先進制造技術-快速成型技術

1、快速成形技術概述： 快速成形技術（Rapid Prototyping，簡稱RP）20世紀80年代發(fā)展起來的，它綜合了機械工程、CAD、數(shù)控技術、激光技術及材料科學技術，可以自動、直接、快速、精確地將設計思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵瑥亩蟠罂s短產(chǎn)品的研制周期。因而，被認為是近20來制造領域的一個重大突破。影響力與數(shù)控技術相當。發(fā)展：我國在90年代代先后有有武漢華華中科技技大學快快速制造造中心、西安交交大先進進制造技技術研究究所、北北京殷華華實業(yè)有有限公司司、陜西西省激光光快速成成形與模模具制造造工程研研究中心心等在快快速成形形工藝研研究、設設備開發(fā)發(fā)、數(shù)據(jù)據(jù)處理及及控制軟軟件、新

2、新材料的的研發(fā)等等方面做做了大量量有成效效的工作作。基本思路路：CAD模模型建立立STL文文件生成成分層切片片快速堆積積成形分類：光敏樹脂脂液相固固化成形形、選擇擇性激光光粉末燒燒結(jié)成形形、薄片片分層疊疊加成形形和熔絲絲堆積成成形等4種。光敏樹脂脂液相固固化成形形光敏樹脂脂液相固固化成形形（SLStereoLithography)，又稱稱光固化化立體造造型或立立體光刻刻）。最最早由CharlesHul發(fā)明并于于1984年獲獲得專利利，1988年年美國3D系統(tǒng)統(tǒng)公司推推出商品品化的世世界上第第一臺快快速成形形機?；驹砝恚篠L工藝藝是基于于液態(tài)光光敏樹脂脂的光聚聚合原理理工作。這種液液態(tài)材料料

3、在一定定波長和和功率的的紫外線線的照射射下能迅迅速發(fā)生生光聚合合反應，相對分分子量急急劇增大大，材料料也由液液態(tài)變成成固態(tài)。特點：精度高、表面質(zhì)質(zhì)量好、原材料料利用率率將近100%，能制制造出形形狀特別別復雜（如空心心零件）、特別別精細（如首飾飾、裝飾飾品等）的零件件。制造造出來的的原型件件，可快快速翻制制各種模模具。不足點：材料昂昂貴，具具有一定定的毒性性。應用：1、可直直接制作作樹脂功功能件，用作結(jié)結(jié)構驗證證和功能能測試2、可制制作比較較精細和和復雜零零件3、可制制造出有有透明效效果的制制件4、制造造出來的的原型可可以翻制制各種模模具頭盔：新材料料Somos9420 EP-White是一種

4、基基于環(huán)氧氧樹脂的的光敏聚聚合物。復雜件：RenShapeSL7800是一種具具有高抗抗沖擊強強度的光光敏聚合合物。透明件復雜件選擇性激激光粉末末燒結(jié)成成形選擇性激激光燒結(jié)結(jié)成形（SLSSelectedLaserSintering)，又稱稱選區(qū)激激光燒結(jié)結(jié)）。由由美國德德克薩斯斯大學奧奧汀分校校的C.R.Dechard于1989年研研制成功功?；驹砝恚篠LS工工藝是利利用粉末末材料（金屬粉粉末或非非金屬粉粉末）在在激光照照射下燒燒結(jié)的原原理，在在計算機機控制下下層層堆堆積成形形。SLS原原理圖工作臺上上均勻鋪鋪上一層層很薄（0.10.2mm）的的粉末，激光束束在計算算機的控控制下按按照零件

5、件分層輪輪廓有選選擇性地地進行燒燒結(jié)，一一層完成成后再進進行下一一層燒結(jié)結(jié)。全部部燒結(jié)完完成后去去掉多余余的粉末末，再進進行打磨磨、烘干干等處理理便獲得得零件。特點：材料應用用面廣，不僅能能夠制造造塑料零零件，還還能制造造陶瓷、石蠟等等材料的的零件。特別是是可制造造金屬零零件。無需加支支撐，因因為沒有有被燒結(jié)結(jié)的粉末末起到支支撐作用用。因此此可以燒燒結(jié)制造造空心、多層鏤鏤空的復復雜零件件。成形材料料：蠟粉及高高分子塑塑料粉（早期）、金屬或或陶瓷粉粉（為了提高高原型的的強度)。任何何受熱粘粘結(jié)的粉粉末都有有被用作作SLS原材料料的可能能性。應用：1、可直直接制作作樹脂功功能件，用作結(jié)結(jié)構驗證證和

6、功能能測試，并可用用于裝配配樣機。2、制造造出來的的原型可可以翻制制各種模模具。3、制件件可直接接作熔模模鑄造用用的蠟模模和砂型型、型芯芯。采用霧化化法制取取金屬粉粉末，有有離心霧霧化和氣氣體霧化化。主要要原理：使金屬屬熔融，高速將將金屬液液滴甩出出并急冷冷、隨后后形成粉粉末顆粒粒。薄片分層層疊加成成形薄片分層層疊加成成形（LOMLaminated ObjectManufacturing)，又稱稱層疊實實體制造造或分層層實體制制造）。由美國國Helisys于1986年研研制成功功，并推推出商品品化的機機器。基本原理理：LOM工工藝是利利用薄片片材料，如紙、塑料薄薄膜等作作為成形形材料，片材表表

7、面事先先涂覆上上一層熱熱熔膠。加工時時，用CO2或刀在計計算機控控制下按按照CAD分層層模型軌軌跡切割割片材，然后通通過熱滾滾壓，是是當前層層與下面面已成形形的工件件層粘結(jié)結(jié)，從而而堆積成成形。LOM原原理圖特點：1、只需需在片材材上切割割出零件件截面的的輪廓，而不用用掃描整整個截面面。因此此易于制制造大型型、實體體零件。2、零件件的精度度較高。3、無需需加支撐撐。工件件外框與與截面輪輪廓之間間的多余余材料起起到支撐撐作用。成形材料料：常用成卷卷的紙，紙的一一面事先先涂覆一一層熱熔熔膠。偶偶爾也用用塑料薄薄膜。應用：紙價格相相對便宜宜，可以以用來做做汽車發(fā)發(fā)動機曲曲軸、連連桿、各各類箱體體、蓋

8、板板等零部部件的原原型樣件件。紙：抗?jié)裥?、穩(wěn)定性性、涂膠膠浸潤性性、抗拉拉強度。熱熔膠：保證層層與層之之間的粘粘結(jié)強度度。熔融沉積積快速成成型工藝藝一、熔融融沉積工工藝的基基本原理理二、熔融融沉積工工藝的特特點三、熔融融沉積成成型材料料與支撐撐材料四、熔融融沉積成成型應用用實例一、基本本原理熔融沉積積快速成成型（FusedDeposition Modeling，簡稱FDM），是繼繼SLA和LOM后的一種種應用比比較廣泛泛的快速速成型工工藝，并并以美國國Stratasys公司開發(fā)發(fā)的FDM制造系統(tǒng)統(tǒng)應用最最為廣泛泛。又稱熔絲絲沉積，它是將將絲狀的的熱熔性性材料加加熱融化化，通過過帶有一一個微細細

9、噴嘴的的噴頭擠擠噴出來來。噴頭頭沿零件件截面輪廓廓和填充軌跡跡運動，擠擠出的材材料迅速速固化并并與周圍圍材料粘粘結(jié)，層層堆積積而成。主要適用用于模具具行業(yè)新新產(chǎn)品開開發(fā)和醫(yī)醫(yī)療、考考古等基基于數(shù)字字成像技技術的三三維實體體模型制制造。FDM工工藝由美美國學者者Dr.ScottCrump于于1988年研研制成功功，并由由美國Stratasys公公司推出出商品化化的機器器。1993年年開發(fā)第第一臺FDM1650機型后后，先后后推出FDM2000、FDM3000、FDM8000等等。國內(nèi)的清清華大學學與北京京殷華公公司較早早地進行行了FDM工藝藝商品化化系統(tǒng)的的研制工工作，并并推出熔熔融擠壓壓制造設

10、設備MEM250等。FDM原原理圖圖二、特點點優(yōu)點：1、采用用熱熔擠擠壓頭專專利技術術，系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構原原理和操操作簡單單，且使使用無毒毒的原材材料，設設備可安安裝在辦辦公環(huán)境境中。2、成型型速度快快。不需需要SLA中的刮板板工序。3、用蠟蠟成型的的零件原原型，可可以直接接用于熔熔模鑄造造。4、可以以成型任任意復雜雜程度的的零件。如復雜雜的內(nèi)腔腔、孔等等。5、原材材料在成成型過程程中無化化學變化化，制件件的翹曲曲變形小小。6、原材材料利用用率高。7、支撐撐去除簡簡單。缺點：1、成型型件的表表面有較較明顯條條紋。2、沿成成型軸垂垂直方向向的強度度比較弱弱。3、需要要設計制制件支撐撐結(jié)構。4、需要要對

11、整個個截面進進行掃描描涂覆，成型時時間較長長。5、原材材料價格格昂貴。三、材料料成型材料料的特性性要求：1、材料料的粘度度（影響響材料的的擠出過過程）。2、材料料熔融溫溫度。3、粘結(jié)結(jié)性（影影響零件件強度）。4、收縮縮率。3.1成成型型材料結(jié)論：粘度低、熔融溫溫度低、粘結(jié)性性好、收收縮率小小。FDM工工藝常用用ABS工程塑料料絲作為為成形材材料。3.2支支撐撐材料支撐材料料的特性性要求：1、能承承受一定定高溫，一般100即可。2、與成成型材料料不浸潤潤，便于于后處理理。3、具有有水溶性性或者酸酸溶性。4、具有有較低的的熔融溫溫度。5、流動動性要好好。步驟：1、通過過三維軟軟件建立立模型，以STL格式保存存。2、在Insight軟件中進進行分層層、設置置支撐和和刀具路路徑等前前處理工工作。3、在FDMC