基于SLA的快速模具设计与制造研究毕业设计

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1、1 引言引言 本次课题是基于 SLA 的快速模具设计与制造研究， 并且选定了鼠标作为本课 题研究的初始实物原型， 如图 1.1 所示。 本次课题涉及 3DSS、 Geomagic、 Magics、 Pro/E 等软件的使用，快速成型机等设备的使用及硅胶模具的制作。根据制作过 程，我们大致把本次课题分为三个阶段，分别为：模型的反求及重建、快速原型 的建立和硅胶模具的制作。针对本次课题，我主要侧重快速原型和硅胶模具的制 作这两方面的研究。 图 1.1 鼠标的初始实物 1.1 快速成形技术的背景快速成形技术的背景 快速成形技术 1 又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufac

2、turing，简 称 RP)技术，诞生于 20 世纪 80 年代后期，是基于材料堆积法的一种产品设计与 制造技术。它不受传统加工模式的局限，不需要机械加工设备便可快速制造出形 状复杂的工件，被看作是产品设计与制造领域的重大研究成果。其对制造行业的 冲击可与五六十年代的数控技术相比，尤其是产品的原型制造，为面向 21 世纪 的新产品的创新设计提供了一种切实可行的技术途径2 。 快速成形技术综合了计算机技术、机械工程、CAD 技术、逆向工程、分层制 造技术、数控技术、材料科学、激光技术等高新技术，可以自动、精确、直接、 快速地将设计思想转变为具有一定功能的原型，或可以直接制造零件，从而为零 件原型

3、制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效、低成本的实现手段3。 快速成形技术在不需要任何刀具、模具及工装夹具的情况下，直接接受产品 的计算机辅助设计(CAD)数据，可实现任意复杂形状新产品的快速制造，快速制 造出新产品的样件、模具或模型，优越性显而易见。通过 RP 技术快速制造出的 模型或样件可直接用于新产品设计验证、功能验证、外观验证、工程分析、市场 订货等，有利于优化产品设计，大大提高了新产品开发的一次成功率，缩短研发 周期，降低研发成本，提高产品的市场竞争力4。 1.2 快速成形技术的快速成形技术的国内外国内外发展现状发展现状 快速成形技术概念的提出可追溯到 1979 年，日本东京大学

4、生产技术研究所 的中川威雄教授发明了叠层模型造型法，1980 年小玉秀男又提出了光造型法， 该设想提出后， 由丸谷洋二于 1984 年继续研究， 并于 1987 年进行产品试制。 1988 年，美国 3D Systems 公司率先推出快速原型实用装置激光立体造型即 SLA(Stereo Lightgraphy Apparatus)，并以年销售增长率为 30%40%的增幅在 世界市场出售5。 世界上，美国是最重要的 RP 设备生产国，1999 年美国生产的 RP 设备占全 世界的 81.5。而对于本课题主要采用的光固化成形法，主要进行研究的有 3D Systems 公司、EOS 公司、CMET

5、公司、D-MEC 公司、Teijin Seiki 公司、Mitsui Zosen 公司等。3D Systems 公司于 1999 年推出 SLA-7000 机型，扫描速度可达 9.52m/s，层厚最小可达 0.025mm。AUTOSTRADE 公司（日本）使用 680nm 左右波 长的半导体激光器作为光源，并开发出针对该波长的可见光树脂。 在国内，清华大学主要研究 RP 方面的现代成形学理论、SSM（slicing solid manufacturing） 、FDM 工艺，开展了基于 SLA 工艺的金属模具的研究。华中科技 大学研究 LOM 工艺，推出了 HRP 系列成形机和成形材料。西安交通

6、大学开发出 LPS 和 CPS 系列的光固化成形系统及相应树脂，CPS 系统采用紫外灯为光源，成 形精度为 0.2mm，体积略同柜式空调机。南京航空航天大学重点研究了 SLS 成形 工艺。华北工学院研究了基于 SLS 工艺的金属零件的 RP 制造。南京师范大学与 南京理工大学主要研究光造型工艺及微结构快速成型工艺， 并研制了低成本桌面 快速成型系统及微结构桌面快速成型系统，同时还开展了成形材料及新型 RP 用 光学技术的研究6。 快速成形技术是一种具有广泛应用前景的、正在不断完善的高新技术。随着 市场竞争的日趋激烈，该技术将会被越来越多的企业所采用，对企业的发展起到 越来越重要的作用，并将给企业带来巨大的经济效益。同时，快速成形技术作为 一门多学科交叉的专业技术，其本身的发展也将推动相关技术、产业的发展7。 1.3 快速成形技术的发展趋势快速成形技术的发展趋势 从目前技术的研究和应用现状来看， 快速成型技术的进一步研究和开发工作 主要有以下几个方面： (1)开发性能好的快速成型材料，如成本低、易成形、变形小、强度高、耐 久及无污染的成形材料； (2