快速成形技術(shù)課件

第十章快速成形技術(shù)快速成形技術(shù)(RapidProtoyping簡稱RP)：增材加工法⒈產(chǎn)生和發(fā)展：20世紀80年代后發(fā)展起來的。綜合了機械工程、CAD、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料科學技術(shù)。2001年中國機械工程學會下屬的特種加工學會增設(shè)了快速成形專業(yè)委員會。

1第十章快速成形技術(shù)快速成形技術(shù)(RapidProtoyp第十二章快速成形技術(shù)⒉特點：⑴可以自動、直接、快速、精確地將設(shè)計思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵?。⑵產(chǎn)品設(shè)計進行快速評估、修改及功能試驗，大大縮短了產(chǎn)品的研制周期。⑶快速工裝模具制造、快速精鑄技術(shù)則可實現(xiàn)零件的快速制造。⑷增材加工法⑸綜合了機械工程、CAD、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料科學技術(shù)。2第十二章快速成形技術(shù)⒉特點：2第十二章快速成形技術(shù)⒊代表性的工藝和種類：20多種，眾多的快速成形工藝中，具有代表性的工藝是：⑴光敏樹脂液相固化成形⑵選擇性粉末燒結(jié)成形⑶薄片分層疊加成形⑷熔絲堆積成形等4種。3第十二章快速成形技術(shù)⒊代表性的工藝和種類：3第十二章

快速成形技術(shù)

第一節(jié)光敏樹脂液相固化成形第二節(jié)

選擇性激光粉末燒結(jié)成形

第三節(jié)

薄片分層疊加成形第四節(jié)熔絲堆積成形4第十二章快速成形技術(shù)第一節(jié)光敏樹脂液相固化成形4第一節(jié)光敏樹脂液相固化成形

光敏樹脂液相固化成形(SL—Stereolithography)又稱光固化立體造型或立體光刻。產(chǎn)生和發(fā)展：由CharlesHul發(fā)明并于1984年獲美國專利。1988年美國3D系統(tǒng)公司推出商品化的世界上第一臺快速原型成形機。SL方法是目前RP技術(shù)領(lǐng)域中研究得最多的方法，也是技術(shù)上最為成熟的方法。目前，SLA系列成形機占據(jù)著RP設(shè)備市場較大的份額。

5第一節(jié)光敏樹脂液相固化成形光敏樹脂液相固化成形(SL—St第一節(jié)光敏樹脂液相固化成形⒈光敏樹脂液相固化成形——SL工藝原理SL工藝是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作的。液態(tài)材料在一定波長(λ=325nm)和功率(P=30mW)的紫外激光的照射下能迅速發(fā)生光聚合反應，分子量急劇增大，材料也就從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。加工：零件分層(層高約0.1mm)→分層固化→整個零件固化完→三維實體原型

分層固化：液態(tài)光敏樹脂→激光束掃描→液體固化（逐點掃描逐點固化）→一層液態(tài)樹脂固化完→下一層液態(tài)樹脂→逐點掃描逐點固化→固化完6第一節(jié)光敏樹脂液相固化成形⒈光敏樹脂液相固化成形——SL工第一節(jié)光敏樹脂液相固化成形7第一節(jié)光敏樹脂液相固化成形7第一節(jié)光敏樹脂液相固化成形⒉特點和成形材料⑴特點：①精度較高、表面質(zhì)量好精度能達到或小于0.1mm②原材料利用率將近100％③能制造形狀特別復雜(如空心零件)、特別精細(如首飾、工藝品等)的零件④制作出來的原型件，可快速翻制各種模具。

8第一節(jié)光敏樹脂液相固化成形⒉特點和成形材料8第一節(jié)光敏樹脂液相固化成形

⑵成形材料：SL工藝的成形材料稱為光固化樹脂(或稱光敏樹脂)主要包括：①齊聚物②反應性稀釋劑③光引發(fā)劑

根據(jù)引發(fā)劑的引發(fā)機理，光固化樹脂可以分為三類：①自由基光固化樹脂②陽離子光固化樹脂

③混雜型光固化樹脂

9第一節(jié)光敏樹脂液相固化成形⑵成形材料：9第一節(jié)光敏樹脂液相固化成形⒊SL光敏樹脂液相固化成形設(shè)備和應用⑴設(shè)備組成：①Z軸升降工作臺②X、Y工作臺③光學系統(tǒng)④控制系統(tǒng)⑤光敏樹脂

華中科技大學清華大學西安交通大學10第一節(jié)光敏樹脂液相固化成形⒊SL光敏樹脂液相固化成形設(shè)備和應第一節(jié)光敏樹脂液相固化成形11第一節(jié)光敏樹脂液相固化成形11第一節(jié)光敏樹脂液相固化成形12第一節(jié)光敏樹脂液相固化成形12第一節(jié)光敏樹脂液相固化成形⑵應用：①直接制作各種樹脂功能件，用作結(jié)構(gòu)驗證和功能測試；②可制作比較精細和復雜的零件；③可制造出有透明效果的制件；④制作出來的原型件可快速翻制各種模具。硅橡膠模、金屬冷噴模、陶瓷模、合金模、電鑄模、環(huán)氧樹脂模和氣化模。

13第一節(jié)光敏樹脂液相固化成形⑵應用：13第二節(jié)選擇性激光粉末燒結(jié)成形選擇性激光粉末燒結(jié)成形(SLS—SelectedLaserSintering)工藝又稱為選區(qū)激光燒結(jié)。產(chǎn)生和發(fā)展：1989年由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的C．R．Dechard研制成功。已被美國DTM公司商品化。⒈選擇性激光粉末燒結(jié)成形——SLS工藝原理SLS工藝是利用粉末材料(金屬粉末或非金屬粉末)在激光照射下燒結(jié)的原理，在計算機控制下層層堆積成形。14第二節(jié)選擇性激光粉末燒結(jié)成形選擇性激光粉末燒結(jié)成形(SL第二節(jié)選擇性激光粉末燒結(jié)成形在工作臺上均勻鋪上一層很薄(0.1—0.2mm)的粉末，激光束在計算機控制下按照零件分層輪廓有選擇性地進行燒結(jié)，一層完成后再進行下一層燒結(jié)。全部燒結(jié)完后去掉多余的粉末，再進行打磨、烘干等處理便獲得零件。C02激光器

15第二節(jié)選擇性激光粉末燒結(jié)成形在工作臺上均勻鋪上第二節(jié)選擇性激光粉末燒結(jié)成形⒉特點和成形材料⑴SLS工藝的特點①材料適應面廣。不僅能制造塑料零件，還能制造陶瓷、石蠟等材料的零件。特別是可以直接制造金屬零件。②SLS工藝無需加支撐。沒有被燒結(jié)的粉末起到了支撐的作用?？梢詿Y(jié)制造空心、多層縷空的復雜零件。⑵SLS燒結(jié)成形用的材料蠟粉及高分子塑料粉金屬或陶瓷粉進行粘接或燒結(jié)任何受熱粘結(jié)的粉末都有被用作SLS原材料的可能性，原則上包括了塑料、陶瓷、金屬粉末及它們的復合粉。

16第二節(jié)選擇性激光粉末燒結(jié)成形⒉特點和成形材料16第二節(jié)選擇性激光粉末燒結(jié)成形17第二節(jié)選擇性激光粉末燒結(jié)成形17第二節(jié)選擇性激光粉末燒結(jié)成形金屬粉末制取的主要兩種霧化方式：①離心霧化法②氣體霧化法霧化方法的原理：使金屬熔融，高速將金屬液滴甩出并急冷，隨后形成粉末顆粒。為了提高原型的強度，用于SLS工藝材料的研究轉(zhuǎn)向金屬和陶瓷，這正是SLS工藝優(yōu)越于SL、LOM工藝之處。SLS工藝還可以采用其他粉末，比如聚碳酸酯粉末，當燒結(jié)環(huán)境溫度控制在聚碳酸酯軟化點附近時，其線脹系數(shù)較小，進行激光燒結(jié)后，被燒結(jié)的聚碳酸酯材料翹曲較小，具有很好的工藝性能。

18第二節(jié)選擇性激光粉末燒結(jié)成形金屬粉末制取的主要兩種霧化方第二節(jié)選擇性激光粉末燒結(jié)成形⒊SLS選擇性激光粉末燒結(jié)成形設(shè)備和應用⑴設(shè)備組成：①機械結(jié)構(gòu)機架、工作平臺、鋪粉機構(gòu)、兩個活塞缸、集料箱、加熱燈和通風除塵裝置。②光路系統(tǒng)激光器、反射鏡、擴束聚焦系統(tǒng)、掃描器、光束合成器、指示光源。③控制系統(tǒng)

HRPS型系列激光粉末燒結(jié)系統(tǒng)：華中科技大學AFS一300型激光快速成形機：清華大學19第二節(jié)選擇性激光粉末燒結(jié)成形⒊SLS選擇性激光粉末燒結(jié)成第二節(jié)選擇性激光粉末燒結(jié)成形20第二節(jié)選擇性激光粉末燒結(jié)成形20第二節(jié)選擇性激光粉末燒結(jié)成形21第二節(jié)選擇性激光粉末燒結(jié)成形21第二節(jié)選擇性激光粉末燒結(jié)成形22第二節(jié)選擇性激光粉末燒結(jié)成形22第二節(jié)選擇性激光粉末燒結(jié)成形⑵應用：①直接制作各種高分子粉末材料的功能件，用作結(jié)構(gòu)驗證和功能測試，并可用于裝配樣機。②制件可直接作精密鑄造用的蠟模和砂型、型芯，制作出來的原型件可快速翻制各種模具。硅橡膠模、金屬冷噴模、陶瓷模、合金模、電鑄模、環(huán)氧樹脂模和氣化模等。

23第二節(jié)選擇性激光粉末燒結(jié)成形⑵應用：23第三節(jié)薄片分層疊加成形薄片分層疊加成形(LOM—LaminatedObjectManufacturing)工藝又稱疊層實體制造分層實體制造紙片疊層法（因為常用紙作原料）產(chǎn)生和發(fā)展：1986年由美國Helisys公司研制成功，并推出商品化的機器。

⒈薄片分層疊加成形——LOM工藝原理LOM工藝采用薄片材料（如紙、塑料薄膜等）作為成形材料，片材表面事先涂覆上一層熱熔膠。加工時，用CO2激光器(或刀)在計算機控制下按照CAD分層模型軌跡切割片材，然后通過熱壓輥熱壓，使當前層與下面已成形的工件層粘接，從而堆積成型。

24第三節(jié)薄片分層疊加成形薄片分層疊加成形(LOM—Lam第三節(jié)薄片分層疊加成形用CO2激光器在剛粘接的新層上切割出零件截面輪廓和工件外框，并在截面輪廓與外框之間多余的區(qū)域內(nèi)切割出上下對齊的網(wǎng)格；激光切割完成后，工作臺帶動已成形的工件下降，與帶狀片材(料帶)分離；供料機構(gòu)轉(zhuǎn)動收料軸和供料軸，帶動料帶移動，使新層移到加工區(qū)域；工作臺上升到加工平面；熱壓輥熱壓，工件的層數(shù)增加一層，高度增加一個料厚；再在新層上切割截面輪廓。如此反復直至零件的所有截面切割、粘接完，得到三維的實體零件。

25第三節(jié)薄片分層疊加成形用CO2激光器在剛粘接的新層上切第三節(jié)薄片分層疊加成形⒉特點和成形材料⑴特點：①易于制造大型、實體零件。LOM工藝只需在片材上切割出零件截面的輪廓，而不用掃描整個截面。②零件的精度較高(<0．15mm)。③無需加支撐。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。

④成形材料紙張較便宜，運行成本和設(shè)備投資較低。

26第三節(jié)薄片分層疊加成形⒉特點和成形材料26第三節(jié)薄片分層疊加成形⑵成形材料：①成卷的紙（常用）紙的一面事先涂覆一層熱熔膠。1)對紙材的要求是應具有：抗?jié)裥苑€(wěn)定性涂膠浸潤性抗拉強度2)對熱熔膠的要求：應保證層與層之間的粘結(jié)強度。常用EVA熱熔膠：由EVA樹脂、增粘劑、蠟類和抗氧劑等組成。②塑料薄膜作為成形材料（偶爾）。

27第三節(jié)薄片分層疊加成形⑵成形材料：27第三節(jié)薄片分層疊加成形⒊LOM分層疊加成形設(shè)備和應用⑴設(shè)備組成：①激光系統(tǒng)②走紙機構(gòu)③X、Y掃描機構(gòu)④Z軸升降機構(gòu)⑤加熱輥等組成。⑵應用：制作汽車發(fā)動機曲軸、連桿、各類箱體、蓋板等零部件的原形樣件。

28第三節(jié)薄片分層疊加成形⒊LOM分層疊加成形設(shè)備和應用28第三節(jié)薄片分層疊加成形29第三節(jié)薄片分層疊加成形29第四節(jié)熔絲堆積成形熔絲堆積成形(FDM—FusedDepositionModeling)工藝由美國學者Dr．ScottCrump于1988年研制成功，并由美國Stratasys公司推出商品化的機器。⒈熔絲堆積成形—FDM工藝原理FDM工藝是利用熱塑性材料的熱熔性、粘結(jié)性，在計算機控制下層層堆積成型。30第四節(jié)熔絲堆積成形熔絲堆積成形(FDM—第四節(jié)熔絲堆積成形

材料先抽成絲狀，通過送絲機構(gòu)送進噴頭，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，材料迅速固化，并與周圍的材料粘結(jié)，層層堆積成型。

31第四節(jié)熔絲堆積成形材料先抽成絲狀，通過送絲機構(gòu)送第四節(jié)熔絲堆積成形⒉特點和成形材料⑴特點：①使用、維護簡單，成本較低。②用蠟成形的零件原型，可以直接用于失蠟鑄造。③用ABS工程塑料制造的原型因具有較高強度而在產(chǎn)品設(shè)計、測試與評估等方面得到廣泛應用。⑵成形材料：成形材料支撐材料成形材料是FDM工藝的基礎(chǔ)，F(xiàn)DM工藝中使用的材料除成形材料外還有支撐材料。32第四節(jié)熔絲堆積成形⒉特點和成形材料32第四節(jié)熔絲堆積成形①成形材料常用ABS工程塑料絲作為成形材料。要求：熔融溫度低(80-120℃)粘度低粘結(jié)性好收縮率小。1)粘度：影響材料