快速成型制造

快速成型制造第一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六一、快速原型技術(shù)產(chǎn)生的背景市場變化客戶要求計算機技術(shù)材料科學(xué)企業(yè)競爭全球化知識更新RP第二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六二、RPT的概念和原理按加工后原材料體積變化與否分為：

受迫成型(ForcedForming)——按被加工材料的自然狀態(tài)又可分為固態(tài)成型法（鍛造、沖剪、擠壓、拉拔等）、液態(tài)成型法（鑄造）和半液態(tài)成型法（注塑）。

去除成型(DislodgeForming)——又可分為機械聯(lián)接、粘接術(shù)和焊接三種方式。材料去除法則有人們所熟知的車、銑、刨、磨等工藝，是目前制造業(yè)重要成型形式。

添加成型(AdditiveForming)——八十年代初一種全新的制造概念被提了出來。通過添加材料來達(dá)到零件設(shè)計要求的成型方法，這種新型的零件生產(chǎn)工藝就成為RP（快速成型）的主要實現(xiàn)手段。

生長成型(GrowthForming)——利用生物術(shù)是人為系統(tǒng)中的生長成型方式。第三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六

快速成型技術(shù)

是將計算機輔助設(shè)計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)、計算機數(shù)字控制(CNC)、激光、精密伺服驅(qū)動和新材料等先進技術(shù)集于一體,快速制造任意復(fù)雜形狀三維物理實體的技術(shù)

第四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六第五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六RPT技術(shù)的特征（1）高度柔性可以制造出任意復(fù)雜形狀的零件（2）技術(shù)的高度集成是計算機技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)與材料技術(shù)的綜合集成。（3）設(shè)計制作一體化(CAD/CAM一體化)由于采用離散/堆積分層制作工藝，能夠很好地將CAD/CAM結(jié)合（4）快速性這一特點適合于新產(chǎn)品的開發(fā)與管理。

第六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六

1.光固化原型制造

SLA(StereoLithographyApparatus)2.分層實體制造LOM(LaminatedObjectManufacturing)3.選擇性激光燒結(jié)SLS(SelectedLaserSintering)

4.熔融沉積制造FDM(FusedDepositionModeling)

三、RPT幾種常見方法

第七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六1.液態(tài)光敏聚合物選擇性固化（SLA）工藝原理是：采用一定波長和強度的紫外激光束有選擇的照射液態(tài)光敏聚合物，被照射的液態(tài)光敏聚合物迅速發(fā)生聚合反應(yīng)，分子量急劇增大發(fā)生相變，由液態(tài)變成固態(tài)，最終形成三維實體。三、RPT幾種常見方法

第八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六SLA成形系統(tǒng)的組成及各部分的作用SLA成形系統(tǒng)由激光器、X－Y運動裝置、光敏液態(tài)聚合物、液槽、升降臺、刮刀和控制軟件組成。第九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六因為樹脂材料的高粘性，在每層固化之后，液面很難在短時間內(nèi)迅速流平，這將會影響實體的精度。采用刮板刮切后，所需數(shù)量的樹脂便會被十分均勻地凃敷在上一疊層上，這樣經(jīng)過激光固化后可以得到較好的精度，使產(chǎn)品表面更加光滑和平整。第十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六光固化成型的后處理

在快速成型系統(tǒng)中原型疊層制作完畢后，需要進行剝離等后續(xù)處理工作，以便去除廢料和支撐結(jié)構(gòu)等。對于光固化成型方法成型的原型，還需要進行后固化處理等，下面以某一SLA原型為例給出其后續(xù)處理的步驟和過程。

第十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六原型疊層制作結(jié)束后，工作臺升出液面，停留5~10min，以晾干多余的樹脂。

將原型和工作臺一起斜放晾干后浸入丙酮、酒精等清洗液體中，攪動并刷掉殘留的氣泡。持續(xù)45min左右后放入水池中清洗工作臺約5min。

12第十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六從外向內(nèi)從工作臺上取下原型，并去除支撐結(jié)構(gòu)。

再次清洗后置于紫外烘箱中進行整體后固化。

34第十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六SLA設(shè)備第十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六

產(chǎn)品第十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六

成型過程自動化程度高（二）光固化成型技術(shù)的特點

優(yōu)點：

尺寸精度高SLA系統(tǒng)非常穩(wěn)定，加工開始后，成型過程可以完全自動化，直至原型制作完成。SLA原型的尺寸精度可以達(dá)到±0.1mm。

優(yōu)良的表面質(zhì)量

雖然在每層固化時側(cè)面及曲面可能出現(xiàn)臺階，但上表面仍可得到玻璃狀的效果。

可以制作結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的模型可以直接制作面向熔模精密鑄造的具有中空結(jié)構(gòu)的消失型第十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六

制件易變形缺點：

設(shè)備運轉(zhuǎn)及維護成本較高

液態(tài)樹脂材料和激光器的價格較高使用的材料較少目前可用的材料主要為感光性的液態(tài)樹脂材料液態(tài)樹脂有氣味和毒性，并且需要避光保護，以防止提前發(fā)生聚合反應(yīng)，選擇時有局限性。成型過程中材料發(fā)生物理和化學(xué)變化需要二次固化經(jīng)快速成型系統(tǒng)光固化后的原型樹脂并未完全被激光固化。

較脆，易斷裂性能尚不如常用的工業(yè)塑料第十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六2、分層實體制造LOM

采用激光或刀具對片材進行切割。片材表面事先涂覆上一層熱熔膠。成形開始時熱壓輥對片材進行加熱加壓，按照分層CAD模型在新層上切割出輪廓線，而后將不屬于原型的材料切割成網(wǎng)格狀。通過升降平臺的移動和片材的送給,往復(fù)運動，獲得所需的三維實體。第十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六LOM工藝由美國Helisys于1986年研制成功。主要零部件有：

計算機、原材料存儲及送進機構(gòu)、工作平臺、CO2激光器、熱壓輥、升降臺等。圖6、LOM原理圖熱壓輥熱壓片材激光器切割出零件截面輪廓和工件外框工作臺下降滾筒轉(zhuǎn)動工作臺上升第十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六LOM設(shè)備第二十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六產(chǎn)品第二十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六優(yōu)缺點

1、由于LOM工藝只須在片材上切割出零件截面的輪廓，而不用掃描整個截面，因此工藝簡單，成型速度快，易于制造大型零件；

2、工藝過程中不存在材料相變，因此不易引起翹曲變形，零件的精度較高，激光切割為0.1mm，刀具切割為0.15mm；

3、工件外框與截面輪廓之間的多余材料在加工中起到了支撐作用，所以LOM工藝無需加支撐；

材料廣泛，成本低，用紙制原料還有利于環(huán)保；

4、力學(xué)性能差，只適合做外形檢查。

第二十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六3.選擇性激光燒結(jié)（SLS）

SLS（Selectivelasersintering)是紅外激光器作能源，使用粉末材料。首先將粉末預(yù)熱到稍低于其熔點的溫度，將粉末鋪平,激光束在計算機控制下根據(jù)分層截面信息進行有選擇地?zé)Y(jié)，重復(fù)，燒結(jié)完后去掉多余的粉末，則就可以得到一燒結(jié)好的零件。第二十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六鋪粉激光器掃描圖8、SLS工作原理圖CO2激光器、光學(xué)系統(tǒng)、粉料送進及回收系統(tǒng)、升降機構(gòu)、工作臺等第二十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六SLS設(shè)備第二十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六優(yōu)點材料廣泛，利用率高，工藝簡單，無需支撐,成型的零件機械性能好,強度高。缺點粉末比較松散,燒結(jié)后精度不高,尤其是Z軸方向的精度難以控制。第二十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六

4.熔融沉積成型（FDM）

FDM（FusedDepositionModeling)，是一種不依靠激光作為成型能源，利用熱塑性細(xì)絲在移動頭中進行熔化，熔化后的材料在移動的過程中被擠壓出來堆積零件。成形系統(tǒng)：工作臺、送絲機構(gòu)、運動機構(gòu)、加熱裝置、噴頭。

第二十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六FDM工藝由美國工程師ScottCrump于1988年研制成功。FDM的材料一般是熱塑性材料，以絲狀供料。材料在噴頭內(nèi)被加熱熔化，噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運動，同時將熔化的材料擠出，材料迅速凝固，并與周圍的材料凝結(jié)。加熱絲狀材料噴頭掃描并噴出半流動狀材料材料固化圖9、FDM原理圖第二十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六FDM設(shè)備第二十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六產(chǎn)品第三十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六優(yōu)缺點優(yōu)點1，不使用激光，操作簡單，成本低2，成形安全，工作中不會有有毒的化學(xué)成分析出3，材料利用率高，可回收利用缺點1，成形精度低2，受噴頭移動的影響，成型件的表面有比較明顯的條紋第三十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六（1）SLA快速成形系統(tǒng)的成型原理：

成形材料：液態(tài)光敏樹脂；

制件性能：相當(dāng)于工程塑料或蠟?zāi)＃?/p>

主要用途：高精度塑料件、鑄造用蠟?zāi)！蛹蚰Ｐ?。?）SLS快速成形系統(tǒng)的成型原理：

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?/p>

主要用途：塑料件、鑄造用蠟?zāi)?、樣件或模型。?）LOM快速成形系統(tǒng)的成型原理：

成形材料：涂敷有熱敏膠的纖維紙；

制件性能：相當(dāng)于高級木材；

主要用途：快速制造新產(chǎn)品樣件、模型或鑄造用木模。（4）FDM快速成形系統(tǒng)的成型原理：

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)＃?/p>

主要用途：塑料件、鑄造用蠟?zāi)！蛹蚰Ｐ?。第三十二頁，共四十一頁，編輯?023年，星期六

精度表面質(zhì)量材料質(zhì)量材料利用率運行成本生產(chǎn)成本設(shè)備費用市場占有率SLA好優(yōu)較貴接近100%較高高較貴70SLS一般一般較貴接近100%較高一般較貴10LOM一般較差較便宜較差較低高較便宜7FDM較差較差較貴接近100%一般較低較便宜6第三十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六四、RPT的應(yīng)用觀感評價銷售模型功能測試CAD數(shù)據(jù)檢查裝配校核可制造性檢查（一）快速原型第三十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六（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第三十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六快速成型技術(shù)——RapidPrototypingTechnology應(yīng)用在鑄造領(lǐng)域第三十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六間接RP鑄型制造第三十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六快速成型技術(shù)——RapidPrototypingTechnology生物醫(yī)學(xué)工程根據(jù)CT（ComputedTomography）掃描或MRI（MagneticResonanceImaging）核磁共振的數(shù)據(jù)，采用RP技術(shù)可以快速制造人體骨骼和軟組織的實體模型，這些人體器官實體模型可幫助醫(yī)生進行病情輔助診斷和復(fù)雜手術(shù)確定治療方案，甚至可以制作一種活性種植體植入人體替代某些器官，具有巨大的臨床價值和學(xué)術(shù)價值。第三十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六快速成型技術(shù)——RapidPrototypingTechnologyMEMS(MicroElectromechanicalSystem，即微電子機械系統(tǒng))是指集微型傳感器、執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的微型機電系統(tǒng)。一般采用光固化法、選擇性激光燒結(jié)法等，可以直接將高熔點金屬的納米顆粒燒結(jié)成型。MEMS微電子機械系統(tǒng)第三十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期六快速成型技術(shù)——RapidPrototypingTechnology藝術(shù)品的制造藝術(shù)品和建筑裝飾品是根據(jù)設(shè)計者的靈感，構(gòu)思設(shè)計出來的，采用RP可使藝術(shù)家的創(chuàng)作、制造一體化，為藝術(shù)家提供最佳的設(shè)計環(huán)境和成型條件。第四十