彭艷鋒 來源：e-works
Zb<DgJ=3 \7jcZ~FBX% 摘要 介紹了激光快速成型技術的起源和發(fā)展，通過精密鑄件生產過程質量問題分析和解決方案論述，系統(tǒng)闡述了快速成型蠟模尺寸控制、蠟模變形控制、表面質量控制的要點，對激光快速成型與精鑄結合技術在復雜、薄壁、大型精密型號產品領域的應用做出了探索性的研究。
52{jq18& 關鍵詞 快速成型 蠟模 熔模精密鑄造
MpG Wt# 1 引言 GriL< =?t 快速自動成型（Rapid Prototyping）技術是近年來發(fā)展起來的直接根據CAD模型快速生產樣件或零件的成組技術總稱。該技術解決了計算機輔助設計(CAD)中三維造型的“看得見，摸不著”的問題，能將屏幕上的幾何圖形快速自動實體化。它集成了CAD技術、數控技術、激光技術和材料技術等現(xiàn)代化科技成果，是先進制造技術的重要組成部分。其本質是用積分法制造三維實體，將計算機中儲存的任意三維型體信息傳遞給成型機，通過材料逐層添加法直接制造出來，而不需要特殊的模具、工具或人工干涉。
~^KemwogPN 2 國內外動態(tài)和發(fā)展趨向 /J wQ5 美國在發(fā)展快速自動成型技術方面，一直處于領先地位，一些著名的高校如麻省理工學院、得克薩斯大學和一批研究機構從政府和工業(yè)界取得了大筆開發(fā)、研究經費，用于這項技術的進一步研究。各大公司紛紛購入成型機，以滿足爭分奪秒的市場需求。日本、德國、英國等都在研究新的成型技術，開發(fā)新產品。現(xiàn)已有2500 多套快速成型機分布在世界各地的不同領域。
[;h@ q} 自從快速自動成型問世后，國外就很重視其與傳統(tǒng)精密鑄造技術相結合，繼而產生了快速鑄造。快速成型技術在熔模精密鑄造中的應用可以分為三種：一是消失成型件（模）過程，用于小量件生產；二是直接型殼法，也用于小量件生產；三是快速蠟模模具制造，用于大批量生產。這三種方法與傳統(tǒng)精密鑄造相比，解決了傳統(tǒng)方法的蠟模制造瓶頸問題，其流程示意如圖1。
y [.0L!C { 國內目前主要有北京隆源、華北工學院、華中理工大學等在進行快速成型設備生產與工藝研究。使用快速自動成型技術生產精鑄用蠟模的廠家主要有航空部材料研究所、北京鋼鐵研究總院、西安航天發(fā)動機廠等，取得了良好的經濟效益。目前，該項技術已經應用于航空、航天、機械、化工、醫(yī)藥等行業(yè)。
)xT_RBR 我公司選用的是北京隆源快速成型公司生產的AFS－320MZ設備。該設備采用固態(tài)粉末材料逐層選區(qū)激光燒結技術，目前主要是與公司現(xiàn)有的精密鑄造工藝相結合，生產用于熔模鑄造的蠟模。
!NZFo S~ 3 蠟模的激光快速成型 O`rA qO0F 我公司在引進快速成型技術前，采用圖1 所示的傳統(tǒng)精鑄工藝生產。對于新產品的研制，生產周期相當長，其中壓型的設計及生產又占據了較長的時間。如圖2 所示的支架類零件，其形狀并不復雜，如果采用設計壓型進行生產，其模具的設計、生產周期約需2～3 個月，模具投入生產到得到鑄件還需半個月的時間。而快速成型設備恰好具備這方面的優(yōu)勢，利用其特點，3 天內可以得到零件蠟模樣件，再花半個月即可得到鑄件。
0E o*C9FP~ 使用激光快速成型設備制作蠟模，最關鍵是要控制蠟模的尺寸和變形，同時盡可能地提高蠟模的表面質量。
+Y'(,J ;, 'eO i 3.1 蠟模尺寸控制
QU8 ?/ 我公司現(xiàn)使用Pro_Engineer 進行三維造型，并將其轉換成STL 文件格式；再使用Magics RP 軟件導入該STL 文件，合理放置后進行切片處理，導出CLI格式文件；然后使用隆源公司的ARPS 軟件將其轉換為設備使用的AFI 文件；最后導入快速成型設備進行生產。
CdC&y}u 要控制蠟模尺寸，先需根據合金收縮率、模殼膨脹系數、工藝方案給出蠟模X、Y、Z 方向上的線收縮率。該收縮率確定后，可以在Magics RP 軟件對零件處理時首先進行放縮，這樣即可得到理想尺寸的蠟模，繼而獲得鑄件。通過對鑄件尺寸的測定反過來可再次對蠟模尺寸進行協(xié)調，最終獲得合格的蠟模和鑄件。例如某鑄鋼件，按最初的工藝方案生產，設定其綜合收縮率為2％，經過對鑄件的實際測量，其綜合收縮率變?yōu)?.7％，只需在Magics RP 軟件下，對模型的放縮進行調整即可校正蠟模尺寸。如果采用壓型生產，該收縮率的調整將可能導致其報廢，除造成成本大幅提高，其生產周期至少耽誤半年以上。
$*`fn {2 對于鑄件生產過程中存在阻礙收縮等非自由收縮情況，導致鑄件非線性收縮嚴重，繼而影響到鑄件尺寸精度時，我們可以在使用Pro_Engineer 進行三維造型時考慮，直接根據其收縮關系繪出實際使用的蠟模尺寸，最終獲得合格的鑄件。
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