第六章先进制造工艺技术

6.1.1 物体的成形方法 6.1.2 先进制造工艺技术的定义与内容
6.1.1 物体的成形方法
制造工艺技术是改变原材料的形状、尺寸、 性能或相对位置，使之成为成品或半成品 的方法和技术。制造工艺技术也称为制造 过程技术。其实质是与物料处理过程相关 的各项技术。 典型的物料处理过程是机械产品的制造过 程。 机械制造过程的组成如图6-1所示。
优质
高效 低耗 清洁 灵活
6.1.2 先进制造工艺技术的定义与内容
3. 先进制造工艺技术的内容
按处理物料的特征分 有以下四个方面：
1）精密、超精密加工技术 指对工件表面材料进行去除， 使工件的尺寸、表面性能达到产品要求所采取的技术措施。 当前，纳米加工技术代表了制造技术的最高精度水平。
表6-1 精密加工的尺寸精度和表面粗糙度
零件制定工艺操作规程，也无需准备专用夹具和工具，RPM 技术制造一个零件的全过程远远短于传统工艺相应过程， 使得RPM技术尤其适合于新产品的开发，显示了其适合现代 科技和社会发展的快速反应的特征和时代要求。
6.2.2 RPM技术的原理与特点
5）分层制造（ LM ）
LM 是将复杂的三维加工
分解成一系列二维层片的加工， 着重强调层作为制造单元的特 点，每层可采取更低维单元进 行累加或高维单元进行加工得 到。
6.1 先进制造工艺技术的内涵 6.2 快速成形技术 6.3 高能束加工技术 6.4 超精密加工技术 6.5 微纳制造 6.6 生物制造
第 6 章 提要
先进制造工艺技术是先进制造技术的核心。 随着越来越激烈的市场竞争，制造业的经营 战略不断发生变化，生产规模、生产成本、 产品质量、市场响应速度相继成为企业的经 营核心。 为此，要求制造技术必须适应这种变化，促 使一种优质、高效、低耗、清洁和灵活的制 造工艺技术的形成。 因而，先进制造工艺技术是在不断变化和发 展的传统机械制造工艺基础上逐步形成的一 类制造技术群。
6.2.2
RPM技术的原理与特点
2. RPM技术的内涵
RPM技术的内涵主要表现在：
RPM技术不是使用一般意义上的模具或刀具，而是利用 光、热、电等物理手段实现材料的转移与堆积； 原型是通过堆积不断增大，其力学性能不但取决于成型 材料本身，而且与成形中所施加的能量大小及施加方式有 密切关系； 在成形工艺控制方面，需要对多个坐标进行精确的动态 控制。
第 6 章 提要
本章将从发展、原理和案例三个方面， 分别介绍快速成形（RPM）技术、高能 束（包括激光、电子束、离子束和高压 水射流等）加工技术、超精密加工技术、 微纳制造和生物制造。 微纳制造和生物制造作为制造系统的新 技术，必将影响制造模式的变化，也将 形成新的制造系统。
6.1 先进制造工艺技术的内涵
尺寸精度（μm） ①精密加工 ②超精密加工(亚微米加工) 3~0.3 0.3~0.03 表面粗糙度Ra（μm） 0.3~0.03 0.3~0.005
③纳米加工
＜0.03
＜0.005
6.1.2 先进制造工艺技术的定义与内容
3. 先进制造工艺技术的内容
2）精密成形制造技术 指从制造工件的毛坯、从接近成形 工艺向直接制成工件即精密成形工艺或称净成形工艺的方 向发展。
6.2.2
R P M 的 成 形 流 程 图
RPM技术的原理与特点
CAD模型 Z向离散化（分层） 层面信息处理 层面加工与粘接 分 解 过 程 计 算 机 中 信 息 处 理
成 形 机 中 堆 积 成 形
层层堆积
后处理
组 合 过 程
图6-1 RPM的离散/堆积成形流程
6.2.2
RPM技术的原理与特点
品化。从那时起，RPM以离散堆积原理为基础和特征，
即它首先将零件的电子模型软件离散化，成为“层状”
的离散面、离散线和离散点，而后采用多种手段，将这 些离散的面、线段和点按层堆积形成零件的整体形状。 RPM工艺过程无需专用工具，工艺规划步骤简单，所以 制造速度比传统方法简单得多。
6.2.1 快速成形制造的发展
离散堆积制造是现代成形学理论中在对成形技术发
展进行总结的基础上提出的，表明了模型信息处理过程的
离散性，强调了成形物理过程的材料堆积性，体现了RPM
技术的基本成形原理，具有较强的概括性和适应性。
6.2.2 RPM技术的原理与特点
4）即时制造（IM）
IM 它反映RPM技术的快速响应性。由于无需针对特定
即时制造（Instant Manufacturing，IM） 分层制造（Layered Manufacturing，LM） 材料添加制造（Material Increase Manufacturing，MIM）
6.2.2 RPM技术的原理与特点
1）实体自由成形制造（SFF）
SFF 它表明RPM技术无需专用的模腔或夹具，零件的
LOM法 又称为叠层实体制造，或称为层合实体制造法。是
事先在薄片材料涂覆上一层热熔胶。加工时，热压辊热压片材，使 之与下面已成形的工件粘结；用CO2激光器在刚粘接的新层上切割 出零件截面轮廓和工件外框；激光切割完成后，工作台带动已成形 的工件下降，与带状片材分离；供料机构转动收料轴和供料轴，带 动料带移动，使新层移到加工区域；工作台上升到加工平面；热压 辊热压，工件的层数增加一层，高度增加一个料厚；再在新层上切 割截面轮廓。如此反复直至零件的所有截面粘接、切割完，得到分 层制造的实体零件。
6.2.2 RPM技术的原理与特点
6）材料添加制造（MIM ）
MIM 是将材料单元采用一
定方式堆积、叠加成形，有
别于车削等基于材料去除原
理的传统加工工艺。
6.2.2 RPM技术的原理与特点
3. RPM技术的特点
快速成形制造系统是与CAD集成的RPMS，属于CIMS的目标产 品的范畴。具有以下特点：
形状和结构也相应不受任何约束。RPM工艺是用逐层变化 的截面来制造三维形体，在制造每一层片时都和前一层自 动实现联接，不需要专用夹具或工具，使制造成本完全与 批量无关，既增加了成形工艺的柔性，又节省了制造工装 和专用工具的成本。
6.2.2 RPM技术的原理与特点
2）直接CAD制造（DCM）
DCM 反映了RPM是CAD模型直接驱动，计算机中的CAD
先进制造系统
河北科技大学 经济管理学院
先进制造系统
第1 第2 第3 第4 第5 第6 第7 第8 第9 章 章 章 章 章 章 章 章 章 先进制造系统总论 先进制造系统基本原理 先进制造模式 先进设计技术 先进制造装备及技术 先进制造工艺技术 绿色设计与制造 典型产品的制造系统 制造系统展望
第 6 章 先进制造工艺技术6.1.1 物体的成形方法
物质准备部门 机械制造部门
粗加工
精加工 改性与处理 搬运与储存，检测与控制 装配与包装
棒、板、管、 线、型材 金 属 结 构 材 料 非 金 属 结 构 材 料
锻造、冲压 原 材 金属炉料 熔化 大锻件钢坯 料 铸造 、 能 冶金粉末，工程陶瓷 粉末冶金（压制、烧结） 源
6.2.3 几种常用的RPM方法
LOM法的工艺原理
LOM法的工艺原理
6.2.3 几种常用的RPM方法
3. 选择性激光烧结 （Selective Laser Sintering，SLS）
SLS法 又称为选区激光烧结法。它是利用粉末状材料
成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平； 用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材 料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的 截面，并与下面已成形的部分连接；当一层截面烧结完后， 铺上新的一层材料粉末，选择地烧结下层截面。
3）特种加工技术 指那些不属于常规加工范畴的加工。如 高能束流加工、电加工、超声波加工、高压水射流加工等。 4）表面工程技术 它是采用物理、化学、金属学、高分 子化学、电学、光学和机械学等技术及其组合，提高产品 表面耐磨、耐蚀、耐热、耐辐射、抗疲劳等性能的各项技 术。它主要包括热处理、表面改性、制膜和涂层等技术。
切 割 、 下 料
焊接、铆接、粘接 切削加工与特种加工
热处 理 表面 处理 装 配 包 装 （ 成 品 ）
发 运
工程塑料、橡胶 复合材料
注射、压塑、挤塑、吹塑 敞开模、对模成形、缠绕等
图6-1 机械制造过程的组成
6.1.1 物体的成形方法
制造工艺主要是研究物体成形方法。
按构成物体的成形原理分，有下列三种方法：
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，这是一
套采用立体光刻法的快速成形制造系统（RPMS）。美
国在该技术领域一直处于领先地位，日本和欧洲等工业
发达国家都投入了大量资金进行研究与开发。1998年在 我国上海举行的第七届国际模具技术和设备展览会上， 美国、日本、德国、新加坡等国都展出了RPM设备。目 前全世界已有2000多台RPM系统投入使用。
6.2.3 几种常用的RPM方法
SLA法的工艺原理
6.2.3 几种常用的RPM方法
SLA法的工艺原理
SLA法的工艺原理
6.2.3 几种常用的RPM方法
SLA设备和原型件示例
6.2.3 几种常用的RPM方法
2. 分层实体制造 （Laminated Object Manufacturing，LOM）
6.2.2 RPM技术的原理与特点
RPM技术的不同称谓
实体自由成形制造（Solid Freeform Fabrication，SFF） 直接CAD制造（Direct CAD Manufacturing，DCM）
离散堆积制造（Dispersed Cumulate Manufacturing，DCM）
工艺的系统。
6.2.2 RPM技术的原理与特点
1. RPM技术的原理 2. RPM技术的内涵 3. RPM技术的特点