Aplicación del moldeo fotopolimerizable en moldeo fotopolimerizable
Entre los diversos métodos de proceso de creación rápida de prototipos que se utilizan actualmente, la estereolitografía tiene las características de una alta automatización del proceso de moldeo, buena calidad superficial de los prototipos producidos, alta precisión dimensional y la capacidad de lograr dimensiones de moldeo relativamente finas. convirtiéndolo en el más utilizado. Tiene aplicaciones en intercambio de diseño conceptual, fundición de precisión de una sola pieza y lotes pequeños, modelos de productos, herramientas rápidas y moldeado directo al producto en las industrias aeroespacial, automotriz, de electrodomésticos, bienes de consumo y médica.
1 Aplicación de SLA en el campo aeroespacial
En el campo aeroespacial, el modelo SLA se puede utilizar directamente en pruebas de túnel de viento para comprobar la capacidad de fabricación y montaje. Las piezas aeroespaciales son a menudo sistemas complejos que operan en un espacio limitado. Después de utilizar la tecnología de estereolitografía, no solo se puede realizar una inspección de interferencias de ensamblaje basada en prototipos SLA, sino que también se puede discutir y evaluar la capacidad de fabricación para determinar el mejor y razonable proceso de fabricación. A través de tecnologías auxiliares como la fundición rápida a la cera perdida y la fundición rápida en arena, llevamos a cabo la producción en una sola pieza y en lotes pequeños de piezas complejas especiales (como turbinas, álabes, impulsores, etc.), así como la producción de prueba y pruebas de motores. y otros componentes.
En el campo de la aviación, muchas piezas de motores se fabrican mediante fundición de precisión, pero para la producción de moldes de madera de alta precisión, los procesos tradicionales son muy costosos y requieren mucho tiempo de producción. Utilizando el proceso SLA, el molde maestro para fundición a la cera perdida se puede producir directamente a partir del modelo digital CAD, lo que reduce considerablemente el tiempo y los costos. En tan solo unas horas, se puede obtener un maestro de creación rápida de prototipos SLA estructuralmente complejo y de bajo costo a partir de un modelo digital CAD para microfusión.
Utilizando la tecnología de moldeo fotopolimerizable, se pueden producir varias carcasas, instalar sensores y probarlos directamente en el túnel de viento. De esta manera, se evita el costo y el tiempo necesarios para fabricar moldes de superficie complejos y se puede seleccionar la mejor solución de corrección entre múltiples soluciones de diseño más rápidamente, acortando así en gran medida el ciclo de verificación y los costos de desarrollo en todo el proceso de desarrollo. Además, el modelo de misil de tamaño completo producido utilizando tecnología de estereolitografía puede mostrar claramente la apariencia, estructura y principios de combate del misil después del correspondiente tratamiento de pulverización en la superficie del modelo. Su efecto de visualización y explicación supera con creces la simple simulación de dibujo por computadora. se puede fabricar y ensamblar para verificar su capacidad de fabricación antes de la producción en masa formal.
2 Aplicaciones de SLA en otros campos de fabricación
Además de sus importantes aplicaciones en el campo aeroespacial, la tecnología de creación rápida de prototipos por fotocurado también es muy importante y ampliamente utilizada en otros campos de fabricación. , como en el campo de la automoción, el campo de la fabricación de moldes, el campo de los electrodomésticos y el campo de la fundición, etc. La siguiente es una breve introducción a la aplicación de la tecnología de creación rápida de prototipos fotopolimerizable en el campo de la automoción y el campo de la fundición.
La producción de automóviles moderna se caracteriza por la multiplicidad de modelos y los ciclos cortos. Para satisfacer las diferentes necesidades de producción se requiere de constantes remodelaciones. Aunque la tecnología moderna de simulación por computadora continúa mejorando y puede completar diversos análisis de potencia, resistencia y rigidez, aún es necesario convertir el objeto real en imágenes de apariencia verificables, herramientas instalables y piezas desmontables durante la investigación y el desarrollo. Para piezas con formas y estructuras muy complejas, la tecnología de estereolitografía se puede utilizar para producir prototipos de piezas para verificar las ideas de diseño del diseñador y utilizar prototipos de piezas para pruebas funcionales y de ensamblaje.
La tecnología de creación rápida de prototipos fotopolimerizable también se puede utilizar para el análisis de flujo en la investigación de pruebas de motores. Las técnicas de análisis de flujo se utilizan para determinar los patrones de flujo de líquidos o gases a través de componentes complejos. Se instala un modelo transparente en un banco de pruebas simple, con un determinado líquido circulando en el medio, y se agregan algunas partículas finas o burbujas finas al líquido para mostrar el flujo del líquido en el canal de flujo. Esta tecnología se ha utilizado con éxito en la investigación de sistemas de refrigeración de motores (culatas, depósitos de agua de la carrocería), conductos de admisión y escape, etc. La clave del problema radica en que la producción de modelos transparentes lleva mucho tiempo, es costosa y tiene poca precisión. Sin embargo, el uso de la tecnología SLA combinada con el modelado CAD solo lleva de 4 a 5 semanas y el costo es de solo 1. /3 del anterior. El modelo transparente producido puede cumplir plenamente con los requisitos de datos CAD del tanque de agua de la carrocería y la culata, y la calidad de la superficie del modelo también puede cumplir con los requisitos.
Además de los usos anteriores en la industria automotriz, la tecnología de estereolitografía también se puede combinar con tecnología de ingeniería inversa y tecnología de fabricación rápida de moldes para el diseño de carrocerías de automóviles, producción de prueba de ensamblajes de parachoques delanteros y traseros, paneles de puertas interiores y otras estructuras Producción de prototipos/muestras funcionales de prueba, producción de piezas de carreras, etc.
En la producción de fundición, la fabricación de plantillas, cajas de núcleos, patrones de cera y moldes de fundición a presión a menudo utiliza métodos de procesamiento mecánico y, a veces, requiere reparación de alicates, lo que requiere mucho tiempo y mano de obra, y La precisión no es alta. Especialmente para algunas piezas fundidas con formas complejas (como palas de motores de aviones, hélices marinas, automóviles, bloques de tractores, culatas de cilindros, etc.), la fabricación de moldes es un gran problema. Aunque los talleres de fundición de algunas grandes empresas también están equipados con algunas máquinas herramienta CNC, fresado de moldes y otros equipos avanzados, además de los costosos equipos, el ciclo de procesamiento de moldes también es muy largo y sin un buen soporte de sistema de software, programación de máquinas herramienta. También es muy difícil. La aparición de la tecnología de creación rápida de prototipos proporciona garantías estructurales más rápidas, precisas y complejas para la producción de moldes de fundición.
Progreso de la investigación de la tecnología de moldeo fotopolimerizable
Desde la llegada de la tecnología de fabricación de prototipos rápidos fotopolimerizables, ha desempeñado un papel muy importante en el campo de la fabricación rápida y se ha convertido en el foco de atención en la comunidad de ingenieros. La precisión de la producción de prototipos fotopolimerizables y el coste de rendimiento de los materiales de moldeo siempre han sido puntos calientes de investigación en este campo técnico. En la actualidad, muchos investigadores han propuesto muchos métodos para mejorar la precisión de la producción de muestras fotocuradas mediante el análisis de varios factores que afectan la precisión del moldeo en términos de parámetros de moldeo, métodos de moldeo, curado del material, etc., como el proceso de curado de la superposición de la línea de escaneo. área, mejora El método de doble exposición, el método de corte directo utilizando datos originales CAD desarrollados por la investigación, el método de optimización de los parámetros del proceso antes de la producción y el procesamiento de piezas, etc. Estos métodos de proceso pueden reducir la deformación de las piezas, reducir la tensión residual y mejorar la precisión de la producción de prototipos. Además, el material utilizado en SLA es resina fotosensible líquida y su rendimiento afecta directamente indicadores importantes como la resistencia y tenacidad de las piezas moldeadas, lo que a su vez afecta las perspectivas de aplicación de la tecnología SLA. Por lo tanto, en los últimos años se han realizado muchas investigaciones para mejorar el rendimiento de los materiales de moldeo y reducir los costos, y se han propuesto muchos métodos de proceso efectivos, por ejemplo, dispersar nanosílice modificada en una resina fotosensible mixta de radicales libres y cationes. la resina fotosensible aumenta críticamente la exposición y la profundidad de proyección se vuelve más pequeña, lo que mejora significativamente la resistencia al calor, la dureza y la resistencia a la flexión de las piezas moldeadas; agregar bigotes de SiC a la base de resina puede mejorar la dureza y confiabilidad de la base de resina; Un nuevo tipo de resina curable con luz visible. Este nuevo tipo de resina se puede curar con luz visible. Tiene una velocidad de curado rápida y es menos dañina para el cuerpo humano. Puede reducir en gran medida los costos y al mismo tiempo mejorar la eficiencia de la producción.
Hoy en día, cuando el desarrollo de la tecnología de creación rápida de prototipos fotopolimerizables se ha vuelto relativamente maduro, constantemente surgen varios procesos de moldeo nuevos. La siguiente es una perspectiva de la tecnología SLA desde dos aspectos: tecnología de fabricación de prototipos rápidos de curado con poca luz y biomedicina.
1 Tecnología de fabricación de prototipos rápidos de curado con poca luz
Actualmente, la precisión de moldeo de los equipos SLA tradicionales es de ±0,1 mm, lo que puede satisfacer mejor las necesidades generales de ingeniería. Sin embargo, en los campos de la microelectrónica y la bioingeniería, generalmente se requiere que las piezas tengan estructuras finas micrométricas o submicrónicas, y la tecnología de proceso SLA tradicional no puede satisfacer las necesidades de este campo. Especialmente en los últimos años, el rápido desarrollo de MEMS (sistemas microelectromecánicos) y la tecnología microelectrónica ha hecho de la fabricación de estructuras micromecánicas un tema candente con un importante valor de investigación y valor económico. La microestereolitografía (μ-SL) es una nueva tecnología de creación rápida de prototipos desarrollada sobre la base de la tecnología SLA tradicional y se utiliza para fabricar estructuras micromecánicas. Esta tecnología se propuso ya en la década de 1980 y, después de casi 20 años de esfuerzos de investigación, se ha aplicado hasta cierto punto. En la actualidad, la tecnología μ-SL propuesta e implementada incluye principalmente la tecnología μ-SL basada en el efecto de absorción de un solo fotón y la tecnología μ-SL basada en el efecto de absorción de dos fotones, que pueden mejorar la precisión de moldeo de la tecnología SLA tradicional al sub. -Nivel de micras y abrir nuevos campos. Aplicación de la tecnología de fabricación aditiva en la fabricación de micromecanizado. Sin embargo, la mayoría de las tecnologías de fabricación μ-SL tienen costos elevados, por lo que la mayoría de ellas aún se encuentran en la etapa de laboratorio y todavía queda una cierta distancia para lograr una producción industrial a gran escala. Por lo tanto, las direcciones de investigación futuras en este campo son: desarrollar tecnología de producción de bajo costo para reducir los costos de los equipos; desarrollar nuevos materiales de resina para mejorar aún más la precisión de la tecnología de fotoformación; establecer modelos matemáticos y físicos μ-SL para brindar soluciones a problemas prácticos en ingeniería; Base teórica; realizar la combinación de μ-SL con otros campos, como la bioingeniería [8], etc.
2 Campo biomédico
La tecnología de creación rápida de prototipos fotopolimerizable proporciona un nuevo método para modelos de órganos humanos que no se pueden fabricar o son difíciles de fabricar con métodos tradicionales basados en tecnología de moldeo fotopolimerizable. en imágenes de TC es un método eficaz utilizado en la producción de prótesis, la planificación quirúrgica compleja y la producción de prótesis orales y maxilofaciales.
La ingeniería de tejidos es un tema interdisciplinario emergente a la vanguardia de la investigación en ciencias biológicas y un campo de aplicación prometedor para la tecnología de estereolitografía. A partir de la tecnología SLA se pueden fabricar andamios óseos artificiales bioactivos, que tienen excelentes propiedades mecánicas y biocompatibilidad con las células, y son beneficiosos para la adhesión y el crecimiento de los osteoblastos. Como se muestra en la Figura 5, el andamio de ingeniería de tejidos fabricado con tecnología SLA se implantó en preosteoblastos de ratón y los efectos de implantación y adhesión celular fueron muy buenos [9].