成型設(shè)備制作蠟?zāi)０笮郏铌P(guān)鍵是要控制蠟?zāi)５某叽绾妥冃危瑫r(shí)盡可能地提高蠟?zāi)５谋砻尜|(zhì)量奥邮。
3.1 蠟?zāi)３叽缈刂?
我公司現(xiàn)使用Pro_Engineer 進(jìn)行三維造型万牺，并將其轉(zhuǎn)換成STL 文件格式；再使用Magics RP 軟件導(dǎo)入該STL 文件洽腺，合理放置后進(jìn)行切片處理脚粟，導(dǎo)出CLI格式文件；然后使用隆源公司的ARPS 軟件將其轉(zhuǎn)換為設(shè)備使用的AFI 文件；最后導(dǎo)入快速成型設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)核无。
要控制蠟?zāi)３叽缈鄢刃韪鶕?jù)合金收縮率、模殼膨脹系數(shù)团南、工藝方案給出蠟?zāi)噪沙、Y、Z 方向上的線收縮率吐根。該收縮率確定后正歼，可以在Magics RP 軟件對(duì)零件處理時(shí)首先進(jìn)行放縮，這樣即可得到理想尺寸的蠟?zāi)？介伲^而獲得鑄件脖耽。通過對(duì)鑄件尺寸的測(cè)定反過來可再次對(duì)蠟?zāi)３叽邕M(jìn)行協(xié)調(diào)，最終獲得合格的蠟?zāi)：丸T件拨臂。例如某鑄鋼件京多，按最初的工藝方案生產(chǎn)，設(shè)定其綜合收縮率為2％符站，經(jīng)過對(duì)鑄件的實(shí)際測(cè)量卖寻，其綜合收縮率變?yōu)?.7％，只需在Magics RP 軟件下弯沥，對(duì)模型的放縮進(jìn)行調(diào)整即可校正蠟?zāi)３叽纭Ｈ绻捎脡盒蜕a(chǎn)造星，該收縮率的調(diào)整將可能導(dǎo)致其報(bào)廢鸳辛，除造成成本大幅提高，其生產(chǎn)周期至少耽誤半年以上毛彼。
對(duì)于鑄件生產(chǎn)過程中存在阻礙收縮等非自由收縮情況舒疚，導(dǎo)致鑄件非線性收縮嚴(yán)重，繼而影響到鑄件尺寸精度時(shí)衫凭，我們可以在使用Pro/Engineer 進(jìn)行三維造型時(shí)考慮兜畸，直接根據(jù)其收縮關(guān)系繪出實(shí)際使用的蠟?zāi)３叽纾罱K獲得合格的鑄件碘梢。
3.2 蠟?zāi)Ｗ冃慰刂?
如何有效地控制蠟?zāi)５淖冃我б。枰攘私饧す膺x區(qū)的燒結(jié)原理。北京隆源選區(qū)激光燒結(jié)成型系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)是：在一封閉成型室中裝有兩個(gè)活塞筒煞躬，一個(gè)用于供粉肛鹏，另一個(gè)用于成型。加工開始時(shí)恩沛，供粉活塞上移一定量在扰，鋪粉滾筒將粉均勻地鋪在加工平面上，激光束在計(jì)算機(jī)的控制下，透過激光窗口以一定的速度和能量密度掃描芒珠，激光束掃過之處桥狡，粉末燒結(jié)成一定厚度的片層，未掃過的地方仍然是松散的粉末皱卓，這樣零件的第一層就制造出來了裹芝。這時(shí)，成型活塞下移一定距離好爬，這個(gè)距離與設(shè)計(jì)零件的切片厚度一致侥嫂，而供粉活塞上移一定量。鋪粉滾筒再次將粉末鋪平后蒸撕，激光束開始依照設(shè)計(jì)零件第二層的信息掃描莽入。激光掃過之后，所形成的第二個(gè)片層同時(shí)也燒結(jié)在第一層上跑放。如此反復(fù)押棋，一個(gè)三維實(shí)體就制造出來了。如圖3所示慈肯。 選區(qū)激光燒結(jié)成型與其它許多快速成型方法不同范益，不需要先搭支架。在激光燒結(jié)前未燒結(jié)的松散的粉末作了自然支架遭歉。這對(duì)含懸臂結(jié)構(gòu)(Overhangs)虫犀、中
空結(jié)構(gòu)(hollowed areas)、和槽中套槽(nothces withinnotches)結(jié)構(gòu)的零件制造很有效肪援。對(duì)這些松散的粉末進(jìn)行加熱處理可以使之粘結(jié)证莺，加熱溫度越高其板結(jié)程度越高，其對(duì)零件的支撐作用就越顯著堕义，可以更好地防止零件（蠟?zāi)＃┳冃尾卵坏訜釡囟仍礁撸礋Y(jié)粉末越板結(jié)倦卖，蠟?zāi)Ｇ謇砭驮嚼щy洒擦；因此，我們需要采取多種措施來防止蠟?zāi)５淖冃闻绿拧Ｒ韵率菐讉€(gè)典型零件的示例熟嫩。
3.2.1 支座
支座示意圖如圖4。從剖視圖上可以看出嘉竟，該零件壁厚差別大邦危，按0.2mm 一層切片，激光功率22.5W舍扰。燒結(jié)制造的蠟?zāi)１”诤秃癖诮唤犹幯貓A周方向有一圈縮陷倦蚪，沿零件軸線方向約10mm希坚，中間縮陷最深處約1.2mm。其產(chǎn)生原因是由于該處壁厚差別大陵且，有熱節(jié)裁僧，粉末燒結(jié)收縮不勻造成。因此垃准，我們對(duì)蠟?zāi)５娜S原型進(jìn)行了鏤空處理智榆，同時(shí)在懸空凸臺(tái)部位加上一些支撐薄片，防止變形儿趋，如圖5 所示档低。 從圖5 可以看出，鏤空后的三維原型壁厚4mm均勻蛔乖。然后使用原參數(shù)對(duì)該模型進(jìn)行切片梭甸、激光選區(qū)燒結(jié)，獲得的蠟?zāi)o縮陷赃剂，強(qiáng)度能滿足后續(xù)工作要求蜜雏。并且該鏤空及壁厚均勻化處理極大地縮小了蠟?zāi)５慕孛娣e，使激光選區(qū)燒結(jié)的時(shí)間從原來的8.5h 減少到現(xiàn)在的4.5h淑停，縮短了約一半的激光燒結(jié)時(shí)間孝摘；同時(shí)，由于蠟?zāi)?nèi)部PSB 粉料未曾燒結(jié)锰抡，鉆孔倒出后可節(jié)約大量粉料妻往，而且蠟?zāi)ｇU空后還能縮短浸蠟時(shí)間。綜上所述试和，該零件蠟?zāi)ｇU空處理后可極大地降低原材料成本蒲讯、生產(chǎn)成本，同時(shí)由于蠟?zāi)Ｖ亓康臏p輕可降低后續(xù)工作的勞動(dòng)強(qiáng)度灰署。
3.2.2 盒子
盒子示意圖如圖6。該零件最小壁厚2mm局嘁，最大輪廓尺寸大于400mm溉箕。考慮到薄壁大平面易變形問題悦昵，采用了加筋工藝肴茄，同時(shí)零件尺寸超出了設(shè)備成型缸的尺寸，只有采取分塊燒結(jié)最后組合的工藝方案但指。為了最大可能地保證蠟?zāi)３叽缇裙烟担捎昧艘韵路桨浮? 如圖7 所示，切除該零件四個(gè)耳片棋凳，保證其主要結(jié)構(gòu)尺寸拦坠，切除后零件尺寸滿足設(shè)備生產(chǎn)要求连躏。然后設(shè)定切層厚度0.15mm，激光功率25W佳跃，粉末表面加熱溫度95℃怠义。從激光燒結(jié)的角度來說，選區(qū)燒結(jié)激光束按X啦别、Y 方向交替掃描陷母，旋轉(zhuǎn)45°后同樣能量的激光通過掃描器后燒結(jié)的長(zhǎng)度變短，作用于單位面積上能量提高怯录，有利于提高燒結(jié)原型強(qiáng)度尿欲。 3.2.3 多通零件
多通零件示意圖如圖8。該零件兩個(gè)發(fā)蘭角度要求很高牡呀，通過加筋不能防止變形溜舷，最后采用反變形法，將兩發(fā)蘭的角度人為增加沼昵，蠟?zāi)＜庸ね旰筇谠妫瑴y(cè)量角度剛好在公差范圍內(nèi)，同時(shí)在懸空的發(fā)蘭和彎管處加支撐薄片极金，防止變形跨跨。 以上是幾種典型的變形現(xiàn)象，加以歸納總結(jié)囱皿，我們可以將其運(yùn)用于其它零件勇婴，減少失誤，增大模型燒結(jié)的一次成功率嘱腥。
3.3 蠟?zāi)１砻尜|(zhì)量控制
快速成型機(jī)制出蠟?zāi)Ｔ秃蟾剩紫纫迅皆谠蜕衔礋Y(jié)的粉末清理干凈，然后浸蠟齿兔，把蠟?zāi)Ｔ头湃?5～70℃的蠟液中橱脸，浸透，待無氣泡溢出后分苇，再把蠟?zāi)Ｈ〕鎏硭撸o置，使多余蠟析出医寿。待蠟?zāi)＠鋮s至室溫栏赴，再進(jìn)行精整處理后就能得到表面光滑的蠟?zāi)！?
4 快速成型蠟?zāi)Ｅc精鑄工藝結(jié)合
對(duì)精鑄工藝而言靖秩，蠟?zāi)Ｓ糜诤罄m(xù)工序的有蠟?zāi)＝M合卢操、涂料、脫蠟件父。激光快速成型蠟?zāi)Ｒ獫M足精鑄工藝生產(chǎn)企奔，就必須在以上三方面達(dá)到其使用要求祸播。
4.1 模組組合
激光成型蠟?zāi)Ｖ坪煤螅枰垂に囈筮M(jìn)行澆冒口組合璃疫。根據(jù)我們的試驗(yàn)迅忙，使用車間現(xiàn)有的中溫蠟料即可對(duì)激光成型蠟?zāi)＿M(jìn)行修補(bǔ)、組合窖韧、粘接姆巨，兩者的粘合強(qiáng)度足以滿足制殼的強(qiáng)度需求。因此姐蝠，根據(jù)成本嫩碘、機(jī)加、生產(chǎn)周期考慮幕柬，澆冒口一般選用車間現(xiàn)有澆注系統(tǒng)臊啃。由于澆冒口形狀簡(jiǎn)單，即使車間澆注系統(tǒng)不合適拆内，加工其壓型也很方便旋圆、快捷。
4.2 模組涂料制殼
經(jīng)過試驗(yàn)麸恍，快速成型蠟?zāi)５耐繏煨院芎昧榍桑耆梢岳迷泄に囘M(jìn)行涂料配制，模組涂掛制殼抹沪，面層硅溶膠＋鋯英粉涂料刻肄，加強(qiáng)層硅酸乙酯＋煤矸石涂料。
4.3 脫蠟
由于快速成型蠟?zāi)５娜刍瘻囟雀呷谂罚荒苁褂谜魵饷撓灩に嚸羝瑸榇嗽O(shè)計(jì)了專用工藝，首先利用車間現(xiàn)有的坭芯烘烤爐脫去模組中的中溫蠟料制作的澆冒口噪馏，然后將模殼裝入一自制的簡(jiǎn)易工裝麦到，放入井式電阻爐，在開放的環(huán)境中對(duì)其進(jìn)行烘烤欠肾，脫掉快速成型蠟?zāi)Ｓ缫Ｍㄟ^脫蠟后的目視檢查，同時(shí)參考澆注后的鑄件表面質(zhì)量刷航，發(fā)現(xiàn)脫模（烘烤）后快速成型蠟?zāi)；灸軌驌]發(fā)干凈驱糜，其殘留物對(duì)最終鑄件沒有影響启尚。
4.4 模殼焙燒、澆注喧弦、鑄件清理
模殼焙燒纤秃、澆注竹小、鑄件清理和原精鑄工序相同。
5 結(jié)束語
通過開展激光快速成型技術(shù)研究蝎杯，對(duì)一些任務(wù)緊傲钳、時(shí)間急的單件小批量熔模精密鑄件的生產(chǎn)，能比傳統(tǒng)的精密鑄件生產(chǎn)周期減少60％戒甜，大大節(jié)省成本棺昵。目前已成功運(yùn)用于多種型號(hào)航天產(chǎn)品中。
快速自動(dòng)成型技術(shù)與鑄造車間現(xiàn)有的精密鑄造工藝相結(jié)合润申，使鑄造車間自己有能力快速生產(chǎn)各類大尺寸销贝、結(jié)構(gòu)復(fù)雜熔模精密鑄件所用蠟?zāi)＃瑴p少大量外協(xié)費(fèi)用呻纹，同時(shí)對(duì)于單件堆生、小批量熔模精密鑄件的生產(chǎn)可以不用模具，從而節(jié)省大量模具加工費(fèi)用雷酪，大大縮短生產(chǎn)周期淑仆，為新產(chǎn)品研制和開發(fā)獲得了大量寶貴時(shí)間，降低了生產(chǎn)成本哥力，而且也使鑄造車間精密鑄造水平有所提高蔗怠，為確保后續(xù)型號(hào)產(chǎn)品中精密鑄件生產(chǎn)任務(wù)的順利完成打下良好的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介
彭艷鋒（1977-）钞澳，女（土家族）怠惶，湖北人，碩士轧粟，工程師策治，材料學(xué)專業(yè)；研究方向：快速成型础辉、精密鑄造肄埠。
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