快速成型技術(shù)是以液態(tài)光敏聚合物(環(huán)氧樹(shù)脂或/和丙烯酸樹(shù)脂等)為原料，采用紫外線激光掃描分層成型實(shí)體的方法。立體平板印刷設(shè)備(StereoLithographyApparatus，簡(jiǎn)稱SLA)是快速成型技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn)設(shè)備之一，具有制作精度和原材料利用率高的特點(diǎn)，可用于制造形狀復(fù)雜的高精度實(shí)體。本工作探討SLA快速成型技術(shù)在室溫硫化硅橡膠(RTV硅橡膠)密封件制造中的應(yīng)用。
1 技術(shù)原理
SLA快速成型分為三步:前處理、分層疊加自由成型和后處理。前處理是根據(jù)用戶提供的圖紙或?qū)嵨镞M(jìn)行成品的CAD設(shè)計(jì)，即三維建模，如有可能，還可對(duì)實(shí)物進(jìn)行光學(xué)掃描或CT掃描，直接得到成品的三維模型，然后輸出STL格式的三維模型文件(三角面片文件)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分層(厚度為0.05~0.5 mm)切片處理和支撐編輯處理(類似添加加工夾具，但支撐件與模具同時(shí)成型)。
分層疊加自由成型是快速成型的核心，包括切層制作與切層疊合，其原理如圖1所示。具體過(guò)程是:紫外線激光對(duì)CAD設(shè)計(jì)的各分層截面逐點(diǎn)掃描，使被掃描區(qū)域的樹(shù)脂薄層產(chǎn)生光聚反應(yīng)而交聯(lián)固化;當(dāng)該薄層固化后，工作臺(tái)向下移動(dòng)，在剛剛固化的樹(shù)脂表面布放新的液態(tài)樹(shù)脂層，同時(shí)刮刀進(jìn)行水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使液面保持水平，再進(jìn)行新一層的掃描固化;新固化的樹(shù)脂層牢固地粘合在前一固化層上，如此重復(fù)至實(shí)體成型完畢。
圖1 SLA分層疊加自由成型原理示意圖后處理就是從SLA中取出成型產(chǎn)品，進(jìn)行打磨、拋光。
SLA快速成型技術(shù)可用于制作樹(shù)脂模具，該模具適用于小批量、高精度的室溫(低溫)澆注成型橡膠制品的生產(chǎn)。
2.在RTV硅橡膠密封件制造中的應(yīng)用
甘肅省某醫(yī)院所用CHO1型腹腔鏡手術(shù)儀(德國(guó)ETM公司產(chǎn)品)的兩種橡膠密封件(如圖2和3所示)破損時(shí)，如果購(gòu)買(mǎi)進(jìn)口配件，一方面費(fèi)用很高;另一方面不能及時(shí)到貨，影響手術(shù)的正常開(kāi)展。為此，我們按院方要求，在一個(gè)工作日完成這兩種橡膠密封件的制作。
 2.1模具制造
2.1.1 CAD設(shè)計(jì)
首先用游標(biāo)卡尺、內(nèi)徑千分尺和外徑千分尺等對(duì)破損橡膠密封件尺寸和安裝軸進(jìn)行**測(cè)量，并根據(jù)所用膠料彈性和收縮率，確定密封件孔與軸配合的過(guò)盈量為0.15~0.2mm。
完成密封件測(cè)繪后，進(jìn)行模具的CAD設(shè)計(jì)，CAD設(shè)計(jì)的原則是用*少的材料構(gòu)造模具。腹腔鏡手術(shù)儀橡膠密封件模具的CAD模型如圖4和5所示(均布6個(gè)澆注孔的端面為非裝配面)，該模具型腔壁厚僅為0.5mm。
圖4 橡膠密封件A模具的CAD模型
圖5 橡膠密封件B模具的CAD模型2.1.2成型
完成模具的CAD設(shè)計(jì)后，將STL格式的三維模型文件傳送至SLA快速成型機(jī)(型號(hào)為SPS450B，液槽尺寸為450 mm X 450mm，西安交通大學(xué)**制造技術(shù)研究所產(chǎn)品)，成型所用SPR-3010型光敏樹(shù)脂(配方為:雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂83,乙氧化己二醇二丙烯酸醋17,1,4-經(jīng)甲基環(huán)己烷二乙烯基醚4.8，二芳基六氟砷酸硫錫鹽7.2，安息香雙甲醚4.8)的耐水性、耐化學(xué)藥品性、尺寸穩(wěn)定性及韌性好，強(qiáng)度高，適用溫度和濕度范圍寬，可用于汽車部件、航空部件和醫(yī)療器械等的生產(chǎn)。
通過(guò)RPData數(shù)據(jù)處理軟件確定模具模型在工作臺(tái)上按澆口向上的方式平放，然后對(duì)三維模型進(jìn)行分層切片處理，切片厚度為0. 2mm，從而使三角面片文件轉(zhuǎn)化為二維層片的輪廓信息。為防止成型過(guò)程模具翹曲變形及保證模具制作的穩(wěn)定性，還必須進(jìn)行模型的支撐設(shè)計(jì)。其后，按兩種規(guī)格模具各生產(chǎn)10個(gè)勻布工作臺(tái)。*后，運(yùn)行RPBuild制作軟件，即打開(kāi)激光器和將工作液面調(diào)零，進(jìn)行逐層激光掃描固化與疊合成型，完成模具的制作。本密封件模具的SLA快速成型工藝參數(shù)為:樹(shù)脂溫度30℃，激光功率160mW,激光波長(zhǎng)355 nm，光強(qiáng)度1.9 X 100000 cd，填充掃描速度2 200 mm. s-1 ,填充向量間距0.1mm。成型模具用丙酮洗去油脂并除去支撐，*后將成型模具放在紫外線燈下照射2h，以進(jìn)一步交聯(lián)固化。
采用SLA快速型技術(shù)制造的腹腔鏡手術(shù)儀橡膠密封件模具如圖6和7所示。完成這兩種規(guī)格各10個(gè)模具的成型僅需3h左右。
 2. 2密封件制造
采用雙組分加成型RTV硅橡膠澆注成型腹腔鏡手術(shù)儀密封件。組分A的配方為:端輕基聚二甲基硅氧烷100，白炭黑6.3 ,氧化鉛12. 5，甲基硅油6. 3;組分B的配方為:硅酸乙酷119，二烷基二梭酸錫6. 3。組分A與B按10：1的比例混合均勻后，將混合液緩慢倒人已放置20個(gè)快速成型模具的容器中(為防止抽真空時(shí)混合液溢出容器，容器的高度設(shè)計(jì)為模具高度的3~-4倍)，混合液通過(guò)模具澆注孔注人型腔。其后，將容器放人真空箱中，在真空度為8. 5 X10-6Pa條件下排除混合液中的空氣和濕氣氣泡。排氣后，從真空箱中取出容器，在60℃的電熱箱中硫化4h。*后，將硫化產(chǎn)品從烘箱中取出，用手剝?nèi)テ渖系哪＞弑?，用砂紙輕輕打磨澆口處凸起部分，使端面平整、光滑，就得到成品密封件(如圖8和9所示)。經(jīng)檢測(cè)，該密封件性能滿足要求，并隨即投人使用。實(shí)際使用表明，該密封使用性能完全達(dá)到原配件水平。
 3 結(jié)論
SLA快速成型技術(shù)適用于小批量、高精度的室溫(低溫)澆注成型橡膠制品的生產(chǎn)。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，其生產(chǎn)周期縮短60 %~70%，生產(chǎn)成本幅降低。
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