快速原型制造技術(shù)

快速原型制造技術(shù)第1頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四第一章概論_快速制造

快速制造技術(shù)是由

計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）、

逆向工程（ReverseEngineering，簡稱RE）、

快速成形（RapidPrototyping，簡稱RP，或RapidPrototypingandManufacturing，簡稱RP&M）、

快速制模（RapidTooling，簡稱RT）一起在信息互聯(lián)網(wǎng)支持下，形成的一套快速制造系統(tǒng)的技術(shù)。 快速制造技術(shù)經(jīng)過十幾年的發(fā)展，在快速設(shè)計、逆向工程、快速成形、快速制模等各方面都有了長足的進(jìn)步。

第2頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四第一章概論_快速制造

逆向工程（RE）、快速成形技術(shù)（RP&M）和快速制模技術(shù)（RT）是先進(jìn)制造技術(shù)和設(shè)計技術(shù)中相當(dāng)重要的部分。

RE、RP&M、RT在產(chǎn)品設(shè)計與制造中的應(yīng)用使得產(chǎn)品以優(yōu)良的品質(zhì)、低廉的制造成本加速進(jìn)入市場。第3頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四第一章概論_逆向工程體系逆向工程的流程：第4頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四RP（RapidPrototyping）技術(shù)是一種離散/堆積的加工技術(shù)，其基本過程是首先將零件的三維實(shí)體沿某一坐標(biāo)軸進(jìn)行分層處理，得到每層截面的一系列二維截面數(shù)據(jù)，按特定的成形方法（LOM、SLS、FDM、SLA等）每次只加工一個截面，然后自動疊加一層成形材料，這一過程反復(fù)進(jìn)行直到所有的截面加工完畢生成三維實(shí)體原型。液態(tài)光敏樹脂固化(SLA，StereolithgraphyApparatus)熔融沉積成形（FDM，F(xiàn)usedDepositionModeling）選擇性激光燒結(jié)（SLS）分層實(shí)體制造（LOM）實(shí)體磨削固化（SGC，SolidGroundCuring）……

快速模具(RapidTooling，RT)技術(shù)指利用快速原型(RapidPrototyping，RP)技術(shù)制造快速模具，即RP+RT第5頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四《三維CAD實(shí)體模型的獲得篇》 三坐標(biāo)測量儀即是坐標(biāo)測量（CoordinateMeasuringMachine，CMM），三個方向同時可以測量，具有三坐標(biāo)測量功能，也就是長、寬、高。以圖學(xué)來講，即前視圖（FrontView）、上視圖（TopView）、側(cè)視圖（SideView）合起來為三視圖變成一立體圖。測量的方法有很多，如圖所示。數(shù)據(jù)獲取方法非接觸方法接觸方法光學(xué)聲學(xué)磁學(xué)三角形法距離法結(jié)構(gòu)光法圖象分析法機(jī)械手坐標(biāo)測量機(jī)干涉測量法第6頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四接觸式測量系統(tǒng)三坐標(biāo)測量儀(CMM)是接觸式測量的代表，它是一種發(fā)展較為成熟的接觸式測量設(shè)備，具有噪聲低、精度高（可達(dá)±0.5μm）、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，但測量速度慢、效率低，對軟體對象難以做精密測量，需要對測頭表面損傷和測頭半徑進(jìn)行補(bǔ)償，測量數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是高精度低密度。早期三坐標(biāo)測量儀的是使用手動或CNC利用一個可以做多方向感測指示的球形電子測頭，沿著X、Y、Z，3軸移動以進(jìn)行測量。測量時，測頭與工件表面保持切線接觸，達(dá)到特定壓力時，即可觸發(fā)信號，擷取測頭的X、Y、Z方向相對基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)。經(jīng)計算機(jī)計算處理，可得測頭與真實(shí)尺寸的關(guān)系，進(jìn)而紀(jì)錄點(diǎn)資料并作為后續(xù)逆向工程或相關(guān)工作做用。將CMM應(yīng)用在逆向工程物體3D點(diǎn)資料擷取方面作曲面的點(diǎn)資料測量時，測量人員必須先沿著曲面的外型的測頭碰觸這些點(diǎn)，獲得曲面的表面點(diǎn)坐標(biāo)，如果規(guī)劃的點(diǎn)數(shù)不多，則可以用人工的方式逐點(diǎn)進(jìn)行測量，但如果需要點(diǎn)數(shù)很密集的資料，則人工的方式就不適合了，則需以CNC方式加以輔助。使用接觸式時，有這樣一些參數(shù)需要考慮：探頭型狀、大小、掃描間隔、步進(jìn)距離，允許誤差，掃描速度，掃描方向，掃描模態(tài)（固定速率或變化速率，單向或往復(fù)）等。一般掃描方向與模型陡峭面成正交為佳。由于工件形狀的不同，所以常常要將模型分成不同的區(qū)域以不同參數(shù)掃描。第7頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四非接觸式測量系統(tǒng)非接觸式測量系統(tǒng)是利用LED或激光光源，經(jīng)聚光透鏡直射待測工件物體，反射光線經(jīng)傳感器可以測得到位置坐標(biāo)值，由于傳統(tǒng)的接觸式測量測頭較易變形、幾何復(fù)雜、微小的工件有測量的因難，因此非接觸式測量系統(tǒng)的使用正逐漸增加。根據(jù)物理作用方式的不同，非接觸式測量法可分為光學(xué)法、工業(yè)CT、超聲波法和磁共振（MRI）等。在逆向工程中，光學(xué)測量法應(yīng)用最為廣泛。典型的光學(xué)測量法有基于三角測量原理的主動式結(jié)構(gòu)光編碼測量和基于圖象分析的被動式斷層測量。根據(jù)編碼光的結(jié)構(gòu)，主動式結(jié)構(gòu)光編碼的三角測量法可分為單激光點(diǎn)掃描法、光切法（LightSectioning）和投影光柵法等。其中，單激光點(diǎn)掃描法測量精度高，速度最低。相比之下，投影光柵法精度較低但數(shù)據(jù)獲取速度最高，而光切法的測量精度和速度都較理想。第8頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四基于三角測量原理的非接觸式測量系統(tǒng)

第9頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四三坐標(biāo)測量機(jī)的類型(1)按自動化程度分(a)數(shù)顯示及打印型 (b)帶小型計算機(jī)的測量機(jī)(c)計算機(jī)數(shù)字控制(CNC)型(2)按結(jié)構(gòu)形式與運(yùn)動關(guān)系分類移動橋式、龍門式、懸臂式、水平臂式、坐標(biāo)鏜床、臥鏜式和儀器臺式等。(3)按測量范圍分類(a)小型坐標(biāo)測量機(jī) (b)中型坐標(biāo)測量機(jī) (c)大型坐標(biāo)測量機(jī)(4)按精度分類低精度測量機(jī)的單軸最大測量不確定度大體在1×10-4L左右，而空間最大測量不確定度為(2～3)×l0-4L，其中L為最大量程；中等精度的其單軸與空間最大測量不確定度分別約為1~10-5L和(2～3)×10-5L；精密度的則分別小于1×10-6L和(2～3)×10-6L。(5)按測量探頭是否和零件表面接觸分類三坐標(biāo)測量機(jī)按測量探頭是否和零件表面接觸可分為接觸式、非接觸式。非接觸式又可分為激光式、光學(xué)式等。第10頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四三坐標(biāo)測量的應(yīng)用

3D掃描的應(yīng)用醫(yī)學(xué)質(zhì)量管理CAD/CAM其它幾何造型、CNC模具與零件加工、電極制作、RP實(shí)體模型檢測立體定位手術(shù)人體測量1．動畫2．電影3．廣告4．虛擬世界美容服裝設(shè)計化妝第11頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四三坐標(biāo)測量機(jī)的典型應(yīng)用(1)應(yīng)用行業(yè)模具及機(jī)加工具汽車制造玩具兵器航空航天造船家用電器醫(yī)學(xué)整形樂器考古動畫設(shè)計(2)應(yīng)用部門產(chǎn)品設(shè)計部門柔性三坐標(biāo)測量逆向（反向）設(shè)計設(shè)計改進(jìn)快速設(shè)計快速模具零部件存檔修改存檔產(chǎn)品性能仿真及計算機(jī)輔助工程CAE生產(chǎn)車間及設(shè)備檢修部門現(xiàn)場測量重大物體測量在線檢測模具修改存檔設(shè)備檢修品質(zhì)保證部門快速測量在線檢測質(zhì)量檢測配套零部件質(zhì)量監(jiān)控管理部門制造過程優(yōu)化運(yùn)行風(fēng)險控制運(yùn)行成本控制第12頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四第三章光學(xué)照相法柔性測量系統(tǒng)

ATOSIIXL簡介COMETVariZoom簡介第13頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四第四章激光式柔性柔性測量系統(tǒng)

FlexME簡介（美.CIMCORE新科.3000i柔性測量臂+PERCEPTRON普賽.激光掃描測頭）KonacaMinoltaVivid9i（日本.美能達(dá)）ROMER_G-SCAN（比利時.Metris）FARO+Kreon激光掃描系統(tǒng)（美.FARO法如.關(guān)節(jié)臂+法.Kreon.激光掃描頭）第14頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四第五章逆向技術(shù)概述測量數(shù)據(jù)的三維實(shí)體重構(gòu)是目前逆向工程領(lǐng)域研究的“瓶頸”。工程實(shí)際中原型往往不是由一張簡單曲面構(gòu)成，而是由大量初等解析曲面（如平面、圓柱面、圓錐面、球面、圓環(huán)面等）及部分自由曲面組成，故三維實(shí)體重構(gòu)的任務(wù)是：將測量數(shù)據(jù)按實(shí)物原型的幾何特征進(jìn)行分割，針對不同數(shù)據(jù)塊采用不同的曲面建構(gòu)方案（如初等解析曲面、B-spline曲面、Bezier曲面、NURBS曲面等）進(jìn)行造型，將這些曲面塊拼接成實(shí)體。目前比較流行的復(fù)雜曲面重構(gòu)軟件有美國IMAGEWARE公司的Surface，法國MATRA公司的Equlidstyler，英國DELCAM公司的CopyCAD等，它們大都具有“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)處理、曲線曲面構(gòu)造、曲面拼接、重構(gòu)質(zhì)量分析等功能。實(shí)體造型還需借助通用CAD軟件，如Pro/E、UG、CATIA、Cimatron以及Strim等。初等解析曲面的造型相對比較成熟，自由曲面的CAD建模是逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)之一。第15頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四1.數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)測量資料的預(yù)處理分為兩個部分：一般點(diǎn)數(shù)據(jù)預(yù)處理及特征曲線的萃取。點(diǎn)數(shù)據(jù)預(yù)處理。主要有點(diǎn)資料亂點(diǎn)排序、點(diǎn)重組、重新取點(diǎn)、點(diǎn)資料的分隔、方向重組、亂點(diǎn)濾除、平滑化等，可將掃描過程中所產(chǎn)生的亂點(diǎn)或噪聲予以抑除，得到一較正確且易處理的資料點(diǎn)，以利于曲面重建。特征曲線的萃取。對于激光掃描點(diǎn)數(shù)據(jù)的邊界分隔則是非常重要，由于激光掃描系統(tǒng)是采平行掃描的方式，因此點(diǎn)資料并不能依照工件的幾何形狀分布，必須經(jīng)過特征曲線的萃取以輔助掃描點(diǎn)數(shù)據(jù)的重新分布。第16頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的主要內(nèi)容1．噪聲去除2．?dāng)?shù)據(jù)勻化(數(shù)據(jù)補(bǔ)全)3．?dāng)?shù)據(jù)壓縮4．曲線曲面的光順處理第17頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四2.特征提取與數(shù)據(jù)分塊技術(shù)

特征提取主要針對平面、柱面、球面、錐面等二次曲面的識別與點(diǎn)云數(shù)據(jù)分塊，其主要方法可大致分為三種：基于邊的方法（Edge-BasedMethod）基于面的方法(Surface-BasedMethod)混合法（HybridMethod）。數(shù)據(jù)分塊是指將點(diǎn)云數(shù)據(jù)劃分成互不重疊、特征單一的連通區(qū)域。由區(qū)域分割的定義不難看出，數(shù)據(jù)分塊與特征提取具有其內(nèi)在的聯(lián)系，兩者密不可分，屬“蛋”與“雞”的問題。通過數(shù)據(jù)分塊進(jìn)行曲面重建是逆向工程建模的基本方法。

第18頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四特征提取的方法基于邊的方法：主要針對圖象數(shù)據(jù)的幾何特征提取與區(qū)域分割。分割特征包括：尖邊（CreaseEdge）、跳躍邊（JumpEdge）、光順邊（SmoothEdge,VirtualEdge）三種邊界上的點(diǎn)及曲面上的點(diǎn)，根據(jù)邊界數(shù)據(jù)點(diǎn)曲率的特殊性（極值點(diǎn)，不連續(xù)點(diǎn)）識別Creaseedge與Jumpedge上的點(diǎn)，然后利用邊界數(shù)據(jù)點(diǎn)將圖像數(shù)據(jù)分割成互不連通的獨(dú)立區(qū)域。正象所有的基于邊的區(qū)域分割方法一樣，這種方法不能識別SmoothEdge，而且識別的邊界通常不封閉，因此該方法很難獲得良好結(jié)果?；诿娴姆椒ǎ褐饕獞?yīng)用二次曲面法矢、曲率(平均曲率和高斯曲率)具有一定規(guī)律的特性進(jìn)行區(qū)域分割?；诿娴姆椒ㄓ挚杉?xì)分為基于二次曲面曲率特殊性的方法和擬合誤差控制的方法。誤差控制和幾何約束求解：多數(shù)產(chǎn)品零件外形含有大量二次曲面，并且它們之間一般滿足一定的位置約束關(guān)系，而在以往的特征曲面擬合算法中只以單一曲面的擬合誤差最小作為優(yōu)化條件。實(shí)際上復(fù)雜的逆向工程建模提出了要求滿足一定幾何約束關(guān)系的特征曲面整體優(yōu)化計算與特征分離問題。第19頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四3.曲面重構(gòu)技術(shù)

在逆向工程的技術(shù)發(fā)展中有一重要課題，即是建立產(chǎn)品的CAD模型，并由此可再進(jìn)一步的到CAM處理或CAE的分析，而仿制出產(chǎn)品的外型。CAD模型是由許多不同的幾何形狀所組合而成，而每一種幾何形狀皆有其特性。曲面重構(gòu)是逆向工程的最重要的一步，也是反求工程CAD建模的主要目的之一。曲面重構(gòu)是以所測量的CMM或掃描點(diǎn)資料為輸入資料來重新建構(gòu)曲面模型。得到產(chǎn)品的數(shù)據(jù)資料后，用逆向工程軟件進(jìn)行點(diǎn)資料的處理，經(jīng)過分門別類、群組區(qū)隔、點(diǎn)線面與實(shí)體誤差的比對后，在重新建構(gòu)曲面模型，產(chǎn)生CAD資料，制造或NC加工或RP制作。重構(gòu)曲面的品質(zhì)和精度直接影響最終產(chǎn)品的CAD模型的優(yōu)劣。

第20頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四曲面重構(gòu)的步驟(1)構(gòu)思分割曲面在建立曲面前，應(yīng)先了解曲面變化的情況，也就是了解如何利用各種特征曲線去制造出所須的曲面，并規(guī)劃出如何分割曲面，并且還要注意面與面之間必須一致，視其曲面的形狀及走向來決定曲線。曲面重構(gòu)的方法很多，可以由點(diǎn)資料所組成的圖素中截取所要的特征曲線，加以鋪設(shè)曲面。也可以利用加工路徑的原理，設(shè)定刀具，設(shè)定精度，設(shè)定加工方式，對圖素作加工的仿真，取得各種加工路徑成為曲面重建的工作圖素，(2)選取特征曲線利用刀具路徑的方法取得的3D曲線后，再利用2D設(shè)計圖的輪廓線，進(jìn)行曲面分割。(3)曲面光順處理利用完成的曲面，產(chǎn)生triangle格式，并著色檢查其表面的品質(zhì)。通過對經(jīng)線（lat）、緯線（lon）的向量的調(diào)整可進(jìn)行光順處理，若曲面變化不大則可減少經(jīng)線（lat）及緯線（lon）的數(shù)量，并且也可利用輪廓線來修整曲面邊界。第21頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四4.反求工程CAD造型軟件

隨著反求工程技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，商業(yè)化的反求工程軟件也不斷涌現(xiàn)并日漸成熟。目前較為成熟的通用反求工程軟件有：SurfacerImagewareGeomagicDelcamCimatronStrim……第22頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四反求模型文件輸出格式計算機(jī)輔助設(shè)計軟件產(chǎn)生的模型文件輸出格式有多種，其中常用的有IGES、HPGL、STEP、DSF、STL等。（1）IGES（InternationalGraphicsExchangeStandard）是大多數(shù)CAD系統(tǒng)采用的一種美國標(biāo)準(zhǔn)，可支持不同文件格式間的轉(zhuǎn)化；（2）HPGL（HPGraphicsLanguage）是HP公司開發(fā)的一種用來控制自動繪圖機(jī)的語言格式，它已被廣泛地接受，成為一種事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。這種表達(dá)格式的基本構(gòu)成是描述圖形的矢量，用X和Y坐標(biāo)來表示矢量的起點(diǎn)和終點(diǎn)，以及繪圖筆相應(yīng)的抬起和放下。一些快速成形系統(tǒng)也用HPGL來驅(qū)動它們的成形頭；（3）STEP（StandardforTheExchangeofProduct）是一種正在逐步國際標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。目前，典型的CAD系統(tǒng)都能輸出STEP格式文件，有些快速成形技術(shù)的研究工作者正試圖借助STEP格式，不經(jīng)STL格式的轉(zhuǎn)化，直接對三維CAD模型進(jìn)行切片處理，以便提高快速成形的精度；（4）DXF是用于AutoCAD輸出的一種格式，它已廣泛地為其它PC系統(tǒng)所采用；（5）STL（StereoLithographyinterfacespecification）是快速成形機(jī)常采用的一種格式。第23頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四RP系統(tǒng)的基本工作原理RP系統(tǒng)可以根據(jù)零件的形狀，每次制做一個具有一定微小厚度和特定形狀的截面，然后再把它們逐層粘結(jié)起來，就得到了所需制造的立體的零件。整個過程是在計算機(jī)的控制下，由快速成形系統(tǒng)自動完成的。不同公司制造的RP系統(tǒng)所用的成形材料不同，系統(tǒng)的工作原理也有所不同，但其基本原理都是一樣的，那就是“分層制造、逐層迭加”。這種工藝可以形象地叫做“增長法”或“加法”。每個截面數(shù)據(jù)相當(dāng)于醫(yī)學(xué)上的一張CT像片整個制造過程可以比喻為一個“積分”的過程。

第24頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四RP技術(shù)的應(yīng)用

RP系統(tǒng)可在未實(shí)際生產(chǎn)制造產(chǎn)品之前，制作出與實(shí)際產(chǎn)品的模型，分送各個部門做正確的評估。在逆向工程中RP樣件可以:1．設(shè)計評估（DesignReview）RP原型可作為設(shè)計過程所用的概念模型（ConceptModel），它比圖面或計算機(jī)圖形更能表達(dá)設(shè)計者的概念，且更能讓非專業(yè)人員一目了然地評估產(chǎn)品。2．設(shè)計確認(rèn)（DesignVerification）RP原型是依據(jù)CAD模型制造出來。任何復(fù)雜的機(jī)構(gòu)或形狀的工件都可以不須經(jīng)過任何機(jī)械加工，由RP系統(tǒng)制造，進(jìn)而設(shè)計或組裝測試。CAD可提供迅速修改設(shè)計的能力，再搭配RP系統(tǒng)快速制造，節(jié)省加工程序設(shè)計之花費(fèi)，避免設(shè)計錯誤或修改所造成的成本浪費(fèi)。3．評估加工制造特性（Manufacturability）制造部門可依據(jù)RP工件仿真加工方法及流程，在末實(shí)際加工前，找出加工限制，提供設(shè)計者做為修改設(shè)計的依據(jù)，從而降低制造成本，加強(qiáng)產(chǎn)品品質(zhì)。4．可作為各式模具的樣模（PatternsforMould）RP原型可作為翻砂鑄造、脫臘鑄造、壓鑄、射出模，真空成型或硅膠模的原型。由RP原型翻制模具只須幾天的時間，而不需耗上數(shù)周或數(shù)月的時間。5．產(chǎn)品展示（Presentation）RP工件可提供客戶在買賣前對產(chǎn)品進(jìn)行深入的評估。若客戶認(rèn)為產(chǎn)品應(yīng)做某些修正，RP系統(tǒng)也可在短時間內(nèi)依據(jù)修改后的資料，重新制作產(chǎn)品模型，滿足客戶的需求。第25頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四RP技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

據(jù)統(tǒng)計，目前世界上已有數(shù)百所大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)正在研究和開發(fā)RP技術(shù)。國外RP技術(shù)的研究和應(yīng)用主要集中在美國、歐洲和日本。從技術(shù)、材料和應(yīng)用等方面比較來看，總的情況是美國領(lǐng)先于歐洲和日本，歐洲和日本平分秋色。我國在這方面的發(fā)展起步較晚，但發(fā)展迅速，據(jù)美國WohlersAssociates咨詢公司稱，2002年中國RP設(shè)備臺數(shù)僅次于美國和日本，居世界第三位。

RP技術(shù)應(yīng)用發(fā)展很快，一個顯著的指標(biāo)是RP服務(wù)機(jī)構(gòu)的數(shù)量和收入的快速遞增。90年代中后期，國外RP服務(wù)的數(shù)量以每年59%的速度遞增，可以說，國外已經(jīng)從對RP工藝的熟悉、觀望、嘗試性應(yīng)用階段進(jìn)入了將RP真正作為產(chǎn)品開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，提高產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量、加快產(chǎn)品開發(fā)速度的階段。第26頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四RP與相關(guān)技術(shù)的關(guān)系

RP集成了機(jī)械工程、計算機(jī)控制、CAD、數(shù)控技術(shù)、檢測技術(shù)、激光材料等各種學(xué)科的前沿技術(shù)，是一種典型的高新技術(shù)。(1)RP與CAD技術(shù)的關(guān)系(2)RP技術(shù)與材料科學(xué)的關(guān)系(3)RP與數(shù)控技術(shù)的關(guān)系(4)RP與激光技術(shù)的關(guān)系(5)RP與其它相關(guān)技術(shù)的關(guān)系總之，RP技術(shù)是多學(xué)科的技術(shù)集成，它是各門學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的結(jié)果，同時，又為各門學(xué)科的發(fā)展增添了新的研究內(nèi)容。第27頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四RP技術(shù)的發(fā)展趨勢(a)采用金屬材料等高強(qiáng)度材料直接成形是RP重要發(fā)展方向(b)不同制造目標(biāo)相對獨(dú)立發(fā)展(c)向大型制造與微型制造進(jìn)軍(d)追求RP的更快的制造速度、更高的制造精度、更高的可靠性(e)更廣泛地和其它科學(xué)相交融，形成交叉學(xué)科(f)RP設(shè)備將日趨人性化和智能化第28頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四第六章快速原型制造的前處理快速成形的全過程可歸納為三個步驟：1）前處理包括工件的三維模型的構(gòu)造、三維模型的近似處理、模型成形方向的選擇和三維模型的切片處理。2）分層疊加成形是快速成形的核心，包括模型截面輪廓的制作與截面輪廓的疊合。3）后處理包括工件的剝離、后固化、修補(bǔ)、打磨、拋光和表面強(qiáng)化處理等。第29頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四快速原型制造前處理的內(nèi)容快速原型制造的前處理問題，包括：樣件的三維模型的構(gòu)造確定成形方向（Orientation）必要時建立支撐結(jié)構(gòu)（Support）切片處理第30頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四3.接口轉(zhuǎn)換（Interface）與STL格式文件RP系統(tǒng)無法直接讀取三維CAD模型文件，要經(jīng)過轉(zhuǎn)換接口處理。接口的好壞與加工時掃描路徑有密切的關(guān)系。在計算加工軌跡時，需求出物體每一層的輪廓，輪廓必須是連續(xù)的，不能有破洞或空隙，才能判別輪廓內(nèi)外何者為須掃描的區(qū)域。

最常見的方法是：先將三維CAD模型轉(zhuǎn)換成STL格式模型再對STL格式模型進(jìn)行切片處理STL格式已廣為RP系統(tǒng)使用，許多CAD系統(tǒng)都將它納入成為系統(tǒng)的一部份，一般在CAD系統(tǒng)中只要先設(shè)定適當(dāng)精度，就可由STL接口將CAD實(shí)體轉(zhuǎn)為許多小三角形平面。多數(shù)反求軟件也可直接將處理過的點(diǎn)群轉(zhuǎn)為STL格式。STL就是STereoLithography的縮寫，它是將三維模型的表面近似表達(dá)為小三角形平面的組合，非常相似于有限元分析中的三結(jié)點(diǎn)平面單元。STL格式文件包括許多三角形平面的頂點(diǎn)坐標(biāo)及法線向量。第31頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四STL文件的格式

STL文件的主要優(yōu)勢在于表達(dá)簡單清晰，文件中只包含相互銜接的三角形片面節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)及其外法向量，屬于“中性”文件。STL數(shù)據(jù)格式的實(shí)質(zhì)是用許多細(xì)小的空間三角形面來逼近還原CAD實(shí)體模型，這類似于實(shí)體數(shù)據(jù)模型的表面有限元網(wǎng)格劃分。STL模型的數(shù)據(jù)是通過給出三角形法向量的三個分量及三角形的三個頂點(diǎn)坐標(biāo)來實(shí)現(xiàn)的。STL文件記載了組成STL實(shí)體模型的所有三角形面，它有二進(jìn)制(BINARY)和文本文件(ASCll)兩種形式。ASCII文件格式的特點(diǎn)能被人工識別并被修改，但是由于該格式的文件占用空間太大(一般6倍于BINARY形式存儲的STL文件)，因此主要用來調(diào)試程序。

第32頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四STL文件的精度

STL文件的數(shù)據(jù)格式是采用小三角形來近似逼近三維實(shí)體模型的外表面，小三角形數(shù)量的多少直接影響著近似逼近的精度。顯然，精度要求越高，選取的三角形應(yīng)該越多。STL文件是面向快速成型制造的，過高的精度要求也是不必要的。所以，從CAD／CAM軟件輸出STL文件時，選取的精度指標(biāo)和控制參數(shù)應(yīng)該根據(jù)CAD模型的復(fù)雜程度以及快速成型精度要求的高低進(jìn)行綜合考慮。

不同的CAD／CAM系統(tǒng)輸出STL格式文件的精度控制參數(shù)是不一致的，但最終反映STL文件逼近CAD模型的精度指標(biāo)表面上是小三角形的數(shù)量，實(shí)質(zhì)上是三角形平面逼近曲面時的弦差的大小。弦差指的是，近似三角形的輪廓邊與曲面之間的徑向距離。

第33頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四STL文件的基本規(guī)則

(1)取向規(guī)則。(2)點(diǎn)點(diǎn)規(guī)則。每一個合理的實(shí)體面至少應(yīng)有1.5條邊，因此應(yīng)該滿足三個約束條件：1)面必須是偶數(shù)的；2)邊必須是3的倍數(shù)；3)2×邊=3×面。(3)取值規(guī)則。STL文件中所有的頂點(diǎn)坐標(biāo)必須是正的，零和負(fù)數(shù)是錯的。STL文件不包含任何刻度信息，坐標(biāo)的單位是隨意的。很多快速成型前處理軟件是以實(shí)體反映出來的絕對尺寸值來確定尺寸的單位。STL文件中的小三角形通常是以Z增大的方向排列的，以便于切片軟件的快速解算。(4)合法實(shí)體規(guī)則。STL文件不得違反合法實(shí)體規(guī)則，即在三維模型的所有表面上，必須布滿小三角形平面，不得有任何遺漏(即不能有裂縫或孔洞)，不能有厚度為零的區(qū)域，外表面不能從其本身穿過等。第34頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四常見的STL文件錯誤

遺漏正確的STL文件所含有的點(diǎn)、邊、面和構(gòu)成的實(shí)體數(shù)量必須滿足歐拉公式：F-E+V=2-2H,其中，F(xiàn)(Face)、E(Edge)、V(Vertix)、H(Hole)分別指面數(shù)、邊數(shù)、點(diǎn)數(shù)和實(shí)體中穿透的孔洞數(shù)。如果一個STL文件中的數(shù)據(jù)不符合上述的歐拉公式，則該STL文件就有漏洞，在切片軟件進(jìn)行運(yùn)算時就會產(chǎn)生某一邊不封閉的后果，直接造成在快速成型制造中激光束或是刀具行走時漏過該邊。出現(xiàn)遺漏的原因：一是兩個小三角形片面在空間的交差（實(shí)體布爾運(yùn)算出錯）二是在兩個連接表面三角形化時不匹配造成的。退化面退化的面不會造成快速成型加工過程的失敗。主要包括以下2種類型：(1)點(diǎn)共線。不共線的面在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中形成了三點(diǎn)共線的面。(2)點(diǎn)重合。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換運(yùn)算時造成這種結(jié)果。退化面的數(shù)據(jù)要占據(jù)空間，而且這些數(shù)據(jù)有可能使快速成型前處理的分析算法失敗，并且使后續(xù)的工作量加大和造成困難。模型錯誤由CAD／CAM系統(tǒng)中原始模型的錯誤造成，將在快速成型制造過程中表現(xiàn)出來。錯誤法矢面進(jìn)行STL格式轉(zhuǎn)換時，會因未按正確的順序排列構(gòu)成三角形的頂點(diǎn)而導(dǎo)致計算所得法向量的方向相反。第35頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四STL文件瀏覽和編輯

目前，已有多種用于觀察和編輯(修改)STL格式文件的專用軟件：軟件名稱開發(fā)商功能網(wǎng)頁RapidPrototypingModuleImagewareCorp．(USA)觀察，偵錯，修改，STL文件剖分等/products/plm/imageware/RapldEditorDeskArtesOy(Finland)觀察，偵錯，修改http://WWW.deskartes.fi/SolidView/RPMasterSolidConcept(USA)觀察，測量，編輯http://www,/STLToolkitSTLEditorFloatingPointSolutions觀察，打印，編輯和轉(zhuǎn)換http://WWW.F/STL/ViewCompunixlnc.圖形顯示/MagicsMaterialiseN.V.(Belgium)觀察，測量，變換，修改，加支撐等http://www.M/3DView3.0Actifv觀察，測量等/第36頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四4.三維模型的切片處理及切片軟件快速成型屬于分層實(shí)體制造，故在快速成型系統(tǒng)中，切片處理及切片軟件是極為重要的。切片的目的是要將模型以片層方式來描述。通過這種描述，無論零件多么復(fù)雜，對每一層來說卻是很簡單的平面。切片處理是將計算機(jī)中的幾何模型變成輪廓線來表述。這些輪廓線代表了片層的邊界，是用一個以Z軸正方向為法向的數(shù)學(xué)平面與模型相交計算而得的，交點(diǎn)的計算方法與輸入的幾何形狀有關(guān)，計算后得到的輸出數(shù)據(jù)是統(tǒng)一的文件格式。輪廓線是由一系列的環(huán)路來組成的，由許多點(diǎn)來組成一個環(huán)路。切片軟件的主要任務(wù)是接受正確的STL文件，并生成指定方向的截面輪廓線和網(wǎng)格掃描線。第37頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四切片方法

1．STL切片(1)直接STL切片

只要求得切片平面與所有與該平面相交的小三角形平面的交線就能求得切片平面內(nèi)成形件的廓線，這就將問題轉(zhuǎn)化成簡單的求兩平面的交線問題，然后再將求得的交線端點(diǎn)按外環(huán)反時針、內(nèi)環(huán)順時針排序，就可得到切片平面內(nèi)成形件的內(nèi)外廓線，供快速成形機(jī)進(jìn)行數(shù)控加工（固化、切割或涂覆、燒結(jié)）。精度損失（曲面→小平面，曲線→折線）。(2)容錯切片(3)定層厚切片(4)適應(yīng)性切片2．直接切片

直接從CAD模型中獲取截面描述信息。在加工高次曲面時，直接切片(DirectSlicing)明顯優(yōu)于STL方法。第38頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四快速原型制造的過程

1．準(zhǔn)備工件（PartPreparation）A.分層（Slice）分層處理軟件是讀取STL資料，根據(jù)加工方式設(shè)定分層厚度（約0.1~0.25mm）及截面路徑（Hatch）間距后，算出邊界路徑（Border）與截面路徑（X，YHatch）。分層厚度視加工方式而定，有開環(huán)控制與閉環(huán)控制之分。對于LOM型一般是閉環(huán)的，也就是根據(jù)當(dāng)前層迭的材料厚度確定下一層的層高。對于其它加工類型一般是固定厚度（約0.125~0.25mm）。B.加工參數(shù)要設(shè)定的加工參數(shù)（PrePare，Merge）視加工方式不同而不同。如SLA的主要加工參數(shù)樹脂硬化深度（CureDepth）、液面水平調(diào)整參數(shù)（RecoatingParameter）等。樹脂硬化深度比分層厚度大，這樣各層間才會相互重迭，結(jié)合為一體，液面水平之調(diào)整是靠上下移動之浮筒（Plunger）調(diào)整液面高度，以前后移動之刮板（Recoater）抹平液面。LOM的主要加工參數(shù)包括激光切割時的功率和速度、激光切割廢料網(wǎng)格的功率和速度、工件邊框的參數(shù)等。2．加工（build）例如：SLA的加工程序有液面水平調(diào)整及激光掃描。激光掃描速度是根據(jù)樹脂硬化深度自動算出，激光直徑約為0.25mm，掃描間距約為0.25mm。LOM的加工程序有覆加材料、加熱加壓、測定當(dāng)前層高、按截面形狀切割等。

第39頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四1.立體印刷(SLA，StereolithgraphyApparatus)成形技術(shù)

成形材料：液態(tài)光敏樹脂；制件性能：相當(dāng)于工程塑料或蠟?zāi)?；主要用途：高精度塑料件、鑄造用蠟?zāi)?、樣件或模型?；竟ぷ髟恚河米贤饧す庠诠饷魳渲砻鎾呙瑁钇溆幸?guī)律地固化，由點(diǎn)到線，再到面，完成一個層面的建造，每次產(chǎn)生零件的一層。在掃描的過程中，只有激光的曝光量超過樹脂固化所需的閾值能量的地方，液態(tài)樹脂才會發(fā)生聚合反應(yīng)形成固態(tài)。每一層固化完畢之后，升降工作臺移動一個層片厚度的距離，然后將樹脂涂在前一層上，再建造一個層。如此反復(fù)，每形成新的一層均粘附到前一層上，直到制作完零件的最后一層，成為一個三維實(shí)體。這樣零件就堆積完畢，再對零件進(jìn)行一些必要的后處理，整個制做過程就完成了。主要優(yōu)點(diǎn)：操作環(huán)境干凈、安全可在辦公室環(huán)境下進(jìn)行，制造速度快，材料的質(zhì)感與ABS相近，材料縮小率低（約在0.005～0.008之間）。適于快速制造小齒輪（尤其是具有小齒者）、小功能件、薄壁小件、造模的用縮小比例件。

第40頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四SLA的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：成形過程自動化程度高表面質(zhì)量優(yōu)良可以制作結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的模型缺點(diǎn)：成形過程中伴隨物理和化學(xué)變化，制作較易彎曲，需要支撐設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)成本較高可作用的材料種類較少液態(tài)樹脂有氣味和毒性，且需要避光保護(hù)需要二次固化液態(tài)樹脂固化后的性能不如常用的工業(yè)塑料，較脆，易斷裂，不便進(jìn)行機(jī)加工第41頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四SLA的后處理原型疊層制作結(jié)束后，工作臺升出液面，停留5~10min（晾干）將原型和工作臺一起斜放景干，并將其浸入丙酮、酒精等清洗液中，攪動并刷掉殘留的氣泡，45min后放入水池中清洗工作臺由外向內(nèi)從工作臺上取下原型，并去除支撐結(jié)構(gòu)再次清洗后置于紫外烘箱中進(jìn)行整體后固化。第42頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四SLA的支撐結(jié)構(gòu)常用的有：斜支撐直支撐單腹板雙腹板十字壁板第43頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四SLA的材料、變形及控制材料：自由基光固化樹脂陽離子光固化樹脂混雜型光固化樹脂變形成型過程中樹脂收縮產(chǎn)生變形零件后固化時收縮產(chǎn)生變形變形的控制選擇合適的掃描軌跡和掃描間距以減少殘存的液態(tài)樹脂改進(jìn)樹脂的配方，在收縮性樹脂中引入適當(dāng)量的膨脹型單體第44頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四SLA的應(yīng)用汽車航空醫(yī)學(xué)最早公開上市的SLA系統(tǒng)（美國3DSystems公司），其機(jī)型有四種形式：SLA-190、SLA-251、SLA-400、SLA-500，數(shù)字所代表的意義為可加工之工件的大約寬度，單位為mm。

第45頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四2.熔融沉積成形（FDM，F(xiàn)usedDepositionModeling）

成形材料：固體絲狀工程塑料；制件性能：相當(dāng)于工程塑料或蠟?zāi)?；主要用途：塑料件、鑄造用蠟?zāi)?、樣件或模型?；竟ぷ髟恚簩崛坌圆牧希ˋBS、尼龍或蠟）通過加熱器熔化，在移動頭的運(yùn)動過程中擠壓噴出細(xì)絲，按零件的截面形狀沉積成一薄層，這樣逐層堆積制成一個零件。在沉積過程中，噴頭受水平分層數(shù)據(jù)的控制沿XY移動，同時半流動融絲從FDM噴頭中擠壓出來，必須精確控制從擠壓頭孔流出的材料數(shù)量和噴頭的移動速度，當(dāng)它和前一層相粘結(jié)時很快就會固化，整個零件是在一個活塞上制作的。該活塞可以上下移動，當(dāng)制作完一層后活塞下降，為下一層制作留出層厚所需的空間。FDM可以使用很多種材料，任何有熱塑特性的材料均可作為其候選材料。

主要優(yōu)點(diǎn)：操作環(huán)境干凈、安全可在辦公室環(huán)境下進(jìn)行，制造速度快，材料的質(zhì)感與ABS相近，材料縮小率低（約在0.005～0.008之間）。適于快速制造小齒輪（尤其是具有小齒者）、小功能件、薄壁小件、造模的用縮小比例件。第46頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四FDM的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)原理和簡單，運(yùn)行安全，可以使用無毒材料成形速度快可用蠟成型用于失蠟鑄造成型過程中無化學(xué)變化，變形小原材料利用率高無需清洗缺點(diǎn)：表面有較明顯的條紋沿成型軸垂直方向的強(qiáng)度比較弱需要設(shè)計與制作支撐結(jié)構(gòu)需要對整個截面進(jìn)行掃描涂覆，成型時間長原材料價格較貴第47頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四FDM的后處理將制件從工作臺上取下打磨、噴漆、電鍍、拋光第48頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四FDM的材料材料：成型材料：ABS，醫(yī)學(xué)專用ABSi、MABS塑料絲、蠟絲、聚烯烴樹脂絲、尼龍絲、聚酰胺絲等支撐材料各種能夠承受一定高溫、與成型材料不浸潤、具有水溶性或酸溶性、具有較低的熔融溫度、流動性好的材料第49頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四FDM的應(yīng)用汽車機(jī)械航空航天家電通訊電子建筑醫(yī)學(xué)外觀評估，方案選擇、裝配檢查、功能測試、看樣訂貨、開模前校驗等主要的系統(tǒng)有美國sratasys公司的FDM系統(tǒng)。

第50頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四3.選擇性激光燒結(jié)（SLS，SelectiveLaserSintering）

成形材料：工程塑料粉末；制件性能：相當(dāng)于工程塑料、蠟?zāi)?、砂型；主要用途：塑料件、鑄造用蠟?zāi)！蛹蚰Ｐ??；竟ぷ髟恚豪眉t外激光光束所提供的熱量熔化熱塑性材料以形成三維零件。在制作區(qū)域均勻鋪上一薄層熱塑性粉末材料，然后用激光在粉末表面掃描零件的截面形狀，激光掃描到的地方粉末燒結(jié)形成固體，激光未掃描到的地方仍是粉末，可以作為下一層的支撐并能在成形完成后去掉，上一層制作完畢后，再鋪平一層粉末，繼續(xù)掃描下一層。SLS使用的原料有蠟、聚碳酸酯、尼龍、纖細(xì)尼龍、合成尼龍和金屬材料等。主要優(yōu)點(diǎn)：可快速交貨（依成品大小區(qū)分，一般約在2～4天）。不需支撐。可直接制造出金屬件，可作為塑料注塑成形模具。

第51頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四SLS的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可采用多種材料（加熱時粘度降低即可）制造工藝簡單高精度（原料顆粒為0.1mm以下時能達(dá)到1%）材料利用率高，價格便宜，成本低無需支撐結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)：能量消耗高原型表面粗糙、疏松多孔第52頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四SLS的材料材料：各類粉末：金屬、陶瓷、石蠟、聚合物尼龍、覆裹尼龍的玻璃粉、聚碳酸脂粉、聚酰胺粉、蠟粉、金屬粉、覆裹熱凝樹脂的細(xì)砂、覆蠟陶瓷粉、復(fù)蠟金屬粉等粉末粒度一般在0.050~0.125mm之間第53頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四SLS的應(yīng)用直接制作快速模具復(fù)雜金屬零件的快速無模具鑄造此類系統(tǒng)此類系統(tǒng)主要有美國DTM公司的SLS系統(tǒng)及德國EOS公司之Stereos系統(tǒng)等

第54頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四4.分層實(shí)體制造（LOM，LaminatedobjectManufacturing）

成形材料：涂敷有熱敏膠的纖維紙；制件性能：相當(dāng)于高級木材；主要用途：快速制造新產(chǎn)品樣件、模型或鑄造用木模?；竟ぷ髟恚河眉す獍丛搶恿慵妮喞羟?，零件輪廓以外的部分用激光剪切成網(wǎng)格狀碎片以便零件制作完畢之后移去。每一層箔材之間涂有熱溶膠，通過加熱和加壓粘到前一層上，層層的箔材逐層粘成一個固體塊。當(dāng)所有的層被粘結(jié)并進(jìn)行剪切之后，整個零件就埋置在一大塊支撐材料中，去掉支撐碎片，就獲得所需的三維實(shí)體。這里所說的箔材可以是涂覆紙（涂有粘接劑覆層的紙）、涂覆陶瓷箔、金屬箔或其它材質(zhì)的箔材。主要優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)購置成本低，可在辦公室環(huán)境下使用，適用于設(shè)計確認(rèn)模型、翻砂鑄造用母模等。第55頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四LOM的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：原型精度高制件以承受高達(dá)200度的溫度，有較高的硬度和較好的力學(xué)性能，可進(jìn)行各種切削加工無須后固化處理廢料易剝離可制作尺寸大的制件原材料價格便宜，制作成本低設(shè)備可靠性高，安全，可長時間連續(xù)運(yùn)行缺點(diǎn)：不能直接制作塑料件抗拉強(qiáng)度和彈性不夠好易吸濕膨脹表面有臺階紋理，其高度等于材料的厚度第56頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四LOM的后處理原型疊層制作結(jié)束后，從工作臺上取下制件去除廢料后置處理修補(bǔ)、打磨、拋光、表面涂覆第57頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四LOM的材料、誤差及控制材料：紙塑料薄膜金屬箔誤差每一層與上、下層的不一致約束導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)用，產(chǎn)生變形成型功率控制不當(dāng)（過大燒焦、切透）廢料網(wǎng)格尺寸控制不當(dāng)（廢料去除的難易及成形精度工藝參數(shù)不穩(wěn)定（溫度、壓力、功率、速度）成形后環(huán)境變化（熱變形、濕變形）后處理不當(dāng)（剝件、打磨、拋光、表面涂覆）誤差的控制適當(dāng)?shù)某尚头较驈U料網(wǎng)格尺寸的多樣化加壓下冷卻，冷卻后剝件，及時進(jìn)行表面處理第58頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四LOM的應(yīng)用結(jié)構(gòu)件模型制鞋業(yè)砂型鑄造快速模具主要的系統(tǒng)有美國Helisys公司LOM系統(tǒng)、日本Kira公司的SolidCenter系統(tǒng)、新加坡精技公司的ZIPPY系統(tǒng)等。其中Kira公司的系統(tǒng)可采普通紙，且以特殊刀片切割形狀，使用更為方便且價格低廉。

第59頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四5.實(shí)體磨削固化(SGC，SolidGroundCuring)成形材料：光固化樹脂；制件性能：相當(dāng)于工程塑料或蠟?zāi)?；主要用途：塑料件、鑄造用蠟?zāi)?、樣件或模型。基本工作原理：采用掩膜版技術(shù)使一層光固化樹脂整體一次成形,不像SLA設(shè)備那樣逐層逐點(diǎn)照射成形。UV射線通過玻璃罩照射在一薄層液態(tài)光敏樹脂表面，玻璃罩上透光部分與零件截面形狀相同，零件截面形狀部分被固化，其余部分仍為液態(tài)樹脂，將其吸掉，然后用蠟代替它。下一層零件就可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行制做，當(dāng)零件的所有層均制做完成后，整個零件就被埋置在一大塊蠟之中?？梢酝ㄟ^熔化將蠟去除掉，剩下的就是由完全固化的樹脂形成的零件。優(yōu)點(diǎn)：不需另增支撐，整層一次成型，精度較好（約為0.01mm左右），最適用于需要多件原型時、需翻制模具時、大型件。

第60頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四6．其它較為成熟的RP技術(shù)

(1)3DP（Three-DimensionalPrinting）工藝：即三維印刷或三維打印,它采用逐點(diǎn)噴灑粘結(jié)劑來粘結(jié)粉末材料來制造原型；優(yōu)點(diǎn)：不需支撐（Sander需要支撐），工作環(huán)境可適用于辦公室，最適于設(shè)計確認(rèn)、評估產(chǎn)品性能等。(2)BPM（BallisticParticleManufacturing）工藝：即彈道粒子制造，它采用具有五軸自由度的噴頭噴射熔融材料的方法來制造原型；(3)PCM（PatternlessCastingManufacturing）工藝：即無木模鑄造，它采用逐點(diǎn)噴灑粘結(jié)劑和催化劑的方法來實(shí)現(xiàn)鑄造沙粒間的粘結(jié)，這一技術(shù)由清華大學(xué)開發(fā)成功；(4)MJS(MultipleJetSolidification)工藝：亦稱為多相噴射固化，它采用活塞擠壓熔融材料使其連續(xù)地擠出噴嘴方法來堆積成形；(5)CC(ContourCraft)工藝：亦稱為輪廓成形工藝,它采用堆積輪廓和澆鑄熔融材料相結(jié)合的方法來制造原型，這種工藝在堆積輪廓時采用了簡單的模具等。

第61頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四快速原型制造方式的選用原則

在選擇快速原型制造方式時，要考慮制件的用途、制件可選用的材質(zhì)、制件的大小、制件批量與制造成本等諸多因素。

成型方法成型速度原型精度制造過程制件大小使用材料立體印刷成型較快較高中等中、小件熱固性光敏材料層合實(shí)體制造快低簡單或中等中、大件紙、金屬箔帶、塑料膜選域激光燒結(jié)較慢較低復(fù)雜中、小件石蠟、塑料、金屬、陶瓷等粉末熔融沉積造型較慢較低中等中、小件石蠟、塑料、低熔點(diǎn)金屬第62頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四《快速制模(RT)篇》

RT(快速模具制造技術(shù))簡介快速制模的方法

直接RT和間接RT直接RT技術(shù)和間接RT技術(shù)的比較

快速原型+快速模具技術(shù)的發(fā)展趨勢

第63頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四RT(快速模具制造技術(shù))簡介快速模具技術(shù)（RapidTooling，簡稱RT）是應(yīng)用快速成形方法（RPM），快捷、方便地制作工具或模具的一種新興技術(shù)。RT一直受到產(chǎn)品開發(fā)商和模具界的廣泛重視，可以說，RT是傳統(tǒng)快速模具技術(shù)與現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)相結(jié)合的典范。RT的顯著特點(diǎn)是：模周期短、工藝簡單、易于推廣、制模成本低，精度和壽命能滿足特定的功能需要，綜合經(jīng)濟(jì)效益良好，特別適用于新產(chǎn)品開發(fā)試制、工藝驗證和功能驗證以及多品種小批量生產(chǎn)。目前，RT已被廣泛應(yīng)用到汽車制造、航空航天、軍工、電子、醫(yī)學(xué)和家電等領(lǐng)域。第64頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四RT(快速模具制造技術(shù))簡介RT技術(shù)是一種用高新制造技術(shù)改造傳統(tǒng)制造技術(shù)的技術(shù)，包括：用硅橡膠、金屬粉、環(huán)氧樹脂粉、低熔點(diǎn)合金等方法將RP原形準(zhǔn)確地復(fù)制成模具，這些簡易模具的壽命是50~1000件，適宜產(chǎn)品試制階段。由原形翻制三維研具，用研具研磨整體石墨電極，再用電極在電火花機(jī)床上加工長壽命的鋼模具。這一工藝的特點(diǎn)是快速高效，耗時僅為傳統(tǒng)制造的1/5，精度也有所提高。以RP生成的實(shí)體模型作模芯或模套，結(jié)合精鑄、粉末燒結(jié)或電極研磨等技術(shù)可以快速制造出企業(yè)生產(chǎn)所需要的功能模具或工裝設(shè)備，其制造周期較之傳統(tǒng)的數(shù)控切削方法可縮短30%～40%以上，而成本卻下降35%～70%。模具的幾何復(fù)雜程度愈高，這種效益愈顯著。第65頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四利用RP原型制作模具的流程框第66頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四基于RP+RT技術(shù)制作模具與傳統(tǒng)機(jī)加工法制作模具的比較

制模方法制作成本／美元制作周期／周模具壽命／件硅橡膠澆注法5230金屬樹脂澆注法94～5300電弧熱噴涂法256～71000鎳蒸發(fā)沉積法306～75000傳統(tǒng)機(jī)加工方法6016～18250000第67頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四快速模具的制造方法快速模具制造一般分為直接制模法和間接制模法，主要用于制造塑料模、沖壓模和鑄模等。把精密鑄造、中間軟模過渡法以及金屬噴涂、電火花加工、研磨等先進(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鋼模具來。

第68頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四快速模具的典型工藝路線對于不同的制造批量，有三種典型的工藝路線。單件、小批量產(chǎn)品制造，可采用硅橡膠模(批量50件以下)，可以利用快速原型技術(shù)和真空注塑技術(shù)，直接制造環(huán)氧樹脂模具(數(shù)百件以下)；對于3000件以下中等批量的注塑零件的生產(chǎn)，可利用快速制造的原型，采用噴涂技術(shù)制造金屬冷噴模；對于5000件以上的大批量零件的模具生產(chǎn)，可先利用快速原型技術(shù)制造石墨電極，再通過電火花加工鋼模。

第69頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四直接RT技術(shù)由RP直接制造出使用模具的技術(shù)稱之為直接RT技術(shù)?？焖僭图夹g(shù)可精確制作模具的型芯和型腔，可直接用于注射成型過程制作塑料樣件，也可以直接制造鋼模具、鑄造砂型和熔模鑄造的型殼。直接成型的金屬模具往往是低密度的多孔狀結(jié)構(gòu)，可將低熔點(diǎn)相的金屬滲入后直接形成金屬模具。

第70頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四間接RT技術(shù)采用快速原型技術(shù)，結(jié)合精密鑄造、金屬噴涂制模、硅橡膠等制造軟模、電極研磨、粉末燒結(jié)等技術(shù)就能間接快速制造出模具。間接RT技術(shù)是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制造金屬模具。其方法則根據(jù)零件生產(chǎn)批量大小而不同。常用的有：硅橡膠模(批量50件以下)、環(huán)氧樹脂(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。

第71頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四直接RT技術(shù)和間接RT技術(shù)的比較

直接快速模具制造具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：制造環(huán)節(jié)簡單，能夠較充分地發(fā)揮RP技術(shù)的優(yōu)勢，特別是與計算機(jī)技術(shù)密切結(jié)合，快速完成模具制造，對于那些需要復(fù)雜形狀的內(nèi)流道冷卻的模具與零件，采用直接RT有著其它方法不能替代的獨(dú)特優(yōu)勢。

目前能夠直接制造金屬模具的RP工藝包括激光選區(qū)燒結(jié)(SLS)、三維打印(3D-P)、形狀沉積制造(SDM)和三維焊接(3D-Welding)等。直接RT技術(shù)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。堆積金屬(黑色金屬、有色金屬及其合金等)的難度決定了直接RT技術(shù)在未來的五六年內(nèi)無法在RT領(lǐng)域中占據(jù)統(tǒng)治地位。第72頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四直接RT技術(shù)和間接RT技術(shù)的比較間接快速模具制造通過快速原型技術(shù)與傳統(tǒng)的模具翻制技術(shù)相結(jié)合制造模具，優(yōu)點(diǎn)是：由于模具翻制技術(shù)的成熟、多樣性，可以根據(jù)不同的應(yīng)用要求，選擇不同復(fù)雜程度和成本的工藝，一方面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，另一方面也可以滿足經(jīng)濟(jì)性的要求。因此，目前間接RT技術(shù)占統(tǒng)治地位。這類技術(shù)包括噴涂模具、中低熔點(diǎn)合金模具、表面沉積模具、電鑄模、鋁顆粒增強(qiáng)環(huán)氧樹脂模具、硅膠模以及快速精密鑄造模具等。間接RT技術(shù)制成的模具的同樣要進(jìn)行后處理，而且通過原型轉(zhuǎn)換將損失精度，使精度的補(bǔ)償控制復(fù)雜化；另外間接RT生產(chǎn)的模具壽命往往較低，這也是它在競爭中處于不利地位的一個原因。第73頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四快速原型+快速模具技術(shù)的發(fā)展趨勢

工具和模具具有一個巨大的市場，世界范圍內(nèi)已經(jīng)達(dá)到650億美元產(chǎn)值的水平。這個市場對于模具的要求是全面的，如精度、材料、壽命、尺寸、形狀復(fù)雜程度以及快速性。由于市場全球化以及競爭的加劇，模具市場對于每一種模具技術(shù)最首要的、帶有先決性的要求是其快速性，即從設(shè)計到進(jìn)入市場的時間(LeadingTime)，這就是RP+RT技術(shù)產(chǎn)生的根本原因。RT的外部競爭是高速數(shù)控銑削技術(shù)(HighSpeedsMachining，HSM)。離散／堆積的原理同時也限制了RT當(dāng)前的精度和表面粗糙度，使其在與HSM的競爭中還有很多技術(shù)難題要解決。許多快速模具公司同時采用RT和HSM兩種技術(shù)，正是利用了它們之間相輔相成的特點(diǎn)。從制造科學(xué)發(fā)展的根本方向來說，離散堆積成形必然會在許多方面取代去除成形，RT技術(shù)將得到更加快速的發(fā)展。第74頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四第八章用快速成型件制作軟模具所謂軟模具(SoftTooling)，是指用硅橡膠、環(huán)氧樹脂、聚氨脂等材料制作的模具。用快速成形件作母模，澆注上述材料可形成軟型腔，形成軟模具。這是一種間接制模方法。軟模具制造成本低，制作周期短，因而在新產(chǎn)品開發(fā)過程中作為產(chǎn)品功能檢測和投入市場試運(yùn)行，以及國防、般空等領(lǐng)域單件、小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)方面受到高度重視，尤其適用于批量小、品種多、改型快的現(xiàn)代制造模式。目前的軟模具制造方法主要有硅橡膠澆注法、金屬噴涂法、樹脂澆注法等。軟模具生產(chǎn)制品的數(shù)量一般為10~5000件。第75頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四一、硅橡膠制模技術(shù)第76頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四硅橡膠制模技術(shù)

硅橡膠模的制造工藝過程為：制作原型，對原型表面處理，使其具有較好的表面粗糙度，固定放置原型，對原型表面施脫模劑，在抽真空裝置中抽去硅橡膠混合體中的氣泡，澆注硅橡膠混合體得到硅橡膠模具，硅橡膠固化，取出原型。如發(fā)現(xiàn)模具具有少數(shù)的缺陷，可用新調(diào)配的硅橡膠修補(bǔ)。第77頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四硅橡膠模具材料的類型目前，制模用硅橡膠為雙組分液體硅橡膠，分為縮合型和加成型兩類，都已在國內(nèi)外許多行業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用?？s合型模具硅橡膠主要組分包括：端基和部分側(cè)基為羥基的聚硅氧烷(生膠)、填料、交聯(lián)劑和硫化促進(jìn)劑。加成型模具硅橡膠主要組分包括：端基和部分側(cè)基為乙烯基的聚硅氧烷(生膠)、含氫硅油(交聯(lián)劑)、鉑觸媒(催化劑)、白炭黑(填料)。第78頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四基于RP原型的硅橡膠模具制作工藝流程圖

由于RP技術(shù)生產(chǎn)出來的原型材料與硅橡膠不發(fā)生反應(yīng)，制造過程中沒有經(jīng)過變形，也不會產(chǎn)生褶皺，能夠生產(chǎn)出與精密塑料件一樣的表面質(zhì)量。

RP原型真空脫泡硅膠計量型框制作取出母模刀剖開模硬化注入硅膠完成第79頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四基于RP原型的硅橡膠模具制作工藝過程(1)原型表面處理。(2)制作型框和固定原型。(3)硅橡膠計量、混合并真空脫泡。(4)硅橡膠澆注及固化。(5)拆除型框、刀剖開模并取出原型。(6)如發(fā)現(xiàn)模具具有少數(shù)的缺陷，可用新調(diào)配的硅橡膠修補(bǔ)第80頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四硅橡膠模制作的若干問題在翻制硅橡膠模具時，硅橡膠模具的成本、壽命及尺寸精度是硅膠模制作過程中需重點(diǎn)考慮的因素。(1)型框尺寸。(2)為了脫模方便，應(yīng)合理選取分型面。(3)對于較高的薄壁件，如果壁厚尺寸要求精確，在選擇分型面時要注意將薄壁整體置于同一半模中，以減小因合模或模具捆綁時引起薄壁型腔的變形而導(dǎo)致壁厚尺寸誤差。(4)型框一般做成長方形或正方形，但是對于一些特殊結(jié)構(gòu)的零件，為了節(jié)省硅膠，降低成本，可按其形狀搭建型框。(5)對于存在大面積平面形狀的原型，當(dāng)貼好分型面后，應(yīng)合理選定澆道的位置及方向。(6)在刀剖開模的時候，手術(shù)刀的行走路線是刀尖走直線，刀尾走曲線，使硅膠模的分模面形狀不規(guī)則，這樣可以確保上下模合模時準(zhǔn)確定位，避免

因合模錯位引起的誤差。

第81頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四經(jīng)濟(jì)型硅橡膠模制作的一種工藝方法

硅橡膠材料的成本較高，占據(jù)著硅橡膠模具制作小批量樣件的大部分成本，尤其是尺寸較大單件制品的制作。為此，人們一直在努力研究在該類技術(shù)方法中如何能夠節(jié)省硅橡膠材料的用量，而同樣也能夠制作出滿足要求的樣件來。下面介紹一種通過與石膏混合制作硅橡膠模具的工藝方法：原型或樣件——分型處理——貼粘土或橡皮泥——配石膏漿——石膏造型——去粘土——澆注硅橡膠——修型——試制產(chǎn)品。

第82頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四經(jīng)濟(jì)型硅橡膠模制作的工藝過程(1)安放原型。對原型進(jìn)行必要的清理和處理后放置到平板上固定好，制作并固定?？?，使原型周圍距?？虻木嚯x均勻，在模框平板內(nèi)表面上涂刷脫模劑(2)貼粘土和澆石膏背襯。在原型表面貼粘土或橡皮泥，如圖b所示。然后將配好的石膏漿澆注到模框中，待石膏漿固化后，再去掉粘土或橡皮泥層，粘在原型上的粘土或橡皮泥要清洗干凈，以免影響模具的表面質(zhì)量。(3)硅橡膠澆注。根據(jù)去掉的粘土層的體積，計算所需調(diào)配的硅橡膠體積，再加上一定的損耗，進(jìn)行硅橡膠的調(diào)配。調(diào)配均勻后，放入抽真空裝置中排除硅橡膠混合體中的氣泡。脫泡后進(jìn)行硅橡膠澆注。(4)硅橡膠固化。將澆注好的硅橡膠模具在室溫下固化或加熱固化。待硅橡膠不粘手后，取出原型，繼續(xù)在室溫下或加熱使硅橡膠充分固化。(5)修型。取出原型后，如果發(fā)現(xiàn)模具有少量缺損，可以用新調(diào)配的硅橡膠修補(bǔ)，并經(jīng)固化處理即可，如圖f所示。

第83頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四硅橡膠模具澆注樹脂件對于批量不大的注塑件生產(chǎn)，可以采用RP原型快速翻制的硅橡膠模具通過樹脂材料的真空注型來實(shí)現(xiàn)，這樣，能夠顯著縮短產(chǎn)品的制造時間，降低成本，提高效率。對于沒有細(xì)筋、小孔的一般零件，采用硅橡膠模具澆注樹脂件可制作制品達(dá)到50件。

清洗膠模樹脂計量組合膠模噴離型劑取注型品硬化真空鑄型脫泡混合完成第84頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四采用硅橡膠模具進(jìn)行樹脂材料真空注型的工藝流程圖(1)清理硅膠模，預(yù)熱模具。(2)噴灑離型劑，組合硅膠模具。(3)計量樹脂。(4)脫泡混合，真空注型。(5)溫室硬化，取出制件。(6)制件后處理。第85頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四二、環(huán)氧樹脂快速模具環(huán)氧樹脂快速制模即借用金屬澆注方法，將已準(zhǔn)備好的澆注原料(液態(tài)的環(huán)氧樹脂與有機(jī)或無機(jī)材料復(fù)合而成的基體材料)注入一定的型腔中使其固化(完成聚合或縮聚反應(yīng))，從而制得模具的方法。樹脂澆注法工藝簡單、成本低廉，樹脂型模傳熱性能好、強(qiáng)度高，且型面不需加工，適于注塑模、薄板拉伸模、吹塑膜及發(fā)泡成型模等。

工藝過程為：制作原型——表面處理——設(shè)計、制作?？颉x擇、設(shè)計分型面——在原型表面、分型面刷脫模劑——刷膠衣樹脂——澆注凹?！獫沧⑼鼓！．?dāng)凹模制造完成后，倒置，同樣需要在原型表面及分型面上均勻涂脫模劑及膠衣樹脂，分開模具。在常溫下澆注的模具，一般1～2天基本固化定型，即能分模。與傳統(tǒng)注塑模相比，成本只有傳統(tǒng)方法的幾分之一，生產(chǎn)周期大大減少。模具壽命不及鋼模，但比硅膠模高。第86頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四環(huán)氧樹脂制模工藝流程(1)模型準(zhǔn)備(2)底座制作并固定原型(3)涂脫模劑(4)澆注樹脂(5)去除底座并進(jìn)行另一半模的制作(6)樹脂硬化并脫模(7)模具修整并組裝第87頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四第九章用快速成型件制作硬模具所謂硬模具（Hardtooling）是指金屬模具、陶瓷模具、石膏模具等。硬模具的制作方法有兩種：直接制模和間接制模。硬模具可用于砂型鑄造、消失模的壓型制作、注塑模以及簡易非鋼質(zhì)拉深模等。

第88頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四快速制造金屬模具的工藝路線設(shè)計模型原型原型原型原型原型復(fù)制被加工原型復(fù)制石墨電極復(fù)制陶瓷型復(fù)制消失型直接成形熔射、電極金屬模具鑄造FDM第89頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四一、間接RT技術(shù)制作硬模具可分為金屬面硬背襯模具用熔模鑄造法制作的金屬模用芯模鑄造法制作的金屬模等種類。主要為金屬面硬背襯模具，即以快速成形件作母模，用電弧噴鍍法在母模表面噴鍍形成1.6~6.4mm的金屬殼體，然后移去母模，在殼的背面注入金屬基合成材料（液態(tài)金屬）或環(huán)氧樹脂，形成所謂金屬面、硬背襯模具。

第90頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四1.電弧噴涂快速制模技術(shù)電弧噴涂制模技術(shù)是將兩根帶電的制模專用金屬絲通過導(dǎo)管不斷地向前輸送，金屬絲在噴槍前端相交形成電弧，金屬絲經(jīng)電弧熔化，在壓縮空氣的作用下，將熔化的金屬霧化成金屬微粒，并以一定的速度噴射到樣模表面，一層一層地相互疊加堆積而形成高密度、高結(jié)合強(qiáng)度的金屬噴涂層，即模具型腔的殼體(或?qū)嶓w)。這層殼體的內(nèi)壁形狀與樣模表面完全吻合，從而形成了所需的模具型腔。噴涂形成的金屬殼體與其他基體材料填充加固，結(jié)合成一整體，再配以其他部件，即組成一付完整的模具。這種制模方法類似于電鑄制模，但又不完全相似。它制模工藝簡單，容易掌握，模具制作周期短，費(fèi)用低，對比制作同一形狀尺寸的鋼模，制模周期和模具費(fèi)用均可降低60％以上。

第91頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四電弧噴涂快速制模優(yōu)點(diǎn)加工生產(chǎn)塑料用模具的方法通常有：機(jī)械加工、金屬鑄造、鍛造成型、數(shù)控仿形、真空蒸鍍鎳殼等方法。同其他幾種方法相比，電弧噴涂制模技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)不論原模的材料是金屬、木材、或塑料制品，所得到的模具型腔線條輪廓清晰，外形尺寸不變，因噴涂時原模的表面溫度一般不超過60~C，因此沒有熱應(yīng)力引起的變形問題。(2)制模效率高，大大縮短制模周期。(3)尺寸不受限制，小至硬幣的尺寸，大至制造汽車內(nèi)頂蓬真空成型模具(4)使塑料生產(chǎn)線能迅速更改產(chǎn)品的品種，符合市場的變化要求。(5)設(shè)備投資小，經(jīng)濟(jì)效益好。隨著加工時間的增加，用此方法加工模具的成本優(yōu)勢就越顯著。同其他方法相比，此方法成本可節(jié)省2—20倍。電弧噴涂制模是一種典型的快速制模技術(shù)，具有制模工藝簡單、制作周期短、型腔表面及其精細(xì)花紋一次同時形成、模具成本低等顯著特點(diǎn)，特別適用于小批量、多品種的生產(chǎn)使用。國內(nèi)外節(jié)水灌溉用滴頭就是采用這種制造技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。

第92頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四電弧噴涂快速制模技術(shù)金屬噴涂法工藝簡單、周期短，型腔及其表面精細(xì)花紋可一次同時成型，耐磨性能好，尺寸精度高。存在的問題：在制作過程中要注意解決好涂層與原型表面的貼合和脫離間題。目前該技術(shù)主要用于塑料模具上，少量應(yīng)用于粉末射出成型模具及鑄造用射蠟?zāi)＞?。?3頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四電弧噴涂制模原理和工藝流程

第94頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四電弧噴涂制模的工序(1)模型準(zhǔn)備(清理模型表面、刷脫模劑)。(2)在模型上噴涂金屬。(3)制作模具框架。(4)澆注模具的填充材料。(5)脫模、加工處理。按制作上半模的程序制作下半模。在制模中還會涉及到其他一些問題，如噴涂規(guī)范，澆注時是否需加冷卻水管，是否需加鑲嵌等，都應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定。第95頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四電弧噴涂設(shè)備

電弧噴涂工作系統(tǒng)一般由噴涂電源、送絲機(jī)構(gòu)、噴槍和壓縮氣體等系統(tǒng)組成。

第96頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四電弧噴涂材料

用于電弧噴涂制模的材料，在滿足低熔點(diǎn)、低收縮率的情況下，應(yīng)盡可能具有較好的力學(xué)性能和較致密的涂層組織。選擇電弧噴涂材料時，既要考慮所得到的涂層具有足夠高的硬度，良好的抗壓、抗彎等力學(xué)性能，可以在實(shí)際中應(yīng)用；又要兼顧涂層材料的熔點(diǎn)不要太高。

通過對涂層的顯微組織分析，對涂層的硬度、抗拉、抗彎強(qiáng)度等力學(xué)性能的測試，常采用Al、Zn基絲材做為噴涂材料。目前市場提供的電弧噴涂用絲材有鋁、鋅、銅、鎳、不銹鋼、鋁青銅、巴氏合金、復(fù)合絲等許多品種。

第97頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四電弧噴涂用絲材目前市場提供的電弧噴涂用絲材有鋁、鋅、銅、鎳、不銹鋼、鋁青銅、巴氏合金、復(fù)合絲等許多品種。高熔點(diǎn)金屬，如鋼、鎳、銅等在噴涂時涂層收縮率、熱應(yīng)力、孔隙率都比較大，涂層容易開裂、翹曲、剝落。目前只有低熔點(diǎn)的鋅、鋁絲材適合用于模具制造。

第98頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四電弧噴涂絲材直徑的選擇

國內(nèi)電弧噴涂中采用的噴涂絲材直徑主要有兩個系列，一個是?2mm系列，另一個為?3mm系列。噴涂絲材直徑不同，對送絲機(jī)構(gòu)和噴槍設(shè)計將有不同要求，同時也將影響到噴涂和涂層性能。?3mm絲材適用于大面積的電弧噴涂作業(yè)中。同種材料絲材，?2mm絲材的噴涂規(guī)范要比?3mm絲材寬，同一種規(guī)范條件下，?2mm絲材的表面更致密、更光滑。?2mm絲材在小電流時仍能正常噴涂，且涂層表面光潔、拋光性能好。小電流下噴涂，涂層熱輸入量小，因而涂層殘余熱應(yīng)力減小，這正是電弧噴涂制模及零件修復(fù)工藝所要求的。?2mm管狀絲材在噴涂中顯示出更大的優(yōu)勢。這是因為絲材越細(xì)，管狀絲里面的藥粉混合得就越均勻，噴涂時藥粉熔化和冶金反應(yīng)進(jìn)行得就越充分，涂層質(zhì)量越好。第99頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四電弧噴涂模具的基本結(jié)構(gòu)

電弧噴涂模具的基本結(jié)構(gòu)可分為三部分，即金屬噴涂層、背襯層和鋼結(jié)構(gòu)部分。從上述分析可見，電弧噴涂模具表層由噴涂層(如鋅合金)、內(nèi)部由背襯層(如鉍錫合金)構(gòu)成，因此能夠合理利用各種性能材料，從外到內(nèi)，材料呈梯度分布。這是傳統(tǒng)制模方法所不能做到的。第100頁，共128頁，2023年，2