快速制造技术
快速成型制造技术(0002)
SLS产品
熔融沉积成形的基本原理
• 将热熔性材料（ABS、尼龙或蜡） 通过喷头加热器熔化；喷头沿 零件截面轮廓和填充轨迹运动， 同时将熔化的材料挤出；材料 迅速凝固冷却后，与周围的材 料凝结形成一个层面；然后将 第二个层面用同样的方法建造 出来，并与前一个层面熔结在 一起，如此层层堆积而获得一 个三维实体。
照相机激光树脂原型 光鼠 树标 脂外 原壳 型激
选择性层片粘接的基本原理
采用激光或刀具对片材进行切割。 首先切割出工艺边框和原型的边缘 轮廓线，而后将不属于原型的材料 切割成网格状。片材表面事先涂覆 上一层热熔胶。通过升降平台的移 动和箔材的送给,并利用热压辊辗 压将后铺的箔材与先前的层片粘接 在一起，再切割出的层片。这样层 层迭加后得到下一个块状物，最后 将不属于原型的材料小块剥除，就 获得所需的三维实体。
选择性层片粘接（LOM）
LOM产品的特点
1. 由于LOM工艺只须在片材上切割出零件截面的轮廓， 而不用扫描整个截面，因此工艺简单，成型速度 快，易于制造大型零件； 2. 工艺过程中不存在材料相变，因此不易引起翘曲 变形，零件的精度较高，激光切割为0.1mm，刀具 切割为0.15mm； 3. 工件外框与截面轮廓之间的多余材料在加工中起 到了支撑作用，所以LOM工艺无需加支撑； 4. 材料广泛，成本低，用纸制原料还有利于环保； 5. 力学性能差，只适合做外形检查。
反求工程与 RPM 卫
星 遥 球感 三地 表 维高 快程 速数 原据 型重 构 的 地
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NC与RPM
RP技术就是数控技术最新应用的领域 之一。RP技术要求将材料精确地堆积，并 长时间保持较高的定位精度，防止错层。 如果没有高可靠性、高精度的数控系统是 无法实现的。数控技术的应用，是RP技术 能够产生并发展成熟必不可少的条件。
简述快速原型制造技术原理
简述快速原型制造技术原理快速原型制造技术是一种通过快速制作物理模型的技术，旨在通过快速迭代和快速测试，提高产品开发的效率和质量。
其原理主要包括三个方面：CAD设计、快速制造和快速测试。
CAD设计是快速原型制造技术的基础。
CAD（Computer-Aided Design，计算机辅助设计）是一种通过计算机生成、修改和优化设计方案的工具。
在快速原型制造中，利用CAD软件进行三维模型的设计，将产品的外形、结构和功能等要素转化为数字化的几何模型。
CAD设计不仅可以提高设计的精度和效率，还可以方便后续的快速制造和测试。
快速制造是快速原型制造技术的关键环节。
快速制造是指通过一系列的制造工艺，将CAD设计的数字模型转化为物理模型。
常见的快速制造技术包括3D打印、激光切割、喷墨打印等。
其中，3D打印是一种将数字模型直接转化为物理模型的技术，通过逐层堆积材料来构建三维物体。
激光切割则是利用激光束对材料进行切割，从而得到所需的形状。
喷墨打印则是利用喷头喷射墨水，逐层堆积形成物体。
这些快速制造技术具有制造速度快、成本低、制造精度高等优点，可以满足快速原型制造的需求。
快速测试是快速原型制造技术的重要环节。
通过快速制造得到的物理模型可以用于进行各种测试，以验证产品的设计和性能。
快速测试可以帮助设计师及时发现并修正设计中的问题，从而提高产品的质量和可靠性。
常见的快速测试方法包括功能测试、耐久性测试、可靠性测试等。
功能测试是验证产品是否符合设计要求的测试，通过对物理模型进行各项功能测试，可以评估产品的性能。
耐久性测试是评估产品在长期使用过程中的稳定性和可靠性，通过模拟实际使用环境对物理模型进行测试，可以预测产品的寿命和故障率。
可靠性测试是评估产品在各种异常情况下的可靠性，通过对物理模型进行各种极限测试，可以评估产品的极限性能和安全性。
快速原型制造技术通过CAD设计、快速制造和快速测试三个环节，实现了从数字模型到物理模型的快速转化，为产品开发提供了高效、低成本的解决方案。
快速原型制造的主要工艺方法
分层实体制造(laminated object manufacturing,LOM) 技术是继光固化成形工艺之后发展起来的又一种快速造型技 术。1984年美国的Michael Feygin提出了薄材叠层的方法, 并于1985年组建了Helisys公司,1992年推出第一台商用化的 分层实体制造设备LOM 1015。
快速原型制造技术
激光快速成形机
用激光快速成形机制作的产品零件
快速原型制造技术
1.2 选择性激光烧结法
选择性激光烧结(selective laser sintering,SLS)又称为激光选区烧结、粉末材料选择 性烧结等。1989年,美国Texas大学研究生C. 德卡 德提出了选择性激光烧结的思想,稍后组建了DTM 公司,于1992年推出了选择性激光烧结成形机。
2. 工艺特点 光固化成形快速原型技术的优点如下: 1)技术成熟,成形过程自动化程度高。 2)成形精度较高,尺寸精度可以达到或小于0.1mm(国内光固化成形精度为0.1~0.3mm)。 3)表面质量较好,零件强度和硬度高。 4)可制出形状特别复杂、尺寸比较精细的模型,特别是内部结构复杂的空心零件,能轻松 地一次成形。
1. 基本原理 光固化成形技术是基于液态光敏树脂的光聚合原理而工作的。这种液态材料在一定波长 (325nm 或355nm)和强度(w=10~400mW)的紫外光的照射下能迅速发生光聚合反应,分子量急 剧增大,发生相变,材料也就从液态转变成固态。
快速原型制造技术
光固化成形工艺原理图
快速原型制造技术
快速原型制造技术
1.3 熔融沉积制造法
熔融沉积制造(fused deposition modeling,FDM)又称丝状材料选择性熔覆、熔融挤出成 模或简称熔积成形,由美国学者斯科特·克伦普1988年研制成功,1991年由美国Stratasys公司开 发出商品化的机器。
快速成型技术
其在处理速度上都可以很好的满足需求，而且时间跨度不大，有利于实现产品开发的高速闭环反馈。 其二：集成化，快速成型技术使得设计环节和制造环节达到了很好的统一，我们知道在快速 成型的操作过程中，计算机中
的CAD模型数据会通过软件转化的方式，自动生成数控指令，依据数据的转化实现对于部件的合理加工。由此看来设计和 制造之间的鸿沟不再存在，达到了高度的集约化。 其三：适用性，快速成型技术，适翻分层技术制造工艺，将复杂的三维切成二维来处理，极大的简化了加工流程，在不存 在三维刀具的干涉的前提下，高效的处理好复杂的中空结构。无论是从理论上来讲，还是从实践上来讲，其技术的适用性 可以应对任何的复杂构件制造。 其四：可调整性，快速成型技术，即真正意义上的数字化系统，是制造业中的利器，我们操作员仅仅需要合理设置一下相 关的参数和属性， 就可以有针对性的处理好各种产品的样品制造和小批量生产；而且在此过程中，保证了成型过程的柔韧 性。 其五：自动化，快速成型技术，实现了完全的自动化成型，只要操作人员输入相关的参数,在不需要多少干涉的情况下，实 现整个过程的自动运行。
从技术发展角度看，计算机科学、CAD技术、材料科学、激光技术的发展和普及，为新的制造技 术的产生奠定了技术物质基础。
快速成型技术的工作原理
快速成型技术的工作原理快速成型技术（Rapid Prototyping Technology，RPT），也称为快速制造技术（Rapid Manufacturing Technology，RMT），是指采用计算机辅助设计（CAD）、数控加工（CNC）和分层制造技术（SLM）等手段，快速制作出具有复杂内部结构的三维实物模型或器件的一种先进制造技术。
快速成型技术主要包括三个方面的内容：现代制造方式、CAD技术和快速成型技术。
快速成型技术的工作原理是将设计图或CAD模型转为STL文件，再将STL文件通过计算机化控制系统控制加工设备的动作，并以逐层堆积、覆盖、切割、加压等方式将逐层依次进行制造，直至完成所需产品的加工制造。
其具体工作流程如下：1.设计阶段首先，使用计算机辅助设计（CAD）软件将所需产品的三维模型绘制出来。
CAD绘图是快速成型技术的关键环节，决定了产品的实际制造效果和制造成本，需要使用专业的CAD软件进行设计。
2.模型处理阶段CAD设计完成后，需要进行一系列的模型处理。
主要包括增补模型壳体、提高模型强度、修复模型错误等。
这一阶段的处理对制造成型的质量和效率有直接的影响。
3.数据修复阶段接下来进入数据修复阶段，对CAD绘制过程中的错误进行修复和清理，以确保STL文件的精度和准确性，避免在制造过程中出现数据错乱和失真等问题。
4.切片阶段STL文件经过数据处理后，需要切成非常小的层面，比如0.1mm，这个过程称为切片。
通过这个过程将模型切成多个水平层面形成多个切片。
每层镶嵌在一起就变成了整个模型。
5.加工阶段加工阶段就是将切片依次导入数控加工机中，喷射实现逐层累加和压实，也就是通常所说的“逐层堆叠”过程。
这个过程就是快速成型技术的核心技术。
6.后处理阶段最后的后处理阶段可以将产品进行研磨、喷漆、涂料处理等等。
完成整个产品制造的过程。
总之，快速成型技术极大地缩短了从概念到产品推向市场的时间。
快速成型技术的高效加工和制造过程为设计师提供更好的自由度，可以随意尝试和实验不同的设计方案，以最快的速度推向市场产品。
快速成型制造技术
Rapid Prototyping Manufacturing Technique
一、快速原型技术简介
快速成型(Rapid Prototyping) 是由三维 CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状 三维实体的总称。 它集成了CAD技术、数控技术、激光技 术和材料技术等现代科技成果，是先进制造 技术的重要组成部分。
立体光固化成型法原理图
二、RP 工艺方法简介
1.光固化法
Stereo Lithography Apparatus——SLA
SLA工艺的优点是精度较高，一 般尺寸精度可控制在0.01mm;表面质 量好;原材料利用率接近100%;能制造 形状特别复杂、精细的零件;设备市场 占有率很高。缺点是需要设计支撑;可 以选择的材料种类有限;制件容易发生 翘曲变形;材料价格较昂贵。 该工艺适合比较复杂的中小型零 件的制作。
（1）成型材料种类多， （1）成型速度快； 成型件强度高； （2）成型设备便宜。 （2）精度高，表面质 量好，易于装 配； （3）无公害，可在办 公室环境下进 行。
缺点
（1）需要支撑结构； （2）成型过程发生物 理和化学变化 ，容易翘曲变 形； （3）原材料有污染； （4）需要固化处理， 且不便进行。
紫外光快速成型机的工作原理
三、SCPS350紫外光快速成型机及制作过程 (1)基本原理
光敏树脂快速成型中激光束按照 数控指令扫描，工作平台容器内液态 光敏树脂逐层固化并粘结在一起。从 最底层开始，逐层固化，生成三维原 形实体。工作台每次下降高度即为分 层厚度，分层越薄，加工出的零件的 精度越高。
激光头 热压辊 涂覆纸
工件
4.分层实体制造
Laminated Object Manufacturing——LOM
模具快速制造技术
模具快速制造技术模具是工业制造中不可或缺的一环。
它是将原材料经过加工和成型，用来制造各类产品所必需的工具。
随着科技的不断进步，模具制造技术也在不断革新。
其中，模具的快速制造技术是当前最为热门和前沿的技术之一。
一、快速制造技术的概念和特点快速制造技术（Rapid Tooling）是相对于传统模具制造方法而言的一种新型模具制造技术。
它是以电脑辅助制造技术（CAD/CAM）为基础，将设计好的三维模型转化为实体模具的方法。
与传统模具制造方法不同的是，快速制造技术的模具制造时间更短，成本更低廉，且可以制造高精度、复杂度更高的模具。
二、快速制造技术的分类根据快速制造技术的基本原理和应用范围，可将快速制造技术分为以下几类：1. 真空吸塑快速制造技术：真空吸塑快速制造技术是利用一些特殊的硅胶、塑料材料制作模具，之后利用真空吸塑技术快速制作出各种小尺寸的零件模具。
这种技术可以用于制作一些复杂形状、大批量、高质量且设计要求高的低压模具。
2. 烧结金属粉末快速制造技术：烧结金属粉末快速制造技术是指利用烧结工艺将金属粉末制成具有一定强度的模具，然后进行加工成型。
这种技术可以制造出复杂形状、高强度的大型模具。
3. 3D打印快速制造技术：3D打印快速制造技术是指将设计好的三维模型通过3D打印技术逐层输出制作模具的方法。
这种技术制造时间短、成本低、且具有一定的精度和表面质量。
4. 清模快速制造技术：清模快速制造技术是指通过复制已有的模具，并改变模具结构，以适应新的设计要求和工艺流程的方法。
这种技术可以省去制作新模具的时间和成本。
三、快速制造技术的应用领域快速制造技术广泛应用于各个行业，例如汽车、电子、医疗器械、航空等领域。
在汽车制造领域，快速制造技术可以进行模具造型、检具制作、模具试验和检验等工作。
可以快速制造出汽车大灯、排气管、座椅等各类零部件的模具。
在电子行业，快速制造技术可以利用3D打印技术快速制作出手机、电脑等各类产品的外壳，提高产品开发的速度和灵活性。
四种常见快速成型技术
四种常见快速成型技术FDM丝状材料选择性熔覆 Fus ed Dep osi tion Mod eling 快速原型工艺是一种不依*激光作为成型能源、而将各种丝材加热溶化的成型方法,简称FDM。
丝状材料选择性熔覆的原理室,加热喷头在计算机的控制下,根据产品零件的截面轮廓信息,作X-Y平面运动。
热塑性丝状材料如直径为1.78m m的塑料丝由供丝机构送至喷头,并在喷头中加热和溶化成半液态,然后被挤压出来,有选择性的涂覆在工作台上,快速冷却后形成一层大约0.127mm厚的薄片轮廓。
一层截面成型完成后工作台下降一定高度,再进行下一层的熔覆,好像一层层"画出"截面轮廓,如此循环,最终形成三维产品零件。
这种工艺方法同样有多种材料选用,如ABS塑料、浇铸用蜡、人造橡胶等。
这种工艺干净,易于操作,不产生垃圾,小型系统可用于办公环境,没有产生毒气和化学污染的危险。
但仍需对整个截面进行扫描涂覆,成型时间长。
适合于产品设计的概念建模以及产品的形状及功能测试。
由于甲基丙烯酸ABS M AB S 材料具有较好的化学稳定性,可采用加码射线消毒,特别适用于医用。
但成型精度相对较低,不适合于制作结构过分复杂的零件。
FD M快速原型技术的优点是：1、操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。
2、工艺干净、简单、易于材作且不产生垃圾。
3、尺寸精度较高,表面质量较好,易于装配。
可快速构建瓶状或中空零件。
4、原材料以卷轴丝的形式提供,易于搬运和快速更换。
5、材料利用率高。
6、可选用多种材料,如可染色的A BS和医用A BS、PC、PP SF等。
FDM快速原型技术的缺点是：1、做小件或精细件时精度不如SLA,最高精度0.127mm。
2、速度较慢。
SL A敏树脂选择性固化是采用立体雕刻Stereo litho gra phy原理的一种工艺,简称SLA,也是最早出现的、技术最成熟和应用最广泛的快速原型技术。
在树脂液槽中盛满液态光敏树脂,它在紫外激光束的照射下会快速固化。
快速原型制造技术的步骤和特点
快速原型制造技术的步骤和特点快速原型制造技术是一种利用先进的制造技术和工具，快速制作产品的方法。
它通过快速制造出产品的原型，帮助设计师和工程师在产品开发过程中进行验证和测试，从而加快产品的开发和改进速度。
在快速原型制造技术中，主要包括以下几个步骤和特点。
一、快速原型制造技术的步骤：1. 制定设计需求：在开始快速原型制造之前，需要明确产品的设计需求，包括产品的功能、外观、尺寸等方面的要求。
2. 设计原型模型：根据设计需求，设计师使用计算机辅助设计软件（CAD）制作产品的三维模型。
3. 选择制造方法：根据产品的特点和制造要求，选择适合的快速原型制造方法，如3D打印、激光切割、数控加工等。
4. 材料选择和准备：根据所选制造方法的要求，选择适合的材料，并进行材料的处理和准备工作。
5. 制造原型模型：根据设计的三维模型和所选的制造方法，使用相应的工具和设备进行快速制造，制作出产品的原型模型。
6. 修整和处理：制造完成后，对原型模型进行修整和处理，使其达到设计要求的尺寸、形状和表面光滑度。
7. 验证和测试：制造完成的原型模型需要进行验证和测试，检查其是否满足设计需求，并进行必要的调整和改进。
8. 完善和优化：根据验证和测试的结果，对原型模型进行完善和优化，使其更符合产品的要求和市场需求。
9. 生产批量化：在验证和优化完成后，根据原型模型进行生产批量化，制造出符合要求的产品。
二、快速原型制造技术的特点：1. 快速性：快速原型制造技术可以在较短的时间内制作出产品的原型模型，缩短了产品开发周期，提高了开发效率。
2. 灵活性：快速原型制造技术可以根据设计需求的变化进行快速调整和改进，灵活适应不同的设计要求。
3. 成本效益：相比传统的制造方法，快速原型制造技术可以节省成本，减少材料和设备的浪费，提高了产品的经济效益。
4. 可定制化：快速原型制造技术可以根据客户的需求进行定制化生产，满足不同客户的个性化需求。
5. 创新性：快速原型制造技术可以帮助设计师和工程师实现创新设计和构思，促进产品的技术创新和市场竞争力。
快速成型技术的种类
快速成型技术的种类
快速成型技术是一种以数字化模型为基础，通过逐层堆积材料，实现快速制造物品的技术。
快速成型技术的种类很多，常见的有以下几种：
1. 光固化快速成型技术：通过紫外线或激光束照射光敏树脂，使其固化成所需形状。
2. 喷墨式快速成型技术：通过喷墨头控制液体喷射，将粉末材料逐层喷涂并加固。
3. 熔融沉积式快速成型技术：将金属丝或粉末熔化，通过火焰或电弧喷射，逐层沉积成型。
4. 熔化层压式快速成型技术：将塑料或金属粉末加热或熔化，通过喷嘴或挤出机，逐层堆叠并加固。
5. 粉末烧结式快速成型技术：将粉末压缩成形，然后通过高温处理或激光束烧结，实现快速成型。
以上是常见的几种快速成型技术，它们各有优劣，可以根据具体需求选择合适的技术。
- 1 -。
几种典型的快速成型技术
2.急冷系统的作用
由以上分析可知，急冷系统的作用如下： (1)裂解气经急冷处理，降低了裂解气的温度，确保压缩系统顺利运 行，同时降低了后续压缩机的功耗。 (2)裂解气经急冷处理，尽可能分离出裂解气中的轻、重组分，占裂 解气质量分率3.5%左右，降低进入压缩系统的进料负荷。 (3)在裂解气急冷过程中，将裂解气中的水蒸气以冷凝水的形式分离 回收，用以在发生稀释水蒸气，从而大大减少污水排放量。 (4)在裂解气急冷过程中通过间接急冷回收了相当一部分高位显能， 在间接急冷中回收低位热能。通常由间接急冷器产生高压蒸汽，由直 接急冷系统发生稀释蒸汽。
一个比较完整的快速成型技术的技术体系包含CAD 造型、反求工程、数据转换、原型制造以及物性转换等基 本环节。
1.三维CAD造型 三维造型包括实体造型和曲面造型。利用各种三维CAD
软件进行几何造型,得到零件的三维CAD数学模型，这是 快速成型制造技术的重要组成部分，是获得初始信息的最 常用方法，也是制造过程的第一步。
一般的裂解气高位热能回收均采用单级急冷锅炉（如SRT裂解技术）。 单级急冷固然有其优越性，但要在一台急冷锅炉中同时完成两个任务--快 速终止二次反应和尽可能多地回收高位热能，既有矛盾又有一定难度。因 而，为了回收更多的高能位热量，近年来有些裂解技术（如毫秒火炉裂解 技术）相继采用了二级急冷技术。二级急冷技术是把裂解气在第一急冷锅 炉内的温度降至600～650℃以下，然后在第二急冷锅炉内，回收裂解气 热量，裂解气急冷到300～400℃后进入汽油分馏塔。这样，即使至操作 后期，换热管处有较厚的焦也不会使急冷锅炉系统的阻力降上升过高、过 快，从而可以延长操作周期。当裂解减压柴油等重质原料时，由于结焦物 浓度较大、结焦速度较快，所以一般不使用第二急冷锅炉。
快速原型制造技术快速成形原理及特点
成型过程示意图
快速原型制造技术快速成形原理及 特点
• 快速成型工艺的优势：
------使模型或模具的制造时间缩短数倍甚至数十倍，大大缩 短新产品研制周期；
------使复杂模型的直接制造成为可能，提高了制造复杂零件 的能力；
------可以及时发现产品设计的错误，做到早找错、早更改， 避免更改后续工序所造成的大量损失，显著提高新产品 投产的一次成功率；
快速成型的基本过程：
→→→首先设计出所需零件的计算机三维模型（数字模型、 CAD模型）
→→→按照一定的规律将该模型离散为一系列有序的单元， 通常在Z向将其按一定厚度进行离散（习惯称为分 层），把原来的三维CAD模型变成一系列的层片
→→→再根据每个层片的轮廓信息，输入加工参数，自动生 成数控代码
→→→最后由成形系统成形一系列层片并自动将它们联接起 来，得到一个三维物理实体。
快速原型制造技术快速成形原理及 特点
三、快速成型机及成形方法：
1、快速成形机 快速成形机是分层叠加成形(包括截面轮廓
制作和截面轮廓叠合)的基本设备。 成形机都是基于“增长”成形法原理，即用一
层层的小薄片轮廓逐步叠加成三维工件。其差别 主要在于薄片采用的原材料类型，由原材料构成 截面轮廓的方法，以及截面层之间的连接方式。
------使设计、交流和评估更加形象化，使新产品设计、样品 制造、市场定货、生产准备、等工作能并行进行，支持 同步（并行）工程的实施；
------节省了大量的开模费用，成倍降低新产品研发成本。
快速原型制造技术快速成形原理及 特点
• 自1986年出现至今，短短十几年，世界上已有大约二十多 种不同的成型方法和工艺，其中比较成熟的有SLA、SLS、 LOM和FDM等方法。其成形原理分别介绍如下：
快速成型技术的种类
快速成型技术的种类
快速成型技术是一种通过计算机辅助设计和制造的方法，可以快速制造出复杂的三维模型。
这种技术已经被广泛应用于各种领域，包括汽车、医疗、航空航天等。
本文将介绍几种常见的快速成型技术。
1. 光固化技术
光固化技术是一种通过紫外线或激光束将液态光敏树脂固化成固体的方法。
这种技术可以制造出非常精细的模型，适用于制造小型零件和精密零件。
光固化技术的优点是制造速度快，精度高，但成本较高。
2. 熔融沉积技术
熔融沉积技术是一种通过将熔融材料喷射到建模平台上，逐层堆积成三维模型的方法。
这种技术适用于制造大型零件和复杂零件。
熔融沉积技术的优点是制造速度快，成本低，但精度较低。
3. 熔融层压技术
熔融层压技术是一种通过将熔融材料喷射到建模平台上，然后用热压力将其压缩成固体的方法。
这种技术适用于制造大型零件和复杂零件。
熔融层压技术的优点是制造速度快，成本低，精度高。
4. 粉末烧结技术
粉末烧结技术是一种通过将金属或陶瓷粉末喷射到建模平台上，然后用激光束或电子束将其烧结成固体的方法。
这种技术适用于制造金属和陶瓷零件。
粉末烧结技术的优点是制造速度快，成本低，精度高。
快速成型技术已经成为现代制造业中不可或缺的一部分。
随着技术的不断发展，这些技术将会越来越成熟，应用范围也会越来越广泛。
快速原型制造技术
（1）工控机：用于接收和存储工件的三维模型，对模型 进行分层处理，发出控制指令。
（2）卷筒材料送放装置：将存储于其中的材料逐步送到 工作台的上方，并通过热压系统将一层层材料粘合在一起。
（3）激光切割系统：按照计算机提取的截面轮廓，逐层 在材料上切割出轮廓线，并将无轮廓区切割成小方网格。 网格的大小根据被成形件的形状复杂程度选定，网格愈小， 愈容量剔除废料，但成形花费的时间较长。
*：激光束光斑直径一般为0.05~3.00nm，激光位置精 度可达0.008nm，重复精度可达0.13mm。
（2）激光束扫描装置
数字控制的激光束扫描装置有两种形式： 一种是电流计驱动式的扫描镜方式，最 高扫描速度达15m/s，适合于制造尺寸较 小的原型件；另一种是 X－Y绘图仪方式， 激光束在整个扫描过程中与树脂表面垂 直，适合于制造大尺寸的原型件。
（3）光敏树脂
SLA工艺的成形材料是液态光敏树脂，如环氧树脂、乙烯 酸树脂、丙烯酸树脂等。
要求SLA树脂在一定频率的单色光照射下迅速固化，并具 有较小的临界曝光和较大的固化穿透深度。为保证原型精 度，固化时树脂的收缩率要小，并应保证固化后的原型有 足够的强度和良好的表面粗糙度，且成形时毒性要小。
一、光固化成形工艺——概述
光固化成形工艺，也称立体 光刻（SLA）或立体造型等， 于1984年由Charles Hull提 出并获美国专利，1988年 美国3D System公司推出世 界上第一台商品化RP设备 SLA-250。以光敏树脂为原 料，通过计算机控制紫外激 光使其固化成形，自动制作 出各种加工方法难以制作的 复杂立体形状，在制造领域 具有划时代的意义。目前 SLA工艺已成为世界上研究 最深入、技术最成熟、应用 最广泛的一种快速原型制造 方法。
快速成型制造技术
快速成型制造技术特种加工技术是先进制造技术的重要组成部分，是衡量一个国家制造技术水平和能力的重要标志，在我国的许多关键制造业中发挥着不可替代的作用。
采用特种加工技术可以加工特殊材料，且加工中无切削力，能够进行微细加工及复杂的空间曲面成形，所以能够解决航空航天、军工、汽车、模具、冶金、机械等工业中的关键技术难题，从而逐步形成新兴的特种加工行业。
特种加工技术主要包括电加工技术、高能束流加工技术、快速成型制造技术等，其中以快速成型制造技术对现代制造业的影响最为重大。
快速成型制造技术(Rapid Prototyping Manufac?turing，RPM)，就是根据零件的三维模型数据，迅速而精确地制造出该零件。
它是在20世纪80年代后期发展起来的，被认为是最近20年来制造领域的一次重大突破，是目前先进制造领域研究的热点之一。
快速成型制造技术是集CAD技术、数控技术、激光加工、新材料科学、机械电子工程等多学科、多技术为一体的新技术。
传统的零件制造过程往往需要车、钳、铣、磨等多种机加工设备和各种夹具、刀具、模具，制造成本高，周期长，对于一个比较复杂的零件，其加工周期甚至以月计，很难适应低成本、高效率的加工要求。
快速成型制造技术能够适应这种要求，是现代制造技术的一次重大变革。
快速成型产品随着CAD建模和光、机、电一体化技术的发展，快速成型技术的工艺方法发展很快。
目前已有光固法(SLA)、层叠法(LOM)、激光选区烧结法(SLS)、熔融沉积法(FDM)、掩模固化法(SGC)、三维印刷法(TDP)、喷粒法(BPM)等10余种。
1、光固化立体造型(Stereolithography，SLA)该技术以光敏树脂为原料，将计算机控制下的紫外激光，以预定零件各分层截面的轮廓为轨迹，对液态树脂逐点扫描，由点到线到面，使被扫描区的树脂薄层产生聚合反应，从而形成零件的一个薄层截面。
当一层固化完毕，升降工作台移动一个层片厚度的距离，在原先固化好的树脂表面再覆盖一层新的液态脂以便进行新一层扫描固化。
快速成型制造技术(RPM)
IM
PRM技术的特点
仅需改变CAD模型，重 新调整和设置参数即可 生产出不同形状的零件 模型。
•从CAD数模或实体反求获 得的数据到制成原形，一 般仅需要数小时或十几小 时，速度比传统成型加工 方法快的多
高柔性
快速性
自由成型性
设计制造一体 化
快速模具（RT ）制造主要用于 制造铸造模具和 塑料模具。 分为：间接制模 和直接制模 .
RPM技术的发展趋势
新工艺与 装备的开 发
新型材料 的研究
成型 材料
成型材料的系 列化标准化
成型工 艺及软 件
第三方软 件的开发
成型精度 的研究
LOGO LOGO
•CAD模型直接驱动， 设计制造高度一体化
• 无需使用模具，夹具
• 能够制造任意复杂原型
精度不如传统加工:数据模型分层处理时不可避免的一些数据丢失外加 分层制造必然产生台阶误差，堆积成形的相变和凝固过程产生的内应 力也会引起翘曲变形，这从根本上决定了RP造型的精度极限
PRM技术的常用工艺
典型快速成型工艺
国际上首台快速成形机于1987年诞生于美 国，是由美国3DSystems公司制造的快速 成形系统SLA-1，采用立体光刻法的快速成 形制造系统（RPMS）。
Step 2
Step 1
RPM技术的原理
快速成形制造技术
名词解释
它是一种基于离散 堆积成形思想的新型 成形技术，是综合利 用CAD技术、数控技 术、激光加工技术和 材料技术实现从零件 设计到三维实体原型 制造一体化的系统技 术
RPM的 工艺 RPM 的特点 RPM原理
PRM技术的发展
第3.5节-快速成型制造技术
叠层制造的基本原理
3.5 快速原型制造技术
表面或 立体模型 生成STL文 件格式 制作原型 的过程： 固化树脂 切割薄片 烧结粉末 材料熔覆 材料喷洒
去除支架
构建支撑( 需要时)
清理表面
固化处理
将模型 分层切片( 需要时)
制成的零件原型
快速原型的加工过程
3.5 快速原型制造技术
快速成型的一般工艺过程原理如下： 1.三维模型的构造。 在 三 维 CAD 设 计 软 件 （ 如 Pro/E 、 UG 、 SolidWorks、SolidEdge等）中获得描述 该零件的CAD文件。
3.5 快速原型制造技术
由于分层，破坏了切片方向CAD模型 表面的连续性,不可避免地丢失了模型的 一些信息,导致零件尺寸及形状误差的产 生。切片层的厚度直接影响零件的表面 粗糙度和整个零件的型面精度。
3.5 快速原型制造技术
分层后所得到的模型轮廓是近似的, 而层层之间的轮廓信息已经丢失,层厚大, 丢失的信息多,导致在成型过程中产生了 型面误差。为提高零件精度,应该考虑更 小的切片层厚度。
3.5 快速原型制造技术
三 快速原型技术的应用领域 1）设计验证 2）功能验证 3）可制造性、可装配性检验 4）非功能性样品制作 5）快速制模技术
3.5 快速原型制造技术
四 成形材料 成形材料是快速原型技术发展的关 键。它影响原型的成形速度、精度和物 理、化学性能，直接影响到原型件的应 用范围和成形工艺设备的选择。新的快 速原型工艺的出现往往与新材料的应用 有关。
3.5 快速原型制造技术
2.三维模型的离散处理。 通过专用的分层程序将三维实体模 型分层（图3-2b），通过一簇平行平面 沿制作方向与CAD模型相截,所得到的截 面交线就是薄层的轮廓信息,而实体信息 是通过一些判别准则来获取的。
机械前沿新技术介绍
机械前沿新技术介绍
随着科技的不断发展，新的机械技术也在不断涌现。
这些新技术不仅提高了机械的效率和性能，还为生产、制造和维修等领域带来了全新的可能性和机遇。
下面就让我们一起了解一些机械前沿新技术吧。
1. 3D打印技术
3D打印技术是一种快速制造技术，它可以通过数字化设计和打印技术将设计图形直接转化为实物。
这种技术可以实现快速制造、定制化生产、零部件快速替换等优势。
目前，该技术已经广泛应用于航空航天、汽车、电子、医疗等领域。
2. 机器人技术
机器人技术是一种能够模拟人类工作的机械技术。
随着人工智能和控制技术的不断发展，机器人技术已经越来越广泛地应用于制造、物流、服务等领域。
它能够提高生产效率、缩短交货周期、降低劳动强度等。
3. 智能化制造技术
智能化制造技术是一种将数控技术、自动化技术、传感器技术、物联网技术等综合应用的新型制造技术。
它可以实现生产过程的全程自动化、数字化、网络化，减少人工操作，提高生产效率和品质。
4. 虚拟现实技术
虚拟现实技术是一种基于计算机技术和三维图形技术的新型人
机交互技术。
它可以实现以虚拟的方式模拟真实世界的场景和环境，从而为机械设计、维修等领域提供更加直观的体验和操作。
总之，随着科技的不断发展，机械前沿新技术也在不断涌现。
这些新技术的应用将会为机械产业带来更多的机遇和挑战。
快速制造工艺技术
快速制造工艺技术快速制造工艺技术（Rapid Manufacuring Technology）是现代制造技术的一种重要分支，指的是通过计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）和三维打印等先进技术，快速制造出产品原型或最终产品的一种方法。
它的出现，极大地加速了产品的开发周期，降低了成本，并提高了制造的灵活性。
快速制造工艺技术的核心是快速成型技术（Rapid Prototyping Technology，简称RPT），它是一种可以快速制造出产品原型的技术过程。
它采用了从三维计算机模型中直接生成实物模型的方法，减少了传统制造过程中的多个中间环节，并且可以根据需要快速调整产品设计，大大节省了时间和资源。
常见的快速成型技术包括快速原型技术（Rapid Prototyping，简称RP）、三维打印、激光烧结和数控机床等。
快速制造工艺技术的优势主要体现在以下几个方面:首先，快速制造工艺技术可以大幅度缩短产品的开发周期。
传统的制造方式需要经过多个繁琐的流程，从产品设计到最终成品可能需要数周或数月的时间。
而通过快速制造工艺技术，可以在短短几天或几个小时内制造出产品原型，大大加快了产品的开发速度。
其次，快速制造工艺技术可以降低制造成本。
传统的制造过程需要定制模具、开设生产线等大量投入，而这些投入在产品原型制造过程中几乎可以省去。
快速制造工艺技术通过直接从计算机模型中生成实物模型，避免了定制模具的费用，大大降低了制造成本。
此外，快速制造工艺技术还可以提高产品的制造灵活性。
由于快速制造工艺技术可以根据需要快速调整产品设计，因此对于小批量定制和个性化产品制造来说，具有明显的优势。
同时，快速制造工艺技术还可以在产品设计、制造和测试过程中提供实时的反馈和修正，帮助制造商不断改进产品的性能和品质。
当然，在应用快速制造工艺技术时，还需要注意一些问题。
首先是材料的选择，不同的快速制造工艺技术需要使用不同的材料，而且对材料的性能有一定要求。
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目录第1章快速制造技术 (1)1.1 快速制造技术概念 (1)1.2 快速制造技术的原理 (1)1.3 快速制造的特点 (1)第2章快速制造技术主要应用 (2)2.1 复杂内腔结构金属零件的快速制造 (2)2.2 基于层合速凝技术的陶瓷件快速成型 (3)2.3 工业机器人在快速制造原型技术中的应用 (3)2.4 航天制造领域的应用 (4)第3章快速制造技术之熔融沉积制造技术概述 (5)3.1 复合式路径填充算法的熔融沉积制造 (5)3.2 熔融沉积快速成型软件系统的开发 (6)3.3 熔融沉积快速成型工艺的精度分析及对策 (6)3.4 熔融沉积快速成型系统喷头应用现状分析 (9)3.4.1 柱塞式喷头 (9)3.4.2 螺杆式喷头 (9)3.4.3 螺杆式挤出塑化双喷头 (10)3.5 国内外设备发展状况 (10)第4章快速制造技术的发展方向 (11)参考文献 (12)快速制造技术的发展与应用摘要本文主要介绍了快速制造的概念、它的发展过程、工作原理、生产的方法、与传统生产相比所体现出的特点、快速制造技术在各行业领域中的生产应用并介绍了一些大学教授、专家和学者的研究发明成果，同时本文还着重介绍了快速制造中的一项关键技术熔融沉积技术，概述了熔融沉积技术的发展现状，国内外制造的设备以及存在的问题和解决办法，最后给出了未来快速制造技术的发展方向,所需要研究的内容和需要开发的软件。
关键字：快速制造；应用；熔融沉积；发展方向第1章快速制造技术1.1 快速制造技术概念快速制造(Rapid Manufacturing,RM) 技术的发展源于快速成形制造(RPM) 技术，自20 世纪80 年代问世以来，一直保持着迅速发展的势头，进入21 世纪，其发展更加为人们所重视，并被称为快速制造。
它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身, 可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件, 从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。
快速成形技术就是利用三维CAD的数据, 通过快速成型机, 将一层层的材料堆积成实体原型。
利用快速成形制造的方法直接制造三维金属零件是当前国际快速原型技术研究的热点之一，其研究的目标是生产制造小批量且具有复杂形状和较高使用性能的功能零部件。
具有权威性的Wohlers报告中预测，21世纪快速制造技术将会逐渐占据快速成形制造技术应用领域的主导地位。
1.2 快速制造技术的原理快速制造技术的原理是快速成形技术是在计算机控制下, 基于离散、堆积的原理采用不同方法堆积材料, 最终完成零件的成形与制造的技术。
从成形角度看, 零件可视为点或面的叠加。
从CAD 电子模型中离散得到几何信息, 再与成形工艺参数信息结合, 控制材料有规律、精确地由点到面, 由面到体地堆积零件。
从制造角度看, 它根据CAD 造型生成零件三维几何信息, 控制多维系统, 通过激光束或其他方法将材料逐层堆积而形成原型或零件。
图1 熔融沉积快速成型原理1.3 快速制造的特点快速成型技术自问世以来，在短短的十几年时间里发展迅速，表现出极强的生命力，与传统的加工方法相比具有诸多的优势，其特点主要表现为：（1）快速性从CAD设计到完成原型制作通常只需数小时至几十个小时，与传统的加工方法相比，加工周期节约70%以上，对复杂零件尤其如此。
（2）低成本与产品复杂程度无关，一般制造费用降低50%，特别适用于新产品的开发和单件小批量零件的生产。
（3）材料的广泛性快速成型所用的材料不限，各种金属和非金属材料均可使用，可以制造树脂类、塑料类、纸类、石蜡类、复合材料以及金属材料和陶瓷材料的原型。
（4）适应性强适应于加工各种形状的零件，制造工艺与零件的复杂程度无关，不受工具的限制，可实现自由制造，原型的复制性、互换性高；尤其在加工复杂曲面时，更能体现出它的优越性，这是传统所无法比拟的。
（5）高柔性采用非接触加工的方式，无需任何夹具，即可快速成型出具有一定精度和强度、满足一定功能的原型和零件。
若要修改零件，只需要修改CAD模型即可，特别适用于单件小批量生产。
（6）快速制造技术是集计算机、CAD/CAM、数控、激光、材料和机械等于一体的先进制造技术，整个生产过程实现自动化、数字化，可以随时制造、随时修改，实现设计制造一体化。
第2章快速制造技术主要应用快速制造作为一种新的生产模式，可分为直接快速制造与间接快速制造两大类。
其中，直接快速制造指的是通过快速制造直接完成功能零件或具有完全功能的结构件；间接快速制造是指通过RM 完成工、模具制造，再采用工模具进行零件的制造，又称快速工模具制造（Rapid Tooling，R T）。
快速成型技术问世以来，已实现了相当大的市场。
该技术通过与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段结合，已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段，在航空航天、汽车摩托车、家电等领域得到了广泛应用。
2.1 复杂内腔结构金属零件的快速制造很多零件具有复杂的内腔构造, 如发动机部件中的气道、冷却水道、油路, 液压件中的油道, 阀体中的管路等。
这些复杂内腔结构的成形方法有多种,其中通过砂芯组合整体铸造是较为常用和成熟的方法。
传统的砂芯制作是通过开模、射芯和组芯等工艺完成的。
缺点是对于复杂的砂芯必须先分拆成相对简单的砂芯单元, 再通过组合的方式复原, 这样不仅降低了砂芯的精度,也增加了模具的件数和成本。
对于单件小批量或是交货期要求非常短的复杂铸件,模具的制造周期和成本费用也成为突出的问题。
然而运用快速制造方法可通过激光烧结制造复杂砂芯从而实现复杂内腔零件快速制造的方法, 简称激光制芯技术。
它的最大特点是砂芯的成形过程与复杂程度无关, 不用制作模具, 制造周期短, 特别适合于单件小批量复杂铸件的生产和新产品的试制。
激光制芯采用选区激光烧结原理,利用远红外激光将铸造覆膜砂根据砂芯或砂模的分层截面形状逐层烧结固化,得到与三维CAD 数据一致的砂芯或砂模。
由于成形过程将三维加工转换为二维的叠加, 因此不受几何形状的约束, 也不需要模具和其他工装, 是一种直接、柔性和快速的成形方法。
2.2 基于层合速凝技术的陶瓷件快速成型结合快速原型制造技术的原理提出了一种新的陶瓷制件快速成型技术, 即层合速凝快速成型技术。
该技术特别适用于复杂陶瓷制件的快速制造, 具有高效率、高精度、低成本等特点。
陶瓷零件的传统制造方法是通过注浆成形、注射成形、挤出成形、等静压成形等方法成形后烧结、加工而制得的。
用这些方法制造陶瓷零件一般需要先制出模型及模具, 对简单陶瓷零件的制造较为方便, 制约了复杂陶瓷零件的生产,而且制造速度较慢, 难以实现精密、快速及个性化制造。
陕西科技大学王秀峰教授等提出了层合速凝成型陶瓷零件的技术,先用分层软件对零件的三维实体模型分成( 0.1—2.0) mm 的一系列薄层, 得到每层的形状, 然后在工作台上铺一层支撑材料, 计算机控制刻刀按分层的图案刻出该层轮廓, 并在镂空处填充成型材料, 重复累加之后去除支撑并烧结, 最终形成陶瓷制件，用该技术制得的陶瓷制件不仅可以获得良好的质量及性能, 而且成本较低, 具有较好的推广及应用价值。
层合速凝技术特别适用于复杂形状和尺寸的陶瓷件的制作, 利用该技术成形陶瓷器件自动化程度高, 生产周期短, 成本低, 产品开发和制造效率高, 弥补了当前快速原型制造陶瓷件的不足。
该技术可用于成形单相的、复合的、水敏感性的和不敏感性的等多种陶瓷体系, 所成形的陶瓷器件有机物含量低、密度大,强度高, 内部均匀性好, 坯体烧结时收缩率小, 尺寸精确。
在生产过程中, 我们可以通过更换陶瓷粉的种类来实现不同陶瓷材料制件的生产, 甚至于生产高性能的陶瓷材料制件( 如SiC、Si3N4 等)。
2.3 工业机器人在快速制造原型技术中的应用在过去的十几年, 考虑缩短产品的开发时间、提高设备的功能性以及环境和谐性和产品质量, 研究人员已经构筑了多种机器人快速原型系统。
香港大学陈永华教授开发的面向大型制件的机器人快速原型系统, 该系统具有7自由度, 工作空间为m4⨯⨯, 可以制作许多大型零件如船模。
2003年H suan-kuan H uang2m2m等开发的基于双机器人的快速灵活原型制造系统, 主要是为了克服单机器人不能到达的区间及在机器人奇异点位置如何加工的问题,该作者还比较了单机器人系统和双机器人系统的工作情况。
图2 机器人快速原型制造系统基于工业机器人的快速原型制造系统一般由计算机、机器人、控制柜、工作台以及加工工具几部分组成,不管是材料堆积成形还是材料去除成形的原型系统, 都是根据零件的CAD模型, 生成符合机器人轨迹特点的CAM多轴加工轨迹, 以及通过自行开发的软件进行数据转化, 把CAM 加工路径转化为机器人加工路径。
基于工业机器人的快速制造原型技术是一个很复杂的任务, 既要考虑零件的复杂形状, 又要考虑不同材料的特性, 同时还有加工刀具的选择。
面临的主要问题有加工的原型精度、有限的材料种类和力学性能。
随着快速制造原型技术和工业机器人技术的飞速发展, 特别是工业机器人技术的发展, 比如工业机器人末端执行器重复定位精度的提高及负载能力的提高, 必将导致工业机器人在快速原型技术中的应用越来越广泛。
2.4 航天制造领域的应用对于系统结构复杂，同时又是难加工材料（如高温合金、钛合金、硬质合金等）的新产品来说，用传统的加工方法无法制造，但又必须满足进入市场的快速响应要求，如何突破新产品研制周期短，保证高质量是关键。
快速制造技术恰好顺应了新产品研制的系列技术需求。
在众多快速制造技术中，激光直接制造（Direct Laser Fabrication，简称DLF）技术和选区激光熔化（Selective Laser Melting，简称SLM）技术是目前国际制造技术领域中一组新兴的先进快速成形技术之一，符合当今的“绿色制造”理念。
由于激光直接制造技术和激光选区熔化技术具有各自独到的技术特点，所以在国内外军、民用航空发动机特殊材料、复杂结构部组件的研制中，有着举足轻重的作用，并取得了很好的应用效果。
此外，快速制造技术还可以运用于医学领域，利用快速成型技术制作人体器官模型具有极大的应用价值；在文化艺术领域快速制造可用于艺术创作、文物复制、数字雕塑等；快速制造也带动了家电行业的迅猛发展。
第3章快速制造技术之熔融沉积制造技术概述快速成形过程中使用的热源有激光束、普通光束、电子束、离子束及普通加热热源等，其中激光是目前使用较多的加工能源之一。
快速成形制造技术的成形方法多达30 余种，目前应用较多的有立体光固化成形、熔融沉积制造、激光选区烧结、激光选区熔化和叠层实体制造等。