引言
在現(xiàn)代市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)全球一體化背景下的今天，企業(yè)要在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中掌握先機(jī)，占據(jù)有利地位，需要有技術(shù)和產(chǎn)品上的創(chuàng)新，把握并引導(dǎo)市場(chǎng)的發(fā)展方向。與此同時(shí)，對(duì)于市場(chǎng)的需求，企業(yè)需要做出快速的響應(yīng)。而目前大多數(shù)水泵企業(yè)都是用傳統(tǒng)的方法來(lái)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，產(chǎn)品研發(fā)的周期比較長(zhǎng)，更難以實(shí)現(xiàn)小批量、多品種、改型快的要求。
激光燒結(jié)快速自動(dòng)成型技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的直接根據(jù)CAD 模型快速生產(chǎn)樣件或零件的成組技術(shù)總稱(chēng)。它集中了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造技術(shù)、激光技術(shù)和材料科學(xué)技術(shù)，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。隨著越來(lái)越多的水泵企業(yè)引進(jìn)快速成型系統(tǒng)，在降低新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)成本、縮短研發(fā)周期、提高市場(chǎng)快速響應(yīng)能力等方面起到了積極的作用，從而保持了強(qiáng)大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
一、HRPS-IV 快速成型系統(tǒng)在泵制造中的工藝技術(shù)
1.1系統(tǒng)原理
我公司選用的是華中科技大學(xué)武漢濱湖機(jī)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)有限公司生產(chǎn)的HRPS-IV快速成型系統(tǒng)。該設(shè)備采用激光燒結(jié)快速自動(dòng)成型技術(shù)，其基本工作原理是離散與堆積，在使用該技術(shù)時(shí)，設(shè)計(jì)者首先借助現(xiàn)有的主流三維設(shè)計(jì)軟件或者通過(guò)逆向工程所采集的幾何數(shù)據(jù)，建立一個(gè)產(chǎn)品的三維模型，這是完成快速成型制造的一項(xiàng)基本條件。然后導(dǎo)出相應(yīng)的STL 文件格式輸入快速成型機(jī)當(dāng)中，再?gòu)腟TL 文件“切”出設(shè)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(lái)便是所設(shè)計(jì)零件的原型件。部件完成后，再經(jīng)過(guò)必要的后續(xù)處理，使完成的部件在性能、形狀尺寸、外觀等方面達(dá)到設(shè)計(jì)要求。應(yīng)用激光燒結(jié)快速自動(dòng)成型技術(shù)來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品制造，可以忽略產(chǎn)品部件的外形復(fù)雜程度(這也是與傳統(tǒng)機(jī)械加工方式制造產(chǎn)品的最大區(qū)別之一)，原材料的利用率接近100%，制造精度可達(dá)±0.2mm 200mm。如圖1所示，整個(gè)成型過(guò)程是在成型活塞筒內(nèi)完成，在成型活塞筒的兩側(cè)各有一個(gè)供粉活塞筒。成型步驟如下：
圖1 HRPS-IV 設(shè)備原理和外觀
HRPS-IV設(shè)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(shí)，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(fā)出激光，計(jì)算機(jī)控制激光器的開(kāi)關(guān)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(kāi)與關(guān)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(guān)。激光束掃過(guò)之處，粉末燒結(jié)成一定厚度的片層，未掃過(guò)的地方仍然是松散的粉末，這樣零件的第一層就制造出來(lái)了。這時(shí)，成型活塞下移一定距離，這個(gè)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(guān)，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(guò)之后，所形成的第二個(gè)片層也燒結(jié)在第一層上，如此反復(fù)，一個(gè)三維實(shí)體就疊加制造出來(lái)了。
在上述原型件的制作過(guò)程中，有幾項(xiàng)設(shè)置參數(shù)可以幫助說(shuō)明。首先，因?yàn)榱慵窃诟邷叵聼Y(jié)成型的，成型以后回到常溫下，零件都有一個(gè)收縮。因此，為了抵消這種收縮，需要進(jìn)行模型放大補(bǔ)償，一般沿Z 向放大1.005倍。另外，切片處理參數(shù)的設(shè)置，HRPS-IV快速成型系統(tǒng)的層厚設(shè)置根據(jù)精度要求，一般為0.2mm。該系統(tǒng)所用的刀具指的是激光束，在燒結(jié)零件外輪廓時(shí)，激光束成型的并不是理論上的一條線(xiàn)，因此需要進(jìn)行刀具補(bǔ)償，該補(bǔ)償為0.15mm。零件進(jìn)行切片處理，掃描參數(shù)一般選擇掃描線(xiàn)寬為0.15mm，即激光束掃描軌跡之間的間隔。掃描線(xiàn)寬太大，不容易燒結(jié)成型，掃描線(xiàn)寬太小，容易導(dǎo)致燒結(jié)區(qū)溫度過(guò)高。
1.2 泵零件制作的工藝過(guò)程
如圖2 所示為葉輪制作的簡(jiǎn)要工藝過(guò)程說(shuō)明，葉輪是泵中的核心部件，我們可以應(yīng)用激光燒結(jié)快速成型技術(shù)制作浸樹(shù)脂件，然后進(jìn)行產(chǎn)品的裝配和性能測(cè)試；也可以制作蠟?zāi)＃^而獲得金屬鑄造件。我公司先使用Pro-Engineer 進(jìn)行三維造型，將其轉(zhuǎn)換成STL 文件格式，導(dǎo)入快速成型設(shè)備。設(shè)置系統(tǒng)的零件制作參數(shù)，進(jìn)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(jié)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(lái)的后處理工藝分為浸樹(shù)脂件和蠟?zāi)５闹谱鲀煞N情況，在這里首先闡明浸樹(shù)脂件的制作工藝。在原型件的表面用刷子反復(fù)涂抹樹(shù)脂，使零件完全浸透，并用吸水紙將零件表面多余的樹(shù)脂吸干，然后放入60℃的烘箱中烘干。我們?cè)倏匆幌孪災(zāi)５暮筇幚砉に嚕瑢㈩A(yù)熱均勻的原型件放入65℃的蠟池中，待無(wú)氣泡溢出后，把蠟?zāi)Ｈ〕觯o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?zāi)！?/p>
上述是零件制作和后處理工藝的簡(jiǎn)要說(shuō)明，接下來(lái)我們結(jié)合激光燒結(jié)快速成型技術(shù)的實(shí)踐積累就泵件制作在幾方面重點(diǎn)剖析。
