逆向工程与快速成型技术应用 第4版 思考题及答案 项目六 快速成型材料及后处理

《项目六快速成型材料及后处理》思考题参考答案6-1快速成型工艺对成型材料有什么样的要求？答：不同的快速成型工艺对所采用材料的性能要求不同，但基本要求是一样的，主要体现在：(1)有利于快速精确地成型原型零件；(2)当成型件为间接使用零件，其性能要有利于后续处理工艺；(3)当成型件为直接功能件时，其材料要接近制件最终对强度、刚度、耐潮性、热稳定性等的要求。当然，与快速成型件的四个应用层面（概念型、测试型、模具型、功能零件）相适应，对成型材料的要求也会不同。概念型对材料成型精度和物理化学特性要求不高，主要要求是成型速度快。如对光敏树脂，要求较低的临界曝光功率、较大的穿透深度和较低的粘度。测试型对于材料成型后的强度、刚度、耐温性、抗蚀性等有一定要求，以满足测试要求；如果用于装配测试，则对材料的成型精度还有一定的要求。模具型要求材料适应具体模具制造要求，如对于消失模铸造用原型，要求材料易于去除。功能零件则要求材料具有较好的力学性能和化学性能。6-2FDM工艺常用的材料有哪些？什么材料适合于桌面式FDM快速成型设备？答：FDM常用的材料为塑料，主要有以下几种：ABS、PLA、PC、尼龙、TPU/TPE材料、PEEK材料、在PLA/ABS中混合其他材料的成型材料。ABS、PLA都可以应用在桌面式FDM快速成型设备上，但考虑到绿色制造的理念和对环境的友好，PLA更为适合。6-3应用于金属成型制造的材料主要有哪几种？答：目前，快速成型用金属材料主要有粉末和丝材两种形式。金属丝材与传统焊丝相同，理论上凡能在工艺条件下熔化的金属都可作为快速成型的材料。粉末是最常用的成型材料形式，所采用的快速成型工艺主要有选择性激光烧结SLS、电子束熔融EBM、选择性激光溶化SLM和激光近净成形LENS。其中选择性激光溶化SLM为研究的热点，其使用高能激光源，可以熔融多种金属粉末。与金属快速成型工艺的多样性相比，适用于快速成型的金属材料却较为有限，尤其是工业级的成型材料，只有十余种，因为只有纯净度高、球形度好、粒径分布窄、氧含量低的金属粉末材料，才能满足金属零件的快速成型需求。目前，应用于快速成型的金属粉末材料主要有钛合金、不锈钢、铝合金、高温合金、镁合金等，此外还有用于成型首饰用的金、银等贵金属粉末材料。6-4在快速成型技术的发展过程中，成型材料呈现出什么问题？答：在快速成型技术的发展过程中，我国的快速成型材料，尤其工业级的，主要存在以下几方面的问题：（1）可适用的材料成熟度跟不上快速成型市场的发展速度。（2）价格高，研发难度大。快速成型材料一般要求强度高、耐腐蚀、耐高温、比重小、具有良好的可烧结性，同时，还要求材料无毒、环保，性能稳定，能够满足快速成型持续可靠运行。另外，还要求材料的经济性好，简单说就是成本低，客户用得起。快速成型材料价格降低的主要途径只能是关键技术的突破，但目前这一点还难以解决。（3）材料市场对国产材料的技术含量和水平不够信任，认可度低。（4）成型材料对人体的安全性与对环境的友好性之间存在相对较大的矛盾。（5）缺乏标准化及系列化规范。以上虽然是国内成型材料发展过程中所遇到的问题，但“一叶可窥世界”。国际上成型材料的发展也遇到了相同的问题。6-5未来的成型材料将向哪方面发展？答：随着科技的发展，人们越来越深刻地了解到成型材料与RP技术间相互促进、共同发展的关系。目前，成型材料呈现出以下几方面的发展趋势：（1）随着快速成型技术的逐渐成熟，金属材料的形态也将越来越丰富，高性能的金属粉末材料将逐步取代塑料与树脂，成为最主要的成型材料。（2）成型材料的成本将不断降低，材料的使用性能、工艺性能将大幅提高。这一趋势有一定技术难度，尤其在一些特殊领域，如医学应用领域，要求非常高，需要科研人员的大量研发攻关来解决。（3）成型材料逐步国产化。快速成型主要应用于高端制造领域，在其他领域的应用较少，使得成型材料的应用市场较窄。另外一方面，国内成型材料的生产企业较少，成型材料大量依赖进口，而国外的专利与垄断又进一步推高了材料价格。随着我国高端制造业的升级发展，增材制造将和减材制造、等材制造三分天下，其成型材料的国产化必将成为不可逆的新趋势，这也将推动我国材料企业向技术含量更高、产品附加值更高的上游产业链发展。6-6FDM成型件的后处理方法有哪些？答：FDM成型件的后处理方法有：蒸汽平滑、滚筒磨光、染色、涂漆、表面纹理化、喷砂、机加工、金属化、覆膜、水纹等。6-7PLA与ABS成型件所采用的化学抛光方法有什么不同？为什么？答：PLA与ABS成型件所采用的化学抛光方法主要是熏蒸，但使用时有所不同。若成型材料为ABS，则用丙酮作为溶剂；若为PLA，则用氯仿。现在市场有专门的PLA化学抛光液，可直接涂覆在成型件表面进行表面光滑。6-8SLA成型件的后处理流程？答：SLA成型时支撑部分所用材料与成型件的材料相同。支撑形状通常为树状，其中树枝与零件点接触并对其进行支撑。大多数立体光固化系统成型的部件从成型设备中取出后，都要放在紫外线烘箱或自然光下完成固化。通常需要在照射固化前取下支撑，并打磨零件，因为这时材料还略软，更容易取下。SLA的支撑使用手动工具进行去除即可。6-9SLS金属成型件的后处理流程？答：金属支撑的去除方法：（1）热处理。金属增材制造时，整个零件是焊接在一块成型基板上的。因此后处理的第一步是将带有零件的成型基板一起进行热处理以去除残余应力，否则当零件从平台上卸下后极易发生变形。（2）从成型基板上卸下零件。通常采用电火花线切割或使用锯来完成，因此，在设置打印文件时，通常将零件定位在基板上方2-5mm处。如果使用电火花线切割卸下零件，考虑到切割线宽度对零件材料切割消耗的影响，需要预留2mm的高度进行切割；如果使用锯，考虑到锯条宽度对零件材料切削消耗的影响，则预留5mm的