引言

　　在現(xiàn)代市場經(jīng)濟全球一體化背景下的今天，企業(yè)要在競爭日益激烈的市場經(jīng)濟中掌握先機，占據(jù)有利地位，需要有技術(shù)和產(chǎn)品上的創(chuàng)新，把握并引導市場的發(fā)展方向。與此同時，對于市場的需求，企業(yè)需要做出快速的響應。而目前大多數(shù)水泵企業(yè)都是用傳統(tǒng)的方法來開發(fā)新產(chǎn)品，產(chǎn)品研發(fā)的周期比較長，更難以實現(xiàn)小批量、多品種、改型快的要求。

　　激光燒結(jié)快速自動成型技術(shù)是近年來發(fā)展起來的直接根據(jù)CAD 模型快速生產(chǎn)樣件或零件的成組技術(shù)總稱。它集中了計算機輔助設計和制造技術(shù)、激光技術(shù)和材料科學技術(shù)，是先進制造技術(shù)的重要組成部分。隨著越來越多的水泵企業(yè)引進快速成型系統(tǒng)，在降低新產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)成本、縮短研發(fā)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(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武漢濱湖機電技術(shù)產(chǎn)業(yè)有限公司生產(chǎn)的HRPS-IV快速成型系統(tǒng)。該設備采用激光燒結(jié)快速自動成型技術(shù)，其基本工作原理是離散與堆積，在使用該技術(shù)時，設計者首先借助現(xiàn)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(shù)據(jù)，建立一個產(chǎn)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(jīng)過必要的后續(xù)處理，使完成的部件在性能、形狀尺寸、外觀等方面達到設計要求。應用激光燒結(jié)快速自動成型技術(shù)來進行產(chǎn)品制造，可以忽略產(chǎn)品部件的外形復雜程度(這也是與傳統(tǒng)機械加工方式制造產(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±0.2mm 200mm。如圖1所示，整個成型過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(fā)出激光，計算機控制激光器的開關(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)。激光束掃過之處，粉末燒結(jié)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(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。激光掃過之后，所形成的第二個片層也燒結(jié)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(shù)可以幫助說明。首先，因為零件是在高溫下燒結(jié)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(shù)的設置，HRPS-IV快速成型系統(tǒng)的層厚設置根據(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，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(shù)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(jié)成型，掃描線寬太小，容易導致燒結(jié)區(qū)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(jié)快速成型技術(shù)制作浸樹脂件，然后進行產(chǎn)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(zhuǎn)換成STL 文件格式，導入快速成型設備。設置系統(tǒng)的零件制作參數(shù)，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(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(jié)合激光燒結(jié)快速成型技術(shù)的實踐積累就泵件制作在幾方面重點剖析。