第2章-快速原形制造技術(shù)課件-黃海學(xué)院機(jī)電教研室 先進(jìn)制造技術(shù)課件 高教出版社.ppt.ppt

第2章 快速原形制造技術(shù),先進(jìn)制造技術(shù),第2章 快速原型技術(shù),2.1 概 述,2.2 快速成形工藝,- sla工藝,- lom工藝,- sls工藝,- fdm工藝,2.3 快速原形制造的應(yīng)用,第一節(jié) 概 述,2.1.1 rp起源,2.1.2 rp零件圖形處理過(guò)程,快速原型技術(shù)的基本原理,傳統(tǒng)的零件加工過(guò)程是先制造毛坯，然后經(jīng)切削加工，從毛坯上去除多余的材料得到零件的形狀和尺寸，這種方法統(tǒng)稱(chēng)為材料去除制造。,快速原型技術(shù)徹底擺脫了傳統(tǒng)的“去除”加工法，而基于“材料逐層堆積”的制造理念，將復(fù)雜的三維加工分解為簡(jiǎn)單的材料二維添加的組合，它能在cad模型的直接驅(qū)動(dòng)下，快速制造任意復(fù)雜形狀的三維實(shí)體，是一種全新的制造技術(shù)。其成型過(guò)程為：,逐層堆積制造,建立零件的三維cad模型,模型z向離散（分層）,快速原型技術(shù)的基本原理,快速原型工藝流程,快速原型技術(shù)的典型方法,1光固化成形工藝,stereolithography apparatus，簡(jiǎn)稱(chēng)sla ，也稱(chēng)立體光刻,使用材料：液態(tài)光敏樹(shù)脂,快速原型技術(shù)的典型方法,2疊層實(shí)體制造工藝,laminated object manufacturing，簡(jiǎn)稱(chēng)lom，也稱(chēng)分層實(shí)體制造,使用材料：片材，如紙、塑料薄膜等,快速原型技術(shù)的典型方法,3選擇性激光燒結(jié)工藝,selective laser sintering，簡(jiǎn)稱(chēng)sls ，也稱(chēng)選區(qū)激光燒結(jié),使用材料：粉末狀材料,快速原型技術(shù)的典型方法,4熔融沉積制造工藝,fused deposition modeling，簡(jiǎn)稱(chēng)fdm,使用材料：塑料絲,快速原型技術(shù)的典型方法,5三維印刷工藝,three dimensional printing，簡(jiǎn)稱(chēng)3dp,其工作過(guò)程類(lèi)似于噴墨打印機(jī),3dp工藝原理,采用3dp工藝制作的結(jié)構(gòu)陶瓷制品,快速原型技術(shù)的特點(diǎn),成型速度快，可迅速響應(yīng)市場(chǎng)；,產(chǎn)品制造過(guò)程幾乎與零件的復(fù)雜程度無(wú)關(guān)；,產(chǎn)品的單價(jià)幾乎與批量無(wú)關(guān)，特別適合于新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和單件小批量生產(chǎn)；,整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)字化、柔性化；,無(wú)切割、噪聲和振動(dòng)等，有利于環(huán)保；,與傳統(tǒng)方法相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)快速鑄造、快速模具制造、小批量零件生產(chǎn)等功能，為傳統(tǒng)制造方法注入新的活力。,快速原型的軟件系統(tǒng),快速原型的軟件系統(tǒng),cad造型軟件：,分層處理軟件：,成形控制軟件：,進(jìn)行零件的三維設(shè)計(jì),進(jìn)行分層計(jì)算以獲取層片信息,進(jìn)行加工參數(shù)設(shè)定、生成數(shù)控代碼、控制實(shí)時(shí)加工,產(chǎn)品三維模型構(gòu)造及其近似處理,1產(chǎn)品的三維模型構(gòu)造,根據(jù)產(chǎn)品的要求在cad軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)三維模型,根據(jù)二維圖樣構(gòu)建三維模型,采用逆向工程技術(shù)構(gòu)建三維模型,產(chǎn)品三維模型構(gòu)造及其近似處理,2三維模型的近似處理,用一系列小三角平面來(lái)逼近模型上的自由曲面，每一個(gè)小三角形由三個(gè)頂點(diǎn)和一個(gè)法矢量來(lái)表示，三角形的大小可以選擇，從而得到不同的曲面近似精度。,經(jīng)近似處理的三維模型文件格式為stl，典型的商品化cad系統(tǒng)都有stl文件輸出的數(shù)據(jù)接口,產(chǎn)品三維模型構(gòu)造及其近似處理,stl輸出的誤差,在pro/e中輸出stl文件,分層處理軟件,由于快速原型是按一層層截面輪廓來(lái)進(jìn)行成形，因此，加工前必須從三維模型上，沿成形的高度方向，每隔一定的間隔進(jìn)行分層切片處理，以獲得截面的輪廓。,分層間隔選取的范圍為0.05mm0.5mm，常用的是0.1mm左右。間隔愈小，精度愈高，但成形時(shí)間愈長(zhǎng)。,各種快速原型系統(tǒng)都帶有分層處理軟件，能將cad模型以片層方式來(lái)描述，這樣，無(wú)論零件多么復(fù)雜，對(duì)于每一層來(lái)說(shuō)，都是簡(jiǎn)單的平面。,成型控制軟件,成形控制軟件根據(jù)所選的數(shù)控系統(tǒng)將分層處理軟件生成的二維層片信息即輪廓與填充的路徑生成nc代碼，與工藝緊密相連，是一個(gè)工藝規(guī)劃過(guò)程。,快速原型掃描路徑規(guī)劃的主要內(nèi)容包括刀具尺寸補(bǔ)償和掃描路徑選擇，其核心算法包括二維輪廓偏置算法和填充網(wǎng)格生成算法。算法的要求是合理性、完善性和魯棒性，算法的好壞直接影響數(shù)據(jù)處理效率，生成結(jié)果則直接決定成形加工效率。,第二節(jié) 快速成形工藝 2.2.1 sla工藝,sla工藝于1984年由charles hull提出并獲美國(guó)專(zhuān)利。1988年美國(guó)3d systems公司推出世界上第一臺(tái)商品化rp設(shè)備sla-250。它以光敏樹(shù)脂為原料，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制紫外激光使其固化成形，自動(dòng)制作出各種加工方法難以制作的復(fù)雜立體形狀，在制造領(lǐng)域具有劃時(shí)代的意義。目前sla工藝已成為世界上研究最深入、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種快速原型方法。,sla系統(tǒng)組成,cps250b快速原型機(jī),sla工藝原理,sla系統(tǒng)組成,液槽,控制系統(tǒng),紫外激光器,氦-鎘激光器：輸出功率15mw50mw，波長(zhǎng)325nm,氬激光器：輸出功率100mw500mw，波長(zhǎng)351nm365nm,激光束掃描裝置,電流計(jì)驅(qū)動(dòng)式的掃描鏡方式,x-y繪圖儀方式,主要由工控機(jī)、分層處理軟件和控制軟件等組成,成形工藝過(guò)程,1. 模型及支撐設(shè)計(jì),在成形中，未被激光束照射的部分材料仍為液態(tài)，它不能使制件上的孤立和懸臂輪廓定位。因此，必須設(shè)計(jì)和制作支撐結(jié)構(gòu)。,工件底部也要加支撐，以使工件成形后順利從工作臺(tái)取下。,成形完畢后應(yīng)小心除去支撐，從而得到最終所需的工件。,成形工藝過(guò)程,2. 分層處理,采用分層軟件對(duì)cad模型的stl格式文件進(jìn)行分層處理，得到每一層截面圖形及其有關(guān)的網(wǎng)格矢量數(shù)據(jù)，用于控制激光束的掃描軌跡。分層處理還包括層厚、建立模式、固化深度、掃描速度、網(wǎng)格間距、線寬補(bǔ)償值、收縮補(bǔ)償因子的選擇與確定。,3. 原型制作,液態(tài)光敏樹(shù)脂逐層固化而形成原型件。,4. 后處理,原型制作完畢，需進(jìn)行剝離，以便去除廢料和支撐結(jié)構(gòu)，有時(shí)還需進(jìn)行后固化、修補(bǔ)、打磨、拋光、表面涂覆、表面強(qiáng)化處理等，這些工序統(tǒng)稱(chēng)為后處理。,sla材料,sla原型材料是液態(tài)光敏樹(shù)脂，如環(huán)氧樹(shù)脂、乙烯酸樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂等。,光敏樹(shù)脂材料中主要包括齊聚物、反應(yīng)性稀釋劑、光引發(fā)劑。,由于樹(shù)脂固化過(guò)程中產(chǎn)生收縮，不可避免地會(huì)使模型材料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，引起模型變形。開(kāi)發(fā)收縮系數(shù)小、固化速度快或無(wú)需后固化、強(qiáng)度高的光敏樹(shù)脂材料是其發(fā)展趨勢(shì)。,sla工藝特點(diǎn),sla工藝優(yōu)點(diǎn)如下：,尺寸精度高，可達(dá)0.1mm，是rp技術(shù)中最高的；,原型表面質(zhì)量?jī)?yōu)良；,可以制作結(jié)構(gòu)復(fù)雜、細(xì)小的模型；,系統(tǒng)非常穩(wěn)定，成形過(guò)程自動(dòng)化程度高；,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。,sla工藝特點(diǎn),sla工藝缺點(diǎn)：,成形過(guò)程中伴隨著材料的物理和化學(xué)變化，產(chǎn)生收縮，并且會(huì)因材料內(nèi)部的應(yīng)力導(dǎo)致制件較易翹曲、變形；,需要支撐；,設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)成本高；,需要二次固化；,液態(tài)樹(shù)脂固化后在性能上不如常用的工業(yè)塑料，一般較脆、易斷裂。,sla工藝應(yīng)用案例,sla工藝自誕生以來(lái)，在概念設(shè)計(jì)的交流、單件小批量精密鑄造、產(chǎn)品模型、快速工模具及直接面向產(chǎn)品的模具等方面廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空、電子、消費(fèi)品、娛樂(lè)以及醫(yī)療等行業(yè)。,采用sla工藝制作rp原型，然后翻制成硅橡膠模具，最后進(jìn)行低壓注塑，得到所需的操作手柄。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期僅為傳統(tǒng)方式的1/10，費(fèi)用僅為傳統(tǒng)方式1/3。,sla工藝應(yīng)用案例,sla工藝應(yīng)用案例,sla工藝應(yīng)用案例,2.2.2 lom工藝,lom工藝方法和設(shè)備于1991年問(wèn)世，由于該工藝大多使用紙為原料，材料成本低，而且激光只要切割每一層片的輪廓，成形效率高，在制作中、大原型件時(shí)有較大優(yōu)勢(shì)，因此近年來(lái)發(fā)展迅速。,lom系統(tǒng)組成,成形工藝過(guò)程,1. 制作基底,2. 原型制作,3. 去除余料,4. 后處理,余料去除以后，為提高原型表面狀況和機(jī)械強(qiáng)度，保證其尺寸穩(wěn)定性、精度等方面的要求，需對(duì)原型進(jìn)行后置處理，比如防水、防潮、加固和使其表面光滑等，通常采用的后置處理工藝包括修補(bǔ)、打磨、拋光、表面涂覆等。,lom材料,lom技術(shù)使用薄層材料，如紙、金屬箔、塑料薄膜、陶瓷膜等，除了可以制造模型外，還可以直接制造結(jié)構(gòu)件或功能件。,目前l(fā)om成形材料多采用紙。紙材在激光切割過(guò)程中一直保持固態(tài)，不發(fā)生狀態(tài)變化，因此翹曲變形小。所成形的制件經(jīng)過(guò)表面涂覆處理后不吸水，有良好的穩(wěn)定性且堅(jiān)如硬木，表面光滑。,lom材料涉及到三方面的問(wèn)題：薄層材料、粘結(jié)劑和涂布工藝。,lom工藝特點(diǎn),lom工藝優(yōu)點(diǎn)如下：,生產(chǎn)效率比其它rp工藝高，非常適合于制作中、大型實(shí)心原型件；,無(wú)需設(shè)計(jì)和制作支撐結(jié)構(gòu)；,后處理工藝簡(jiǎn)單，成形后廢料易于剝離，且不需后固化處理；,原材料價(jià)格便宜，原型制作成本低；,制件能承受高達(dá)200的高溫，有較高的硬度和較好的力學(xué)性能，可以進(jìn)行各種切削加工。,lom工藝特點(diǎn),lom工藝缺點(diǎn)：,工件（尤其是薄壁件）的抗拉強(qiáng)度和彈性不夠好；,工件易吸濕膨脹，因此成形后應(yīng)盡快做表面防潮處理；,不能直接制作塑料工件；,工件表面有臺(tái)階，其高度等于材料厚度，因此，成形后需進(jìn)行表面打磨。,lom工藝應(yīng)用案例,lom工藝雖然在精細(xì)產(chǎn)品和類(lèi)塑料件制作方面不及sla工藝，但是在比較厚重的結(jié)構(gòu)件模型、實(shí)物外觀模型、制鞋業(yè)、砂型鑄造、快速模具母模等方面的應(yīng)用有其獨(dú)特的優(yōu)越性。,lom工藝應(yīng)用案例,奧迪轎車(chē)剎車(chē)鉗體精鑄母模的lom原型,奧迪轎車(chē)剎車(chē)鉗體精鑄件,汽車(chē)工業(yè)中很多形狀復(fù)雜的零部件均由精鑄直接制得，如何高精度、高效率、低成本地制造這些精鑄母模是關(guān)鍵。采用傳統(tǒng)的木模工手工制作，對(duì)于曲面形狀復(fù)雜的母模，效率低、精度差；采用數(shù)控加工制作，則成本太高。,采用lom工藝制造汽車(chē)零部件精鑄母模，生產(chǎn)效率高，尺寸精度高。,lom工藝應(yīng)用案例,汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管的精鑄母模,2.2.3 sls工藝,sls工藝由美國(guó)得克薩斯大學(xué)奧汀分校的c.r.dechard于1989年研制成功，并首先由美國(guó)dtm公司商品化，它利用粉末狀材料（金屬粉末或非金屬粉末）在激光照射下燒結(jié)的原理，在計(jì)算機(jī)控制下層層堆積成形。sls的原理與sla十分相象，主要區(qū)別在于所使用的材料及其狀態(tài)。sla使用液態(tài)光敏樹(shù)脂，而sls則使用各種粉末狀材料。,sls系統(tǒng)組成,afs-320成形機(jī)基本性能參數(shù),成形工藝過(guò)程,1. 成形參數(shù)選擇,2. 原型制作,分層參數(shù)：零件加工方向、分層厚度、掃描間距和掃描方式。,成形燒結(jié)參數(shù)：掃描速度、激光功率、預(yù)熱溫度、鋪粉參數(shù)等。,成形工藝過(guò)程,3. 后處理,剛剛成形的樹(shù)脂原型密度和強(qiáng)度較低，需作強(qiáng)化處理，將液體可固化樹(shù)脂浸滲到燒結(jié)零件中，將其保溫、固化，得到增強(qiáng)的零件；,對(duì)于陶瓷原型，需將其放在加熱爐中燒除粘接劑，燒結(jié)陶瓷粉；,當(dāng)原型材料為金屬與粘結(jié)劑的混合粉時(shí)，成形需將制件置于加熱爐中，燒去其中的粘結(jié)劑，燒結(jié)金屬粉，然后進(jìn)行滲銅處理，以得到高密度的金屬件。,sls材料,sls工藝使用粉末材料，它來(lái)源較為廣泛，原則上講所有受熱能相互粘結(jié)的粉末材料或表面附有熱固（塑）性粘結(jié)劑的粉末都可用作sls材料；,用蠟可以制造精密鑄造用蠟?zāi)?，用熱塑性塑料可以制造消失模，用陶瓷可以制造鑄造殼型、型芯和陶瓷構(gòu)件，用金屬可以制造金屬結(jié)構(gòu)件和模具。,目前sls材料主要有塑料粉、蠟粉、金屬粉、表面附有粘結(jié)劑的覆膜陶瓷粉、覆膜金屬粉及覆膜砂等；,sls工藝特點(diǎn),sls工藝優(yōu)點(diǎn)如下：,可以采用多種材料，特別是可以直接制造金屬零件，這使sls工藝頗具吸引力；,無(wú)需設(shè)計(jì)和制作支撐結(jié)構(gòu)；,制件具有較好的機(jī)械性能，可直接用作功能測(cè)試或小批量使用的產(chǎn)品；,材料利用率高，未燒結(jié)的粉末可以重復(fù)利用。材料價(jià)格便宜、成本低。,sls工藝特點(diǎn),sls工藝缺點(diǎn)：,成形速度較慢；,成形精度和表面質(zhì)量稍差，因此在成形要求精細(xì)結(jié)構(gòu)和清晰輪廓的制件時(shí)不及sla工藝處理；,成形過(guò)程能量消耗高。,sls工藝應(yīng)用案例,采用sls工藝，可以直接將cad文件轉(zhuǎn)換成經(jīng)久耐用的、功能性的塑料或金屬零件或模具，所需時(shí)間只是傳統(tǒng)加工和制模時(shí)間的很少一部分。這樣就可以在很短時(shí)間（幾天）內(nèi)，快速制造小批量的塑料或金屬零件，而不需要制造模具，大大降低了成本，縮短了周期。對(duì)于大批量的零件生產(chǎn)，在一兩天內(nèi)就可以制造出復(fù)雜的金屬模具工作零件，具有更高的效益。,sls工藝應(yīng)用案例,采用sls工藝小批量生產(chǎn)航空、航天、軍工等行業(yè)的產(chǎn)品，既減少了投資，又贏得了時(shí)間。,小批量戰(zhàn)斗機(jī)控制手柄,sls工藝應(yīng)用案例,采用sls工藝制作的高爾夫球頭模具及產(chǎn)品,sls工藝應(yīng)用案例,sls工藝應(yīng)用案例,sls工藝應(yīng)用案例,2.2.4 fdm工藝,fdm工藝由美國(guó)學(xué)者scott crump博士于1988年研制成功，并于1991年由美國(guó)的stratasys公司率先推出商品化設(shè)備。fdm工藝?yán)脽崴苄圆牧系臒崛坌浴⒄辰Y(jié)性，在計(jì)算機(jī)控制下層層堆積成形。由于該工藝無(wú)需激光系統(tǒng)，因此使用、維護(hù)簡(jiǎn)單，成本低，近年來(lái)得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，是rp技術(shù)領(lǐng)域的后起之秀。,fdm系統(tǒng)組成,mem-300快速原型機(jī),fdm系統(tǒng)組成,mem-300主要工藝參數(shù),fdm系統(tǒng)組成,1. 噴頭,2. 送絲機(jī)構(gòu),3. 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),單噴頭技術(shù)：零件和支撐采用同種材料，支撐去除麻煩；,雙噴頭技術(shù)：一個(gè)用來(lái)噴模型材料制造零件，另一個(gè)用來(lái)噴支撐材料做支撐，兩種材料的特性不同，去除支撐容易。,x-y軸的聯(lián)動(dòng)完成噴頭對(duì)截面輪廓的平面掃描，z軸則帶動(dòng)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)高度方向的進(jìn)給。,4. 控制系統(tǒng)：運(yùn)動(dòng)控制、溫度控制,5 . 軟件系統(tǒng)：分層處理軟件、成形控制軟件,成形工藝過(guò)程,1. 三維模型設(shè)計(jì)及stl文件輸出,2. 分層處理,1）啟動(dòng)daphne,成形工藝過(guò)程,2）確定加工方向及加工位置,3）添加基底,成形工藝過(guò)程,4）添加支撐,成形工藝過(guò)程,5）分層計(jì)算,成形工藝過(guò)程,3. 原型制作,1）開(kāi)機(jī)后，成形材料及成形室預(yù)熱零件,2）啟動(dòng)控制軟件，讀入分層后的加工模型,成形工藝過(guò)程,3）數(shù)控初始化,成形工藝過(guò)程,4）擠出舊絲及出絲檢測(cè),成形工藝過(guò)程,5）工作臺(tái)對(duì)高,成形工藝過(guò)程,6）加工參數(shù)設(shè)置,成形工藝過(guò)程,7）成形加工,成形工藝過(guò)程,3 原型后處理,加工完畢，零件保溫，之后用小鏟子小心取出原型,小心去除支撐，用砂紙打磨臺(tái)階效應(yīng)較明顯處，用小刀處理多余部分，用填補(bǔ)液處理臺(tái)階效應(yīng)造成的缺陷，用上光液把原型表面上光,fdm工藝需要有支撐，當(dāng)支撐與原型材料相同時(shí)，手工去除支撐需要一定的技巧，復(fù)雜、細(xì)小特征處的支撐剝離效果較差，影響原型件的精度和表面質(zhì)量,采用雙噴頭和雙材料技術(shù)，成形時(shí)，一個(gè)噴頭用于擠噴模型材料，一個(gè)噴頭用于擠噴支撐材料，而支撐可以選擇水溶材料、低于模型材料熔點(diǎn)的熱熔材料等。成形之后，支撐很容易去掉，留下光滑、清潔、精確的原型件，沒(méi)有刮痕和擦傷，細(xì)小的特征會(huì)保留得完整無(wú)缺。,fdm材料,fdm工藝中使用的材料是線材，分為成形材料和支撐材料。對(duì)于成形材料，要求其熔融溫度低、粘度低、粘結(jié)性好、收縮率小；,目前使用的材料主要包括abs及醫(yī)學(xué)專(zhuān)用的absi、mabs、石蠟、聚烯烴樹(shù)脂、尼龍、聚酰胺、低熔點(diǎn)金屬和陶瓷等；,對(duì)支撐材料的要求是能夠承受一定的高溫、與成形材料不浸潤(rùn)、具有水溶性或酸溶性、具有較低的熔融溫度、流動(dòng)性好等。,fdm工藝特點(diǎn),fdm工藝優(yōu)點(diǎn)如下：,無(wú)需激光系統(tǒng)，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行安全、操作維護(hù)簡(jiǎn)便，成本低，其設(shè)備成本為sla設(shè)備的1/5；,可以在辦公室環(huán)境下使用；,原材料在成形過(guò)程中無(wú)化學(xué)變化，制件翹曲變形?。?當(dāng)使用水溶性支撐材料時(shí)，支撐去除方便快捷，且效果極好。,fdm工藝特點(diǎn),fdm工藝缺點(diǎn)：,成形精度較；,也需要對(duì)整個(gè)截面進(jìn)行掃描，成形時(shí)間較長(zhǎng)；,沿z軸方向，制件強(qiáng)度較弱。,fdm工藝特點(diǎn),四種工藝的對(duì)比,fdm工藝應(yīng)用案例,fdm工藝已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、機(jī)械、航空航天、家電、通信、電子、建筑、醫(yī)學(xué)、玩具等產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程，如產(chǎn)品外觀評(píng)估、方案選擇、裝配檢查、功能測(cè)試、用戶看樣訂貨、以及少量產(chǎn)品制造等。,fdm工藝應(yīng)用案例,fdm工藝應(yīng)用案例,使用fdm工藝制作醫(yī)學(xué)模型，有助于改善外科手術(shù)方案，并有效地進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷，大大減少手術(shù)前、中和后的時(shí)間和費(fèi)用,采用fdm工藝制作的人體骨骼模型,fdm工藝應(yīng)用案例,fdm工藝應(yīng)用案例,fdm工藝應(yīng)用案例,第三節(jié) rp技術(shù)的應(yīng)用,rp技術(shù)自出現(xiàn)以來(lái)，以其顯著的時(shí)間效益和經(jīng)濟(jì)效益受到制造業(yè)的廣泛關(guān)注，并已在航空航天、汽車(chē)外形設(shè)計(jì)、玩具、電子儀表與家用電器塑料件制造、人體器官制造、建筑美工設(shè)計(jì)、工藝裝飾設(shè)計(jì)制造、模具設(shè)計(jì)制造等領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。,對(duì)rp原型需求的行業(yè),rp技術(shù)的應(yīng)用, rp技術(shù)在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用,采用rp技術(shù)之后，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最初階段開(kāi)始，設(shè)計(jì)者、制造者、推銷(xiāo)者和用戶都能在第一時(shí)間拿到實(shí)實(shí)在在的樣品甚至小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，因而可以及早地、充分地進(jìn)行評(píng)價(jià)、測(cè)試和反復(fù)修改，并且對(duì)制造工藝過(guò)程及其所需的工具、模具的設(shè)計(jì)進(jìn)行校核，因此可以大大減少失誤和不必要的返工，從而能以最快的速度、最低的成本、最好的品質(zhì)和最低的風(fēng)險(xiǎn)投入市場(chǎng)。,rp系統(tǒng)相當(dāng)于一臺(tái)三維打印機(jī)，能迅速地將設(shè)計(jì)的cad模型高精度地“打印”出來(lái)，為設(shè)計(jì)者和產(chǎn)品評(píng)審決策者提供直接、準(zhǔn)確的模型，大大提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)和決策的可靠性。,1. 設(shè)計(jì)模型可視化及設(shè)計(jì)評(píng)價(jià),在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，利用rp技術(shù)制作產(chǎn)品樣件，一般只需傳統(tǒng)樣件制作工時(shí)的30%50%和成本的20%35%，而其精確性卻是傳統(tǒng)方法無(wú)法媲美的。rp樣件是產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到商品化各個(gè)環(huán)節(jié)中進(jìn)行交流的有效手段，可作為新產(chǎn)品展示，進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研、市場(chǎng)宣傳和供貨詢(xún)價(jià)。,進(jìn)行裝配校核和干涉檢查對(duì)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，尤其是在有限空間內(nèi)的復(fù)雜、昂貴系統(tǒng)（如衛(wèi)星、導(dǎo)彈）的可制造性和可裝配性檢驗(yàn)尤為重要。如果一個(gè)產(chǎn)品的零件多而且復(fù)雜就需要作總體裝配校核。在投產(chǎn)之前，先用rp技術(shù)制作出全部零件原型，進(jìn)行試安裝，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性和安裝工藝與裝配要求，若發(fā)現(xiàn)有缺陷，便可以迅速、方便地進(jìn)行糾正，使所有問(wèn)題在投產(chǎn)之前得到解決。,2. 裝配校核,快速原型除了可以進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)和裝配校核之外，還可以直接用于性能和功能參數(shù)試驗(yàn)與相應(yīng)的研究，如機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、流動(dòng)分析、應(yīng)力分析、流體和空氣動(dòng)力學(xué)分析等。采用rp技術(shù)可以嚴(yán)格地按照設(shè)計(jì)將模型迅速制造出來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，對(duì)各種復(fù)雜的空間曲面更能體現(xiàn)rp技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。如通過(guò)風(fēng)扇、鳳轂等設(shè)計(jì)的功能檢驗(yàn)和性能參數(shù)確定，可獲得最佳扇葉曲面、最低噪聲的結(jié)構(gòu)。如果用傳統(tǒng)的方法制造原型，這種測(cè)試與比較幾乎是不可能的。,3. 功能驗(yàn)證,由于rp技術(shù)徹底摒棄了傳統(tǒng)的加工模式，其加工難易程度與產(chǎn)品復(fù)雜程度無(wú)關(guān)，其加工成本與批量無(wú)關(guān)，其加工過(guò)程與刀具、夾具、模具無(wú)關(guān)，從而使得原來(lái)過(guò)于復(fù)雜無(wú)法加工的結(jié)構(gòu)變得不存在加工難度，原來(lái)追求個(gè)性化而帶來(lái)的小批量、高成本的問(wèn)題迎刃而解，原來(lái)不合理的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和裝配結(jié)構(gòu)變得合理。,4. rp技術(shù)給產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來(lái)革命,rp技術(shù)將復(fù)雜的三維加工簡(jiǎn)化為一系列二維加工的疊加，因此，原則上講，任意復(fù)雜程度的零件都可以成形，不再會(huì)因?yàn)榱慵?fù)雜而增加加工難度；,1）設(shè)計(jì)中可以不再考慮產(chǎn)品的復(fù)雜程度和批量,rp技術(shù)類(lèi)似于“三維打印”的加工模式帶來(lái)加工的極大柔性，加工成本對(duì)產(chǎn)品批量的敏感性幾乎為零，復(fù)雜產(chǎn)品的單件小批量生產(chǎn)是它的特長(zhǎng)。這就為產(chǎn)品設(shè)計(jì)者追求設(shè)計(jì)獨(dú)創(chuàng)性和產(chǎn)品使用者追求個(gè)性化提供了有力的支持。,2）加工工藝性概念的變革,這一產(chǎn)品結(jié)構(gòu)雖不復(fù)雜，但采用傳統(tǒng)的加工方法是無(wú)法制作。,采用rp技術(shù)的fdm工藝，通過(guò)合理設(shè)定分層參數(shù)和加工參數(shù)，成形時(shí)不用支撐，順利制作出該零件，得到的制件形狀完美，表面光潔，無(wú)需任何后續(xù)處理工序。,3）裝配結(jié)構(gòu)的改變簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)和制造過(guò)程,這是僅由一個(gè)零件組成的 整體扳手,設(shè)計(jì)過(guò)程得以簡(jiǎn)化，設(shè)計(jì)中不再考慮傳統(tǒng)的加工工藝性問(wèn)題；,制造工藝得以簡(jiǎn)化，避免了采用分體加工時(shí)諸多的加工工序以及后續(xù)的裝配過(guò)程；,產(chǎn)品質(zhì)量得以改善，避免了由于裝配過(guò)程帶來(lái)的裝配誤差和裝配痕跡，從而提高產(chǎn)品精度和外觀質(zhì)量，增加局部強(qiáng)度，采用這一技術(shù)成形有密封要求的部位，可以做到絕對(duì)防滲漏。,基于rp的快速制模技術(shù),采用基于rp的快速模具技術(shù)，從模具的概念設(shè)計(jì)到制造完畢僅為傳統(tǒng)加工方法所需時(shí)間的1/3左右，使模具制造在提高質(zhì)量、縮短研制周期、提高制造柔性等方面取得了明顯的效果。在rp技術(shù)領(lǐng)域中，目前發(fā)展最迅速，產(chǎn)值增長(zhǎng)最明顯的應(yīng)屬快速模具技術(shù)。,基于rp的快速模具技術(shù),3.7.2 基于rp的快速模具技術(shù),1. 直接快速模具制造,sls工藝制模,aim快速制模工藝,形狀沉積制造(sdm)工藝,三維打?。?dp）工藝直接制造金屬模具,2. 間接快速模具制造,噴涂模具,中低熔點(diǎn)合金模具,電鑄模,硅膠模,熔模鑄造法,陶瓷型精鑄法,基于rp的陶瓷型精鑄子午線輪胎活絡(luò)模,大型汽車(chē)覆蓋件模具,金屬?lài)娡靠焖倌＞咧圃?冰箱內(nèi)飾件的快速原型件、硅膠模具及塑料件,rp技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,人體骨骼和內(nèi)部器官結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，要真實(shí)地復(fù)制人體內(nèi)部的器官構(gòu)造，反應(yīng)病變特征，rp幾乎是唯一的方法。,首先，rp原型可以作為硬拷貝數(shù)據(jù)提供視覺(jué)和觸覺(jué)的信息，作為診斷和治療的文件，它能夠促進(jìn)醫(yī)生和醫(yī)生之間、醫(yī)生與病人之間的溝通；,其次，rp原型可以作為外科手術(shù)模擬的模型，有助于快速制定復(fù)雜外科手術(shù)的計(jì)劃。,第三，rp原型能夠直接制造成植入物，植入人體，基于rp制造的植入體具有相當(dāng)準(zhǔn)確的適配度，能夠提高美觀度、縮短手術(shù)時(shí)間、減少術(shù)后并發(fā)癥。,根據(jù)患者的人體ct數(shù)據(jù)制作的骨盆rp原型,手術(shù)模型,rp技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),- rp產(chǎn)業(yè)面臨的困難,- rp技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),- rp技術(shù)的未來(lái),rp產(chǎn)業(yè)面臨的困難,價(jià)格偏高,材料的限制,成形精度有限,成形速度方面的不足,rp技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),十余年來(lái)，rp技術(shù)已經(jīng)步入初成熟期，已經(jīng)從早期的原型制造發(fā)展出包含多種功能、多種材料、多種應(yīng)用的許多工藝，在概念上正在從rapid prototyping轉(zhuǎn)變?yōu)閞apid manufacturing，在功能上從完成原型制造向批量定制發(fā)展?；谶@個(gè)基本趨勢(shì)，rp設(shè)備向概念型、生產(chǎn)型和專(zhuān)用成形設(shè)備分化。,rp技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),概念模型rp設(shè)備是指利用rp工藝制造用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、測(cè)試或者裝配等的原型。所成形的零件主要在于形狀、色彩等外觀表達(dá)功能，對(duì)材料的性能要求較低。這種設(shè)備的當(dāng)前發(fā)展總的趨勢(shì)是：成形速度快；產(chǎn)品可具有連續(xù)變化的多彩色（多材料）；普通微機(jī)控制，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行通信；體積小，是一種桌面設(shè)備；價(jià)格低；綠色制造方式，無(wú)污染、無(wú)噪聲。,rp技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),生產(chǎn)型設(shè)備是指能生產(chǎn)最終零件的rp設(shè)備。與概念原型設(shè)備相比，這種設(shè)備一般對(duì)產(chǎn)品有較高的精度、性能和成形效率要求，設(shè)備和材料價(jià)格較昂貴 。,應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)制造領(lǐng)域的專(zhuān)用成形設(shè)備是今后發(fā)展的趨勢(shì)。rp設(shè)備能夠生產(chǎn)任意復(fù)雜形狀、高度個(gè)性化的產(chǎn)品，能夠同時(shí)處理多種材料，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的材料梯度和結(jié)構(gòu)梯度。這些特點(diǎn)正好滿足生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，特別是組織工程領(lǐng)域的一些產(chǎn)品的成形要求。,rp技術(shù)的未來(lái),rp技術(shù)基于離散/堆積原理，采用多種直寫(xiě)技術(shù)控制單元材料狀態(tài)，將傳統(tǒng)上相互獨(dú)立的材料制備和材料成形過(guò)程合一，建立了從零件成形信息及材料功能信息數(shù)字化到物理實(shí)現(xiàn)數(shù)字化之間的直接映射，實(shí)現(xiàn)了從