快速原型技術(shù)

本節(jié)要點快速原型制造的工作原理快速原型制造的工藝過程典型的RPM方法：SLA，SLS，LOM，F(xiàn)DM，3D-Printing快速原型制造技術(shù)

RapidPrototypingManufacturing

二、RPM技術(shù)原理

成形學(xué)與離散堆積原理成形（Forming）：將物體有序地組織成具有確定外形和一定功能的三維實體。包括三個基本要素：物質(zhì)的提取，序的建立，完成（形狀、功能）三維實體。成形學(xué)（Shaping）：從方法論高度系統(tǒng)地研究成形的科學(xué)，著重研究成形三要素及其之間的相互作用。成形方式：1去除成形（DislodgeForming）運用分離的方法，把一部分材料有序地從基體上分離出去而成形的方法。Turning,Milling,Grinding,Boringetc..一、RPM技術(shù)的產(chǎn)生2堆積成形（StackingForming）

運用合并與連接的方法，把材料（氣、液、固相）有序地合并堆積起來的成形方法。RPM。3受迫成型（ForcedForming）

利用材料的可成形性（如塑性）在特定外圍約束（邊界約束或外力約束)下的成形方法。Extrude，Cast，

Powdermetallurgy。4生長成形（GrowthForming)

利用材料的活性進行成形的方法。自然系統(tǒng)中生物個體發(fā)育，人為系統(tǒng)中還沒有。

RPM屬于離散/堆積成形。RPM技術(shù)是采用軟件離散材料堆積的原理實現(xiàn)零件的成形過程。通過離散獲得堆積的路徑、順序、限制和方式，通過堆積材料“疊加”起來形成三維實體。RPM作業(yè)過程：CAD模型建立。STL文件生成。分層切片。快速堆積成型

。RPS分層切片STL文件CAD模型三維數(shù)字化儀等CAD造型系統(tǒng)三、典型RPM成形方法

1.光敏液相固化法－StereoLithographyApparatus，SLA

SLA工藝于1984年獲美國專利，1988年美國3DSystem公司推出的商品化樣機SLA-1，是世界上第一臺快速原型技術(shù)成形機。這種方法的代表還有日本和德國。光敏液相固化法的基本原理SLA工藝成形的產(chǎn)品特點SLA工藝成形的零件精度較高，可達±0.1mm；可形成任意復(fù)雜形狀的零件；材料利用率高，性能可靠，產(chǎn)品透明美觀，可直接做力學(xué)實驗。局限性：需要支撐，設(shè)備昂貴，樹脂收縮導(dǎo)致精度下降，光固化樹脂價格昂貴，有一定的毒性且產(chǎn)品不能溶解，不利于環(huán)保。鼠標(biāo)外殼激

光樹脂原型照相機激光樹脂原型

美國Helisys公司于1986年研制成功。該方法的代表是美國Helisys公司的LOM-1050和LOM-2030成形機，日本Kira公司的KSC-50成形機。2.選區(qū)片層粘結(jié)法（LaminatedObjectManufacturing，

LOM）

選區(qū)片層粘結(jié)法的基本原理

（1）使用膠紙作為成型材料，成本低，原材料易于獲得，無交變，無熱應(yīng)力，形狀和尺寸精度穩(wěn)定

；（2）成型后的模型需密封保存以免吸潮；（3）由于無須進行化學(xué)反應(yīng)，成型件尺寸可以制得很大；（4）Z向精度比SLA和SLS要低；（5）紙張上有交叉格，便于成型后去除模型周邊的廢料，但剝離費時；（6）模型有類木紋的紋理；（7）適合于航空、汽車等行業(yè)中體積較大的制件，但由于適應(yīng)面較窄，漸趨淘汰。LOM的特點

美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校于1989年研制成功，已被美國DTM公司商品化，推出SLSModel125成形機。德國EOS公司和我國的北京隆源自動成形系統(tǒng)有限公司也分別推出了各自的SLS工藝成形機。3.選擇性（選區(qū)）激光燒結(jié)法（SelectiveLaserSintering，SLS）選擇性激光燒結(jié)的基本原理選擇性激光燒結(jié)（SLS）的產(chǎn)品特點1、材料適應(yīng)面廣。能制造塑料零件，陶瓷、蠟、尼龍等材料的零件。能制造出直接使用的金屬零件。2、不需加支撐。3、精度不高。平均精度為±0.15～±0.2mm，表面粗糙度不好，不宜做薄壁件。

1988年研制成功，由美國Stratasys公司推出商品化的3DModeler1000和FDM1600等規(guī)格的系列產(chǎn)品。最新產(chǎn)品是制造大型ABS原型的FDM8000等型號的產(chǎn)品。

4.熔絲沉積成形法（FusedDepositionModeling，F(xiàn)DM）熔絲沉積成形的基本原理五、RPM技術(shù)的研究和應(yīng)用全球RP設(shè)備裝機量醫(yī)學(xué)新產(chǎn)品快速開發(fā)制造快速模具快速鑄造快速原型制造在新產(chǎn)品快速開發(fā)中的應(yīng)用

利用加工樣品，找出新產(chǎn)品外觀&結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷，完善設(shè)計。

車輛零件開發(fā)與試制

消費類產(chǎn)品開發(fā)與試制

玩具產(chǎn)品開發(fā)與試制

電子產(chǎn)品開發(fā)與試制

利用加工的樣品可以進行裝配和功能驗證。

利用新產(chǎn)品樣件可先進行市場調(diào)研，投標(biāo)、招標(biāo)。

快速原型制造在快速模具上的應(yīng)用快速原型制造在快速鑄造上的應(yīng)用快速原型制造在快速鑄造上的應(yīng)用模型實例1轎車車燈模型實例2電話機外殼模型實例3皮鞋底（二）模具制造注射模具硅橡膠模樹脂型復(fù)合模沖壓模具消失模陶瓷型精鑄模模具實例1手機外殼橡膠模

模具實例2拐頭樹脂型復(fù)合模模具實例3電子產(chǎn)品注射模（三）模型制造醫(yī)學(xué)模型藝術(shù)模型建筑模型模型制作實例1CT掃描股骨模型模型制作實例2藝術(shù)模型SLA

光敏液相固化法FDM

熔絲沉積成形法SLS

選區(qū)激光燒結(jié)法LOM

選區(qū)片層粘接法優(yōu)點

(1)成形速度極快，成形精度、表面質(zhì)量高；

(2)適合做小件及精細(xì)件。(1)成形材料種類較多，成形樣件強度好，能直接制作ABS塑料；

(2)尺寸精度較高，表面質(zhì)量較好，易于裝配；

(3)材料利用率高；

(4)操作環(huán)境干凈、安全可在辦公室環(huán)境下進行。(1)有直接金屬型的概念，可直接得到塑料、蠟或金屬件；

(2)材料利用率高；造型速度較快。(1)成形精度較高；

(2)只須對輪廓線進行切割，制作效率高，適合做大件及實體件；

(3)制成的樣件有類似木質(zhì)制品的硬度，可進行一定的切削加工。缺點

(1)成形后要做進一步固化處理；

(2)光敏樹脂固化后較脆，易斷裂，可加工性不好；

(3)工作溫度不能超過100℃，成形件易吸濕膨脹，抗腐蝕能力不強。(1)成形時間較長；

(2)做小件和精細(xì)件時精度不如SLA。(1)成形件強度和表面質(zhì)量較差，精度低。

(2)在后處理中難于保證制件尺寸精度，后處理工藝復(fù)雜，樣件變型大，無法裝配。(1)不適宜做薄壁原型；

(2)表面比較粗糙，工件表面有明顯的臺階紋，成型后要進行打磨；

(3)易吸濕膨脹，成形后要盡快做表面防潮處理；

(4)工件強度差，缺少彈性。SLA

光敏液相固化法FDM

熔絲沉積成形法SLS

選區(qū)激光燒結(jié)法LOM

選區(qū)片層粘接法設(shè)備購置費用高昂低廉高昂中等維護和日常使用費