先進制造技術第四章快速原型技術

先進制造技術第四章快速原型技術第1頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五快速原型制造簡介快速原型制造——RAPIDPROTOTYPING簡稱RP九十年代發(fā)展起來的一項高新技術。RP技術是在現(xiàn)代CAD/CAM技術、激光技術、計算機數(shù)控技術、精密伺服驅動技術以及新材料技術的基礎上集成發(fā)展起來的RP技術在不需要任何刀具、模具及工裝卡具的情況下，可將任意復雜形狀的設計方案快速轉換為三維的實體模型或樣件，這就是RP技術所具有的潛在的革命意義。第2頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五RP技術的基本原理快速成形是一種離散/堆積的加工技術，其基本過程是首先將計算機生成的零件三維實體沿某一坐標軸進行分層處理（離散），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（堆積）一層成形材料，這一過程反復進行直到所有的截面加工完畢生成三維實體原型。步驟：

（1）CAD軟件設計出所需零件的計算機三維曲面或實體模型；（2）將三維模型沿一定方向（通常為Z向）離散成一系列有序的二維層片（習慣稱為分層）；（3）根據(jù)每層輪廓信息，進行工藝規(guī)劃，選擇加工參數(shù)，自動生成數(shù)控代碼；（4）成形機制造一系列層片并自動將它們堆積起來，得到三維物理實體。第3頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五RP技術的基本原理三維CAD模型分層切片各層截面的輪廓激光器（或噴嘴）按各層截面輪廓切割、固化或燒結微小厚度的片狀實體逐層堆積三維模型或樣件第4頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五快速原型制造特點（1）成形全過程的快速性，適合現(xiàn)代激烈的產品市場；（2）可以制造任意復雜形狀的三維實體；（3）用CAD模型直接驅動，實現(xiàn)設計與制造高度一體化，其直觀性和易改性為產品的完美設計提供了優(yōu)良的設計環(huán)境；（4）成形過程無需專用夾具、模具、刀具，既節(jié)省了費用，又縮短了制作周期。（5）技術的高度集成性，既是現(xiàn)代科學技術發(fā)展的必然產物，也是對它們的綜合應用，帶有鮮明的高新技術特征。第5頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五快速原型制造作用1.設計方案快速轉換為三維的實體模型或樣件。2.

提高了新產品開發(fā)的一次成功率，提高了產品在市場上的競爭力和企業(yè)對市場的快速反應能力3.為技術人員之間，以及技術人員與企業(yè)決策者、產品的用戶等非技術人員之間提供了一個更加形象、完整、方便的工程交流工具。4.支持同步（并行）工程的實施5.支持技術創(chuàng)新、改進產品外觀設計。6.用RP技術制做模具7.逆向工程（反求）第6頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五快速原型制造的應用快速成形法主要適合于新產品開發(fā)，快速單件及小批量零件制造，復雜形狀零件的制造，模具與模型設計與制造，也適合于難加工材料的制造，外形設計檢查，裝配檢驗和快速反求工程等第7頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五快速原型服務領域

工業(yè)造型、模具、家電、電子儀表、輕工、塑料、玩具、航空航天、軍工、機械、汽車、摩托車、內燃機、建筑規(guī)劃及模型、科研、醫(yī)療等。頭骨模型(SLA)機械零件(SLA)LOM空調零件第8頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五快速原型制造種類1.材料累加法（MaterialIncreaseManufacturing）2.材料去除法:三維雕刻機（MaterialIncreaseManufacturing）

成型工藝加工能量（1）Laserbeam(激光束)RP（2）Lamp(光照)RP（3）Heatenergy(熱能)RP（4）Mechanicalenergy(機械能)RP第9頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五快速原型制造方法激光束RP可分為：立體光刻(SLA:Stereolithography)、選擇激光沉積(SLS:SelectiveLaserSintering)分層制造(LOM:LaminatedObjectManufacturing)形狀沉積制造(SDM:ShapeDepositionManufacturing)機械能RPM又可分為沖擊顆粒制造(BPM:BallisticParticleManufacturing)三維打印(3DPrinting)熔化沉積造型(FDM:FusedDepositionModelling)第10頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五主要方法及比較1.光固化立體造型

(SL--Stereolithography)2.分層實體制造

(LOM—LaminatedObjectManufacturing)3.選擇性激光燒結

(SLS—SelectedLaserSintering)4.熔融沉積造型

(FDM—FusedDepositionModeling)第11頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五主要方法及比較1.光固化立體造型(SL—Stereolithography)

將激光聚集到液態(tài)光固化材料（如光固化樹脂）表面，令其有規(guī)律地固化，由點到線到面，完成一個層面的建造，而后升降移動一個層片厚度的距離，重新覆蓋一層液態(tài)材料，再建造一個層面，由此層層迭加成為一個三維實體。第12頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五激光切割系統(tǒng)按照計算機提取的橫截面輪廓線數(shù)據(jù)，將背面涂有熱熔膠的紙用激光切割出工件的內外輪廓。切割完一層后，送料機構將新的一層紙疊加上去，利用熱粘壓裝置將已切割層粘合在一起，然后再進行切割，這樣一層層地切割、粘合，最終成為三維工件。LOM常用材料是紙、金屬箔、塑料膜、陶瓷膜等，此方法除了可以制造模具、模型外，還可以直接制造結構件或功能件。特點是原材料價格便宜、成本低。主要方法及比較2.分層實體制造(LOM—LaminatedObjectManufacturing)第13頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五主要方法及比較3.選擇性激光燒結(SLS—SelectedLaserSintering)對于由粉末鋪成的有好密實度和平整度的層面，有選擇地直接或間接將粉末熔化或粘接，形成一個層面，鋪粉壓實，再熔結或粘接成另一個層面并與原層面熔結或粘接，如此層層疊加為一個三維實體。第14頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五主要方法及比較4.熔融沉積造型(FDM—FusedDepositionModeling)將熱熔性材料（ABS、尼龍或蠟）通過加熱器熔化，擠壓噴出并堆積一個層面，然后將第二個層面用同樣的方法建造出來，并與前一個層面熔結在一起，如此層層堆積而獲得一個三維實體。第15頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五RP系統(tǒng)的成形原理比較成形系統(tǒng)成形材料制件性能主要用途掃描路徑光固化立體造型（SL）液態(tài)光敏樹脂相當于工程塑料或蠟模高精度塑料件、鑄造用蠟模、樣件或模型截面輪廓線所包圍的區(qū)域分層實體制造（LOM）涂敷有熱敏膠的纖維紙相當于高級木材快速制造新產品樣件、模型或鑄造用木模截面輪廓線選擇性激光燒結（SLS）工程塑料粉末相當于工程塑料、蠟模、砂型塑料件、鑄造用蠟模、樣件或模型截面輪廓線所包圍的區(qū)域熔融沉積造型（FDM）固體絲狀工程塑料相當于工程塑料或蠟模塑料件、鑄造用蠟模、樣件或模型截面輪廓線所包圍的區(qū)域第16頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五RP工藝優(yōu)缺點比較技術類型精度表面質量材料價格材料利用率運行成本生產效率設備費用市場占有率(%)SL好好較貴接近100%較高高較貴78LOM一般較差較便宜較差較低高較便宜7.3SLS一般一般較貴接近100%較高一般較貴6.0FDM較差較差較貴接近100%一般較低較便宜6.1第17頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五RP常用材料材料形態(tài)液態(tài)固態(tài)粉末固態(tài)片材固態(tài)絲材材料品種光固化樹脂蠟粉

尼龍粉

覆膜陶瓷粉鋼粉

覆膜鋼粉覆膜紙

覆膜塑料

覆膜陶瓷箔

覆膜金屬箔蠟絲

ABS絲

快速成形材料種類第18頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五RP發(fā)展趨勢1.不同制造目標相對獨立發(fā)展

從制造目標來說