快速成型概述演示文稿

快速成型概述演示文稿當(dāng)前第1頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)4.1快速成型的原理

4.1.1快速成型制造的基本概念

4.1.2快速成型的過程

4.1.3快速成型技術(shù)的特點(diǎn)當(dāng)前第2頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)快速成型（RapidPrototype，簡稱RP)又稱快速原型.craft-basedmethod(ClayPrototype)CNCmachiningRapidPrototyping當(dāng)前第3頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)物體成型方式有四種基本去除成形受迫成形堆積成形生長成形4.1.1成型的分類當(dāng)前第4頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)去除成型：運(yùn)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型的方法。傳統(tǒng)的車、銑、刨、磨、鉆、電火花加工、激光切割等都屬于去除成型。是目前最主要的成型方式。當(dāng)前第5頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)受迫成型：利用材料的可成型性在特定的外界約束（邊界約束或外力約束）下成型。傳統(tǒng)的鍛壓、鑄造、粉末冶金等都屬于受迫成型。多用于毛坯制造。但也有直接用于最終零件成型，精密鑄造、精密鍛造屬凈成型或近凈成型。當(dāng)前第6頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)堆積成型：把材料（氣、液、固相）有序地堆積起來的成型。RP屬于堆積成型（先離散再堆積）近凈成型工藝。當(dāng)前第7頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)生長成型：利用材料的活性進(jìn)行成型的方法。自然界中的生物（植物、動(dòng)物）個(gè)體發(fā)育均屬于生長成型。這是最高層次的成型方法。當(dāng)前第8頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)

快速成型基于離散/堆積的思想，將一個(gè)物理實(shí)體復(fù)雜的三維加工，離散成一系列二維層片,然后逐點(diǎn)、逐面進(jìn)行材料的堆積成型。

是一種降維制造或者稱增材制造技術(shù)。4.1.2快速成型的過程當(dāng)前第9頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)4.1.2快速成型的過程當(dāng)前第10頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)組合過程CAD模型Z向離散化（分層）層面信息處理層面加工與粘接層層堆積分解過程計(jì)算機(jī)中信息處理成形機(jī)中堆積成形當(dāng)前第11頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)4.1.3快速成型技術(shù)的特點(diǎn)1）可以制造任意復(fù)雜的三維幾何實(shí)體。離散/堆積成型的原理，將十分復(fù)雜的三維制造過程簡化為二維過程的疊加當(dāng)前第12頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)2）快速原型產(chǎn)品單價(jià)與原型的復(fù)雜程度和原型的數(shù)量均無關(guān)

產(chǎn)品單價(jià)產(chǎn)品單價(jià)傳統(tǒng)方法傳統(tǒng)方法RPRP復(fù)雜程度制造數(shù)量當(dāng)前第13頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)2）高度柔性。成型過程無需專用工具或夾具，通過對CAD模型的修改重組就可獲得新零件的設(shè)計(jì)和加工信息

。3）快速性。從CAD設(shè)計(jì)到原型(或零件)加工完畢，只需幾十分鐘至幾十小時(shí)4）成形過程中信息過程和材料過程的一體化，尤其適合成形材料為非均質(zhì)的原型。5）技術(shù)的高度集成。集成了CAD、CAM、CNC、激光、材料等技術(shù)。與反求工程（RE）、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等結(jié)合，成為產(chǎn)品開發(fā)的有力工具。當(dāng)前第14頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)4.2快速成型制造工藝的分類一、按制造工藝所使用的材料的狀態(tài)、性能特征分為：液態(tài)聚合、固化：原材料是液態(tài)的，利用光能或熱能使特殊的液態(tài)聚合物固化從而形成所需的形狀粉末燒結(jié)與粘結(jié)：原材料是固態(tài)粉末，分別通過激光燒結(jié)或用粘結(jié)劑粘結(jié)把材料粉末連接起來當(dāng)前第15頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)絲材、線材熔化粘結(jié)：原材料為固態(tài)的絲材、或線材，通過升溫使其熔化并按指定的路線堆砌出需要的形狀膜、板材層合：原材料是固態(tài)的板或膜，通過粘結(jié)把各片簿層板粘結(jié)在一起，或者是利用塑料膜的光聚合作用而把各層膜片粘結(jié)起來。當(dāng)前第16頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)二、按制造工藝原理分以下幾種熔融沉積技術(shù)(FDM)立體印刷成型（SLA）層合實(shí)體制造(LOM)無木模制造（PCM）三維噴涂粘結(jié)(3DP)BasicRPTechnologies選域激光燒結(jié)(SLS)當(dāng)前第17頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)4.3快速成型技術(shù)的應(yīng)用4.3.1快速成型在新產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用4.3.2快速成型在模具制造中的應(yīng)用4.3.3快速成型在快速鑄造中的應(yīng)用4.3.4快速成型在藝術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用4.3.5快速成型在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

當(dāng)前第18頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)快速成型在新產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用

在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)手段日趨先進(jìn)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)快捷、直觀，但由于軟件和硬件的局限，設(shè)計(jì)人員仍無法直觀地評價(jià)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的效果和結(jié)構(gòu)的合理性以及生產(chǎn)工藝的可行性。每一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)都可能存在著一些人為的設(shè)計(jì)缺陷，如果不及早發(fā)現(xiàn)就會(huì)影響后續(xù)工作。RP原型將CAD數(shù)字模型可視化，可以進(jìn)行設(shè)計(jì)評價(jià)、干涉檢驗(yàn)，甚至某些功能測試，將設(shè)計(jì)缺陷消滅在初步設(shè)計(jì)階段，減少損失。當(dāng)前第19頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)1.概念模型的可視化、零件的觀感評價(jià)2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證與裝配效驗(yàn)3.性能和功能測試當(dāng)前第20頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)應(yīng)用一：概念模型的可視化、零件的觀感評價(jià)消費(fèi)品當(dāng)前第21頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)應(yīng)用二：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證與裝配效驗(yàn)外形功能裝配干涉檢驗(yàn)設(shè)計(jì)合理性驗(yàn)證吸塵器當(dāng)前第22頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)應(yīng)用三：性能和功能測試當(dāng)前第23頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)4.3.2RP在模具制造中的應(yīng)用

快速模具制造技術(shù)(RapidTooling,簡稱RT)是用快速成型工藝及相應(yīng)的后續(xù)加工，來快速制作模具的技術(shù)。1.可以根據(jù)CAD模型直接將復(fù)雜的型腔曲面制造出來。2.在最終生產(chǎn)模具開模之前進(jìn)行新產(chǎn)品試制與小批量生產(chǎn)，可以大大提高產(chǎn)品開發(fā)的一次成功率,節(jié)約開發(fā)費(fèi)用3.制造周期僅為原來的1/3～1/10左右,生產(chǎn)成本僅為原來的1/3～1/5

當(dāng)前第24頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)4.3.2RP在模具制造中的應(yīng)用

利用快速原型技術(shù)制造快速模具可以分為直接模具制造與間接模具制造兩大類。主要用于制造塑料模、沖壓模和鑄模等。把熔模鑄造、噴涂法、陶瓷模法、研模法、電鑄法等先進(jìn)模具制造技術(shù)和快速原型制造結(jié)合起來，就可以快速地制造出各種簡易模具和永久性鋼模來。當(dāng)前第25頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)直接模具

指的是利用不同類型的快速原型技術(shù)直接制造出模具本身，然后進(jìn)行一些必要的后處理和機(jī)加工以獲得模具所要求的機(jī)械性能、尺寸精度和表面粗糙度。直接快速模具制造是用SLS、FDM、LOM、3DP等工藝直接制造出樹脂模、陶瓷模、金屬模等模具。當(dāng)前第26頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)1．SLA工藝直接制模利用SLA工藝制造樹脂模，可作為小批量塑料零件的制造模具。SLA制模的特點(diǎn)是：1）可以直接得到塑料模具。2）模具的表面粗糙度低，尺寸精度高。3）適用小型模具的生產(chǎn)。4）模具易發(fā)生翹曲，在成型過程中需設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)，尺寸精度不易保證。5）成型時(shí)間長，往往需要二次固化當(dāng)前第27頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)1．SLA工藝直接制模利用SLA工藝制造樹脂模，可作為小批量塑料零件的制造模具。SLA制模的特點(diǎn)是：1）可以直接得到塑料模具。2）模具的表面粗糙度低，尺寸精度高。3）適用小型模具的生產(chǎn)。4）模具易發(fā)生翹曲，在成型過程中需設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)，尺寸精度不易保證。5）成型時(shí)間長，往往需要二次固化當(dāng)前第28頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)2．LOM工藝直接制模

采用特殊的紙質(zhì)，利用LOM工藝方法可直接從模具的三維CAD模型制成紙質(zhì)模具，其堅(jiān)如硬木，并可耐200℃的高溫，經(jīng)表面打磨處理可用作低熔點(diǎn)合金的模具，或樣件試制用的注塑模以及精密鑄造用的蠟?zāi)３尚湍?，還可代替砂型鑄造用的木模。

當(dāng)前第29頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)直接用LOM制造的模具型芯和型腔接當(dāng)前第30頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)LOM模具的特點(diǎn)是：（1）模具翹曲變形小，成型過程無需設(shè)計(jì)和制作支撐結(jié)構(gòu)。（2）有較高的強(qiáng)度和良好的力學(xué)性能，但薄壁件的抗拉強(qiáng)度和彈性不夠好。（3）適用于制造中大型模具。（4）后續(xù)打磨處理耗時(shí)費(fèi)力，模具制造周期增加，成本提高當(dāng)前第31頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)3.SLS工藝直接制模

SLS工藝采用樹脂、陶瓷和金屬粉等多種材料直接制造模具，這也是SLS技術(shù)的一大優(yōu)勢SLS制模技術(shù)的特點(diǎn)(1)制件的強(qiáng)度高，在成型過程中無需設(shè)計(jì)、制作支撐結(jié)構(gòu)。(2)能直接成型塑料、陶瓷和金屬制件。(3)適合中、小模具的制作(4)成型件結(jié)構(gòu)疏松、多孔，且有內(nèi)應(yīng)力，制件易變形當(dāng)前第32頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)間接快速制模

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（如硅膠模）等。對快速原型制造技術(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)硅橡膠模過渡轉(zhuǎn)換得到石膏型或陶瓷型，再由石膏型或陶瓷型澆注出金屬模。當(dāng)前第33頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)間接制模方法則根據(jù)零件生產(chǎn)批量大小而不同。常用的有：硅膠模（批量50件以下）環(huán)氧樹脂模（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

間接制模法生產(chǎn)出來的模具一般又分為軟質(zhì)模具和硬質(zhì)模具兩大類

當(dāng)前第34頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)按模具材料的不同，間接快速制模分為：非金屬模具、半金屬模具、金屬模具1）非金屬模具有RP原型直接翻制獲得。主要有：硅橡膠模、環(huán)氧樹脂模2）金屬模具一般通過RP原型結(jié)合澆注、燒結(jié)、鑄造、電加工等方法獲得3）半金屬模具一般通過電鑄或金屬噴涂方法形成金屬薄殼，然后用非金屬材料或復(fù)合材料進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)的工藝方法獲得。當(dāng)前第35頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)軟質(zhì)模具

軟質(zhì)模具因其所使用的軟質(zhì)材料（如硅橡膠、環(huán)氧樹脂、低熔點(diǎn)合金、鋅合金、鋁等）有別于傳統(tǒng)的鋼質(zhì)材料，也可稱簡易鋼模。制造成本相對較低。這類模具一般用RP技術(shù)制作零件原型，然后根據(jù)該原型翻制成硅橡膠模、金屬樹脂模和石膏模

當(dāng)前第36頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)1）硅橡膠模具

優(yōu)點(diǎn)：硅膠模具有很好的彈性、復(fù)印性和一定的強(qiáng)度,便于脫模，能夠制作結(jié)構(gòu)復(fù)雜、花紋精細(xì)、無拔模斜度甚至具有倒拔模斜度以及具有深凹槽類的零件，制作澆注完成后均可直接取出。硅橡膠可用作試制小批量生產(chǎn)用注塑模、精鑄蠟?zāi)：推渌g接快速模具制造技術(shù)的中間過渡模

當(dāng)前第37頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)RP原型表面打磨硅膠計(jì)量型框制作真空脫泡硅膠注入型框、二次脫泡硅膠硅膠硬化開模修整取出原型合模固定硅膠模具的制作工藝流程當(dāng)前第38頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)硅膠模當(dāng)前第39頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)2）環(huán)氧樹脂模具

環(huán)氧樹脂模具是將液態(tài)的環(huán)氧樹脂與有機(jī)或無機(jī)復(fù)合材料作為基體材料，以原型為基準(zhǔn)澆注模具的一種間接制模方法環(huán)氧樹脂模具與傳統(tǒng)注塑模具相比，成本只有傳統(tǒng)方法的幾分之一，模具壽命如鋼模，但比硅膠模高當(dāng)前第40頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)3）金屬樹脂模具

用環(huán)氧樹脂加金屬粉(鐵粉或鋁粉)作填充材料，也有的加水泥、石膏或加強(qiáng)纖維作填料。這種簡易模具也是利用RP原型翻制而成，強(qiáng)度和耐溫性比高溫硅橡膠更好。當(dāng)前第41頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)4）金屬噴涂模具

金屬噴涂制模技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，包括注射模(塑料或蠟)、吹塑模、旋轉(zhuǎn)模塑模、反應(yīng)注射模(RIM)、吸塑模、澆鑄模等。金屬噴涂模尤其適合于低壓成型過程，如反應(yīng)注塑、吹塑、澆鑄等。如用于聚胺酯制品生產(chǎn)時(shí)，件數(shù)能達(dá)到10萬件以上當(dāng)前第42頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)將霧狀金屬噴涂到RP原型上，產(chǎn)生約2cm厚的金屬硬殼，然后用填充的環(huán)氧樹脂或硅橡膠支撐，將殼與原型分離，得到精密的模具。1）模型準(zhǔn)備——用快速原型機(jī)制作初樣模2）金屬噴涂模型3）制作模具框架4）澆注模具的填充材料5）脫模及模具型腔表面拋光處理當(dāng)前第43頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)5）電鑄制模法

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)。它的基本過程為:（1）對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；（2）置入電鑄槽中,通過常溫電鑄獲得金屬殼層,該殼層的內(nèi)表面精確地復(fù)制出了RP原型的外表面（3）高溫?zé)Y(jié)去除金屬殼內(nèi)的原型（4）在模具框和金屬殼外側(cè)之間澆鑄低熔點(diǎn)合金或鋁粉—樹脂混合材料背襯,即可得到電鑄模。特點(diǎn)：模具復(fù)制性好且尺寸精度高，適用于精度要求較高、形態(tài)均勻一致和形狀花紋不規(guī)則的型腔模具，當(dāng)前第44頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)硬質(zhì)模具

硬質(zhì)模具屬于鋼質(zhì)模具，利用RPM原型制作鋼質(zhì)模具的主要方法有陶瓷型精密鑄造法、熔模鑄造法、砂型鑄造法、電火化加工法等。當(dāng)前第45頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)1）電火花（EDM）加工鋼模

RP制作的原型往往不導(dǎo)電，無法直接用作電火花加工的工件電極?；鸹庸しㄊ抢肦P原型制作EDM電極，然后利用電火花加工制作鋼模，其制作過程一般為：零件原始信息→立體CAD模型→快速成型→RP原型→翻制研具→研磨電極→電火花加工→鋼模電火花技術(shù)加工模具正成為一種常規(guī)的方法

當(dāng)前第46頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)2）陶瓷型精密鑄造法

適用于單件生產(chǎn)或小批量生產(chǎn)鋼?；驹硎且钥焖俪尚拖到y(tǒng)制作的模型，用特制的陶瓷漿料制成陶瓷鑄型，利用鑄造方法制作鋼模具工藝過程為：制造RP原型母?！焯沾蓾{→在焙燒爐中固化模殼→燒去母模→預(yù)熱模殼→澆鑄鋼(鐵)型腔→拋光→加入澆注、冷卻系統(tǒng)→制成生產(chǎn)注塑模周期不超過4周，制造的模具可生25000個(gè)塑料產(chǎn)品

當(dāng)前第47頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)3）熔模精密鑄造法

RP原型或根據(jù)原型翻制的硅橡膠、金屬樹脂復(fù)合材料或聚氨酯制成蠟?zāi)；驑渲５膲盒?，然后用該壓型批量制造蠟?zāi)：蜆渲?/p>

當(dāng)前第48頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)4）砂型鑄造法

專用覆膜砂，利用SLS成型技術(shù)可以直接制造砂型（芯），通過澆注可得到形狀復(fù)雜的金屬模具當(dāng)前第49頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)直接快速模具與間接快速模具技術(shù)的比較

直接快速模具制造工藝簡單、工期短，特別適合需要復(fù)雜形狀的內(nèi)流道冷卻的模具與零件；但是，它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間接快速模具根據(jù)不同的應(yīng)用要求，選擇不同復(fù)雜程度和成本的工藝，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，也可以滿足經(jīng)濟(jì)性的要求

當(dāng)前第50頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)4.3.3在快速鑄造中的應(yīng)用

快速成型與鑄造工藝的結(jié)合稱為快速鑄造工藝。由于快速鑄造過程無須開模具，因而大大節(jié)省了制造周期和費(fèi)用采用快速成型技術(shù)，鑄造過程無須開模具，因而大大節(jié)省了制造周期和費(fèi)用,可鑄造出結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、難于用其它方法加工的精度較高的鑄件當(dāng)前第51頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)

快速鑄造基本原理就是利用快速成型技術(shù)直接或間接制造鑄造用的蠟?zāi)?、消失模、模樣、模板、型芯或型殼等，然后結(jié)合傳統(tǒng)鑄造工藝，快捷地制造精密鑄件。

當(dāng)前第52頁\共有58頁\編于星期三\0點(diǎn)4.3.4在