快速原型技術(shù)

快速原型技術(shù)第1頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五第4章快速原型技術(shù)4.1概述4.2快速原型的軟件技術(shù)4.3SLA工藝4.4LOM工藝4.5SLS工藝4.6FDM工藝4.7RP技術(shù)的應(yīng)用4.8RP技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)第2頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.1概述

快速原型技術(shù)RapidPrototypingRP技術(shù)

快速成形技術(shù)第3頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.1概述4.1.1快速原型技術(shù)的基本原理

4.1.2快速原型技術(shù)的典型方法

4.1.3快速原型技術(shù)的特點(diǎn)第4頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.1.1快速原型技術(shù)的基本原理傳統(tǒng)的零件加工過程是先制造毛坯，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)稱為材料去除制造?？焖僭图夹g(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）第5頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.1.1快速原型技術(shù)的基本原理快速原型工藝流程第6頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.1.2快速原型技術(shù)的典型方法1．光固化成形工藝StereolithographyApparatus，簡(jiǎn)稱SLA，也稱立體光刻使用材料：液態(tài)光敏樹脂第7頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.1.2快速原型技術(shù)的典型方法2．疊層實(shí)體制造工藝LaminatedObjectManufacturing，簡(jiǎn)稱LOM，也稱分層實(shí)體制造使用材料：片材，如紙、塑料薄膜等

第8頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.1.2快速原型技術(shù)的典型方法3．選擇性激光燒結(jié)工藝SelectiveLaserSintering，簡(jiǎn)稱SLS

，也稱選區(qū)激光燒結(jié)使用材料：粉末狀材料第9頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.1.2快速原型技術(shù)的典型方法4．熔融沉積制造工藝FusedDepositionModeling，簡(jiǎn)稱FDM使用材料：塑料絲第10頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.1.2快速原型技術(shù)的典型方法5．三維印刷工藝ThreeDimensionalPrinting，簡(jiǎn)稱3DP其工作過程類似于噴墨打印機(jī)3DP工藝原理采用3DP工藝制作的結(jié)構(gòu)陶瓷制品第11頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.1.3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)品制造過程幾乎與零件的復(fù)雜程度無關(guān)；產(chǎn)品的單價(jià)幾乎與批量無關(guān)，特別適合于新產(chǎn)品開發(fā)和單件小批量生產(chǎn)；整個(gè)生產(chǎn)過程數(shù)字化、柔性化；無切割、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。第12頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.2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)加工第13頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.2.1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)建三維模型第14頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.2.1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)接口第15頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.2.1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文件第16頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.2.2分層處理軟件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0.05mm～0.5mm，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。第17頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.2.3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)劃過程?？焖僭蛼呙杪窂揭?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18頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.3SLA工藝SLA工藝于1984年由CharlesHull提出并獲美國(guó)專利。1988年美國(guó)3DSystems公司推出世界上第一臺(tái)商品化RP設(shè)備SLA-250。它以光敏樹脂為原料，通過計(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。第19頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.3SLA工藝4.3.1SLA系統(tǒng)組成

4.3.2成形工藝過程

4.3.3SLA材料4.3.4SLA工藝特點(diǎn)4.3.5SLA工藝應(yīng)用案例第20頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.3.1SLA系統(tǒng)組成CPS250B快速原型機(jī)SLA工藝原理第21頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.3.1SLA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15mW～50mW，波長(zhǎng)325nm氬激光器：輸出功率100mW～500mW，波長(zhǎng)351nm～365nm

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第22頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.3.2成形工藝過程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。第23頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.3.2成形工藝過程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)稱為后處理。第24頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.3.3SLA材料SLA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。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。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)。第25頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.3.4SLA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。第26頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.3.4SLA工藝特點(diǎn)SLA工藝缺點(diǎn)：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；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。第27頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.3.5SLA工藝應(yīng)用案例SLA工藝自誕生以來，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、航空、電子、消費(fèi)品、娛樂以及醫(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10件操作手柄。產(chǎn)品開發(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。第28頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.3.5SLA工藝應(yīng)用案例第29頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.3.5SLA工藝應(yīng)用案例第30頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.3.5SLA工藝應(yīng)用案例第31頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.4LOM工藝LOM工藝方法和設(shè)備于1991年問世，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)，因此近年來發(fā)展迅速。第32頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.4LOM工藝4.4.1LOM系統(tǒng)組成

4.4.2成形工藝過程

4.4.3LOM材料4.4.4LOM工藝特點(diǎn)4.4.5SLA工藝應(yīng)用案例第33頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.4.1LOM系統(tǒng)組成第34頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.4.2成形工藝過程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。第35頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.4.3LOM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LOM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。LOM材料涉及到三方面的問題：薄層材料、粘結(jié)劑和涂布工藝。第36頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.4.4LOM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。第37頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.4.4LOM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。第38頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.4.5LOM工藝應(yīng)用案例LOM工藝雖然在精細(xì)產(chǎn)品和類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。第39頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.4.5LOM工藝應(yīng)用案例奧迪轎車剎車鉗體精鑄母模的LOM原型奧迪轎車剎車鉗體精鑄件汽車工業(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工藝制造汽車零部件精鑄母模，生產(chǎn)效率高，尺寸精度高。第40頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.4.5LOM工藝應(yīng)用案例汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管的精鑄母模第41頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.5SLS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)光敏樹脂，而SLS則使用各種粉末狀材料。第42頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.5SLS工藝4.5.1SLS系統(tǒng)組成

4.5.2成形工藝過程

4.5.3SLS材料4.5.4SLS工藝特點(diǎn)4.5.5SLS工藝應(yīng)用案例第43頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.5.1SLS系統(tǒng)組成AFS-320成形機(jī)基本性能參數(shù)激光器類型射頻CO2波長(zhǎng)10.6μm最大功率50W光路及掃描系統(tǒng)焦平面光斑<0.4mm同光路指示670nm紅光成形室一次成形尺寸320×320×440mm分層厚度0.08～0.3mm成形材料精鑄模料、工程塑料、樹脂砂控制系統(tǒng)工控機(jī)即時(shí)主流配置控制軟件AFSWinv2.0第44頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.5.2成形工藝過程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。第45頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.5.2成形工藝過程3.后處理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。第46頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.5.3SLS材料SLS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)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；第47頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.5.4SLS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。第48頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.5.4SLS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；成形過程能量消耗高。第49頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.5.5SLS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。第50頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.5.5SLS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)控制手柄第51頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.5.5SLS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)品第52頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.5.5SLS工藝應(yīng)用案例第53頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.5.5SLS工藝應(yīng)用案例第54頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.5.5SLS工藝應(yīng)用案例第55頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.6FDM工藝FDM工藝由美國(guó)學(xué)者ScottCrump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?、粘結(jié)性，在計(jì)算機(jī)控制下層層堆積成形。由于該工藝無需激光系統(tǒng)，因此使用、維護(hù)簡(jiǎn)單，成本低，近年來得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，是RP技術(shù)領(lǐng)域的后起之秀。第56頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.6FDM工藝4.6.1FDM系統(tǒng)組成

4.6.2成形工藝過程

4.6.3FDM材料4.6.4FDM工藝特點(diǎn)4.6.5FDM工藝應(yīng)用案例第57頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.6.1FDM系統(tǒng)組成MEM-300快速原型機(jī)第58頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.6.1FDM系統(tǒng)組成MEM-300主要工藝參數(shù)材料ABS塑料成形溫度220℃～230℃分層厚度0.15mm掃描速度0～80mm/s成形空間300mm（長(zhǎng)）×260mm（寬）×300mm（高）精度±0.2mm/100mm主機(jī)尺寸820mm（長(zhǎng)）×730mm（寬）×1220mm（高）第59頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.6.1FDM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。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、成形控制軟件第60頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.6.2成形工藝過程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第61頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.6.2成形工藝過程2）確定加工方向及加工位置3）添加基底第62頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.6.2成形工藝過程4）添加支撐第63頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.6.2成形工藝過程5）分層計(jì)算第64頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.6.2成形工藝過程3.原型制作1）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

第65頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.6.2成形工藝過程3）數(shù)控初始化第66頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.6.2成形工藝過程4）擠出舊絲及出絲檢測(cè)第67頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.6.2成形工藝過程5）工作臺(tái)對(duì)高第68頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.6.2成形工藝過程6）加工參數(shù)設(shè)置第69頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.6.2成形工藝過程7）成形加工第70頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.6.2成形工藝過程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，沒有刮痕和擦傷，細(xì)小的特征會(huì)保留得完整無缺。第71頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.6.3FDM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??；目前使用的材料主要包括ABS及醫(yī)學(xué)專用的ABSi、MABS、石蠟、聚烯烴樹脂、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。第72頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.6.4FDM工藝特點(diǎn)FDM工藝優(yōu)點(diǎn)如下：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；原材料在成形過程中無化學(xué)變化，制件翹曲變形小；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。第73頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.6.4FDM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。第74頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.6.4FDM工藝特點(diǎn)指標(biāo)SLALOMSLSFDM成形速度較快快較慢較慢原型精度較高較高較低較低制造成本高較低較低低原型復(fù)雜程度復(fù)雜中等較復(fù)雜中等零件大小中小件大件中小件中小件四種工藝的對(duì)比第75頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.6.5FDM工藝應(yīng)用案例FDM工藝已廣泛應(yīng)用于汽車、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)開發(fā)過程，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。第76頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.6.5FDM工藝應(yīng)用案例第77頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.6.5FDM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第78頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.6.5FDM工藝應(yīng)用案例第79頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.6.5FDM工藝應(yīng)用案例第80頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.6.5FDM工藝應(yīng)用案例第81頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.7RP技術(shù)的應(yīng)用RP技術(shù)自出現(xiàn)以來，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。051015202530軍事領(lǐng)域其他宇航業(yè)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)醫(yī)療領(lǐng)域機(jī)械設(shè)備汽車行業(yè)日用消費(fèi)品需求量（%）對(duì)RP原型需求的行業(yè)第82頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.7RP技術(shù)的應(yīng)用對(duì)RP原型需求的目的模具制造可視化0510152025其他直接模具人體研究建議和討論模型金屬鑄造母模快速模具母模工程設(shè)計(jì)可視化裝配檢驗(yàn)功能模型需求目的和用途量（%）第83頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.7RP技術(shù)的應(yīng)用4.7.1RP技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用4.7.2基于RP的快速模具技術(shù)4.7.3RP技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用材料4.7.4RP技術(shù)在鑄造領(lǐng)域中的應(yīng)用第84頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.7.1RP技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用

采用RP技術(shù)之后，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最初階段開始，設(shè)計(jì)者、制造者、推銷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)。第85頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.7.1RP技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用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，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)宣傳和供貨詢價(jià)。第86頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.7.1RP技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用進(jìn)行裝配校核和干涉檢查對(duì)新產(chǎn)品開發(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，使所有問題在投產(chǎn)之前得到解決。2.裝配校核第87頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.7.1RP技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用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)證第88頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.7.1RP技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用由于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)雜程度無關(guān)，其加工成本與批量無關(guān)，其加工過程與刀具、夾具、模具無關(guān)，從而使得原來過于復(fù)雜無法加工的結(jié)構(gòu)變得不存在加工難度，原來追求個(gè)性化而帶來的小批量、高成本的問題迎刃而解，原來不合理的設(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)帶來革命

第89頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.7.1RP技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用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)類似于“三維打印”的加工模式帶來加工的極大柔性，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。第90頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.7.1RP技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用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)的加工方法是無法制作。采用RP技術(shù)的FDM工藝，通過合理設(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，無需任何后續(xù)處理工序。第91頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.7.1RP技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用3）裝配結(jié)構(gòu)的改變簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)和制造過程這是僅由一個(gè)零件組成的整體扳手設(shè)計(jì)過程得以簡(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)的裝配過程；產(chǎn)品質(zhì)量得以改善，避免了由于裝配過程帶來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。第92頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.7.2基于RP的快速模具技術(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)。第93頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五基于RP的快速模具技術(shù)第94頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.7.2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第95頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.7.2基于RP的快速模具技術(shù)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第96頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.7.2基于RP的快速模具技術(shù)基于RP的陶瓷型精鑄子午線輪胎活絡(luò)模第97頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.7.2基于RP的快速模具技術(shù)大型汽車覆蓋件模具第98頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.7.2基于RP的快速模具技術(shù)金屬噴涂快速模具制造第99頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.7.2基于RP的快速模具技術(shù)第100頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.7.2基于RP的快速模具技術(shù)冰箱內(nèi)飾件的快速原型件、硅膠模具及塑料件第101頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.7.3RP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)提供視覺和觸覺的信息，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。第102頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.7.3RP技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用根據(jù)患者的人體CT數(shù)據(jù)制作的骨盆RP原型第103頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.7.3RP技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用手術(shù)模型第104頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.7.4RP技術(shù)在鑄造領(lǐng)域的應(yīng)用RP技術(shù)自出現(xiàn)以來，一直在鑄造領(lǐng)域有著比較活躍的應(yīng)用，在典型鑄造工藝和熔模鑄造中，為單件或小批量鑄件的生產(chǎn)帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。在制造業(yè)特別是航空、航天、國(guó)防、汽車等重點(diǎn)行業(yè)，其基礎(chǔ)的核心部件一般均為結(jié)構(gòu)精細(xì)、復(fù)雜的金屬零件，其生產(chǎn)方式常為鑄造，鑄造環(huán)節(jié)復(fù)雜、周期長(zhǎng)、耗資大，略有失誤有時(shí)甚至要全部返工，風(fēng)險(xiǎn)很大。如果借助RP技術(shù)，使RP技術(shù)與傳統(tǒng)工藝相結(jié)合，揚(yáng)長(zhǎng)避短，可收到事半功倍的效果。第105頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.7.4RP技術(shù)在鑄造領(lǐng)域的應(yīng)用采用快速鑄造生產(chǎn)的四缸發(fā)動(dòng)機(jī)蠟?zāi)＜傲慵?06頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五4.8RP技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)4.8.1RP產(chǎn)業(yè)面臨的困難4.8.2RP技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)4.8.3