發布日期：2022-04-27 點擊率：84
引言
在現代市場經濟全球一體化背景下的今天，企業要在競爭日益激烈的市場經濟中掌握先機，占據有利地位，需要有技術和產品上的創新，把握并引導市場的發展方向。與此同時，對于市場的需求，企業需要做出快速的響應。而目前大多數水泵企業都是用傳統的方法來開發新產品，產品研發的周期比較長，更難以實現小批量、多品種、改型快的要求。
激光燒結快速自動成型技術是近年來發展起來的直接根據CAD 模型快速生產樣件或零件的成組技術總稱。它集中了計算機輔助設計和制造技術、激光技術和材料科學技術，是先進制造技術的重要組成部分。隨著越來越多的水泵企業引進快速成型系統，在降低新產品開發和生產成本、縮短研發周期、提高市場快速響應能力等方面起到了積極的作用，從而保持了強大的市場競爭力。
一、HRPS-IV 快速成型系統在泵制造中的工藝技術
1.1系統原理
我公司選用的是華中科技大學武漢濱湖機電技術產業有限公司生產的HRPS-IV快速成型系統。該設備采用激光燒結快速自動成型技術，其基本工作原理是離散與堆積，在使用該技術時，設計者首先借助現有的主流三維設計軟件或者通過逆向工程所采集的幾何數據，建立一個產品的三維模型，這是完成快速成型制造的一項基本條件。然后導出相應的STL 文件格式輸入快速成型機當中，再從STL 文件“切”出設定厚度的一系列片層，或者直接從CAD 文件切出一系列的片層，這些片層按次序累積起來便是所設計零件的原型件。部件完成后，再經過必要的后續處理，使完成的部件在性能、形狀尺寸、外觀等方面達到設計要求。應用激光燒結快速自動成型技術來進行產品制造，可以忽略產品部件的外形復雜程度(這也是與傳統機械加工方式制造產品的最大區別之一)，原材料的利用率接近100%，制造精度可達±0.2mm 200mm。如圖1所示，整個成型過程是在成型活塞筒內完成，在成型活塞筒的兩側各有一個供粉活塞筒。成型步驟如下：
圖1 HRPS-IV 設備原理和外觀
HRPS-IV設備使用的材料（PS）是一種粉末狀的高分子材料，粉粒直徑為50-125靘。零件制作時，首先供粉活塞上移一定量，鋪粉滾輪將粉末均勻地鋪在加工平面上。激光器發出激光，計算機控制激光器的開關及掃描器的角度，使得激光束以一定的速度和能量密度在加工平面上掃描。激光器的開與關以及掃描器的角度是與待成型的零件的片層的第一層信息相關。激光束掃過之處，粉末燒結成一定厚度的片層，未掃過的地方仍然是松散的粉末，這樣零件的第一層就制造出來了。這時，成型活塞下移一定距離，這個距離等于待成型零件的切片厚度，而供粉活塞上移一定量（上移的量與模型的切出的片層厚度有關，一般是略大于片層厚度）。鋪粉滾輪再次將粉末鋪平后，激光束依照零件的片層的第二層信息加工。激光掃過之后，所形成的第二個片層也燒結在第一層上，如此反復，一個三維實體就疊加制造出來了。
在上述原型件的制作過程中，有幾項設置參數可以幫助說明。首先，因為零件是在高溫下燒結成型的，成型以后回到常溫下，零件都有一個收縮。因此，為了抵消這種收縮，需要進行模型放大補償，一般沿Z 向放大1.005倍。另外，切片處理參數的設置，HRPS-IV快速成型系統的層厚設置根據精度要求，一般為0.2mm。該系統所用的刀具指的是激光束，在燒結零件外輪廓時，激光束成型的并不是理論上的一條線，因此需要進行刀具補償，該補償為0.15mm。零件進行切片處理，掃描參數一般選擇掃描線寬為0.15mm，即激光束掃描軌跡之間的間隔。掃描線寬太大，不容易燒結成型，掃描線寬太小，容易導致燒結區溫度過高。
1.2 泵零件制作的工藝過程
如圖2 所示為葉輪制作的簡要工藝過程說明，葉輪是泵中的核心部件，我們可以應用激光燒結快速成型技術制作浸樹脂件，然后進行產品的裝配和性能測試；也可以制作蠟模，繼而獲得金屬鑄造件。我公司先使用Pro-Engineer 進行三維造型，將其轉換成STL 文件格式，導入快速成型設備。設置系統的零件制作參數，進行原型件的制作。待做完的零件冷卻后，從工作缸中取出，用工具小心清除未燒結的粉末，然后用壓縮空氣把原型件表面的浮塵吹干凈。接下來的后處理工藝分為浸樹脂件和蠟模的制作兩種情況，在這里首先闡明浸樹脂件的制作工藝。在原型件的表面用刷子反復涂抹樹脂，使零件完全浸透，并用吸水紙將零件表面多余的樹脂吸干，然后放入60℃的烘箱中烘干。我們再看一下蠟模的后處理工藝，將預熱均勻的原型件放入65℃的蠟池中，待無氣泡溢出后，把蠟模取出，靜置，使多余蠟析出。然后放入30℃的烘箱中緩慢冷卻，再放置空氣中冷卻至室溫，最后精整處理就能得到表面光滑的蠟模。
上述是零件制作和后處理工藝的簡要說明，接下來我們結合激光燒結快速成型技術的實踐積累就泵件制作在幾方面重點剖析。
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