第6章-快速成形技術(shù)課件

1、2快速成形技術(shù)的概念和原理快速成形技術(shù)的概念和原理 快速成形制造技術(shù)（Rapid Prototyping & Manufacturing）是20世紀(jì)80年代問世并迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)嶄新的制造技術(shù)，是由CAD模型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造任意復(fù)雜形狀三維實(shí)體的技術(shù)的總稱。快速原型（RP，Rapid Prototyping）是快速成形（即快速制造）大家族中最早出現(xiàn)并發(fā)展的一種技術(shù)。 快速原型工藝流程快速原型工藝流程 4 快速成形技術(shù)的原理圖快速成形技術(shù)的原理圖 5快速成形的基本過程 快速原型快速原型的軟件系的軟件系統(tǒng)統(tǒng)CAD造型軟件：造型軟件：分層處理軟件：分層處理軟件：成形控制軟件：成形控制軟件：進(jìn)行零

2、件的三維設(shè)計(jì)進(jìn)行零件的三維設(shè)計(jì)進(jìn)行分層計(jì)算以獲取層進(jìn)行分層計(jì)算以獲取層片信息片信息進(jìn)行加工參數(shù)設(shè)定、生成進(jìn)行加工參數(shù)設(shè)定、生成數(shù)控代碼、控制實(shí)時(shí)加工數(shù)控代碼、控制實(shí)時(shí)加工1產(chǎn)品的三維模型構(gòu)造產(chǎn)品的三維模型構(gòu)造n 根據(jù)產(chǎn)品的要求在根據(jù)產(chǎn)品的要求在CAD軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)三維模型軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)三維模型n 根據(jù)二維圖樣構(gòu)建三維模型根據(jù)二維圖樣構(gòu)建三維模型n 采用逆向工程技術(shù)構(gòu)建三維模型采用逆向工程技術(shù)構(gòu)建三維模型2三維模型的近似處理三維模型的近似處理n用一系列小三角平面來逼近模型上的自由曲面，每一個(gè)用一系列小三角平面來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)法矢量來表示，三角形的大小三角形由三個(gè)

3、頂點(diǎn)和一個(gè)法矢量來表示，三角形的大小可以選擇，從而得到不同的曲面近似精度。小可以選擇，從而得到不同的曲面近似精度。n經(jīng)近似處理的三維模型文件格式為經(jīng)近似處理的三維模型文件格式為STL，典型的商品，典型的商品化化CAD系統(tǒng)都有系統(tǒng)都有STL文件輸出的數(shù)據(jù)接口文件輸出的數(shù)據(jù)接口STL輸出的誤差輸出的誤差在在Pro/E中輸出中輸出STL文件文件n由于快速原型是按一層層截面輪廓來進(jìn)行成形，因此，加工由于快速原型是按一層層截面輪廓來進(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。進(jìn)行分層切片處

4、理，以獲得截面的輪廓。n分層間隔選取的范圍為分層間隔選取的范圍為0.05mm0.5mm，常用的是，常用的是0.1mm左右。間隔愈小，精度愈高，但成形時(shí)間愈長。左右。間隔愈小，精度愈高，但成形時(shí)間愈長。n各種快速原型系統(tǒng)都帶有分層處理軟件，能將各種快速原型系統(tǒng)都帶有分層處理軟件，能將CAD模型以片模型以片層方式來描述，這樣，無論零件多么復(fù)雜，對(duì)于每一層來說，層方式來描述，這樣，無論零件多么復(fù)雜，對(duì)于每一層來說，都是簡(jiǎn)單的平面。都是簡(jiǎn)單的平面。n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維層片信息即輪廓與

5、填充的路徑生成NC代碼，與工藝緊密代碼，與工藝緊密相連，是一個(gè)工藝規(guī)劃過程。相連，是一個(gè)工藝規(guī)劃過程。n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。率。三維三維CADCAD模型設(shè)計(jì)模型設(shè)計(jì) 在PC機(jī)或圖形工作站上用三維軟件p

6、ro/Epro/E solidworks solidworksUGUGCATIACATIA 等設(shè)計(jì)零件的三維CAD模型。 CADCAD模型的近似處理模型的近似處理 用用STLSTL文件格式進(jìn)行數(shù)據(jù)文件格式進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將三維實(shí)體表面用一系轉(zhuǎn)換，將三維實(shí)體表面用一系列相連的小三角形逼近，得到列相連的小三角形逼近，得到STLSTL格式的三維近似模型文件。格式的三維近似模型文件。典型的典型的 STL STL 文件文件 對(duì)對(duì)STLSTL文件切片處理文件切片處理 切片是將模型以片層的方式來描述，片層的厚度通常在50m500m之間；無論零件形狀多么復(fù)雜，對(duì)每一層來說卻是簡(jiǎn)單的平面矢量掃描組（如圖），輪廓線

7、代表了片層的邊界。切片處理層層堆層層堆積原型原型件生成生成CLI文件文件生成生成NC指令指令STL文件文件表面處理強(qiáng)化表面處理強(qiáng)化工件剝離去支撐工件剝離去支撐對(duì)對(duì)STL文件進(jìn)行處理文件進(jìn)行處理CAD三維造型三維造型CAD造型軟件造型軟件前處理前處理監(jiān)控軟件監(jiān)控軟件制造原型制造原型后處理后處理數(shù)據(jù)處理工藝規(guī)劃軟件數(shù)據(jù)處理工藝規(guī)劃軟件原原型型制制作作流流程程圖圖快速成型的技術(shù)特點(diǎn)快速成型的技術(shù)特點(diǎn) 高度柔性高度柔性技術(shù)的高度集成技術(shù)的高度集成設(shè)計(jì)、制造一體化設(shè)計(jì)、制造一體化快速性快速性高度柔性高度柔性產(chǎn)品制造過程幾乎與零件的復(fù)雜性無產(chǎn)品制造過程幾乎與零件的復(fù)雜性無關(guān)關(guān)生產(chǎn)過程數(shù)字化，與 CAD 模

8、型具有直接的關(guān)聯(lián)，零件可大可小，所見即所得，可隨時(shí)修改，隨時(shí)制造。 技術(shù)的高度集成技術(shù)的高度集成 RP技術(shù)是計(jì)算機(jī)、數(shù)控、激光、材料和機(jī)械等技術(shù)的綜合集成。CAD技術(shù)通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行精確的離散運(yùn)算和繁雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)零件的曲面或?qū)嶓w造型，數(shù)控技術(shù)為高速精確的二維掃描提供必要的基礎(chǔ)，這又是以精確高效堆積材料為前提的，激光器件和功率控制技術(shù)使材料的固化、燒結(jié)、切割成為現(xiàn)實(shí)?？焖賿呙璧母叻直媛蕠婎^為材料精密堆積提供了技術(shù)保證。快速響應(yīng)性快速響應(yīng)性 快速原型零件制造從CAD設(shè)計(jì)到原型 (或零件 )的加工完畢，只需幾個(gè)小時(shí)至幾十個(gè)小時(shí)，復(fù)雜、較大的零部件也可能達(dá)到幾百小時(shí)，但從總體上看，速度比傳統(tǒng)的成形

9、方法要快得多。尤其適合于新產(chǎn)品的開發(fā)，RP技術(shù)已成為支持并行工程和快速反求設(shè)計(jì)及快速模具制造系統(tǒng)的重要技術(shù)之一。23快速成形技術(shù)的概念大約出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代末，而實(shí)際上采用分層制造原理堆積三維實(shí)體的思維雛形最早可追溯到19世紀(jì)。自1986年第一臺(tái)快速成形設(shè)備SLA -l出現(xiàn)至今，近30年來，世界上已有大約二十多種不同的成形方法和工藝，而且新方法和工藝不斷地出現(xiàn)，各種方法均具有自身的特點(diǎn)和適用范圍。比較成熟的典型工藝有光固化快速成形（SL）、激光選區(qū)燒結(jié)（SLS）、疊層實(shí)體制造（LOM）、熔融沉積制造（FDM）、三維打印快速成形（3DP）等。 24主要主要RP工藝獲得專利的情況表工藝獲得專利

10、的情況表 主要工藝分類主要工藝分類 SLA工藝工藝 LOMLOM工藝工藝 SLSSLS工藝工藝 FDMFDM工藝工藝 3DP3DP工藝工藝 工藝工藝特特點(diǎn)點(diǎn)及常用材料及常用材料266.2.1 6.2.1 光固化快速成形工藝基本原理光固化快速成形工藝基本原理光固化快速成形，又稱為立體光刻、光成形等，是一種采用激光束逐點(diǎn)掃描液態(tài)光敏樹脂使之固化的RP成形工藝，也稱為SLA（Stereolithography）工藝。 。 基本工藝過程：在樹脂槽中存儲(chǔ)一定量的光敏樹脂，由液面控制系統(tǒng)使液體上表面保持在固定的高度，紫外激光束在振鏡控制下按預(yù)定路徑在樹脂表面上掃描。激光掃描之處的光敏樹脂由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，

11、從而形成具有一定形狀和強(qiáng)度的層片；掃描固化完一層后，未被照射的地方仍是液態(tài)樹脂，然后升降臺(tái)帶動(dòng)加工平臺(tái)下降一個(gè)層厚的距離，通過涂覆機(jī)構(gòu)使已固化表面重新充滿樹脂，然后進(jìn)行下一層固化，新固化的一層黏結(jié)在前一層上，如此重復(fù)，直至固化完所有層片，這樣層層疊加起來即可獲得所需形狀的三維實(shí)體。 27光固化成形的基本原理光固化成形的基本原理 CPS250B快速原型機(jī)快速原型機(jī) SLA工藝原理工藝原理 n 液槽液槽 n 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) n 紫外激光器紫外激光器l 氦氦-鎘激光器：輸出功率鎘激光器：輸出功率15mW50mW，波長，波長325nml氬激光器：輸出功率氬激光器：輸出功率100mW500mW，波長，

12、波長351nm365nmn 激光束掃描裝置激光束掃描裝置l 電流計(jì)驅(qū)動(dòng)式的掃描鏡方式電流計(jì)驅(qū)動(dòng)式的掃描鏡方式l X-Y繪圖儀方式繪圖儀方式l 主要由工控機(jī)、分層處理軟件和控制軟件等組成主要由工控機(jī)、分層處理軟件和控制軟件等組成 1. 模型及支撐設(shè)計(jì)模型及支撐設(shè)計(jì)n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)。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)。n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。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。n成形完畢

13、后應(yīng)小成形完畢后應(yīng)小心除去支撐，從心除去支撐，從而得到最終所需而得到最終所需的工件。的工件。2. 分層處理分層處理采用分層軟件對(duì)采用分層軟件對(duì)CAD模型的模型的STL格式文件進(jìn)行分層處理，得到格式文件進(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)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。格間距、線寬補(bǔ)償值、收縮補(bǔ)償因子的選擇與確定。3. 原型制作原型制作液態(tài)光敏樹脂逐層固化而形成原型件。液

14、態(tài)光敏樹脂逐層固化而形成原型件。4. 后處理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)稱為后處理。理等，這些工序統(tǒng)稱為后處理。nSLA原型材料是液態(tài)光敏樹脂，如環(huán)氧樹脂、乙烯酸樹原型材料是液態(tài)光敏樹脂，如環(huán)氧樹脂、乙烯酸樹脂、丙烯酸樹脂等。脂、丙烯酸樹脂等。 n光敏樹脂材料中主要包括齊聚物、反應(yīng)性稀釋劑、光引光敏樹脂材料中主要包括齊聚物、反應(yīng)性稀釋劑、光引發(fā)劑。發(fā)劑。 n由于樹脂固化過程中產(chǎn)生收縮，不

15、可避免地會(huì)使模型材由于樹脂固化過程中產(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。開發(fā)收縮系數(shù)小、固料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，引起模型變形。開發(fā)收縮系數(shù)小、固化速度快或無需后固化、強(qiáng)度高的光敏樹脂材料是其發(fā)化速度快或無需后固化、強(qiáng)度高的光敏樹脂材料是其發(fā)展趨勢(shì)。展趨勢(shì)。 SLA工藝優(yōu)點(diǎn)如下：工藝優(yōu)點(diǎn)如下：n尺寸精度高，可達(dá)尺寸精度高，可達(dá)0.1mm，是，是RP技術(shù)中最高的；技術(shù)中最高的；n原型表面質(zhì)量?jī)?yōu)良；原型表面質(zhì)量?jī)?yōu)良；n可以制作結(jié)構(gòu)復(fù)雜、細(xì)小的模型；可以制作結(jié)構(gòu)復(fù)雜、細(xì)小的模型；n系統(tǒng)非常穩(wěn)定，成形過程自動(dòng)化程度高；系統(tǒng)非常穩(wěn)定，成形過程自動(dòng)化程度高；n可以直接制作面向熔模精密鑄造的

16、具有中空結(jié)構(gòu)的消失型。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。SLA工藝缺點(diǎn)：工藝缺點(diǎn)：n成形過程中伴隨著材料的物理和化學(xué)變化，產(chǎn)生收縮，并成形過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；且會(huì)因材料內(nèi)部的應(yīng)力導(dǎo)致制件較易翹曲、變形；n需要支撐；需要支撐；n設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)成本高；設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)成本高；n需要二次固化；需要二次固化；n液態(tài)樹脂固化后在性能上不如常用的工業(yè)塑料，一般較脆、液態(tài)樹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。易斷裂。35光固化快速成形工藝作為最早商品化的快速成形工藝之一，其設(shè)備制造商遍布世界各地，其中具有

17、代表性的制造商如美國的3D Systems公司、日本的CMET公司、以色列的Cubital公司、中國的北京殷華快速成形與模具有限公司、華中科技大學(xué)等。36iPro 8000 iPro 9000 美國3D Systems公司的iPro系列光固化成形設(shè)備37利用利用SLA技術(shù)制造出的零件技術(shù)制造出的零件 38美國Chrysler 300C轎車的前懸掛系統(tǒng)的裝配模型 SLA技術(shù)在汽車車身制造中也有相關(guān)應(yīng)用。SLA技術(shù)可制造出所需比例的精密鑄造模具，從而澆鑄出一定比例的車身金屬模型，利用此金屬模型可進(jìn)行風(fēng)洞和碰撞等試驗(yàn)，從而完成對(duì)車身的最終評(píng)價(jià)，以決定其設(shè)計(jì)是否合理。 42激光選區(qū)燒結(jié)SLS（Sele

18、cted Laser Sintering）工藝，又稱為選擇性激光燒結(jié)，它是采用紅外激光作為熱源來燒結(jié)粉末材料，并以逐層堆積方式成形三維零件的一種快速成形技術(shù)。SLS工藝的基本思想是基于離散一堆積成形的制造方式，實(shí)現(xiàn)從三維CAD模型到實(shí)體原型零件的轉(zhuǎn)變。 43第一步，在計(jì)算機(jī)上，實(shí)現(xiàn)零件模型的離散過程； 第二步，在SLS成形機(jī)上，實(shí)現(xiàn)零件的層面制造； 第三步，全部燒結(jié)完成后，要做一些后處理工作，如去掉多余的粉末，再進(jìn)行打磨、烘干等處理，獲得原型或零件。44SLS工藝原理示意圖工藝原理示意圖 SLSSLS工作原理圖工作原理圖1. 成形參數(shù)選擇成形參數(shù)選擇2. 原型制作原型制作n分層參數(shù)：零件加工方

19、向、分層參數(shù)：零件加工方向、分層厚度、掃描間距和掃描分層厚度、掃描間距和掃描方式。方式。n成形燒結(jié)參數(shù)：掃描速度、成形燒結(jié)參數(shù)：掃描速度、激光功率、預(yù)熱溫度、鋪粉激光功率、預(yù)熱溫度、鋪粉參數(shù)等。參數(shù)等。 3. 后處理后處理n剛剛成形的樹脂原型密度和強(qiáng)度較低，需作強(qiáng)化處理，將液剛剛成形的樹脂原型密度和強(qiáng)度較低，需作強(qiáng)化處理，將液體可固化樹脂浸滲到燒結(jié)零件中，將其保溫、固化，得到增體可固化樹脂浸滲到燒結(jié)零件中，將其保溫、固化，得到增強(qiáng)的零件；強(qiáng)的零件；n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；粉；n當(dāng)原型材料為金屬與粘結(jié)劑的混合粉

20、時(shí)，成形需將制件置于當(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。處理，以得到高密度的金屬件。 nSLS工藝使用粉末材料，它來源較為廣泛，原則上講所有工藝使用粉末材料，它來源較為廣泛，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)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)劑的粉末都可用作劑的粉末都可用作SLS材料；材料；n用蠟可以制造精密鑄造用蠟?zāi)＃脽崴苄运芰峡梢灾圃煜孟灴梢灾圃炀荑T造用蠟?zāi)?，用熱塑性塑料可以制造消失模，用陶瓷?/p>

21、以制造鑄造殼型、型芯和陶瓷構(gòu)件，用金失模，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。屬可以制造金屬結(jié)構(gòu)件和模具。n目前目前SLS材料主要有塑料粉、蠟粉、金屬粉、表面附有材料主要有塑料粉、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；粘結(jié)劑的覆膜陶瓷粉、覆膜金屬粉及覆膜砂等；SLS工藝優(yōu)點(diǎn)如下：工藝優(yōu)點(diǎn)如下：n可以采用多種材料，特別是可以直接制造金屬零件，這使可以采用多種材料，特別是可以直接制造金屬零件，這使SLS工藝頗具吸引力；工藝頗具吸引力；n無需設(shè)計(jì)和制作支撐結(jié)構(gòu)；無需設(shè)計(jì)和制作支撐結(jié)構(gòu)；n制件具有較好的機(jī)械性能，可直接用作功能測(cè)試或小批量制

22、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；使用的產(chǎn)品；n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。宜、成本低。SLS工藝缺點(diǎn)：工藝缺點(diǎn)：n成形速度較慢；成形速度較慢；n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)不及清晰輪廓的制件時(shí)不及SLA工藝處理；工藝處理；n成形過程能量消耗高。成形過程能量消耗高。513D Systems公司的sPro系列快速成形機(jī) 52采用sPro系列設(shè)備制造的各類零件 53德國EOS公司EOSINT P800 54

23、采用EOSINT P系列設(shè)備制造的成形產(chǎn)品 55 國內(nèi)主要的SLS設(shè)備制造商主要有北京隆源自動(dòng)成形系統(tǒng)有限公司和武漢濱湖機(jī)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)有限公司。下圖為北京隆源公司AFS-500設(shè)備 56采用隆源公司AFS-500設(shè)備制造的成形產(chǎn)品 57武漢濱湖機(jī)電公司生產(chǎn)的HPRS設(shè)備 58采用HPRS設(shè)備制造的成形產(chǎn)品 59 SLS技術(shù)在汽車技術(shù)中應(yīng)用廣泛。汽車燈具大多數(shù)的形狀是不規(guī)則的，曲面復(fù)雜，模具制造難度很大。通過快速成形技術(shù)，可以很快得到精確的產(chǎn)品試樣，用于產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)驗(yàn)證和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，完善產(chǎn)品設(shè)計(jì)，為模具設(shè)計(jì)CAD和CAM提供了有利的參考。 60 利用利用SLS技術(shù)制造的汽車前燈和汽

24、車內(nèi)飾件技術(shù)制造的汽車前燈和汽車內(nèi)飾件采用采用SLS工藝小批量工藝小批量生產(chǎn)航空、航天、軍生產(chǎn)航空、航天、軍工等行業(yè)的產(chǎn)品，既工等行業(yè)的產(chǎn)品，既減少了投資，又贏得減少了投資，又贏得了時(shí)間。了時(shí)間。小批量戰(zhàn)斗機(jī)控制手柄小批量戰(zhàn)斗機(jī)控制手柄 采用采用SLS工藝制作的高爾夫球頭模具及產(chǎn)品工藝制作的高爾夫球頭模具及產(chǎn)品 66疊層實(shí)體制造LOM（Laminated Object Manufacturing）工藝是快速原型技術(shù)中具有代表性的技術(shù)之一。其系統(tǒng)原理下圖所示，由CO2激光器及掃描機(jī)構(gòu)、熱壓輥、升降臺(tái)、送紙輥、收紙輥和控制計(jì)算機(jī)等組成。 6.2.3 疊層實(shí)體制造快速成形工藝疊層實(shí)體制造快速成形工藝

25、67疊層實(shí)體制造的系統(tǒng)原理圖疊層實(shí)體制造的系統(tǒng)原理圖 1. 制作基底制作基底2. 原型制作原型制作3. 去除余料去除余料4. 后處理后處理 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。工藝包括修補(bǔ)、打磨、拋光、表面涂覆等。 nLOM技術(shù)使用薄層材料，如紙、金屬箔、塑料薄膜、陶瓷技術(shù)使用薄層

26、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。能件。n目前目前LOM成形材料多采用紙。紙材在激光切割過程中一直成形材料多采用紙。紙材在激光切割過程中一直保持固態(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)過表面涂覆處理后不吸水，有良好的穩(wěn)定性且堅(jiān)如制件經(jīng)過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。硬木，表面光滑。nLOM材料涉及到三方面的問題：薄層材料、粘結(jié)劑和涂材料涉及到三方面的問題：薄層材料、粘結(jié)劑和涂布工藝。布工藝。LOM工藝

27、優(yōu)點(diǎn)如下：工藝優(yōu)點(diǎn)如下：n生產(chǎn)效率比其它生產(chǎn)效率比其它RP工藝高，非常適合于制作中、大型實(shí)工藝高，非常適合于制作中、大型實(shí)心原型件；心原型件；n無需設(shè)計(jì)和制作支撐結(jié)構(gòu)；無需設(shè)計(jì)和制作支撐結(jié)構(gòu)；n后處理工藝簡(jiǎn)單，成形后廢料易于剝離，且不需后固化處后處理工藝簡(jiǎn)單，成形后廢料易于剝離，且不需后固化處理；理；n原材料價(jià)格便宜，原型制作成本低；原材料價(jià)格便宜，原型制作成本低；n制件能承受高達(dá)制件能承受高達(dá)200的高溫，有較高的硬度和較好的力的高溫，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。學(xué)性能，可以進(jìn)行各種切削加工。LOM工藝缺點(diǎn)：工藝缺點(diǎn)：n工件（尤其是薄壁件）的抗拉強(qiáng)度和彈性不夠好；工件

28、（尤其是薄壁件）的抗拉強(qiáng)度和彈性不夠好；n工件易吸濕膨脹，因此成形后應(yīng)盡快做表面防潮處理；工件易吸濕膨脹，因此成形后應(yīng)盡快做表面防潮處理；n不能直接制作塑料工件；不能直接制作塑料工件；n工件表面有臺(tái)階，其高度等于材料厚度，因此，成形后工件表面有臺(tái)階，其高度等于材料厚度，因此，成形后需進(jìn)行表面打磨。需進(jìn)行表面打磨。73 美國Helisys公司的設(shè)備外形圖 74采用采用LOM 2030 E制造的新型發(fā)動(dòng)機(jī)部件模型制造的新型發(fā)動(dòng)機(jī)部件模型75采用采用LOM 2030 E制造的連環(huán)等異形及復(fù)雜機(jī)構(gòu)制造的連環(huán)等異形及復(fù)雜機(jī)構(gòu) 76日本日本Kira公司的公司的PLT快速成形設(shè)備及零件快速成形設(shè)備及零件 奧

29、迪轎車剎車鉗體精鑄母模的奧迪轎車剎車鉗體精鑄母模的LOM原型原型 奧迪轎車剎車鉗體精鑄件奧迪轎車剎車鉗體精鑄件 n汽車工業(yè)中很多形狀復(fù)雜的零汽車工業(yè)中很多形狀復(fù)雜的零部件均由精鑄直接制得，如何部件均由精鑄直接制得，如何高精度、高效率、低成本地制高精度、高效率、低成本地制造這些精鑄母模是關(guān)鍵。采用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、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，精度差；采用數(shù)控加工制作，則成本太高。則成本太高。n采用采用LOM工藝制造汽車零部工藝制造汽車零部件精鑄母模，生產(chǎn)效率高，尺件精鑄母模，生產(chǎn)效率

30、高，尺寸精度高。寸精度高。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管的精鑄母模汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管的精鑄母模79熔融沉積成形工藝FDM（Fused Depositon Modeling Technology），是一種利用噴嘴熔融、擠出絲狀成形材料，并在控制系統(tǒng)的控制下，按一定掃描路徑逐層堆積成形的一種快速成形工藝，其工藝原理圖如下圖所示。 80熔融沉積成形技術(shù)原理圖熔融沉積成形技術(shù)原理圖FDMFDM工作原理工作原理1. 噴頭噴頭2. 送絲機(jī)構(gòu)送絲機(jī)構(gòu)3. 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)n單噴頭技術(shù)：零件和支撐采用同種材料，支撐去除麻煩；單噴頭技術(shù)：零件和支撐采用同種材料，支撐去除麻煩；n雙噴頭技術(shù)：一個(gè)用來噴模型材料制造零件，另一個(gè)用來

31、噴雙噴頭技術(shù)：一個(gè)用來噴模型材料制造零件，另一個(gè)用來噴支撐材料做支撐，兩種材料的特性不同，去除支撐容易。支撐材料做支撐，兩種材料的特性不同，去除支撐容易。nX-Y軸的聯(lián)動(dòng)完成噴頭對(duì)截面輪廓的平面掃描，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)軸則帶動(dòng)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)高度方向的進(jìn)給。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、成形控制軟件軟件系統(tǒng)：分層處理軟件、成形控制軟件1. 三維模型設(shè)計(jì)及三維模型設(shè)計(jì)及STL文件輸出文件輸出2. 分層處理分層處理1）啟動(dòng)）啟動(dòng)Daphne2）確定加工方向及加工位置）確定加工方向及

32、加工位置3）添加基底）添加基底4）添加支撐）添加支撐5）分層計(jì)算）分層計(jì)算3. 原型制作原型制作1）開機(jī)后，成形材料及成形室預(yù)熱零件）開機(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）啟動(dòng)控制軟件，讀入分層后的加工模型 3）數(shù)控初始化）數(shù)控初始化4）擠出舊絲及出絲檢測(cè)）擠出舊絲及出絲檢測(cè)5）工作臺(tái)對(duì)高）工作臺(tái)對(duì)高6）加工參數(shù)設(shè)置）加工參數(shù)設(shè)置7）成形加工）成形加工3 原型后處理原型后處理n加工完畢，零件保溫，之后用小鏟子小心取出原型加工完畢，零件保溫，之后用小鏟子小心取出原型n小心去除支撐，用砂紙打磨臺(tái)階效應(yīng)較明顯處，用小刀處理多余小心去除支撐，用砂紙打磨臺(tái)階效應(yīng)較明顯處

33、，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上光nFDM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)量原型件的精度和表面質(zhì)量n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，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、低于模一個(gè)噴頭用于擠噴支撐材

34、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，沒有刮痕和擦傷，細(xì)小的特征會(huì)保留滑、清潔、精確的原型件，沒有刮痕和擦傷，細(xì)小的特征會(huì)保留得完整無缺。得完整無缺。nFDM工藝中使用的材料是線材，分為成形材料和支撐材料。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、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??；收縮率??；n目前使用的材料主要包括目前使用的材料主要包括ABS及醫(yī)學(xué)專用的及醫(yī)學(xué)專用的ABSi、MABS

35、、石蠟、聚烯烴樹脂、尼龍、聚酰胺、低熔點(diǎn)金、石蠟、聚烯烴樹脂、尼龍、聚酰胺、低熔點(diǎn)金屬和陶瓷等；屬和陶瓷等；n對(duì)支撐材料的要求是能夠承受一定的高溫、與成形材料對(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、具有水溶性或酸溶性、具有較低的熔融溫度、不浸潤、具有水溶性或酸溶性、具有較低的熔融溫度、流動(dòng)性好等。流動(dòng)性好等。FDM工藝優(yōu)點(diǎn)如下：工藝優(yōu)點(diǎn)如下：n無需激光系統(tǒng)，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行安全、操作維護(hù)簡(jiǎn)便，無需激光系統(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)備成本為成本低，其設(shè)備成本為SLA設(shè)備的設(shè)備的1/5；n可以在辦公室環(huán)境下使用；可以在辦公室環(huán)境下使用；n原材料在成形過程

36、中無化學(xué)變化，制件翹曲變形小；原材料在成形過程中無化學(xué)變化，制件翹曲變形?。籲當(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。好。FDM工藝缺點(diǎn)：工藝缺點(diǎn)：n成形精度較；成形精度較；n也需要對(duì)整個(gè)截面進(jìn)行掃描，成形時(shí)間較長；也需要對(duì)整個(gè)截面進(jìn)行掃描，成形時(shí)間較長；n沿沿Z軸方向，制件強(qiáng)度較弱。軸方向，制件強(qiáng)度較弱。指標(biāo)指標(biāo)SLALOMSLSFDM成形速度成形速度較快較快快快較慢較慢較慢較慢原型精度原型精度較高較高較高較高較低較低較低較低制造成本制造成本高高較低較低較低較低低低原型復(fù)雜程度原型復(fù)雜程度復(fù)雜復(fù)雜中等中等較復(fù)雜較復(fù)雜中等中等零件

37、大小零件大小中小件中小件大件大件中小件中小件中小件中小件四種工藝的對(duì)比四種工藝的對(duì)比98美國美國Stratasys公司公司Dimension設(shè)備外觀設(shè)備外觀99北京殷華激光快速成形及模具技術(shù)有限公司，是國內(nèi)最早從事快速成形設(shè)備及工藝研究開發(fā)的單位。該公司研制的熔融沉積快速成形設(shè)備主要有MEM系列產(chǎn)品，下圖為MEM350熔融擠出成形設(shè)備。 100韓國的起亞汽車的儀表板設(shè)計(jì)制造三維CAD造型圖加工測(cè)試后處理、裝配 101羅技羅技(Logitech)開發(fā)的藍(lán)牙移動(dòng)電話開發(fā)的藍(lán)牙移動(dòng)電話 102 Toro公司開發(fā)的排灌設(shè)備公司開發(fā)的排灌設(shè)備 使用使用FDM工藝制作醫(yī)學(xué)模工藝制作醫(yī)學(xué)模型，有助于改善外科

38、手術(shù)型，有助于改善外科手術(shù)方案，并有效地進(jìn)行醫(yī)學(xué)方案，并有效地進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷，大大減少手術(shù)前、診斷，大大減少手術(shù)前、中和后的時(shí)間和費(fèi)用中和后的時(shí)間和費(fèi)用采用采用FDM工藝制作的人工藝制作的人體骨骼模型體骨骼模型108 三維打印快速成形工藝（Three Dimension Printing，3DP）工藝是美國麻省理工大學(xué)E.M.Sachs教授等學(xué)者開發(fā)的一種快速成形工藝，并于1993年申請(qǐng)了3個(gè)專利。與選區(qū)激光燒結(jié)工藝一樣，該工藝的成形材料也需要制備成粉末狀，所不同的是，3DP是采用噴射黏結(jié)劑粘接粉末的方法來完成成形過程。 三維印刷三維印刷3DP3DP工藝工藝Three Dimension Pri

39、ntingThree Dimension Printing 3DP工藝與SLS工藝類似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金屬粉末。所不同的是材料粉末不是通過燒結(jié)連接起來的，而是通過噴頭用粘接劑（如硅膠）將零件的截面“印刷”在材料粉末上面（如圖）。用粘接劑粘接的零件強(qiáng)度較低，還須后處理。先燒掉粘接劑，然后在高溫下滲入金屬，使零件致密化。提高強(qiáng)度。1113DP工藝流程圖工藝流程圖 3DP工作原理工作原理1133DP工藝最大的特點(diǎn)是采用了數(shù)字微滴噴射技術(shù)。數(shù)字微滴噴射技術(shù)是指在數(shù)字信號(hào)的控制下，采用一定的物理或者化學(xué)手段，使工作腔內(nèi)的流體材料的一部分在短時(shí)間內(nèi)脫離母體，成為一個(gè)（組）微滴（drople

40、ts）或者一段連續(xù)絲線，以一定的響應(yīng)率和速度從噴嘴流出，并以一定的形態(tài)沉積到工作臺(tái)上的指定位置。 114 微滴噴射技術(shù)示意圖微滴噴射技術(shù)示意圖 115基于數(shù)字微滴噴射技術(shù)的基于數(shù)字微滴噴射技術(shù)的3DP3DP工藝具有如下特點(diǎn)工藝具有如下特點(diǎn)（1）成形效率高；（2）成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于小型化；（3）可適用的材料非常廣泛。116Z Corp. .公司的公司的Z310Z Corp. .公司的公司的Z510117摩托羅拉的摩托羅拉的V70手機(jī)手機(jī)Z310快速成形的石膏模型快速成形的石膏模型118Z510快速成形制造鞋底模型快速成形制造鞋底模型 119輪廓成形工藝輪廓成形工藝 輪廓成形工藝CC（Cont

41、our Craft）是由美國南加州大學(xué)Behrokh Khoshnevis等人開發(fā)的一種類似于熔融堆積成形的工藝，形成原型的層片為準(zhǔn)三維。120三維繪圖工藝簡(jiǎn)介三維繪圖工藝簡(jiǎn)介三維繪圖工藝（3D plotting）是由Sanders Prototype公司（后改名為Solidscape公司）開發(fā)的。與3DP工藝不同，三維繪圖采用兩個(gè)微滴噴射噴嘴分別噴射成形材料和支撐材料完成堆積成形（包括支撐結(jié)構(gòu)），而不是噴射黏度很低的黏結(jié)劑。 三維繪圖工藝原理三維繪圖工藝原理 121激光快速制造技術(shù)是以激光為輸出能量，利用CAD數(shù)字模型驅(qū)動(dòng)高能量密度的激光束熔化、燒結(jié)、連接金屬粉末或板材直接成形金屬零件或模具

42、的一項(xiàng)快速制造技術(shù)。 激光快速制造技術(shù)主要有：激光熔覆快速制造、激光選區(qū)燒結(jié)快速制造、激光選區(qū)熔化快速制造、激光金屬板材疊加快速制造和生坯帶激光燒結(jié)快速制造。 122 激光熔覆快速制造技術(shù)，又稱激光近形制造技術(shù)LENS(laser engineered net shaping)，激光熔覆（laser cladding）又稱為激光包覆、激光涂覆，是利用一定功率密度的激光束照射被覆金屬表層上的具有某種特殊性能的材料，使之完全熔化，而基體金屬微熔，冷凝后在基材表面形成一個(gè)低稀釋度的包覆層，從而達(dá)到使基材改性的目的。 123 激光熔覆快速制造技術(shù)在新型汽車制造、航天、航空、新型武器裝備中的高性能特種零

43、件和民用工業(yè)中的高精尖零件的制造領(lǐng)域具有極好的應(yīng)用前景，尤其是在常規(guī)方法很難加工的梯度功能材料、超硬材料和金屬間化合物材料的零件快速制造以及大型模具的直接快速制造上。124（1）特種材料復(fù)雜形狀金屬零件直接制造；（2）含內(nèi)流道和高熱導(dǎo)率部位的模具；（3）模具快速制造、修復(fù)與翻新，表面強(qiáng)化與高性能涂層；（4）敏捷金屬零件和梯度功能金屬零件制造； （5）航空航天重要零件的局部制造與修復(fù)； （6）特種復(fù)雜金屬零件制造； （7）醫(yī)療器械等。激光熔覆快速制造技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域：激光熔覆快速制造技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域：125 美國Optomec公司是LENS技術(shù)研究的代表企業(yè)，主要設(shè)備有LENS系列。下圖為 Opto

44、mec公司LENSTM 850R System成形設(shè)備126航空用金屬排氣零件的加工航空用金屬排氣零件的加工 127LENS加工葉片加工葉片 LENS加工的殼體零件加工的殼體零件 128 Directed Light Fabrication，簡(jiǎn)稱DLF，是另一種激光熔覆快速制造技術(shù)，成形原理和LENS基本相同。DLF技術(shù)由美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室(Los Alamos National Laboratory )與SyntheMet公司合作開發(fā)而成。下圖為DLF加工設(shè)備以及用DLF設(shè)備加工的零件。129 （1）大型零件的毛坯制造 對(duì)于大型零件的毛坯制造，用直接金屬制造可以節(jié)約昂貴的大型模具開發(fā)

45、成本，加快制造時(shí)間，而且成形的零件性能能夠達(dá)到要求。這種制造一般不需要太高的成形精度，要留有足夠的加工余量在后續(xù)處理中加工，以達(dá)到精確的零件尺寸。 （2）小型功能梯度復(fù)雜零件或多材料復(fù)雜零件的制造。 激光熔覆快速制造金屬零件的發(fā)展方向：激光熔覆快速制造金屬零件的發(fā)展方向：130 激光選區(qū)燒結(jié)快速制造技術(shù)是以金屬零件的快速制造為主。 按所使用的材料來分，激光選區(qū)燒結(jié)快速制造技術(shù)主要有三類方法： 單一成分金屬粉末的燒結(jié)； 金屬粉末與有機(jī)粘結(jié)劑混合物的燒結(jié)； 不同熔點(diǎn)的金屬粉末混合物的燒結(jié)。 按制作的零件是否需要后處理，激光選區(qū)燒結(jié)快速制造技術(shù)又可分為兩種模式：間接激光選區(qū)燒結(jié) 直接激光選區(qū)燒結(jié)。

46、131 德國EOS公司在金屬粉末的激光選區(qū)燒結(jié)快速制造方面一直走在前列，它開發(fā)了激光燒結(jié)直接制作金屬零件和模具的技術(shù)DMLS(direct metal laser sintering)和EOSINTM系列設(shè)備。下圖為采用EOS激光粉末燒結(jié)快速成形系統(tǒng)制造的金屬零件。 132 EOS還推出了用于金屬成形的粉末材料Driectsteel H20, 其硬度可達(dá)42HRC，拉伸強(qiáng)度達(dá)1200 MPa。用Driectsteel H20材料制作的模具鑲塊用于塑料注射模，其壽命可達(dá)10萬件。下圖為采用EOSINT M250 XTEND快速成形系統(tǒng)制造的金屬模具及零件。133 DTM公司于1994年推出Rap

47、id Steel制造技術(shù)，在SLS中燒結(jié)表面包覆樹脂材料的鐵粉，初次成形零件后，置入銅粉中再一起放入高溫爐進(jìn)行二次燒結(jié)制造出注塑模具，此模具在性能上相當(dāng)于7075鋁合金，可以注塑5萬件。下圖為美國NACCO公司利用DTM設(shè)備生產(chǎn)的手柄注塑模，材料為Rapid Steel 1.0。 1346.3.3 激光選區(qū)熔化快速制造技術(shù)激光選區(qū)熔化快速制造技術(shù) 以德國F&S/MCP及英國The University of Liverpool為代表的金屬粉末激光選區(qū)熔化技術(shù)SLM(Selective Laser Melting)采用單一成分的金屬粉末，其主要特點(diǎn)是金屬粉末在激光輻照下，達(dá)到完全熔化，而非局部熔

48、結(jié)。 135SLM技術(shù)示意圖加工的典型零件136 （1）超輕航空航天部件的快速制造在滿足各種性能要求的前提下，與傳統(tǒng)方法制造的零件相比，用SLM方法制造的零件的重量可以減輕90左右（如下圖所示）。 137（2）刀具的快速制造用SLM方法可以快速制造具有隨形冷卻流道的刀具和模具，使其冷卻效果更好，從而減少冷卻時(shí)間，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。138 （3）微散熱器的快速制造用SLM方法可以快速制造具有交叉流道的散熱器，流道結(jié)構(gòu)尺寸目前可以做到0.5 mm，表面粗糙度可以達(dá)到Ra = 8.5 m。139 （4）生物制造將SLM方法用于生物制造，具有下列優(yōu)點(diǎn)：能夠制造多孔生物構(gòu)件；生物構(gòu)件的密度可以任意

49、變化；構(gòu)件體積孔隙度可以達(dá)到7595。下圖為用SLM方法制造的多孔生物構(gòu)件的SEM照片 。140 金屬板材疊加制造技術(shù)是基于LOM工藝方法，直接采用金屬片材，通過激光切割、焊接或粘接金屬片材制造金屬零件及模具。日本Tokyo Institute of Technology大學(xué)的T.Obikawa等人使用0.2 mm厚、兩面涂了低熔點(diǎn)合金的鋼板，通過焊接堆積制造金屬模具。此外，還有人采用2.5 mm厚、兩面涂了低熔點(diǎn)的材料的鋁合金板，層層疊加成形。 141 CAM-LEM INC.公司開發(fā)了疊層工程材料計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)CAM-LEM（Computer-Aided Manufacturing of Laminated Eng. Materials）。下圖為 CAM-LEM制造設(shè)備CL-100及制造的金屬模具。142此外，美國Michigan的Solidic Inc.公司也開發(fā)了一種直接金屬制造工藝，他們用25mm寬，0.1mm厚的鋁合金帶材，根據(jù)分層堆積與CNC銑削的原理制造復(fù)雜的鋁件(模)，制造速度可達(dá)574cm3/h，成形件尺寸為500mm900mm250mm，精度高達(dá) 0.075mm。 143 6.4.1 生物制造概述生物制造概述 一直以來，人們希望能夠使用人工方法構(gòu)建具有一定