《快速成型制造技術(shù)》-復(fù)習(xí)

《快速成型制造技術(shù)》_復(fù)習(xí)第一頁(yè)，共130頁(yè)?？焖僦圃旒夹g(shù)是由

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、

逆向工程（ReverseEngineering，簡(jiǎn)稱RE）、

快速成形（RapidPrototyping，簡(jiǎn)稱RP，或RapidPrototypingandManufacturing，簡(jiǎn)稱RP&M）、

快速制模（RapidTooling，簡(jiǎn)稱RT）一起在信息互聯(lián)網(wǎng)支持下，形成的一套快速制造系統(tǒng)的技術(shù)。 快速制造技術(shù)經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，在快速設(shè)計(jì)、逆向工程、快速成形、快速制模等各方面都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

第二頁(yè)，共130頁(yè)。

逆向工程（RE）、快速成形技術(shù)（RP&M）和快速制模技術(shù)（RT）是先進(jìn)制造技術(shù)和設(shè)計(jì)技術(shù)中相當(dāng)重要的部分。

RE、RP&M、RT在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用使得產(chǎn)品以優(yōu)良的品質(zhì)、低廉的制造成本加速進(jìn)入市場(chǎng)。第三頁(yè)，共130頁(yè)。逆向工程(ReverseEngineering)也稱反求工程、反向工程，它起源于精密測(cè)量和質(zhì)量檢驗(yàn)，是設(shè)計(jì)下游向設(shè)計(jì)上游反饋信息的回路。實(shí)物逆向工程是將實(shí)物轉(zhuǎn)變?yōu)镃AD模型相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)、幾何模型重建技術(shù)和產(chǎn)品制造技術(shù)的總稱，是將已有產(chǎn)品和實(shí)物模型轉(zhuǎn)化為工程設(shè)計(jì)模型和概念模型，并在此基礎(chǔ)上對(duì)已有產(chǎn)品進(jìn)行解剖、深化和再創(chuàng)造的過(guò)程。第四頁(yè)，共130頁(yè)?？焖俪尚停≧apidPrototyping，RP）技術(shù)是一種離散/堆積的加工技術(shù)，其基本過(guò)程是首先將零件的三維實(shí)體沿某一坐標(biāo)軸進(jìn)行分層處理，得到每層截面的一系列二維截面數(shù)據(jù)，按特定的成形方法（LOM、SLS、FDM、SLA等）每次只加工一個(gè)截面，然后自動(dòng)疊加一層成形材料，這一過(guò)程反復(fù)進(jìn)行直到所有的截面加工完畢生成三維實(shí)體原型。液態(tài)光敏樹(shù)脂固化(SLA，StereolithgraphyApparatus)熔融沉積成形（FDM，F(xiàn)usedDepositionModeling）選擇性激光燒結(jié)（SLS）分層實(shí)體制造（LOM）實(shí)體磨削固化（SGC，SolidGroundCuring）3DP……快速模具(RapidTooling，RT)技術(shù)指利用快速原型(RapidPrototyping，RP)技術(shù)制造快速模具，即RP+RT第五頁(yè)，共130頁(yè)。第六頁(yè)，共130頁(yè)。建立一套完整的逆向工程系統(tǒng)需要下列基本配備：測(cè)量設(shè)備，例如：三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、三維掃描儀；點(diǎn)數(shù)據(jù)處理軟件（逆向工程軟件）：Imageware、Geomagic…CAD/CAM/CAE軟件：UG、Pro/E、CATIA…CNC機(jī)床；快速成型機(jī)等。第七頁(yè)，共130頁(yè)。數(shù)據(jù)獲取方法非接觸方法接觸方法光學(xué)聲學(xué)磁學(xué)三角形法距離法結(jié)構(gòu)光法圖象分析法觸發(fā)式連續(xù)式干涉測(cè)量法MRI測(cè)量法CT測(cè)量法

超聲波法

逐層切除測(cè)量法第八頁(yè)，共130頁(yè)。

將被測(cè)物體置于三坐標(biāo)機(jī)的測(cè)量空間，可獲得被測(cè)物體上各測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)位置，根據(jù)這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值，經(jīng)計(jì)算可求出被測(cè)對(duì)象的幾何尺寸、形狀和位置。第九頁(yè)，共130頁(yè)。使用手動(dòng)或CNC利用一個(gè)可以做多方向感測(cè)指示的球形電子測(cè)頭，沿著X、Y、Z，3軸移動(dòng)以進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量時(shí)，測(cè)頭與工件表面保持切線接觸，達(dá)到特定壓力時(shí)，即可觸發(fā)信號(hào)，擷取測(cè)頭的X、Y、Z方向相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)。經(jīng)計(jì)算機(jī)計(jì)算處理，可得測(cè)頭與真實(shí)尺寸的關(guān)系，進(jìn)而紀(jì)錄點(diǎn)資料并作為后續(xù)逆向工程或相關(guān)工作做用。三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x(CMM)是接觸式測(cè)量的代表，它是一種發(fā)展較為成熟的接觸式測(cè)量設(shè)備，具有噪聲低、精度高（可達(dá)±0.5μm）、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，但測(cè)量速度慢、效率低，對(duì)軟體對(duì)象難以做精密測(cè)量，需要對(duì)測(cè)頭表面損傷和測(cè)頭半徑進(jìn)行補(bǔ)償，測(cè)量數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是高精度低密度。使用接觸式時(shí)，有這樣一些參數(shù)需要考慮：探頭型狀、大小、掃描間隔、步進(jìn)距離，允許誤差，掃描速度，掃描方向，掃描模態(tài)（固定速率或變化速率，單向或往復(fù)）等。一般掃描方向與模型陡峭面成正交為佳。由于工件形狀的不同，所以常常要將模型分成不同的區(qū)域以不同參數(shù)掃描。第十頁(yè)，共130頁(yè)。非接觸式測(cè)量系統(tǒng)是利用LED或激光光源，經(jīng)聚光透鏡直射待測(cè)工件物體，反射光線經(jīng)傳感器可以測(cè)得到位置坐標(biāo)值。根據(jù)物理作用方式的不同，非接觸式測(cè)量法可分為光學(xué)法、工業(yè)CT、超聲波法和磁共振（MRI）等。在逆向工程中，光學(xué)測(cè)量法應(yīng)用最為廣泛。典型的光學(xué)測(cè)量法有基于三角測(cè)量原理的主動(dòng)式結(jié)構(gòu)光編碼測(cè)量和基于圖象分析的被動(dòng)式斷層測(cè)量。根據(jù)編碼光的結(jié)構(gòu)，主動(dòng)式結(jié)構(gòu)光編碼的三角測(cè)量法可分為單激光點(diǎn)掃描法、光切法（LightSectioning）和投影光柵法等。其中，單激光點(diǎn)掃描法測(cè)量精度高，速度最低。相比之下，投影光柵法精度較低但數(shù)據(jù)獲取速度最高，而光切法的測(cè)量精度和速度都較理想。第十一頁(yè)，共130頁(yè)。(1)按自動(dòng)化程度分(a)數(shù)顯示及打印型 (b)帶小型計(jì)算機(jī)的測(cè)量機(jī)(c)計(jì)算機(jī)數(shù)字控制(CNC)型(2)按結(jié)構(gòu)形式與運(yùn)動(dòng)關(guān)系分類移動(dòng)橋式、龍門式、懸臂式、水平臂式、坐標(biāo)鏜床、臥鏜式和儀器臺(tái)式等。(3)按測(cè)量范圍分類(a)小型坐標(biāo)測(cè)量機(jī) (b)中型坐標(biāo)測(cè)量機(jī) (c)大型坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(4)按精度分類低精度測(cè)量機(jī)的單軸最大測(cè)量不確定度大體在1×10-4L左右，而空間最大測(cè)量不確定度為(2～3)×l0-4L，其中L為最大量程；中等精度的其單軸與空間最大測(cè)量不確定度分別約為1~10-5L和(2～3)×10-5L；精密度的則分別小于1×10-6L和(2～3)×10-6L。(5)按測(cè)量探頭是否和零件表面接觸分類三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)按測(cè)量探頭是否和零件表面接觸可分為接觸式、非接觸式。非接觸式又可分為激光式、光學(xué)式等。第十二頁(yè)，共130頁(yè)。大型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)大型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)主要用來(lái)檢測(cè)如飛機(jī)機(jī)翼、機(jī)身、汽車外殼以及航天器上的大型零部件。大型測(cè)量機(jī)的X方向的測(cè)量范圍一般在2000mm以上。一般來(lái)說(shuō)，大型測(cè)量機(jī)都配有較大容量的計(jì)算機(jī)，不但能進(jìn)行數(shù)控測(cè)量，而且能自動(dòng)對(duì)零件輪廓進(jìn)行表面連續(xù)掃描。中型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是機(jī)械制造工業(yè)中用的最廣泛的一種，適用于汽車、航空、機(jī)床、工具制造等領(lǐng)域。中型測(cè)量機(jī)的測(cè)量范圍是指X坐標(biāo)在500～1200mm范圍內(nèi)。中型測(cè)量機(jī)的品種規(guī)格相當(dāng)多。小型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)小型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)主要用于電子工業(yè)、機(jī)器制造工業(yè)中的小型零不見(jiàn)的檢測(cè)。小型測(cè)量機(jī)的測(cè)量范圍一般是X軸方向小于500mm。一般來(lái)說(shuō)，小型測(cè)量機(jī)的精度都較高。第十三頁(yè)，共130頁(yè)。

懸臂式測(cè)量機(jī)龍門固定式測(cè)量機(jī)龍門移動(dòng)式測(cè)量機(jī)活動(dòng)橋式測(cè)量機(jī)固定橋式測(cè)量機(jī)第十四頁(yè)，共130頁(yè)。第十五頁(yè)，共130頁(yè)。3D掃描的應(yīng)用醫(yī)學(xué)質(zhì)量管理CAD/CAM其它幾何造型、CNC模具與零件加工、電極制作、RP實(shí)體模型檢測(cè)立體定位手術(shù)人體測(cè)量1．動(dòng)畫2．電影3．廣告4．虛擬世界美容服裝設(shè)計(jì)化妝第十六頁(yè)，共130頁(yè)。(1)應(yīng)用行業(yè)模具及機(jī)加工汽車制造玩具兵器航空航天造船家用電器醫(yī)學(xué)整形樂(lè)器考古動(dòng)畫設(shè)計(jì)(2)應(yīng)用部門產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門柔性三坐標(biāo)測(cè)量逆向（反向）設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)改進(jìn)快速設(shè)計(jì)快速模具零部件存檔修改存檔產(chǎn)品性能仿真及計(jì)算機(jī)輔助工程CAE生產(chǎn)車間及設(shè)備檢修部門現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量重大物體測(cè)量在線檢測(cè)模具修改存檔設(shè)備檢修品質(zhì)保證部門快速測(cè)量在線檢測(cè)質(zhì)量檢測(cè)配套零部件質(zhì)量監(jiān)控管理部門制造過(guò)程優(yōu)化運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)控制運(yùn)行成本控制第十七頁(yè)，共130頁(yè)。測(cè)量數(shù)據(jù)的三維實(shí)體重構(gòu)是目前逆向工程領(lǐng)域研究的“瓶頸”。工程實(shí)際中原型往往不是由一張簡(jiǎn)單曲面構(gòu)成，而是由大量初等解析曲面（如平面、圓柱面、圓錐面、球面、圓環(huán)面等）及部分自由曲面組成，故三維實(shí)體重構(gòu)的任務(wù)是：將測(cè)量數(shù)據(jù)按實(shí)物原型的幾何特征進(jìn)行分割，針對(duì)不同數(shù)據(jù)塊采用不同的曲面建構(gòu)方案（如初等解析曲面、B-spline曲面、Bezier曲面、NURBS曲面等）進(jìn)行造型，將這些曲面塊拼接成實(shí)體。第十八頁(yè)，共130頁(yè)。目前比較流行的復(fù)雜曲面重構(gòu)軟件有美國(guó)IMAGEWARE公司的Surface，法國(guó)MATRA公司的Equlidstyler，英國(guó)DELCAM公司的CopyCAD等，它們大都具有“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)處理、曲線曲面構(gòu)造、曲面拼接、重構(gòu)質(zhì)量分析等功能。實(shí)體造型還需借助通用CAD軟件，如Pro/E、UG、CATIA、Cimatron以及Strim等。初等解析曲面的造型相對(duì)比較成熟，自由曲面的CAD建模是逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)之一。第十九頁(yè)，共130頁(yè)。讀入點(diǎn)云是否存在多視點(diǎn)云檢查數(shù)據(jù)對(duì)齊多視點(diǎn)云過(guò)濾、精簡(jiǎn)點(diǎn)云分塊是否第二十頁(yè)，共130頁(yè)。特征提取主要針對(duì)平面、柱面、球面、錐面等二次曲面的識(shí)別與點(diǎn)云數(shù)據(jù)分塊，其主要方法可大致分為三種：基于邊的方法（Edge-BasedMethod）基于面的方法(Surface-BasedMethod)混合法（HybridMethod）。數(shù)據(jù)分塊是指將點(diǎn)云數(shù)據(jù)劃分成互不重疊、特征單一的連通區(qū)域。由區(qū)域分割的定義不難看出，數(shù)據(jù)分塊與特征提取具有其內(nèi)在的聯(lián)系，兩者密不可分，屬“蛋”與“雞”的問(wèn)題。通過(guò)數(shù)據(jù)分塊進(jìn)行曲面重建是逆向工程建模的基本方法。

第二十一頁(yè)，共130頁(yè)?；谶叺姆椒ǎ褐饕槍?duì)圖象數(shù)據(jù)的幾何特征提取與區(qū)域分割。分割特征包括：尖邊（CreaseEdge）、跳躍邊（JumpEdge）、光順邊（SmoothEdge,VirtualEdge）三種邊界上的點(diǎn)及曲面上的點(diǎn)，根據(jù)邊界數(shù)據(jù)點(diǎn)曲率的特殊性（極值點(diǎn)，不連續(xù)點(diǎn)）識(shí)別Creaseedge與Jumpedge上的點(diǎn)，然后利用邊界數(shù)據(jù)點(diǎn)將圖像數(shù)據(jù)分割成互不連通的獨(dú)立區(qū)域。正象所有的基于邊的區(qū)域分割方法一樣，這種方法不能識(shí)別SmoothEdge，而且識(shí)別的邊界通常不封閉，因此該方法很難獲得良好結(jié)果?；诿娴姆椒ǎ褐饕獞?yīng)用二次曲面法矢、曲率(平均曲率和高斯曲率)具有一定規(guī)律的特性進(jìn)行區(qū)域分割。基于面的方法又可細(xì)分為基于二次曲面曲率特殊性的方法和擬合誤差控制的方法。第二十二頁(yè)，共130頁(yè)。在逆向工程的技術(shù)發(fā)展中有一重要課題，即是建立產(chǎn)品的CAD模型，并由此可再進(jìn)一步的到CAM處理或CAE的分析，而仿制出產(chǎn)品的外型。CAD模型是由許多不同的幾何形狀所組合而成，而每一種幾何形狀皆有其特性。曲面重構(gòu)是逆向工程的最重要的一步，也是反求工程CAD建模的主要目的之一。曲面重構(gòu)是以所測(cè)量的CMM或掃描點(diǎn)資料為輸入資料來(lái)重新建構(gòu)曲面模型。得到產(chǎn)品的數(shù)據(jù)資料后，用逆向工程軟件進(jìn)行點(diǎn)資料的處理，經(jīng)過(guò)分門別類、群組區(qū)隔、點(diǎn)線面與實(shí)體誤差的比對(duì)后，在重新建構(gòu)曲面模型，產(chǎn)生CAD資料，制造或NC加工或RP制作。重構(gòu)曲面的品質(zhì)和精度直接影響最終產(chǎn)品的CAD模型的優(yōu)劣。

第二十三頁(yè)，共130頁(yè)。(1)構(gòu)思分割曲面在建立曲面前，應(yīng)先了解曲面變化的情況，也就是了解如何利用各種特征曲線去制造出所須的曲面，并規(guī)劃出如何分割曲面，并且還要注意面與面之間必須一致，視其曲面的形狀及走向來(lái)決定曲線。曲面重構(gòu)的方法很多，可以由點(diǎn)資料所組成的圖素中截取所要的特征曲線，加以鋪設(shè)曲面。也可以利用加工路徑的原理，設(shè)定刀具，設(shè)定精度，設(shè)定加工方式，對(duì)圖素作加工的仿真，取得各種加工路徑成為曲面重建的工作圖素，(2)選取特征曲線利用刀具路徑的方法取得的3D曲線后，再利用2D設(shè)計(jì)圖的輪廓線，進(jìn)行曲面分割。(3)曲面光順處理利用完成的曲面，產(chǎn)生triangle格式，并著色檢查其表面的品質(zhì)。通過(guò)對(duì)經(jīng)線（lat）、緯線（lon）的向量的調(diào)整可進(jìn)行光順處理，若曲面變化不大則可減少經(jīng)線（lat）及緯線（lon）的數(shù)量，并且也可利用輪廓線來(lái)修整曲面邊界。第二十四頁(yè)，共130頁(yè)。點(diǎn)云分割選擇適當(dāng)?shù)脑煨头椒ㄉ汕媲尜|(zhì)量評(píng)價(jià)（精度、光順性）曲面裁剪、生成外表面外表面光順性評(píng)價(jià)第二十五頁(yè)，共130頁(yè)。隨著反求工程技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，商業(yè)化的反求工程軟件也不斷涌現(xiàn)并日漸成熟。目前較為成熟的通用反求工程軟件有：ImagewareSurfacerGeomagicDelcamCimatronStrim……

第二十六頁(yè)，共130頁(yè)。G0連續(xù)又叫點(diǎn)連續(xù)。是指曲線或曲面與任意平面交線是連續(xù)曲線，沒(méi)有斷點(diǎn)，即曲線方程連續(xù)。對(duì)曲面來(lái)說(shuō)就是沒(méi)有裂縫。G1連續(xù)又叫相切連續(xù)。是指曲線或曲面與任意平面交線平滑無(wú)折點(diǎn)（相切），即曲線方程一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)。對(duì)曲面來(lái)說(shuō)，就是處處圓滑相切，沒(méi)有楞，顯示曲率時(shí)顏色沒(méi)有突變。G2連續(xù)又叫曲率連續(xù)。是指曲線或曲面與任意平面交線的各點(diǎn)曲率連續(xù)，作曲率分析的曲線是連續(xù)曲線，無(wú)斷點(diǎn)。第二十七頁(yè)，共130頁(yè)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件產(chǎn)生的模型文件輸出格式有多種，其中常用的有IGES、HPGL、STEP、DSF、STL等。（1）IGES（InternationalGraphicsExchangeStandard）是大多數(shù)CAD系統(tǒng)采用的一種美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，可支持不同文件格式間的轉(zhuǎn)化；（2）HPGL（HPGraphicsLanguage）是HP公司開(kāi)發(fā)的一種用來(lái)控制自動(dòng)繪圖機(jī)的語(yǔ)言格式，它已被廣泛地接受，成為一種事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。這種表達(dá)格式的基本構(gòu)成是描述圖形的矢量，用X和Y坐標(biāo)來(lái)表示矢量的起點(diǎn)和終點(diǎn)，以及繪圖筆相應(yīng)的抬起和放下。一些快速成形系統(tǒng)也用HPGL來(lái)驅(qū)動(dòng)它們的成形頭；（3）STEP（StandardforTheExchangeofProduct）是一種正在逐步國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。目前，典型的CAD系統(tǒng)都能輸出STEP格式文件，有些快速成形技術(shù)的研究工作者正試圖借助STEP格式，不經(jīng)STL格式的轉(zhuǎn)化，直接對(duì)三維CAD模型進(jìn)行切片處理，以便提高快速成形的精度；（4）DXF是用于AutoCAD輸出的一種格式，它已廣泛地為其它PC系統(tǒng)所采用；（5）STL（StereoLithographyinterfacespecification）是快速成形機(jī)常采用的一種格式。第二十八頁(yè)，共130頁(yè)。RP系統(tǒng)可以根據(jù)零件的形狀，每次制做一個(gè)具有一定微小厚度和特定形狀的截面，然后再把它們逐層粘結(jié)起來(lái)，就得到了所需制造的立體的零件。整個(gè)過(guò)程是在計(jì)算機(jī)的控制下，由快速成形系統(tǒng)自動(dòng)完成的。不同公司制造的RP系統(tǒng)所用的成形材料不同，系統(tǒng)的工作原理也有所不同，但其基本原理都是一樣的，那就是“分層制造、逐層迭加”。這種工藝可以形象地叫做“增長(zhǎng)法”或“加法”。每個(gè)截面數(shù)據(jù)相當(dāng)于醫(yī)學(xué)上的一張CT像片整個(gè)制造過(guò)程可以比喻為一個(gè)“積分”的過(guò)程。

第二十九頁(yè)，共130頁(yè)。RP系統(tǒng)可在未實(shí)際生產(chǎn)制造產(chǎn)品之前，制作出與實(shí)際產(chǎn)品的模型，分送各個(gè)部門做正確的評(píng)估。在逆向工程中RP樣件可以:1．設(shè)計(jì)評(píng)估（DesignReview）RP原型可作為設(shè)計(jì)過(guò)程所用的概念模型（ConceptModel），它比圖面或計(jì)算機(jī)圖形更能表達(dá)設(shè)計(jì)者的概念，且更能讓非專業(yè)人員一目了然地評(píng)估產(chǎn)品。2．設(shè)計(jì)確認(rèn)（DesignVerification）RP原型是依據(jù)CAD模型制造出來(lái)。任何復(fù)雜的機(jī)構(gòu)或形狀的工件都可以不須經(jīng)過(guò)任何機(jī)械加工，由RP系統(tǒng)制造，進(jìn)而設(shè)計(jì)或組裝測(cè)試。CAD可提供迅速修改設(shè)計(jì)的能力，再搭配RP系統(tǒng)快速制造，節(jié)省加工程序設(shè)計(jì)之花費(fèi)，避免設(shè)計(jì)錯(cuò)誤或修改所造成的成本浪費(fèi)。3．評(píng)估加工制造特性（Manufacturability）制造部門可依據(jù)RP工件仿真加工方法及流程，在末實(shí)際加工前，找出加工限制，提供設(shè)計(jì)者做為修改設(shè)計(jì)的依據(jù)，從而降低制造成本，加強(qiáng)產(chǎn)品品質(zhì)。4．可作為各式模具的樣模（PatternsforMould）RP原型可作為翻砂鑄造、脫臘鑄造、壓鑄、射出模，真空成型或硅膠模的原型。由RP原型翻制模具只須幾天的時(shí)間，而不需耗上數(shù)周或數(shù)月的時(shí)間。5．產(chǎn)品展示（Presentation）RP工件可提供客戶在買賣前對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行深入的評(píng)估。若客戶認(rèn)為產(chǎn)品應(yīng)做某些修正，RP系統(tǒng)也可在短時(shí)間內(nèi)依據(jù)修改后的資料，重新制作產(chǎn)品模型，滿足客戶的需求。第三十頁(yè)，共130頁(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前世界上已有數(shù)百所大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)正在研究和開(kāi)發(fā)RP技術(shù)。國(guó)外RP技術(shù)的研究和應(yīng)用主要集中在美國(guó)、歐洲和日本。從技術(shù)、材料和應(yīng)用等方面比較來(lái)看，總的情況是美國(guó)領(lǐng)先于歐洲和日本，歐洲和日本平分秋色。我國(guó)在這方面的發(fā)展起步較晚，但發(fā)展迅速，據(jù)美國(guó)WohlersAssociates咨詢公司稱，2002年中國(guó)RP設(shè)備臺(tái)數(shù)僅次于美國(guó)和日本，居世界第三位。

RP技術(shù)應(yīng)用發(fā)展很快，一個(gè)顯著的指標(biāo)是RP服務(wù)機(jī)構(gòu)的數(shù)量和收入的快速遞增。90年代中后期，國(guó)外RP服務(wù)的數(shù)量以每年59%的速度遞增，可以說(shuō)，國(guó)外已經(jīng)從對(duì)RP工藝的熟悉、觀望、嘗試性應(yīng)用階段進(jìn)入了將RP真正作為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的重要環(huán)節(jié)，提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)質(zhì)量、加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度的階段。第三十一頁(yè)，共130頁(yè)。RP集成了機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)控制、CAD、數(shù)控技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、激光材料等各種學(xué)科的前沿技術(shù)，是一種典型的高新技術(shù)。(1)RP與CAD技術(shù)的關(guān)系(2)RP技術(shù)與材料科學(xué)的關(guān)系(3)RP與數(shù)控技術(shù)的關(guān)系(4)RP與激光技術(shù)的關(guān)系(5)RP與其它相關(guān)技術(shù)的關(guān)系總之，RP技術(shù)是多學(xué)科的技術(shù)集成，它是各門學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的結(jié)果，同時(shí)，又為各門學(xué)科的發(fā)展增添了新的研究?jī)?nèi)容。第三十二頁(yè)，共130頁(yè)。(a)采用金屬材料等高強(qiáng)度材料直接成形是RP重要發(fā)展方向(b)不同制造目標(biāo)相對(duì)獨(dú)立發(fā)展(c)向大型制造與微型制造進(jìn)軍(d)追求RP的更快的制造速度、更高的制造精度、更高的可靠性(e)更廣泛地和其它科學(xué)相交融，形成交叉學(xué)科(f)RP設(shè)備將日趨人性化和智能化第三十三頁(yè)，共130頁(yè)?？焖俪尚蔚娜^(guò)程可歸納為三個(gè)步驟：1）前處理包括工件的三維模型的構(gòu)造、三維模型的近似處理、模型成形方向的選擇和三維模型的切片處理。2）分層疊加成形是快速成形的核心，包括模型截面輪廓的制作與截面輪廓的疊合。3）后處理包括工件的剝離、后固化、修補(bǔ)、打磨、拋光和表面強(qiáng)化處理等。第三十四頁(yè)，共130頁(yè)?？焖僭椭圃斓那疤幚韱?wèn)題，包括：樣件的三維模型的構(gòu)造確定成形方向（Orientation）必要時(shí)建立支撐結(jié)構(gòu)（Support）切片處理第三十五頁(yè)，共130頁(yè)。RP系統(tǒng)無(wú)法直接讀取三維CAD模型文件，要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換接口處理。接口的好壞與加工時(shí)掃描路徑有密切的關(guān)系。在計(jì)算加工軌跡時(shí)，需求出物體每一層的輪廓，輪廓必須是連續(xù)的，不能有破洞或空隙，才能判別輪廓內(nèi)外何者為須掃描的區(qū)域。

最常見(jiàn)的方法是：先將三維CAD模型轉(zhuǎn)換成STL格式模型再對(duì)STL格式模型進(jìn)行切片處理STL格式已廣為RP系統(tǒng)使用，許多CAD系統(tǒng)都將它納入成為系統(tǒng)的一部份，一般在CAD系統(tǒng)中只要先設(shè)定適當(dāng)精度，就可由STL接口將CAD實(shí)體轉(zhuǎn)為許多小三角形平面。多數(shù)反求軟件也可直接將處理過(guò)的點(diǎn)群轉(zhuǎn)為STL格式。STL就是STereoLithography的縮寫，它是將三維模型的表面近似表達(dá)為小三角形平面的組合，非常相似于有限元分析中的三結(jié)點(diǎn)平面單元。STL格式文件包括許多三角形平面的頂點(diǎn)坐標(biāo)及法線向量。第三十六頁(yè)，共130頁(yè)。STL文件的主要優(yōu)勢(shì)在于表達(dá)簡(jiǎn)單清晰，文件中只包含相互銜接的三角形片面節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)及其外法向量，屬于“中性”文件。STL數(shù)據(jù)格式的實(shí)質(zhì)是用許多細(xì)小的空間三角形面來(lái)逼近還原CAD實(shí)體模型，這類似于實(shí)體數(shù)據(jù)模型的表面有限元網(wǎng)格劃分。STL模型的數(shù)據(jù)是通過(guò)給出三角形法向量的三個(gè)分量及三角形的三個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。STL文件記載了組成STL實(shí)體模型的所有三角形面，它有二進(jìn)制(BINARY)和文本文件(ASCII)兩種形式。第三十七頁(yè)，共130頁(yè)。STL文件的數(shù)據(jù)格式是采用小三角形來(lái)近似逼近三維實(shí)體模型的外表面，小三角形數(shù)量的多少直接影響著近似逼近的精度。顯然，精度要求越高，選取的三角形應(yīng)該越多。STL文件是面向快速成型制造的，過(guò)高的精度要求也是不必要的。所以，從CAD／CAM軟件輸出STL文件時(shí)，選取的精度指標(biāo)和控制參數(shù)應(yīng)該根據(jù)CAD模型的復(fù)雜程度以及快速成型精度要求的高低進(jìn)行綜合考慮。

不同的CAD／CAM系統(tǒng)輸出STL格式文件的精度控制參數(shù)是不一致的，但最終反映STL文件逼近CAD模型的精度指標(biāo)表面上是小三角形的數(shù)量，實(shí)質(zhì)上是三角形平面逼近曲面時(shí)的弦差的大小。弦差指的是，近似三角形的輪廓邊與曲面之間的徑向距離。

第三十八頁(yè)，共130頁(yè)。(1)取向規(guī)則。(2)點(diǎn)點(diǎn)規(guī)則。每一個(gè)合理的實(shí)體面至少應(yīng)有1.5條邊，因此應(yīng)該滿足三個(gè)約束條件：1)面必須是偶數(shù)的；2)邊必須是3的倍數(shù)；3)2×邊=3×面。(3)取值規(guī)則。STL文件中所有的頂點(diǎn)坐標(biāo)必須是正的，零和負(fù)數(shù)是錯(cuò)的。STL文件不包含任何刻度信息，坐標(biāo)的單位是隨意的。很多快速成型前處理軟件是以實(shí)體反映出來(lái)的絕對(duì)尺寸值來(lái)確定尺寸的單位。STL文件中的小三角形通常是以Z增大的方向排列的，以便于切片軟件的快速解算。(4)合法實(shí)體規(guī)則。STL文件不得違反合法實(shí)體規(guī)則，即在三維模型的所有表面上，必須布滿小三角形平面，不得有任何遺漏(即不能有裂縫或孔洞)，不能有厚度為零的區(qū)域，外表面不能從其本身穿過(guò)等。第三十九頁(yè)，共130頁(yè)。遺漏正確的STL文件所含有的點(diǎn)、邊、面和構(gòu)成的實(shí)體數(shù)量必須滿足歐拉公式：F-E+V=2-2H,其中，F(xiàn)(Face)、E(Edge)、V(Vertix)、H(Hole)分別指面數(shù)、邊數(shù)、點(diǎn)數(shù)和實(shí)體中穿透的孔洞數(shù)。如果一個(gè)STL文件中的數(shù)據(jù)不符合上述的歐拉公式，則該STL文件就有漏洞，在切片軟件進(jìn)行運(yùn)算時(shí)就會(huì)產(chǎn)生某一邊不封閉的后果，直接造成在快速成型制造中激光束或是刀具行走時(shí)漏過(guò)該邊。出現(xiàn)遺漏的原因：一是兩個(gè)小三角形片面在空間的交差（實(shí)體布爾運(yùn)算出錯(cuò)）二是在兩個(gè)連接表面三角形化時(shí)不匹配造成的。退化面退化的面不會(huì)造成快速成型加工過(guò)程的失敗。主要包括以下2種類型：(1)點(diǎn)共線。不共線的面在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中形成了三點(diǎn)共線的面。(2)點(diǎn)重合。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換運(yùn)算時(shí)造成這種結(jié)果。退化面的數(shù)據(jù)要占據(jù)空間，而且這些數(shù)據(jù)有可能使快速成型前處理的分析算法失敗，并且使后續(xù)的工作量加大和造成困難。模型錯(cuò)誤由CAD／CAM系統(tǒng)中原始模型的錯(cuò)誤造成，將在快速成型制造過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)。錯(cuò)誤法矢面進(jìn)行STL格式轉(zhuǎn)換時(shí)，會(huì)因未按正確的順序排列構(gòu)成三角形的頂點(diǎn)而導(dǎo)致計(jì)算所得法向量的方向相反。第四十頁(yè)，共130頁(yè)?？焖俪尚蛯儆诜謱訉?shí)體制造，故在快速成型系統(tǒng)中，切片處理及切片軟件是極為重要的。切片的目的是要將模型以片層方式來(lái)描述。通過(guò)這種描述，無(wú)論零件多么復(fù)雜，對(duì)每一層來(lái)說(shuō)卻是很簡(jiǎn)單的平面。切片處理是將計(jì)算機(jī)中的幾何模型變成輪廓線來(lái)表述。這些輪廓線代表了片層的邊界，是用一個(gè)以Z軸正方向?yàn)榉ㄏ虻臄?shù)學(xué)平面與模型相交計(jì)算而得的，交點(diǎn)的計(jì)算方法與輸入的幾何形狀有關(guān)，計(jì)算后得到的輸出數(shù)據(jù)是統(tǒng)一的文件格式。輪廓線是由一系列的環(huán)路來(lái)組成的，由許多點(diǎn)來(lái)組成一個(gè)環(huán)路。切片軟件的主要任務(wù)是接受正確的STL文件，并生成指定方向的截面輪廓線和網(wǎng)格掃描線。第四十一頁(yè)，共130頁(yè)。1．STL切片(1)直接STL切片

只要求得切片平面與所有與該平面相交的小三角形平面的交線就能求得切片平面內(nèi)成形件的廓線，這就將問(wèn)題轉(zhuǎn)化成簡(jiǎn)單的求兩平面的交線問(wèn)題，然后再將求得的交線端點(diǎn)按外環(huán)反時(shí)針、內(nèi)環(huán)順時(shí)針排序，就可得到切片平面內(nèi)成形件的內(nèi)外廓線，供快速成形機(jī)進(jìn)行數(shù)控加工（固化、切割或涂覆、燒結(jié)）。精度損失（曲面→小平面，曲線→折線）。(2)容錯(cuò)切片(3)定層厚切片(4)適應(yīng)性切片2．直接切片

直接從CAD模型中獲取截面描述信息。在加工高次曲面時(shí)，直接切片(DirectSlicing)明顯優(yōu)于STL方法。第四十二頁(yè)，共130頁(yè)。1．準(zhǔn)備工件（PartPreparation）A.分層（Slice）分層處理軟件是讀取STL資料，根據(jù)加工方式設(shè)定分層厚度（約0.1~0.25mm）及截面路徑（Hatch）間距后，算出邊界路徑（Border）與截面路徑（X，YHatch）。分層厚度視加工方式而定，有開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制之分。對(duì)于LOM型一般是閉環(huán)的，也就是根據(jù)當(dāng)前層迭的材料厚度確定下一層的層高。對(duì)于其它加工類型一般是固定厚度（約0.125~0.25mm）。B.加工參數(shù)要設(shè)定的加工參數(shù)（PrePare，Merge）視加工方式不同而不同。如SLA的主要加工參數(shù)樹(shù)脂硬化深度（CureDepth）、液面水平調(diào)整參數(shù)（RecoatingParameter）等。樹(shù)脂硬化深度比分層厚度大，這樣各層間才會(huì)相互重迭，結(jié)合為一體，液面水平之調(diào)整是靠上下移動(dòng)之浮筒（Plunger）調(diào)整液面高度，以前后移動(dòng)之刮板（Recoater）抹平液面。LOM的主要加工參數(shù)包括激光切割時(shí)的功率和速度、激光切割廢料網(wǎng)格的功率和速度、工件邊框的參數(shù)等。2．加工（build）例如：SLA的加工程序有液面水平調(diào)整及激光掃描。激光掃描速度是根據(jù)樹(shù)脂硬化深度自動(dòng)算出，激光直徑約為0.25mm，掃描間距約為0.25mm。LOM的加工程序有覆加材料、加熱加壓、測(cè)定當(dāng)前層高、按截面形狀切割等。

第四十三頁(yè)，共130頁(yè)。成形材料：液態(tài)光敏樹(shù)脂；制件性能：相當(dāng)于工程塑料或蠟?zāi)＃恢饕猛荆焊呔人芰霞?、鑄造用蠟?zāi)?、樣件或模型?；竟ぷ髟恚河米贤饧す庠诠饷魳?shù)脂表面掃描，令其有規(guī)律地固化，由點(diǎn)到線，再到面，完成一個(gè)層面的建造，每次產(chǎn)生零件的一層。在掃描的過(guò)程中，只有激光的曝光量超過(guò)樹(shù)脂固化所需的閾值能量的地方，液態(tài)樹(shù)脂才會(huì)發(fā)生聚合反應(yīng)形成固態(tài)。每一層固化完畢之后，升降工作臺(tái)移動(dòng)一個(gè)層片厚度的距離，然后將樹(shù)脂涂在前一層上，再建造一個(gè)層。如此反復(fù)，每形成新的一層均粘附到前一層上，直到制作完零件的最后一層，成為一個(gè)三維實(shí)體。這樣零件就堆積完畢，再對(duì)零件進(jìn)行一些必要的后處理，整個(gè)制做過(guò)程就完成了。主要優(yōu)點(diǎn)：操作環(huán)境干凈、安全可在辦公室環(huán)境下進(jìn)行，制造速度快，材料的質(zhì)感與ABS相近，材料縮小率低（約在0.005～0.008之間）。適于快速制造小齒輪（尤其是具有小齒者）、小功能件、薄壁小件、造模的用縮小比例件。

第四十四頁(yè)，共130頁(yè)。優(yōu)點(diǎn)：成形過(guò)程自動(dòng)化程度高表面質(zhì)量?jī)?yōu)良可以制作結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的模型缺點(diǎn)：成形過(guò)程中伴隨物理和化學(xué)變化，制作較易彎曲，需要支撐設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)成本較高可作用的材料種類較少液態(tài)樹(shù)脂有氣味和毒性，且需要避光保護(hù)需要二次固化液態(tài)樹(shù)脂固化后的性能不如常用的工業(yè)塑料，較脆，易斷裂，不便進(jìn)行機(jī)加工第四十五頁(yè)，共130頁(yè)。原型疊層制作結(jié)束后，工作臺(tái)升出液面，停留5~10min（晾干）將原型和工作臺(tái)一起斜放景干，并將其浸入丙酮、酒精等清洗液中，攪動(dòng)并刷掉殘留的氣泡，45min后放入水池中清洗工作臺(tái)由外向內(nèi)從工作臺(tái)上取下原型，并去除支撐結(jié)構(gòu)再次清洗后置于紫外烘箱中進(jìn)行整體后固化。第四十六頁(yè)，共130頁(yè)。常用的有：斜支撐直支撐單腹板雙腹板十字壁板第四十七頁(yè)，共130頁(yè)。材料：自由基光固化樹(shù)脂陽(yáng)離子光固化樹(shù)脂混雜型光固化樹(shù)脂變形成型過(guò)程中樹(shù)脂收縮產(chǎn)生變形零件后固化時(shí)收縮產(chǎn)生變形變形的控制選擇合適的掃描軌跡和掃描間距以減少殘存的液態(tài)樹(shù)脂改進(jìn)樹(shù)脂的配方，在收縮性樹(shù)脂中引入適當(dāng)量的膨脹型單體第四十八頁(yè)，共130頁(yè)。汽車航空醫(yī)學(xué)最早公開(kāi)上市的SLA系統(tǒng)（美國(guó)3DSystems公司），其機(jī)型有四種形式：SLA-190、SLA-251、SLA-400、SLA-500，數(shù)字所代表的意義為可加工之工件的大約寬度，單位為mm。

第四十九頁(yè)，共130頁(yè)。成形材料：固體絲狀工程塑料；制件性能：相當(dāng)于工程塑料或蠟?zāi)?；主要用途：塑料件、鑄造用蠟?zāi)！蛹蚰Ｐ??；竟ぷ髟恚簩崛坌圆牧希ˋBS、尼龍或蠟）通過(guò)加熱器熔化，在移動(dòng)頭的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中擠壓噴出細(xì)絲，按零件的截面形狀沉積成一薄層，這樣逐層堆積制成一個(gè)零件。在沉積過(guò)程中，噴頭受水平分層數(shù)據(jù)的控制沿XY移動(dòng)，同時(shí)半流動(dòng)融絲從FDM噴頭中擠壓出來(lái)，必須精確控制從擠壓頭孔流出的材料數(shù)量和噴頭的移動(dòng)速度，當(dāng)它和前一層相粘結(jié)時(shí)很快就會(huì)固化，整個(gè)零件是在一個(gè)活塞上制作的。該活塞可以上下移動(dòng)，當(dāng)制作完一層后活塞下降，為下一層制作留出層厚所需的空間。FDM可以使用很多種材料，任何有熱塑特性的材料均可作為其候選材料。

主要優(yōu)點(diǎn)：操作環(huán)境干凈、安全可在辦公室環(huán)境下進(jìn)行，制造速度快，材料的質(zhì)感與ABS相近，材料縮小率低（約在0.005～0.008之間）。適于快速制造小齒輪（尤其是具有小齒者）、小功能件、薄壁小件、造模的用縮小比例件。第五十頁(yè)，共130頁(yè)。優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)原理和簡(jiǎn)單，運(yùn)行安全，可以使用無(wú)毒材料成形速度快可用蠟成型用于失蠟鑄造成型過(guò)程中無(wú)化學(xué)變化，變形小原材料利用率高無(wú)需清洗缺點(diǎn)：表面有較明顯的條紋沿成型軸垂直方向的強(qiáng)度比較弱需要設(shè)計(jì)與制作支撐結(jié)構(gòu)需要對(duì)整個(gè)截面進(jìn)行掃描涂覆，成型時(shí)間長(zhǎng)原材料價(jià)格較貴第五十一頁(yè)，共130頁(yè)。將制件從工作臺(tái)上取下打磨、噴漆、電鍍、拋光第五十二頁(yè)，共130頁(yè)。材料：成型材料：ABS，醫(yī)學(xué)專用ABSi、MABS塑料絲、蠟絲、聚烯烴樹(shù)脂絲、尼龍絲、聚酰胺絲等支撐材料各種能夠承受一定高溫、與成型材料不浸潤(rùn)、具有水溶性或酸溶性、具有較低的熔融溫度、流動(dòng)性好的材料第五十三頁(yè)，共130頁(yè)。汽車機(jī)械航空航天家電通訊電子建筑醫(yī)學(xué)外觀評(píng)估，方案選擇、裝配檢查、功能測(cè)試、看樣訂貨、開(kāi)模前校驗(yàn)等主要的系統(tǒng)有美國(guó)sratasys公司的FDM系統(tǒng)。

第五十四頁(yè)，共130頁(yè)。成形材料：工程塑料粉末；制件性能：相當(dāng)于工程塑料、蠟?zāi)?、砂型；主要用途：塑料件、鑄造用蠟?zāi)?、樣件或模型?；竟ぷ髟恚豪眉t外激光光束所提供的熱量熔化熱塑性材料以形成三維零件。在制作區(qū)域均勻鋪上一薄層熱塑性粉末材料，然后用激光在粉末表面掃描零件的截面形狀，激光掃描到的地方粉末燒結(jié)形成固體，激光未掃描到的地方仍是粉末，可以作為下一層的支撐并能在成形完成后去掉，上一層制作完畢后，再鋪平一層粉末，繼續(xù)掃描下一層。SLS使用的原料有蠟、聚碳酸酯、尼龍、纖細(xì)尼龍、合成尼龍和金屬材料等。主要優(yōu)點(diǎn)：可快速交貨（依成品大小區(qū)分，一般約在2～4天）。不需支撐。可直接制造出金屬件，可作為塑料注塑成形模具。

第五十五頁(yè)，共130頁(yè)。優(yōu)點(diǎn)：可采用多種材料（加熱時(shí)粘度降低即可）制造工藝簡(jiǎn)單高精度（原料顆粒為0.1mm以下時(shí)能達(dá)到1%）材料利用率高，價(jià)格便宜，成本低無(wú)需支撐結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)：能量消耗高原型表面粗糙、疏松多孔第五十六頁(yè)，共130頁(yè)。材料：各類粉末：金屬、陶瓷、石蠟、聚合物尼龍、覆裹尼龍的玻璃粉、聚碳酸脂粉、聚酰胺粉、蠟粉、金屬粉、覆裹熱凝樹(shù)脂的細(xì)砂、覆蠟陶瓷粉、復(fù)蠟金屬粉等粉末粒度一般在0.050~0.125mm之間第五十七頁(yè)，共130頁(yè)。直接制作快速模具復(fù)雜金屬零件的快速無(wú)模具鑄造此類系統(tǒng)此類系統(tǒng)主要有美國(guó)DTM公司的SLS系統(tǒng)及德國(guó)EOS公司之Stereos系統(tǒng)等

第五十八頁(yè)，共130頁(yè)。成形材料：涂敷有熱敏膠的纖維紙；制件性能：相當(dāng)于高級(jí)木材；主要用途：快速制造新產(chǎn)品樣件、模型或鑄造用木模。基本工作原理：用激光按該層零件的輪廓剪切，零件輪廓以外的部分用激光剪切成網(wǎng)格狀碎片以便零件制作完畢之后移去。每一層箔材之間涂有熱溶膠，通過(guò)加熱和加壓粘到前一層上，層層的箔材逐層粘成一個(gè)固體塊。當(dāng)所有的層被粘結(jié)并進(jìn)行剪切之后，整個(gè)零件就埋置在一大塊支撐材料中，去掉支撐碎片，就獲得所需的三維實(shí)體。這里所說(shuō)的箔材可以是涂覆紙（涂有粘接劑覆層的紙）、涂覆陶瓷箔、金屬箔或其它材質(zhì)的箔材。主要優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)購(gòu)置成本低，可在辦公室環(huán)境下使用，適用于設(shè)計(jì)確認(rèn)模型、翻砂鑄造用母模等。第五十九頁(yè)，共130頁(yè)。優(yōu)點(diǎn)：原型精度高制件以承受高達(dá)200度的溫度，有較高的硬度和較好的力學(xué)性能，可進(jìn)行各種切削加工無(wú)須后固化處理廢料易剝離可制作尺寸大的制件原材料價(jià)格便宜，制作成本低設(shè)備可靠性高，安全，可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行缺點(diǎn)：不能直接制作塑料件抗拉強(qiáng)度和彈性不夠好易吸濕膨脹表面有臺(tái)階紋理，其高度等于材料的厚度第六十頁(yè)，共130頁(yè)。原型疊層制作結(jié)束后，從工作臺(tái)上取下制件去除廢料后置處理修補(bǔ)、打磨、拋光、表面涂覆第六十一頁(yè)，共130頁(yè)。材料：紙塑料薄膜金屬箔誤差每一層與上、下層的不一致約束導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)用，產(chǎn)生變形成型功率控制不當(dāng)（過(guò)大燒焦、切透）廢料網(wǎng)格尺寸控制不當(dāng)（廢料去除的難易及成形精度工藝參數(shù)不穩(wěn)定（溫度、壓力、功率、速度）成形后環(huán)境變化（熱變形、濕變形）后處理不當(dāng)（剝件、打磨、拋光、表面涂覆）誤差的控制適當(dāng)?shù)某尚头较驈U料網(wǎng)格尺寸的多樣化加壓下冷卻，冷卻后剝件，及時(shí)進(jìn)行表面處理第六十二頁(yè)，共130頁(yè)。結(jié)構(gòu)件模型制鞋業(yè)砂型鑄造快速模具主要的系統(tǒng)有美國(guó)Helisys公司LOM系統(tǒng)、日本Kira公司的SolidCenter系統(tǒng)、新加坡精技公司的ZIPPY系統(tǒng)等。其中Kira公司的系統(tǒng)可采普通紙，且以特殊刀片切割形狀，使用更為方便且價(jià)格低廉。

第六十三頁(yè)，共130頁(yè)。成形材料：光固化樹(shù)脂；制件性能：相當(dāng)于工程塑料或蠟?zāi)?；主要用途：塑料件、鑄造用蠟?zāi)！蛹蚰Ｐ?。基本工作原理：采用掩膜版技術(shù)使一層光固化樹(shù)脂整體一次成形,不像SLA設(shè)備那樣逐層逐點(diǎn)照射成形。UV射線通過(guò)玻璃罩照射在一薄層液態(tài)光敏樹(shù)脂表面，玻璃罩上透光部分與零件截面形狀相同，零件截面形狀部分被固化，其余部分仍為液態(tài)樹(shù)脂，將其吸掉，然后用蠟代替它。下一層零件就可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行制做，當(dāng)零件的所有層均制做完成后，整個(gè)零件就被埋置在一大塊蠟之中?？梢酝ㄟ^(guò)熔化將蠟去除掉，剩下的就是由完全固化的樹(shù)脂形成的零件。優(yōu)點(diǎn)：不需另增支撐，整層一次成型，精度較好（約為0.01mm左右），最適用于需要多件原型時(shí)、需翻制模具時(shí)、大型件。

第六十四頁(yè)，共130頁(yè)。(1)3DP（Three-DimensionalPrinting）工藝：即三維印刷或三維打印,它采用逐點(diǎn)噴灑粘結(jié)劑來(lái)粘結(jié)粉末材料來(lái)制造原型；優(yōu)點(diǎn)：不需支撐（Sander需要支撐），工作環(huán)境可適用于辦公室，最適于設(shè)計(jì)確認(rèn)、評(píng)估產(chǎn)品性能等。(2)BPM（BallisticParticleManufacturing）工藝：即彈道粒子制造，它采用具有五軸自由度的噴頭噴射熔融材料的方法來(lái)制造原型；(3)PCM（PatternlessCastingManufacturing）工藝：即無(wú)木模鑄造，它采用逐點(diǎn)噴灑粘結(jié)劑和催化劑的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)鑄造沙粒間的粘結(jié)，這一技術(shù)由清華大學(xué)開(kāi)發(fā)成功；(4)MJS(MultipleJetSolidification)工藝：亦稱為多相噴射固化，它采用活塞擠壓熔融材料使其連續(xù)地?cái)D出噴嘴方法來(lái)堆積成形；(5)CC(ContourCraft)工藝：亦稱為輪廓成形工藝,它采用堆積輪廓和澆鑄熔融材料相結(jié)合的方法來(lái)制造原型，這種工藝在堆積輪廓時(shí)采用了簡(jiǎn)單的模具等。

第六十五頁(yè)，共130頁(yè)。在選擇快速原型制造方式時(shí)，要考慮制件的用途、制件可選用的材質(zhì)、制件的大小、制件批量與制造成本等諸多因素。

成型方法成型速度原型精度制造過(guò)程制件大小使用材料立體印刷成型較快較高中等中、小件熱固性光敏材料層合實(shí)體制造快低簡(jiǎn)單或中等中、大件紙、金屬箔帶、塑料膜選域激光燒結(jié)較慢較低復(fù)雜中、小件石蠟、塑料、金屬、陶瓷等粉末熔融沉積造型較慢較低中等中、小件石蠟、塑料、低熔點(diǎn)金屬第六十六頁(yè)，共130頁(yè)。

快速模具技術(shù)（RapidTooling，簡(jiǎn)稱RT）是應(yīng)用快速成形方法（RPM），快捷、方便地制作工具或模具的一種新興技術(shù)。RT一直受到產(chǎn)品開(kāi)發(fā)商和模具界的廣泛重視，可以說(shuō)，RT是傳統(tǒng)快速模具技術(shù)與現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)相結(jié)合的典范。RT的顯著特點(diǎn)是：模周期短、工藝簡(jiǎn)單、易于推廣、制模成本低，精度和壽命能滿足特定的功能需要，綜合經(jīng)濟(jì)效益良好，特別適用于新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)試制、工藝驗(yàn)證和功能驗(yàn)證以及多品種小批量生產(chǎn)。目前，RT已被廣泛應(yīng)用到汽車制造、航空航天、軍工、電子、醫(yī)學(xué)和家電等領(lǐng)域。第六十七頁(yè)，共130頁(yè)。對(duì)于不同的制造批量，有三種典型的工藝路線。單件、小批量產(chǎn)品制造，可采用硅橡膠模(批量50件以下)，可以利用快速原型技術(shù)和真空注塑技術(shù)，直接制造環(huán)氧樹(shù)脂模具(數(shù)百件以下)；對(duì)于3000件以下中等批量的注塑零件的生產(chǎn)，可利用快速制造的原型，采用噴涂技術(shù)制造金屬冷噴模；對(duì)于5000件以上的大批量零件的模具生產(chǎn)，可先利用快速原型技術(shù)制造石墨電極，再通過(guò)電火花加工鋼模。

第六十八頁(yè)，共130頁(yè)。RT技術(shù)是一種用高新制造技術(shù)改造傳統(tǒng)制造技術(shù)的技術(shù)，包括：用硅橡膠、金屬粉、環(huán)氧樹(shù)脂粉、低熔點(diǎn)合金等方法將RP原形準(zhǔn)確地復(fù)制成模具，這些簡(jiǎn)易模具的壽命是50~1000件，適宜產(chǎn)品試制階段。由原形翻制三維研具，用研具研磨整體石墨電極，再用電極在電火花機(jī)床上加工長(zhǎng)壽命的鋼模具。這一工藝的特點(diǎn)是快速高效，耗時(shí)僅為傳統(tǒng)制造的1/5，精度也有所提高。以RP生成的實(shí)體模型作模芯或模套，結(jié)合精鑄、粉末燒結(jié)或電極研磨等技術(shù)可以快速制造出企業(yè)生產(chǎn)所需要的功能模具或工裝設(shè)備，其制造周期較之傳統(tǒng)的數(shù)控切削方法可縮短30%～40%以上，而成本卻下降35%～70%。模具的幾何復(fù)雜程度愈高，這種效益愈顯著。第六十九頁(yè)，共130頁(yè)。第七十頁(yè)，共130頁(yè)。制模方法制作成本／美元制作周期／周模具壽命／件硅橡膠澆注法5230金屬樹(shù)脂澆注法94～5300電弧熱噴涂法256～71000鎳蒸發(fā)沉積法306～75000傳統(tǒng)機(jī)加工方法6016～18250000第七十一頁(yè)，共130頁(yè)。快速模具制造一般分為直接制模法和間接制模法，主要用于制造塑料模、沖壓模和鑄模等。把精密鑄造、中間軟模過(guò)渡法以及金屬噴涂、電火花加工、研磨等先進(jìn)模具制造技術(shù)和快速原型制造結(jié)合起來(lái)，就可以快速地制造出各種簡(jiǎn)易模具和鋼模具來(lái)。

第七十二頁(yè)，共130頁(yè)。由RP直接制造出使用模具的技術(shù)稱之為直接RT技術(shù)。快速原型技術(shù)可精確制作模具的型芯和型腔，可直接用于注射成型過(guò)程制作塑料樣件，也可以直接制造鋼模具、鑄造砂型和熔模鑄造的型殼。直接成型的金屬模具往往是低密度的多孔狀結(jié)構(gòu)，可將低熔點(diǎn)相的金屬滲入后直接形成金屬模具。

第七十三頁(yè)，共130頁(yè)。采用快速原型技術(shù)，結(jié)合精密鑄造、金屬噴涂制模、硅橡膠等制造軟模、電極研磨、粉末燒結(jié)等技術(shù)就能間接快速制造出模具。間接RT技術(shù)是指利用快速原型制造技術(shù)首先制作模芯，然后用此模芯復(fù)制硬模具(如鑄造模具)，或采用噴涂金屬法獲得輪廓形狀，或者制作母模復(fù)制軟模具等。對(duì)快速原型制造技術(shù)得到的原型表面進(jìn)行特殊處理后代替木模，直接制造石膏型或陶瓷型，或是由原型經(jīng)硅橡膠模過(guò)渡轉(zhuǎn)換得到石膏型或陶瓷型，再由石膏型或陶瓷型制造金屬模具。其方法則根據(jù)零件生產(chǎn)批量大小而不同。常用的有：硅橡膠模(批量50件以下)、環(huán)氧樹(shù)脂(數(shù)百件以下)、金屬冷噴涂模(3000件以下)、快速制作EDM電極加工鋼模(5000件以上)等。

第七十四頁(yè)，共130頁(yè)。直接快速模具制造具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：制造環(huán)節(jié)簡(jiǎn)單，能夠較充分地發(fā)揮RP技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，特別是與計(jì)算機(jī)技術(shù)密切結(jié)合，快速完成模具制造，對(duì)于那些需要復(fù)雜形狀的內(nèi)流道冷卻的模具與零件，采用直接RT有著其它方法不能替代的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

目前能夠直接制造金屬模具的RP工藝包括激光選區(qū)燒結(jié)(SLS)、三維打印(3D-P)、形狀沉積制造(SDM)和三維焊接(3D-Welding)等。直接RT技術(shù)在模具精度和性能控制方面比較困難，特殊的后處理設(shè)備與工藝使成本提高較大，模具的尺寸也受到較大的限制。堆積金屬(黑色金屬、有色金屬及其合金等)的難度決定了直接RT技術(shù)在未來(lái)的五六年內(nèi)無(wú)法在RT領(lǐng)域中占據(jù)統(tǒng)治地位。第七十五頁(yè)，共130頁(yè)。間接快速模具制造通過(guò)快速原型技術(shù)與傳統(tǒng)的模具翻制技術(shù)相結(jié)合制造模具，優(yōu)點(diǎn)是：由于模具翻制技術(shù)的成熟、多樣性，可以根據(jù)不同的應(yīng)用要求，選擇不同復(fù)雜程度和成本的工藝，一方面可以較好地控制模具的精度、表面質(zhì)量、機(jī)械性能與使用壽命，另一方面也可以滿足經(jīng)濟(jì)性的要求。因此，目前間接RT技術(shù)占統(tǒng)治地位。這類技術(shù)包括噴涂模具、中低熔點(diǎn)合金模具、表面沉積模具、電鑄模、鋁顆粒增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂模具、硅膠模以及快速精密鑄造模具等。間接RT技術(shù)制成的模具的同樣要進(jìn)行后處理，而且通過(guò)原型轉(zhuǎn)換將損失精度，使精度的補(bǔ)償控制復(fù)雜化；另外間接RT生產(chǎn)的模具壽命往往較低，這也是它在競(jìng)爭(zhēng)中處于不利地位的一個(gè)原因。第七十六頁(yè)，共130頁(yè)。工具和模具具有一個(gè)巨大的市場(chǎng)，世界范圍內(nèi)已經(jīng)達(dá)到650億美元產(chǎn)值的水平。這個(gè)市場(chǎng)對(duì)于模具的要求是全面的，如精度、材料、壽命、尺寸、形狀復(fù)雜程度以及快速性。由于市場(chǎng)全球化以及競(jìng)爭(zhēng)的加劇，模具市場(chǎng)對(duì)于每一種模具技術(shù)最首要的、帶有先決性的要求是其快速性，即從設(shè)計(jì)到進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間(LeadingTime)，這就是RP+RT技術(shù)產(chǎn)生的根本原因。許多快速模具公司同時(shí)采用RT和HSM兩種技術(shù)，正是利用了它們之間相輔相成的特點(diǎn)。離散／堆積的原理同時(shí)也限制了RT當(dāng)前的精度和表面粗糙度，使其在與高速數(shù)控銑削技術(shù)HSM(HighSpeedsMachining，HSM)的競(jìng)爭(zhēng)中還有很多技術(shù)難題要解決。從制造科學(xué)發(fā)展的根本方向來(lái)說(shuō)，離散堆積成形必然會(huì)在許多方面取代去除成形，RT技術(shù)將得到更加快速的發(fā)展。第七十七頁(yè)，共130頁(yè)。所謂軟模具(SoftTooling)，是指用硅橡膠、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨脂等材料制作的模具。用快速成形件作母模，澆注上述材料可形成軟型腔，形成軟模具。這是一種間接制模方法。軟模具制造成本低，制作周期短，因而在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中作為產(chǎn)品功能檢測(cè)和投入市場(chǎng)試運(yùn)行，以及國(guó)防、般空等領(lǐng)域單件、小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)方面受到高度重視，尤其適用于批量小、品種多、改型快的現(xiàn)代制造模式。目前的軟模具制造方法主要有硅橡膠澆注法、金屬噴涂法、樹(shù)脂澆注法等。軟模具生產(chǎn)制品的數(shù)量一般為10~5000件。第七十八頁(yè)，共130頁(yè)。硅橡膠模的制造工藝過(guò)程為：制作原型對(duì)原型表面處理使其具有較好的表面粗糙度固定放置原型對(duì)原型表面施脫模劑在抽真空裝置中抽去硅橡膠混合體中的氣泡澆注硅橡膠混合體得到硅橡膠模具硅橡膠固化，取出原型如發(fā)現(xiàn)模具具有少數(shù)的缺陷，可用新調(diào)配的硅橡膠修補(bǔ)。第七十九頁(yè)，共130頁(yè)。目前，制模用硅橡膠為雙組分液體硅橡膠，分為縮合型和加成型兩類，都已在國(guó)內(nèi)外許多行業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用?？s合型模具硅橡膠主要組分包括：端基和部分側(cè)基為羥基的聚硅氧烷(生膠)、填料、交聯(lián)劑和硫化促進(jìn)劑。加成型模具硅橡膠主要組分包括：端基和部分側(cè)基為乙烯基的聚硅氧烷(生膠)、含氫硅油(交聯(lián)劑)、鉑觸媒(催化劑)、白炭黑(填料)。第八十頁(yè)，共130頁(yè)。由于RP技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)的原型材料與硅橡膠不發(fā)生反應(yīng)，制造過(guò)程中沒(méi)有經(jīng)過(guò)變形，也不會(huì)產(chǎn)生褶皺，能夠生產(chǎn)出與精密塑料件一樣的表面質(zhì)量。

RP原型真空脫泡硅膠計(jì)量型框制作取出母模刀剖開(kāi)模硬化注入硅膠完成第八十一頁(yè)，共130頁(yè)。(1)原型表面處理。(2)制作型框和固定原型。(3)硅橡膠計(jì)量、混合并真空脫泡。(4)硅橡膠澆注及固化。(5)拆除型框、刀剖開(kāi)模并取出原型。(6)如發(fā)現(xiàn)模具具有少數(shù)的缺陷，可用新調(diào)配的硅橡膠修補(bǔ)第八十二頁(yè)，共130頁(yè)。在翻制硅橡膠模具時(shí)，硅橡膠模具的成本、壽命及尺寸精度是硅膠模制作過(guò)程中需重點(diǎn)考慮的因素。(1)型框尺寸。(2)為了脫模方便，應(yīng)合理選取分型面。(3)對(duì)于較高的薄壁件，如果壁厚尺寸要求精確，在選擇分型面時(shí)要注意將薄壁整體置于同一半模中，以減小因合模或模具捆綁時(shí)引起薄壁型腔的變形而導(dǎo)致壁厚尺寸誤差。(4)型框一般做成長(zhǎng)方形或正方形，但是對(duì)于一些特殊結(jié)構(gòu)的零件，為了節(jié)省硅膠，降低成本，可按其形狀搭建型框。(5)對(duì)于存在大面積平面形狀的原型，當(dāng)貼好分型面后，應(yīng)合理選定澆道的位置及方向。(6)在刀剖開(kāi)模的時(shí)候，手術(shù)刀的行走路線是刀尖走直線，刀尾走曲線，使硅膠模的分模面形狀不規(guī)則，這樣可以確保上下模合模時(shí)準(zhǔn)確定位，避免

因合模錯(cuò)位引起的誤差。第八十三頁(yè)，共130頁(yè)。硅橡膠材料的成本較高，占據(jù)著硅橡膠模具制作小批量樣件的大部分成本，尤其是尺寸較大單件制品的制作。為此，人們一直在努力研究在該類技術(shù)方法中如何能夠節(jié)省硅橡膠材料的用量，而同樣也能夠制作出滿足要求的樣件來(lái)。通過(guò)與石膏混合制作硅橡膠模具的工藝方法：原型或樣件——分型處理——貼粘土或橡皮泥——配石膏漿——石膏造型——去粘土——澆注硅橡膠——修型——試制產(chǎn)品。

第八十四頁(yè)，共130頁(yè)。(1)安放原型。對(duì)原型進(jìn)行必要的清理和處理后放置到平板上固定好，制作并固定?？?，使原型周圍距模框的距離均勻，在?？蚱桨鍍?nèi)表面上涂刷脫模劑(2)貼粘土和澆石膏背襯。在原型表面貼粘土或橡皮泥，如圖b所示。然后將配好的石膏漿澆注到模框中，待石膏漿固化后，再去掉粘土或橡皮泥層，粘在原型上的粘土或橡皮泥要清洗干凈，以免影響模具的表面質(zhì)量。(3)硅橡膠澆注。根據(jù)去掉的粘土層的體積，計(jì)算所需調(diào)配的硅橡膠體積，再加上一定的損耗，進(jìn)行硅橡膠的調(diào)配。調(diào)配均勻后，放入抽真空裝置中排除硅橡膠混合體中的氣泡。脫泡后進(jìn)行硅橡膠澆注。(4)硅橡膠固化。將澆注好的硅橡膠模具在室溫下固化或加熱固化。待硅橡膠不粘手后，取出原型，繼續(xù)在室溫下或加熱使硅橡膠充分固化。(5)修型。取出原型后，如果發(fā)現(xiàn)模具有少量缺損，可以用新調(diào)配的硅橡膠修補(bǔ)，并經(jīng)固化處理即可，如圖f所示。

第八十五頁(yè)，共130頁(yè)。對(duì)于批量不大的注塑件生產(chǎn)，可以采用RP原型快速翻制的硅橡膠模具通過(guò)樹(shù)脂材料的真空注型來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣，能夠顯著縮短產(chǎn)品的制造時(shí)間，降低成本，提高效率。對(duì)于沒(méi)有細(xì)筋、小孔的一般零件，采用硅橡膠模具澆注樹(shù)脂件可制作制品達(dá)到50件。

清洗膠模樹(shù)脂計(jì)量組合膠模噴離型劑取注型品硬化真空鑄型脫泡混合完成第八十六頁(yè)，共130頁(yè)。(1)清理硅膠模，預(yù)熱模具。(2)噴灑離型劑，組合硅膠模具。(3)計(jì)量樹(shù)脂。(4)脫泡混合，真空注型。(5)溫室硬化，取出制件。(6)制件后處理。第八十七頁(yè)，共130頁(yè)。環(huán)氧樹(shù)脂快速制模借用金屬澆注方法，將已準(zhǔn)備好的澆注原料(液態(tài)的環(huán)氧樹(shù)脂與有機(jī)或無(wú)機(jī)材料復(fù)合而成的基體材料)注入一定的型腔中使其固化(完成聚合或縮聚反應(yīng))，從而制得模具的方法。樹(shù)脂澆注法工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，樹(shù)脂型模傳熱性能好、強(qiáng)度高，且型面不需加工，適于注塑模、薄板拉伸模、吹塑膜及發(fā)泡成型模等。

工藝過(guò)程為：制作原型——表面處理——設(shè)計(jì)、制作模框——選擇、設(shè)計(jì)分型面——在原型表面、分型面刷脫模劑——刷膠衣樹(shù)脂——澆注凹?！獫沧⑼鼓！．?dāng)凹模制造完成后，倒置，同樣需要在原型表面及分型面上均勻涂脫模劑及膠衣樹(shù)脂，分開(kāi)模具。在常溫下澆注的模具，一般1～2天基本固化定型，即能分模。與傳統(tǒng)注塑模相比，成本只有傳統(tǒng)方法的幾分之一，生產(chǎn)周期大大減少。模具壽命不及鋼模，但比硅膠模高。第八十八頁(yè)，共130頁(yè)。(1)模型準(zhǔn)備(2)底座制作并固定原型(3)涂脫模劑(4)澆注樹(shù)脂(5)去除底座并進(jìn)行另一半模的制作(6)樹(shù)脂硬化并脫模(7)模具修整并組裝第八十九頁(yè)，共130頁(yè)。所謂硬模具（Hardtooling）是指金屬模具、陶瓷模具、石膏模具等。硬模具的制作方法有兩種：直接制模和間接制模。硬模具可用于砂型鑄造、消失模的壓型制作、注塑模以及簡(jiǎn)易非鋼質(zhì)拉深模等。

第九十頁(yè)，共130頁(yè)。設(shè)計(jì)模型原型原型原型原型原型復(fù)制被加工原型復(fù)制石墨電極復(fù)制陶瓷型復(fù)制消失型直接成形熔射、電極金屬模具鑄造FDM第九十一頁(yè)，共130頁(yè)?？煞譃榻饘倜嬗脖骋r模具用熔模鑄造法制作的金屬模用芯模鑄造法制作的金屬模等種類。主要為金屬面硬背襯模具，即以快速成形件作母模，用電弧噴鍍法在母模表面噴鍍形成1.6~6.4mm的金屬殼體，然后移去母模，在殼的背面注入金屬基合成材料（液態(tài)金屬）或環(huán)氧樹(shù)脂，形成所謂金屬面、硬背襯模具。

第九十二頁(yè)，共130頁(yè)。電弧噴涂制模技術(shù)是將兩根帶電的制模專用金屬絲通過(guò)導(dǎo)管不斷地向前輸送，金屬絲在噴槍前端相交形成電弧，金屬絲經(jīng)電弧熔化，在壓縮空氣的作用下，將熔化的金屬霧化成金屬微粒，并以一定的速度噴射到樣模表面，一層一層地相互疊加堆積而形成高密度、高結(jié)合強(qiáng)度的金屬噴涂層，即模具型腔的殼體(或?qū)嶓w)。這層殼體的內(nèi)壁形狀與樣模表面完全吻合，從而形成了所需的模具型腔。噴涂形成的金屬殼體與其他基體材料填充加固，結(jié)合成一整體，再配以其他部件，即組成一付完整的模具。這種制模方法類似于電鑄制模，但又不完全相似。它制模工藝簡(jiǎn)單，容易掌握，模具制作周期短，費(fèi)用低，對(duì)比制作同一形狀尺寸的鋼模，制模周期和模具費(fèi)用均可降低60％以上。

第九十三頁(yè)，共130頁(yè)。加工生產(chǎn)塑料用模具的方法通常有：機(jī)械加工、金屬鑄造、鍛造成型、數(shù)控仿形、真空蒸鍍鎳殼等方法。同其他幾種方法相比，電弧噴涂制模技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)不論原模的材料是金屬、木材、或塑料制品，所得到的模具型腔線條輪廓清晰，外形尺寸不變，因噴涂時(shí)原模的表面溫度一般不超過(guò)60~C，因此沒(méi)有熱應(yīng)力引起的變形問(wèn)題。(2)制模效率高，大大縮短制模周期。(3)尺寸不受限制，小至硬幣的尺寸，大至制造汽車內(nèi)頂蓬真空成型模具(4)使塑料生產(chǎn)線能迅速更改產(chǎn)品的品種，符合市場(chǎng)的變化要求。(5)設(shè)備投資小，經(jīng)濟(jì)效益好。隨著加工時(shí)間的增加，用此方法加工模具的成本優(yōu)勢(shì)就越顯著。同其他方法相比，此方法成本可節(jié)省2—20倍。電弧噴涂制模是一種典型的快速制模技術(shù)，具有制模工藝簡(jiǎn)單、制作周期短、型腔表面及其精細(xì)花紋一次同時(shí)形成、模具成本低等顯著特點(diǎn)，特別適用于小批量、多品種的生產(chǎn)使用。國(guó)內(nèi)外節(jié)水灌溉用滴頭就是采用這種制造技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

第九十四頁(yè)，共130頁(yè)。金屬噴涂法工藝簡(jiǎn)單、周期短，型腔及其表面精細(xì)花紋可一次同時(shí)成型，耐磨性能好，尺寸精度高。存在的問(wèn)題：在制作過(guò)程中要注意解決好涂層與原型表面的貼合和脫離間題。目前該技術(shù)主要用于塑料模具上，少量應(yīng)用于粉末射出成型模具及鑄造用射蠟?zāi)＞?。第九十五?yè)，共130頁(yè)。第九十六頁(yè)，共130頁(yè)。(1)模型準(zhǔn)備(清理模型表面、刷脫模劑)。(2)在模型上噴涂金屬。(3)制作模具框架。(4)澆注模具的填充材料。(5)脫模、加工處理。按制作上半模的程序制作下半模。在制模中還會(huì)涉及到其他一些問(wèn)題，如噴涂規(guī)范，澆注時(shí)是否需加冷卻水管，是否需加鑲嵌等，都應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定。第九十七頁(yè)，共130頁(yè)。電弧噴涂工作系統(tǒng)一般由噴涂電源、送絲機(jī)構(gòu)、噴槍和壓縮氣體等系統(tǒng)組成。

第九十八頁(yè)，共130頁(yè)。用于電弧噴涂制模的材料，在滿足低熔點(diǎn)、低收縮率的情況下，應(yīng)盡可能具有較好的力學(xué)性能和較致密的涂層組織。選擇電弧噴涂材料時(shí)，既要考慮所得到的涂層具有足夠高的硬度，良好的抗壓、抗彎等力學(xué)性能，可以在實(shí)際中應(yīng)用；又要兼顧涂層材料的熔點(diǎn)不要太高。

通過(guò)對(duì)涂層的顯微組織分析，對(duì)涂層的硬度、抗拉、抗彎強(qiáng)度等力學(xué)性能的測(cè)試，常采用Al、Zn基絲材做為噴涂材料。目前市場(chǎng)提供的電弧噴涂用絲材有鋁、鋅、銅、鎳、不銹鋼、鋁青銅、巴氏合金、復(fù)合絲等許多品種。

第九十九頁(yè)，共130頁(yè)。目前市場(chǎng)提供的電弧噴涂用絲材有鋁、鋅、銅、鎳、不銹鋼、鋁青銅、巴氏合金、復(fù)合絲等許多品種。高熔點(diǎn)金屬，如鋼、鎳、銅等在噴涂時(shí)涂層收縮率、熱應(yīng)力、孔隙率都比較大，涂層容易開(kāi)裂、翹曲、剝落。目前只有低熔點(diǎn)的鋅、鋁絲材適合用于模具制造。

第一百頁(yè)，共130頁(yè)。國(guó)內(nèi)電弧噴涂中采用的噴涂絲材直徑主要有兩個(gè)系列，一個(gè)是?2mm系列，另一個(gè)為?3mm系列。噴涂絲材直徑不同，對(duì)送絲機(jī)構(gòu)和噴槍設(shè)計(jì)將有不同要求，同時(shí)也將影響到噴涂和涂層性能。?3mm絲材適用于大面積的電弧噴涂作業(yè)中。同種材料絲材，?2mm絲材的噴涂規(guī)范要比?3mm絲材寬，同一種規(guī)范條件下，?2mm絲材的表面更致密、更光滑。?2mm絲材在小電流時(shí)仍能正常噴涂，且涂層表面光潔、拋光性能好。小電流下噴涂，涂層熱輸入量小，因而涂層殘余熱應(yīng)力減小，這正是電弧噴涂制模及零件修復(fù)工藝所要求的。?2mm管狀絲材在噴涂中顯示出更大的優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)榻z材越細(xì)，管狀絲里面的藥粉混合得就越均勻，噴涂時(shí)藥粉熔化和冶金反應(yīng)進(jìn)行得就越充分，涂層質(zhì)量越好。第一百零一頁(yè)，共130頁(yè)。電弧噴涂模具的基本結(jié)構(gòu)可分為三部分，即金屬噴涂層、背襯層和鋼結(jié)構(gòu)部分。從上述分析可見(jiàn)，電弧噴涂模具表層由噴涂層(如鋅合金)、內(nèi)部由背襯層(如鉍錫合金)構(gòu)成，因此能夠合理利用各種性能材料，從外到內(nèi)，材料呈梯度分布。這是傳統(tǒng)制模方法所不能做到的。第一百零二頁(yè)，共130頁(yè)。要成功地將低熔點(diǎn)金屬噴涂到非常精細(xì)的母模模型表面上，很大程度取決于對(duì)溫度敏感的母模模型材料。對(duì)母模模型材料要求清潔無(wú)污、氣密性好，模型材料應(yīng)易于拋光。噴涂前，先用清潔劑去掉模型表面油污，再涂上薄薄的防護(hù)劑，干燥后即可進(jìn)行噴涂。

型腔表面材料預(yù)處理方法預(yù)處理材料注意事項(xiàng)金屬磨光、機(jī)加工清潔劑、表面防護(hù)劑充分預(yù)熱磨光面木面密封面拋光清潔劑、表面防護(hù)劑表面不應(yīng)有滲透現(xiàn)象硅橡膠涂表面防護(hù)劑

石膏密封面磨光

皮革對(duì)皮革粒面進(jìn)行處理清潔劑、表面防護(hù)劑用軟肥皂在其表面印一下，觀察肥皂表面的粒度熱固性樹(shù)脂用一般方法稍微處理，光滑自然清潔劑、表面防護(hù)劑熱塑成型用一般方法稍微處理，光滑自然清潔劑、表面防護(hù)劑檢查成型品有無(wú)缺陷，較薄的殼體需采取保護(hù)措施粘土光滑自然表面防護(hù)劑

第一百零三頁(yè)，共130頁(yè)。在實(shí)施電弧噴涂之前，還應(yīng)注意對(duì)母模進(jìn)行必要的其它預(yù)處理：1)放置金屬輔助嵌件。2)噴涂前清潔處理。3)側(cè)面開(kāi)孔。4)澆口和流道。5)支承架。6)支承材料。7)模具排氣。8)除塵。第一百零四頁(yè)，共130頁(yè)。利用電弧噴涂技術(shù)制作模具，既要求金屬微粒均勻致密地貼敷到樣模表面，又要求形成殼體后能順利、完整地從樣模上分離下來(lái)，而且在噴涂過(guò)程中要保護(hù)好樣模，使其表面花紋能經(jīng)得起噴涂金屬微粒的沖擊。常用的脫模劑有硬脂酸鋅、液體石蠟、硅油、聚乙烯醇等。其中，聚乙烯醇最適合于電弧噴涂制模工藝

第一百零五頁(yè)，共130頁(yè)。1)對(duì)噴涂環(huán)境的控制。2)噴涂層厚度的控制。3)噴涂均勻性的控制。4)母模表面溫度的控制。第一百零六頁(yè)，共130頁(yè)。填充基體必須具有易成型的特點(diǎn)，要有一定的耐熱性，同時(shí)導(dǎo)熱性及熱脹系數(shù)應(yīng)與金屬噴涂層相近，特別是當(dāng)模具工作溫度較高時(shí)更應(yīng)注意。1)環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑與鋁粉的配比計(jì)算。2)模具基體填充材料的制備與澆注。環(huán)氧樹(shù)脂增多，固化后的填料的抗壓強(qiáng)度會(huì)提高，并且表現(xiàn)韌性斷裂特征，試樣只有壓縮變形，沒(méi)有斷裂破壞，但熱導(dǎo)率會(huì)降低；金屬粉含量增多，填充材料的抗壓強(qiáng)度降低，并表現(xiàn)脆性斷裂特征，試詳呈斜面剪切破壞，但填充材料熱導(dǎo)率提高。第一百零七頁(yè)，共130頁(yè)?？焖俪尚秃碗娀娡肯嘟Y(jié)合的模具快速制造方法其步驟為：1)激光快速成型機(jī)快速成型零件原型。2)用電弧噴涂方法在原型零件表面噴涂l~3mm厚的金屬殼。3)在金屬殼背后用環(huán)氧樹(shù)脂等材料加固。4)取出原型零件即得到表面為金屬的模具。原型零件成型、噴涂和金屬噴涂層加固是關(guān)鍵。1)RP原型制作a)提高產(chǎn)品3D模型的建模精度。b)對(duì)RP原型進(jìn)行后處理，包括對(duì)原型表面進(jìn)行修整、打磨、拋光。2)硅膠模和過(guò)渡模的制作電弧噴涂時(shí)金屬微滴溫度很高，直接在RP原型上噴涂會(huì)損壞原型(一般要保存原型)，因此要制作能精確復(fù)制原型模樣的硅膠模，再用硅膠模翻制耐高溫的過(guò)渡基模，在過(guò)渡基模上噴涂金屬層。過(guò)渡基模在硅膠模上翻制，要求具有一定的強(qiáng)度、耐熱性和較好的潰散性。常用的材料有水泥、石膏、石墨、陶瓷、金屬等，制作時(shí)要防止過(guò)渡基模變形和開(kāi)裂。3)金屬殼的制作4)噴涂工藝參數(shù)選擇第一百零八頁(yè)，共130頁(yè)。采用合理的電弧噴涂工藝參數(shù)，可獲得良好的噴涂效果，使涂層具有較高的結(jié)合強(qiáng)度、微觀硬度、宏觀硬度和耐磨性及較小的孔隙率。電弧噴涂工藝參數(shù)主要有電壓、霧化氣壓、噴涂距離和噴槍移動(dòng)速度等。第一百零九頁(yè)，共130頁(yè)。應(yīng)該針對(duì)金屬噴涂模具的特點(diǎn)，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整注塑工藝參數(shù)。(1)注射壓力(2)鎖模力(3)模具溫度控制(4)保壓壓力和保壓時(shí)間第一百一十頁(yè)，共130頁(yè)。電鑄模是一種結(jié)合快速原型和傳統(tǒng)電鑄的快速模具技術(shù)，原理和制造過(guò)程與金屬噴涂法比較類似，采用電化學(xué)原理，通過(guò)電解液使金屬沉積在原型表面上，再背襯其他充填材料來(lái)制作模具的方法?；具^(guò)程為：首先對(duì)RP原型表面進(jìn)行必要的處理，如打磨、拋光、涂敷導(dǎo)電層等；然后置人電鑄槽中，通過(guò)電解液使金屬沉積在原型表面獲得金屬殼層，該殼層的內(nèi)表面精確地復(fù)制出了RP原型的外表面；通過(guò)中高溫?zé)Y(jié)去除金屬殼內(nèi)的原型；最后在模具框和金屬殼外側(cè)之間澆鑄低熔點(diǎn)合金或鋁粉一樹(shù)脂混合材料背襯，即可得到電鑄模。電鑄制模法制作的模具復(fù)制性好且尺寸精度高，適合于精度要求較高、形態(tài)均勻一致和形狀花紋不規(guī)則的型腔模具，如人物造型模具、兒童玩具和鞋模等。第一百一十一頁(yè)，共130頁(yè)。美國(guó)的愛(ài)達(dá)荷國(guó)家工程與環(huán)境實(shí)驗(yàn)室(IdahoNationalEngineeringandEnvironmentalLaborratory，INEEL)研制的RSP(RapidSolidificationProcess)快速制模技術(shù)的原理：采用普通的工具合金(如P20、H13與D2工具鋼或其它合金)粉末，通過(guò)沉積技術(shù)在RP原型的表面形成一層具有足夠厚度的沉積層。在增壓的作用下，熔融金屬液體進(jìn)入噴頭，在高速氣體的帶動(dòng)下，金屬微粒甚至可以以增原子的方式沉積在表面上，能夠把RP原型表面極細(xì)微的特征復(fù)制下來(lái)。表面粗糙度可以達(dá)到3Llm、沉積率為227kg／h，適用于此項(xiàng)工藝的材料不僅有金屬，而且包括陶瓷、聚合物等各類材料。

第一百一十二頁(yè)，共130頁(yè)。間接金屬粉末激光燒結(jié)制模工藝RapidToolTM方法的工藝過(guò)程原理：首先利用C02激光照射外層包有粘結(jié)劑的金屬粉末而使粉末粘結(jié)成型；將成型完成后未經(jīng)任何處理的制件放入充以70％氮?dú)夂?0％氦氣的加熱爐內(nèi)，并在適當(dāng)位置擺設(shè)銅磚，升溫至300～400℃將粘結(jié)劑燒掉，此時(shí)由于粘結(jié)劑的揮發(fā)所得到的制件含有大量的孔隙，當(dāng)爐溫繼續(xù)升高至700℃時(shí)，金屬粉末開(kāi)始熔化燒結(jié)而粘結(jié)在一起，當(dāng)溫度繼續(xù)升高至1120℃時(shí)，制品下面的銅磚開(kāi)始熔化并因毛細(xì)管現(xiàn)象滲入制品中因粘結(jié)劑蒸發(fā)所遺留下來(lái)的空隙中，得到無(wú)孔隙的致密制品；再將此制品進(jìn)行一些后處理的工作（如加工入料孔、冷卻水孔、頂出孔等）然后直接安裝在模座上，便可以在注射成型機(jī)上進(jìn)行批量制品的生產(chǎn)。該方法所得到的模芯用60％的鋼和40％的銅所組成，材料力學(xué)性能優(yōu)于A17075，壽命可超過(guò)50000件。該方法的優(yōu)點(diǎn)為：(1)制作過(guò)程快速(約5~15工作日)。(2)模具型芯中含有40％或45％的銅，因此注射模具的冷卻效果好，不時(shí)間可大大縮短。(3)模具壽命長(zhǎng)。(4)可使用傳統(tǒng)工具進(jìn)行機(jī)加工。該快速模具工藝方法的缺點(diǎn)是在1120℃滲銅時(shí)會(huì)因高溫導(dǎo)致制件變形。第一百一十三頁(yè)，共130頁(yè)。鋁顆粒增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂模具采用環(huán)氧樹(shù)脂作為模具主要材料，以RP原型為母模，在原型表面涂一層環(huán)氧樹(shù)脂，再在后面填充混有鋁粒(或者全部為金屬顆粒)的環(huán)氧樹(shù)脂作為背襯，脫模得到鋁基環(huán)氧樹(shù)脂模。主要用作注塑模，其壽命一般為500~2000件。工藝步驟為：制作RP母模；畫出分型線；設(shè)計(jì)制造套裝夾具(通常為木制)；固定RP原型，木制夾具被切割成幾塊(固定復(fù)雜的原型要切割成10～15塊)；將石蠟灌注到切割間隙或裂縫中；然后將35％的環(huán)氧樹(shù)脂和65％的增強(qiáng)鋁顆?；旌虾笸磕ㄓ谠偷谋砻嫔希还袒筮M(jìn)行修整制成鋁顆粒增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂模具。第一百一十四頁(yè)，共130頁(yè)。將RP原型翻制的硅膠型，通過(guò)涂層轉(zhuǎn)移獲得精密陶瓷型，澆鑄鑄鋁或黑色金屬，可以制作子午線輪胎模等。過(guò)程:快速成型制作母?！獫沧⒐柘鹉z環(huán)氧樹(shù)脂構(gòu)成軟?！迫ツ改！谲浤Ｖ袧沧⒒瘜W(xué)粘結(jié)陶瓷(CBC陶瓷基合成材料)型腔——在205℃下固化CBC型腔——型腔表面拋光——加入澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)——生產(chǎn)注射模。

也可采用類似于此工藝的使用石膏型的工藝路線快速制造模具。由CAD模型制造出LOM的模具原型——由RP原型翻制硅膠型——通過(guò)涂層轉(zhuǎn)移獲得精密石膏型，增壓振動(dòng)進(jìn)行澆鑄，得到輪轂的模具。

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