快速原型制造技术
一,薄材叠层快速成形制造技术(LOM)
该项目为国家高技术研究发展计划(863)课题.是湖北省科技厅1993年下达的重点科学技术发展项目计划"快速成型技术及设备研究"的继续项目.
快速成型技术是利用逐层离散/堆积的原理,用计算机三维数据模型直接制造出零件原型.采用该技术,能大大缩短新产品开发周期和提高企业竞争能力.根据该技术的发展趋势及我国市场情况,在国家科技部,"863"/CIMS主题,国家自然科学基金委,省科技厅,市科委的领导和支持下,华中科技大学,武汉滨湖机电技术产业有限公司在承担本项目时,就将目标定位于在保证高可靠和高性能前提下,研究和开发低成本的快速成型系统.为实现上述目标,进行了大量的工作,取得7项创新成果(其中实施了4项专利),使薄材叠层快速成型技术和系统综合性能指标达到国际领先水平,开发成功的快速成型系统已进入市场,获得用户高度评价,产生显著经济效益,有良好的市场前景.
该项目的创新点如下:(1)无拉力叠层材料送进装置(发明专利,申请号96119609.2),送进可靠,材料利用率高;(2)工作台为四柱导向和双丝杆传动(实用新型专利,专利号:ZL96239772.5),导向精度高,传动平稳;(3)叠层加压加热装置(发明专利,申请号:96119607.6),不仅能使制件粘结牢固,而且能保证制件的加工精度;(4)抽风排烟装置(实用新型专利,专利号:ZL99238432.X)能及时,充分地排出烟尘;(5)开发成功基于网络通讯的多任务,大数据量,多运动轴,高速实时控制系统;(6)开发成功具有显著特色的软件.该软件除具备STL文件可视化,图形变换,STL文件诊断,实时分层,原型制作实时动态仿真,高速插补控制,激光能量控制,系统故障诊断等功能外,还形成以下独有的特色:①容错切片和数据过滤;②直接切片;③速度规划和任意组合曲线的高速连续加工;(7)开发出粘结可靠,强度高,废料容易剥离,制作精度稳定,成本低廉,对环境无污染的新型LOM工艺用材料,综合性能已达到国外先进水平,并已开始工业化生产.
据市场调查和预测,近几年内快速成型系统在国内的潜在市场约有400台左右,如该产品占需求的25%,将有100台的市场拥有量.近期将可形成年工业总产值1200万元,年销售收入1000万元,年利税300万元.用户替代进口所节约的外汇折合人民币2000多万元.而用户在使用该设备后,由于缩短了新产品开发周期和降低开发投资额风险,所取得的经济效益将远远超过此值.此外,因优良的性能价格比,可望在近几年内进入国际市场.
二,选择性激光烧结快速成形系统(SLS)
本项目为国家863/CIMS重大目标产品项目"快速原型制造系统"的内容之一.
选择性激光烧结(Selective Laser Sintering-SLS)是典型的快速成形方法之一.它应用分层制造思想,以固体粉末材料直接成形三维实体零件,不受零件形状复杂程度的限制,不需要任何的工装模具,就能将CAD三维模型直接转换为实体零件.从理论上来说,任何受热后能烧结的粉末都可以用作SLS的原材料,其范围已覆盖高分子,陶瓷,金属粉末和它们的复合材料粉末.由于SLS成形材料的多样化,适合多用途,成形过程无须支撑,材料利用率高,以及在快速制造功能件方面的独特优势,使得SLS的应用范围非常广阔,日益受到各行各业的广泛重视.为此,华中科技大学,武汉滨湖机电技术产业有限公司经过市场调查和充分考虑我国国情,选择了SLS快速成形技术作为研究的主要方向之一.
在承担本项目时,就将目标定位于,在保证高可靠和高性能前提下,研究和开发低成本的SLS快速成形系统.为实现上述目标,进行了大量的工作,取得多项创新成果(其中实施和申报了3项专利),使选择性激光烧结快速成形技术及系统综合性能指标达到国际领先水平,开发成功的HRPS-Ⅲ快速成形系统已经产品化,具有良好的市场前景.
本项目的创新成果如下:
(1)发明和实施了一种独特的上送粉装置(发明专利申请号00114675.0,实用新型专利号:ZL99237635.1),实用新型专利申请号:00230311.6),在成形空间大于国外同类产品条件下,使SLS系统的主机结构紧凑,体积仅为国外同类产品的44%,铺粉时间节约40%,保护气体消耗量减少40%;(2)开发成功基于软件芯片的实时控制系统,使控制系统的硬件成本大幅度降低;(3)开发成功国外系统尚未配备并具有显著特色的软件:1)STL文件容错切片,2)计算机三维实体模型直接切片,3)分区变向扫描,4)由离散数据反求STL文件,5)新的STL文件压缩数据存储格式,使STL文件的大小压缩至原来的1/2~1/3.

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