快速成型系统
四种常见快速成型技术
四种常见快速成型技术第一种常见快速成型技术：数控加工技术。
数控加工技术是一种机器控制加工技术，利用计算机及其相应的程序控制生产设备，进行机械加工，使得一次处理能完成的で一台以上的机器工具构成的加工中心,部件在台面上面固定，四个或以上的自动工具装在滑轨上, 根据电脑程序指定的加工参数，自动更换、安装选择夹具，分别做加工工作，从而完成制件定位、撬开、冲孔、攻丝、开槽、铰榫等复杂加工工作。
数控加工技术主要采用机械加工加工，适用于大批量生产或多种多样零件快速、高效率、低成本加工，且图纸精度高、表面光洁度高等。
第二种常见快速成型技术：熔融塑料成型技术。
熔融塑料成型技术首先将原料加工成模板，然后将模板放入机器中，当原料温度到达要求时，机器自动把原料按照设定的温度、时间及力度压入模具内，形成冷却后的成型物体。
这种技术利用塑料的特性，具有效率高，成型精度高，成型时根据原料的特性可以做出不同的加工处理，并且具有强度大，防水，耐高低温的特点，适用于各种塑料制品的快速成型。
第三种常见快速成型技术：射出成型技术。
射出成型技术指在机械压力下将原料熔融输送到射出模具成型模块中，随后由冷却系统冷却，完成制件的快速成型。
这种技术主要用于金属铸件、塑料件等的制造，具有造件精度高，尺寸稳定性好，表面光洁，强度高，厚度一致，成型快，节省材料等优点。
第四种常见快速成型技术：热压成型技术。
热压成型技术是把金属或塑料原料置于型模具内，用压力和热量同时共同作用，使金属和塑料原料发生塑性变形而成型的一种快速成型技术。
该技术采用型模具可以实现造型精度高、制件造型美观，制造完后制件可以免去热处理步骤；并且利用该技术进行多余的金属屑的再生，形成复合制件，极大的降低了制件的生产成本。
常用快速成型系统及其选择原则_史玉升
以加工时间稍长, 且其材料适用范围不广。 表 1 常用 RP 系统国内外的主要制造商 及其主要特性参数
成型 所用 工艺 材料
系统型号
成型空间 / mm
制造商
LOM - 1050Plus
LOM - 2030H
ZIPPY
ZIPPY
LOM
卷材 ZIPPY
SSM- 500
380 250 350 815 550 508 380 280 340 1180 730 550 750 500 450 500 400 400
金属、 EOSINT P-350 SLS 陶瓷 EOSINT S-700
340 340 590 720 380 400
及其 AFS-300 复合 AFS-320MZ
300 400 320 320 440
粉末 HRPS-III
400 400 500
H RPS- I
300 300 300
华中科技大学
DTM( 美国)
SLA 使用的是可光固化的液体材料, 当扫描器 在计算机的控制下将激光器的能量按分层信息传递 给成型液面后, 扫描区就发生聚合反应和固化, 完成 一层的加工。SLA 所用激光器的激光波长有限制, 一般采用 UV HeCd 激光器( 325nm) 和 UV Argon Ion 激光器( 351nm, 364nm) 。采用这种方法成型的零件 有较高的精度且表面光洁, 但可用材料的范围较窄。
表 1 列出了常用 RP 系统的制造商及其主要特 性参数。
LOM 的层面信息通过每一层的轮廓来表示, 激 光扫描器动作由这些轮廓信息控制, 它采用的材料 是具有厚度信息的片材。这种加工方法只需要加工 轮廓信息, 所以可以达到很高的加工速度。但材料 范围很窄, 每层厚度不可调整是其最大的缺点。
低成本SLS快速成型系统
低程度和防止翘 曲变形， 工作 台面粉末 和送料装置
应事先进行预热。前者预热温度一般在材料的软化 和熔点温度之下［， 】而送料装置则以保持使粉末能 】 够 自由流动和便于辊子铺开为宜 另外， 在成型过程
基 金项目 ： 湖北省 自 科学 基金资助项 目（ｏｏ１５ ， 然 ２ｏｊ３ ）国家 ６” ８３计
快速 成 型 选择 性激 光烧 结 （ｔ ） 低成 本 ｓｓ
中国分类 号
１ 前 言
Ｔ ４０ Ｇ ３
ＳＳ Ｌ 成型过程示意圈如图 ｌ 所示 ，主要 由激光
器 、 光 光路 系统 、 激 扫描 镜 、 作 台 、 工 送料 装 置 、 粉 铺
ＳＳ Ｌ 成型过程不 同于其他快速成 型方法 ，其最 突出的优点是烧结材料的选择范围很广 ，石蜡 、 塑
划资助项 目（６ － １－ ２ － ） ８ ３ ５ １ ９ Ｏ Ｏ Ｏ Ｌ
收 稿 日期 ：Ｏ ｌ０ — ３ ２ Ｏ 一 ９ ２
作者简 介： 史玉升 ． ０ ． 男 ４ 岁 博士 主攻快速成型技 术研究
圈 Ｉ ＨＲ Ｓ Ⅲ 系统 原 理 示 意 图 Ｐ一
有聚氨酯的柔性轴 ４ 另一根为刚性轴 ３ 柔性轴在 ， ． 上 Ｉ 冈 胜轴在下 ， 所有机器动作全部采用三相异步 电 机驱动。其工作原理如下。 电机 １ 通电 ， ２ 使得偏心轴 ８ 转动 ， 通过连杆带 动杠杆机构， 使摇臂 ｌ 在垂直面上产生运动， 从而推 动刚性轴 ３向上运动与柔性轴 ４接触 ，调整刚性轴 的位置到使压人聚氨酯的深度恰当， 电机制动 ， 锁住
中 的翘 曲变形
（） ８机身与机壳 ： 给整个陕速成型 系统提供机械
支撑 和所需的工作环境 。 ３ 计算机控制系统 ． ２
快速成型技术简介
立体光固化成形(SLA)
• 是目前最为成熟和广泛应用的一种快速成型制造 工艺。这种工艺以液态光敏树脂为原材料，在计 算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的 轮廓轨迹对液态树脂逐点扫描，使被扫描区的树 脂薄层产生光聚合(固化)反应，从而形成零件的 一个薄层截面。完成一个扫描区域的液态光敏树 脂固化层后，工作台下降一个层厚，使固化好的 树脂表面再敷上一层新的液态树脂然后重复扫描、 固化，新固化的一层牢固地粘接在一层上，如此 反复直至完成整个零件的固化成型。
• LOM工艺是将单面涂有热溶胶的纸片通过 加热辊加热粘接在一起，位于上方的激光 切割器按照CAD分层模型所获数据，用激 光束将纸切割成所制零件的内外轮廓，然 后新的一层纸再叠加在上面，通过热压装 置和下面已切割层粘合在一起，激光束再 次切割，如此反复逐层切割、粘合、切 割……直至整个模型制作完成 。
• 是通过将丝状材料如热塑性塑料、蜡或金 属的熔丝从加热的喷嘴挤出，按照零件每 一层的预定轨迹，以固定的速率进行熔体 沉积。每完成一层，工作台下降一个层厚 进行迭加沉积新的一层，如此反复最终实 现零件的沉积成型。
（5）三维印刷法(3DP,Three Dimensional Printing )
• 利用喷墨打印头逐点喷射粘合剂来粘结粉 末材料的方法制造原型。3DP的成型过程与 SLS相似，只是将SLS中的激光变成喷墨打 印机喷射结合剂。
成型过程示意图
• 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； ------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。
LOM快速成型系统简介及金属功能件的分层
（6）叠层方向和垂直于叠层方向上的机械特性差异非常大。
自强不息
LOM 对基体薄片材料的要求
（1）厚薄均匀； （2）力学性能良好； （3）与粘结剂有较好的涂挂性和粘结能力。
自强不息
LOM对粘结剂性能的要求
（1）良好的热熔冷固性能（室温固化）；
（2）在反复“熔融-固化”条件下物理化学性能稳定；
（3）熔融状态下与薄片材料有较好的涂挂性和涂匀性； （4）足够的粘结强度； （5）良好的废料分离性能。
式中，
自强不息
基于CNC的自适应直接分层制造方法
自由形状曲面，精确计算c值比较困难。 为此，在需要改变层厚时，按照系统内定的数量级反 复调整层厚d，直至满足条件判别式（2），这样即可 找出合适的层厚，实现自适应分层，但重复计算的次 数较多。
自强不息
基于CNC的自适应直接分层制造方法
为了解决上述问题，并考虑到便于在数控铣床上 实现分层切削，提出了一种等分初始层厚h的层 厚修正算法，即
自强不息
基于CNC的自适应直接分层制造方法
两种层厚修正的实例比较:
结论：在相同的成型精度下，等分初始层厚h的层厚修 正算法寻找最佳层厚的速度快，重复计算量少。 自强不息
参考文献
【1】左红艳. 薄材叠层快速成型件精度影响因素及应用研 究[D]. 昆明理工大学, 2006年。 【2】陈从升, 袁根福. 基于LOM的快速成型及其在产品开 发中的应用[J]. 模具制造, 2005年, 第7期。 【3】张健, 芮延年, 陈洁. 基于LOM的快速成型及其在产 品开发中的应用[N]. 苏州大学学报, 2008年, 第28卷第4 期。 【4】郭平英. 大厚度金属功能零件LOM技术的层厚分析 [J]. 机械管理开发, 2005年, 第6期。 【5】李鹏南, 陈安华, 彭成彰. 基于CNC的自适应直接分 层制造方法研究[J]. 制造技术与机床, 2007年, 第6期。
3d打印快速成型清粉系统原理
快速成型（3D打印）技术是一种以数字模型为基础，通过逐层堆叠或固化材料的方法制造物体的新型制造技术。
而在快速成型过程中，清粉系统则是整个工艺中一个至关重要的环节。
清粉系统主要用于去除粉末材料，在打印过程中被固化或者堆叠的部分物料被添加到被固化或堆叠材料上。
清粉系统的原理和设计对3D打印的成品质量、成本和工艺参数有着关键的影响。
1. 清粉系统的作用清粉系统是3D打印中的一个重要环节。
在快速成型过程中，粉末材料通常被用作打印材料，以支撑正在打印的物体，或者用作打印材料本身。
在打印完成后，需要将未固化或者未堆叠的粉末清除，以获取最终的产品。
清粉系统的主要作用就是通过一系列的工艺步骤去除这些多余的粉末材料，保证3D打印成品的质量。
2. 清粉系统的原理清粉系统的原理主要包括以下几个方面：（1）空气吹扫在3D打印完成后，可以使用压缩空气或者气流对打印出来的产品进行吹扫，从而将多余的粉末材料吹扫干净。
通常会设计成专门的吹扫口，以保证吹扫的效果和方向。
（2）振动除粉振动除粉是通过振动设备对3D打印成品进行振动，以使多余的粉末材料从打印产品上脱落。
通常振动设备会被设计成固定在清洁站上，待清洁的3D打印成品放置在设备上，通过振动将多余粉末脱落。
（3）真空吸附真空吸附是通过真空设备对3D打印成品进行吸附，将多余的粉末材料吸附到真空设备中，从而清除3D打印成品上的多余粉末。
通常真空吸附会设计成3D打印台面上的一部分，具有一定的吸附功率和调节手段。
3. 清粉系统的设计和参数清粉系统的设计和参数对3D打印成品的质量、成本和工艺参数有着直接的影响。
通常需要考虑以下几个方面：（1）清粉效率清粉系统的设计应该保证清洁效率高、清洁深度深，以确保清除多余的粉末材料且不会对打印成品造成损伤。
（2）清洁方式清粉系统的设计应该结合空气吹扫、振动除粉和真空吸附等多种方式，以确保清洁的全面和彻底。
（3）操作便利性清粉系统的设计应该考虑操作的便利性，要求清洁系统的操作简单、方便，提高工作效率。
快速成型技术
快速成型技术1、快速成型简介快速成型（RP）技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术，是为制造业企业新产品开发服务的一项关键共性技术, 对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。
自该技术问世以来，已经在发达国家的制造业中得到了广泛应用，并由此产生一个新兴的技术领域。
RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。
不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。
但是，其基本原理都是一样的，那就是"分层制造，逐层叠加"，类似于数学上的积分过程。
形象地讲，快速成形系统就像是一台"立体打印机"。
2、RP 技术的原理RP 技术是采用离散∕堆积成型的原理, 由CAD 模型直接驱动的通过叠加成型方出所需要零件的计算机三维曲面或实体模型, 根据工艺要求将其按一定厚度进行分层, 把三维电子模型变成二维平面信息(截面信息), 在微机控制下, 数控系统以平面加工的方式有序地连续加工出每个薄层并使它们自动粘接成型, 图1 为RP 技术的基本原理。
图1 RP 技术的基本原理。
RP 技术体系可分解为几个彼此联系的基本环节: 三维CAD 造型、反求工程、数据转换、原型制造、后处理等。
2.1立体光固化成型(SLA)该方法是目前世界上研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的一种快速成型方法。
SLA 技术原理是计算机控制激光束对光敏树脂为原料的表面进行逐点扫描, 被扫描区域的树脂薄层( 约十分之几毫米) 产生光聚合反应而固化, 形成零件的一个薄层。
工作台下移一个层厚的距离, 以便固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂, 进行下一层的扫描加工, 如此反复, 直到整个原型制造完毕。
由于光聚合反应是基于光的作用而不是基于热的作用, 故在工作时只需功率较低的激光源。
此外,因为没有热扩散, 加上链式反应能够很好地控制, 能保证聚合反应不发生在激光点之外, 因而加工精度高, 表面质量好, 原材料的利用率接近100%, 能制造形状复杂、精细的零件, 效率高。
快速成型之熔融沉积造型基本原理和系统组成
快速成型之熔融沉积造型基本原理和系统组成湖南华曙高科快速成型专业人员分析丝状材料选择性熔覆（简称FDM），又称熔融沉积造型。
FDM快速模型工艺是一种不依靠激光作为成型能源，而将各种丝材加热熔化的成型方法。
此工艺通过熔融丝料的逐层固化来构成三维产品，以该工艺制造的产品目前的市场占有率约为6.1％。
研究FDM的主要有Stratasys公司和Med Modeler 公司。
此外，清华大学推出了MEM机型。
FDM成形的基本原理：FDM工作原理类似于标花蛋糕的制作。
1.丝状热塑性材料材料由供丝机构送进喷头，在喷头中加热到熔融态。
2.熔融态的丝状材料被挤压出来，按照计算机给出的截面轮廓信息，随加热喷头的运动，选择性地涂覆在工作台的制件基座上，并快速冷却固化。
3.一层完成后喷头上升一个层高，再进行下一层的涂覆，如此循环，最终形成三维产品。
湖南华曙高科快速手板分析FDM快速成形的系统是由硬件系统，软件系统和供料系统组成。
其中，硬件系统由机械系统和控制系统组成，软件系统由几何建模和信息处理组成。
硬件系统：（1）机械系统相互独立。
运动单元只完成扫描和喷头的升降动作，且运动单元的精度决定了整机的运动精度。
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平面运动和高度Z方向的运动。
成形室用来把丝状材料加热到熔融态，材料室用来储存FDM用的材料。
（2）控制系统。
由控制柜与电源柜组成，用来控制喷头的运动以及成形室的温度。
软件系统：（1）几何建模单元是设计人员借助三维软件，如Pro/E，UG 等，来完成实体模型的构造，并以STL格式输出模型的几何信息。
（2）信息处理单元主要完成STL文件处理、截面层文件生成、填充计算，数控代码生成和对成形系统的控制。
如果根据STL文件判断出成形过程需要支撑的话，先由计算机设计出支撑结构并生成支撑，然后对STL格式文件分层切片，最后根据每一层的填充路径，将信息输给成形系统完成模型的成形。
RP技术简介
RP-Rapid Prototyping(快速成型)技术简介RP技术是80年代后期发展起来的快速成型(Rapid Prototyping简称RP)技术，被认为是近年来制造技术领域的一次重大突破，其对制造业的影响可与数控技术的出现相媲美。
RP系统综合了机械工程、CAD、数控技术，激光技术及材料科学技术，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想物化为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而可以对产品设计进行快速评价、修改及功能试验，有效地缩短了产品的研发周期。
而以RP 系统为基础发展起来并已成熟的快速模具工装制造( Quick Tooling)技术，快速精铸技术(Quick Casting)，快速金属粉末烧结技术(Quick Powder Sintering)，则可实现零件的快速成品。
RP技术，迴异于传统的去除成型(如车、削、刨、磨)，拼合成型(如焊接)，或受迫成型(如铸、锻，粉末冶金)等加工方法，而是采用材料累加法制造零件原型，其原理是先将CAD生成的三维实体模型通过分层软件分成许多细小薄层，每个薄层断面的二维数据用于驱动控制激光光束，扫射液态光敏树脂，使其固化，以逐层固化的薄层累积成所设计的实体原型，激光快速成型技术较之传统的诸多加工方法展示了以下的优越性:1．可以制成几何形状任意复杂的零件，而不受传统机械加工方法中刀具无法达到某些型面的限制。
2．曲面制造过程中，CAD数据的转化(分层)可百分之百地全自动完成，而不靠数控切削加工中需要高级工程人员数天复杂的人工辅助劳动才能转化为完全的工艺数控代码。
3. 不需要传统的刀具或工装等生产准备工作。
任意复杂零件的加工只需在一台设备上完成，因而大大地缩短了新产品的开发成本和周期，其加工效率亦远胜于数控加工。
4．设备购置投资低于数控机床。
目前激光快速成型技术在制造业中已成熟地应用于以下领域:产品设计评估与校审RP技术将CAD的设计构想快速、精确、而又经济地生成可触摸的物理实体。
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。
快速成型与快速模具制造技术及其应用
1976年，P. L. DiMatteo进一步明确 地提出，这种堆积技术能够用来制 造用普通机加工设备难以加工的曲 面，如螺旋桨、三维凸轮和型腔模 具等。在具体实践中，通过铣床加 工成形沿高度标识的金属层片，然 后通过粘接成叠层状，采用螺栓和 带锥度的销钉进行连接加固，制作 了型腔模，如图所示。
由DiMatteo制作的型腔模叠层模型
第三节 快速成型技术的特点及优越性
❖ 快速成型技术的优越性
◎ 用户受益 用户在产品设计的最初阶段，也能见到产品样品甚至少量产品，这使得用户能及早、 深刻地认识产品，进行必要的测试，并及时提出意见，从而可以在尽可能短的时间 内，以最合理的价格得到性能最符合要求的产品。
第一章 概 论
1 快速成型技术的早期发展 2 快速成型技术的主要方法及分类 3 快速成型技术的特点及优越性 4 快速成型技术的发展趋势
1902年，Carlo Baese在他的美国专利(# 774549)中，提出了用光敏聚合 物制造塑料件的原理，这是现代第一种快速成形技术—“立体平板印 刷术”(StereoLithography)的初始设想。
1940年，Perera提出了在硬纸板上切割轮廓线，然后将这些纸板粘结 成三维地形图的方法。
第一章 概 论
1 快速成型技术的早期发展 2 快速成型技术的主要方法及分类 3 快速成型技术的特点及优越性 4 快速成型技术的发展趋势
第二节 快速成型技术的主要方法及分类
❖ 快速成型过程
快速成型离散和叠加过程
快速成型技术的制造方式是基 于离散堆积原理的累加式成型， 从成型原理上提出了一种全新 的思维模式，即将计算机上设 计的零件三维模型，通过特定 的数据格式存储转换并由专用 软件对其进行分层处理，得到 各层截面的二维轮廓信息，按 照这些轮廓信息自动生成加工 路径，在控制系统的控制下， 选择性地固化光敏树脂或烧结 粉状材料或切割一层层的成型 材料，形成各个截面轮廓薄片， 并逐步顺序叠加成三维实体， 然后进行实体的后处理，形成 原型或零件，如图所示。
快速成型集成制造系统的集成方案分析
快速成型集成制造系统的集成方案分析摘要:快速成型制造是一种基于离散、增长方式的制造方法,近年来已在各领域得到广泛应用。
本文针对快速成型集成制造系统的组成结构问题进行了探讨,重点分析了快速成型系统与其它计算机辅助设计与制造系统的数据交换问题,本文提出的快速成型制造集成系统的组成方法可适应现代先进集成制造模式的发展要求,对进一步提高快速成型制造技术的应用水平具有一定的借鉴和指导意义。
关键词:快速成型集成制造计算机辅助设计快速成型制造技术(Rapid Prototyping &Manufacturing:RP&M)是指在计算机管理与控制下,根据零件的CAD模型,采用材料精确堆积(由点堆积成面,由面堆积成三维实体)的方法制造原型或零件的技术,是一种基于离散/堆积成形原理的新型制造方法。
快速成型制造可以自动、快速、直接、精确地将设计思想转化为具有一定功能的原型或直接制造零件(模具)、有效地缩短了产品的研发周期,是提高产品质量、缩减产品成本、优化产品设计的有力工具,受到了学术界和工业界的极大重视,并在航空航天、汽车、机械、电子、医学、艺术品等许多领域获得了广泛应用,取得了极大的成果。
随着RP&M技术应用领域的不断扩大,对该项技术的要求也在不断的提高。
为使该项技术能够发挥更大的效益,发挥其传统加工技术无法比拟的长处,把这一技术与其他制造技术紧密结合,构建RP&M集成制造系统已经成为快速成型制造技术发展的必然趋势。
1 快速成型制造系统的数据处理在快速成型制造技术中的数据处理过程中,STL是RP&M技术的常用数据转换格式,STL文件格式最初是在立体光刻造型技术中得到应用,由于它在数据处理上较简单,而且与CAD系统无关,因而很快发展为快速成形领域中CAD系统与快速成型系统之间数据转换的标准。
作为与CAD系统的接口,STL已经很好地服务于快速成型制造工业。
LOM
LOM快速原型技术与应用发表时间：2008-4-3 郭启全来源：CADesigner关键字：快速成型LOM技术应用原理信息化应用调查在线投稿加入收藏发表评论好文推荐打印文本LOM快速原型系统是所有快速原型系统中，效率最的一种快速原型系统，LOM快速原型系统可以制作大型、复杂与体积大原型件。
本文转载自台湾《CADesiner》杂志第239期，在此致谢！著作权与出版权属于作者所有, 所有未经同意的任何转载的行为都属于非法使用本文,须负法律责任。
前言快速成型系统技术其结合了计算机信息、机械设计、自动控制、高能光束学、材料科学等领域的知识而成。
快速成型系统特色为可整合设计与制造，即在产品设计时间便以模型测试设计之可行性、可制造性、外观、功能等，并可缩短设计时间。
产品外形可很复杂，中空状工件不需模心，适合制造小尺寸工件。
此外，工件可用多种材质、颜色来建构组成。
劲度、密度、热传导性等机械性质可由制程中予以优化控制至所需要条件。
不需发展特殊刀具、模具，可节省制作模具之成本，而且不需要设计到制造间之转换过程或定义复杂之加工程序。
由于LOM 快速原型系统所使用之CO2雷射仅对原型件外形轮廓(outline of shape)进行切割，此过程如与SLA(Stereo lithography Apparatus)快速原型系统相较，LOM快速原型系统是所有快速原型系统中，效率最高(the most efficient process)的一种快速原型系统，LOM快速原型系统可以制作大型(large)、复杂(complex)与体积大(voluminous)原型件。
因此，本文针对LOM快速原型系统原理进行简介，接续介绍LOM快速原型系统应用。
快速原型技术概述快速原型系统(Rapid Prototyping System ,RP)乃是使用计算机辅助设计(Computer Aided Design, CAD)之产品数据或其他数字数据藉由快速高自动化的制程而可直接制作三维的立体对象(physical model)。
FDM概述
熔融沉积成型概述熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling，简称FDM)，又称熔丝沉积，是一种快速成型技术。
FDM是将低熔点材料熔化后，通过由计算机数控的精细喷头按CAD分层截面数据进行二维填充，喷出的丝材经冷却粘结固化生成一薄层截面，层层叠加成三维实体。
1.机构结构FDM系统主要包括喷头、送丝机构、运动机构、加热工作室、工作台5个部分，如图1所示。
图1 FDM工艺原理示意图喷头是最复杂的部分，材料在喷头中被加热熔化，喷头底部有一喷嘴供熔融的材料以一定的压力挤出，喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动时挤出材料，与前一层粘结并在空气中迅速固化，如此反复进行即可得到实体零件。
它的工艺过程决定了它在制造悬臂件时需要添加支撑，这点与LOM和SLS完全不同。
支撑可以用同一种材料建造，只需要一个喷头，现在一般都采用双喷头独立加热，一个用来喷模型材料制造零件，另一个用来喷支撑材料做支撑，两种材料的特性不同，制作完毕后去除支撑相当容易。
送丝机构为喷头输送原料，送丝要求平稳可靠。
原料丝一般直径为1～2 m，喷嘴直径只有0.2～0.3 mm左右，这个差别保证了喷头内一定的压力和熔融后的原料能以一定的速度(必须与喷头扫描速度相匹配)被挤出成型。
送丝机构和喷头采用推-拉相结合的方式，以保证送丝稳定可靠，避免断丝或积瘤。
运动机构包括X，Y，Z三个轴的运动。
快速成型技术的原理是把任意复杂的三维零件转化为平面图形的堆积，因此不再要求机床进行三轴及三轴以上的联动，大大简化了机床的运动控制，只要能完成二轴联动就可以了。
X-Y轴的联动扫描完成FDM工艺喷头对截面轮廓的平面扫描，Z轴则带动工作台实现高度方向的进给。
加热工作室用来给成型过程提供一个恒温环境。
熔融状态的丝挤出成型后如果骤然受到冷却，容易造成翘曲和开裂，适当的环境温度可最大限度地减小这种造型缺陷，提高成型质量和精度。
工作台主要由台面和泡沫垫板组成，每完成一层成型，工作台便下降一层高度[1]。
熔融沉积快速成型FDM
仿真动画
精品
2.2工艺过程
• FDM快速成型的过程包 括:设计三维CAD模型、 CAD模型的近似处理、 对STL文件进行分层处 理、造型、后处理。如 图所示。
快速成型的过程
精品
1 设计CAD三维模型 设计人员根据产品的要求，利用计算机辅助设计软件设计出三维 CAD模型。常用的设计软件有:Pro/Engineering，Solidworks， MDT，AutoCAD，UG等。 2 三维模型的近似处理 用一系列相连的小三角平面来逼近曲面，得到STL格式的三维近似 模型文件。许多常用的CAD设计软件都具有这项功能。 3 STL文件的分层处理 由于快速成型是将模型按照一层层截面加工，累加而成的。所以 必须将STL格式的三维CAD模型转化为快速成型制造系统可接受 的层片模型。片层的厚度范围通常在0.025~0.762之间。
精品
气压式熔融沉积快速成形系统的工作原理
精品
被加热到一定温度的低黏性材料（该材 料可由不同相组成，如粉末-粘结剂的混 合物），通过空气压缩机提供的压力由 喷头挤出，涂覆在工作平台或前一沉积 层之上。喷头按当前层面几何形状进行 扫描堆积，实现逐层凝固。工作台由计 算机系统控制X,Y,Z三维运动，可逐层制 造三维实体和直接制造空间曲面。
精品
FDM技术提供两种类型的支撑： 1. WaterWorks(水溶性支撑): 可以分解于碱性 水溶剂的可溶解性支撑结构。 2.Break Away Support Structure (BASS) (易剥离性支撑): 水溶性支撑的前身，由手工将 支撑从工件表面剥离以移除。
水溶性支撑因为可以不用考虑机械式的移除， 所以可以接近于细小的特征，因而用的更广泛。
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平面运动和高度Z方向 的运动。
快速成型技术的发展趋势以及对智能制造的影响
快速成型技术的发展趋势以及对智能制造的影响一、快速成型技术的基本成型原理 近十几年来，随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈。
尤其是计算机技术的迅速普遍和CAD/CAM技术的广泛应用，使得快速成型技术（Rapid Prototyping 简称RP）得到了异乎寻常的高速发展，表现出很强的生命力和广阔的应用前景。
传统的加工技术是采用去材料的加工方式，在毛坯上把多余的材料去除，得到我们想要的产品。
而快速成型技术基本原理是∶借助计算机或三维扫描系统构建目标零件的三维数字化模型，之后将该信息传输到计算机控制的机电控制系统，计算机将模型按一定厚度进行"切片"处理，即将零件的3D数据信息离散成一系列2D 轮廓信息，通过逐点逐面的增材制造方法将材料逐层堆积，获得实体零件，最后进行必要的少量加工和热处理，使零件性能、尺寸等满足设计要求。
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种高效低成本的实现手段。
目前，快速成形的工艺方法已有几十种之多，大致可分为7大类，包括立体印刷、叠层实体制造、选择性激光烧结、熔融沉积成型、三维焊接、三维打印、数码累积成型等。
二、快速成型技术在产品开发中的应用 不断提高RP技术的应用水平是推动RP技术发展的重要方面。
目前，西安交通大学机械学院，快速成型国家工程研究中心，教育部快速成型工程研究中心快速成型技术已在工业造型、机械制造、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到了广泛应用。
并且随着这一技术本身的发展，其应用领域将不断拓展。
RP 技术的实际应用主要集中在以下几个方面∶ 1.用于新产品的设计与试制。
（1）CAID 应用∶工业设计师在短时间内得到精确的原型与业者作造形研讨。
SLS快速成型机设计
SLS快速成型机设计SLS（Selective Laser Sintering）是一种先进的快速成型技术，也是目前广泛应用于工业领域的一种方法。
它以粉末材料为原料，利用激光束将粉末材料按照设计要求逐层熔结成立体实物。
下面将详细介绍SLS快速成型机的设计。
首先，SLS快速成型机的设计必须考虑到以下几个方面：建模软件、控制系统、激光束系统、粉末供给系统、温度控制系统和安全设备。
在控制系统方面，SLS快速成型机需要使用PLC（Programmable Logic Controller）控制系统，对快速成型机的运行进行精确控制。
PLC 控制系统可以控制激光束的位置、强度和方向，实现准确的熔结过程。
激光束系统是SLS快速成型机的核心部件，它负责将激光束聚焦在粉末材料上进行熔结。
激光束系统包括激光发生器、扫描镜和光源等组件。
激光发生器负责产生高强度的激光束，扫描镜则用于将激光束按照设计路径进行扫描，光源则提供光能来激发激光束。
这些组件需要精确的控制，以保证熔结过程的准确性和质量。
粉末供给系统是将粉末材料输送到熔结区域的设备。
它由粉末槽、输送机和喷嘴等部分组成。
粉末槽用来存放粉末材料，输送机将粉末材料输送到喷嘴，喷嘴则喷洒粉末材料到激光束照射的区域。
粉末供给系统需要保证粉末材料的均匀输送和适量喷洒，以保证熔结过程的稳定性。
温度控制系统是SLS快速成型机中非常重要的一部分，它可以控制熔结区域的温度。
温度控制系统通常包括加热设备和温度传感器。
加热设备可以提供适当的热量来熔结粉末材料，温度传感器则用来监测熔结区域的温度，以实现精确的温度控制。
最后，安全设备是SLS快速成型机设计中必不可少的一部分。
由于快速成型过程中会产生高温和高能量的激光束，所以需要设置相应的安全装置来确保操作人员的安全。
如门禁传感器、熔结区域封闭装置和紧急停止按钮等。
综上所述，SLS快速成型机的设计需要考虑建模软件、控制系统、激光束系统、粉末供给系统、温度控制系统和安全设备等方面。