快速成型技术

LOM工作原理
LOM工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄膜 等。片材表面事先涂覆上一层热熔胶。加工 时，热压辊、热压、片材，使之与下面已成 形的工件粘接；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，并在截 面轮廓与外框之间多余的区域内切割出上下 对齐的网格；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(料带)分离。
形件结构疏松多孔，表面粗糙度较高；成形效率不高；
熔融沉积制造(丝状材料选择性融 覆)FDM工艺
Fused Depostion Modeling
FDM的材料一般是热塑性材料，如
蜡、ABS、尼龙等。以丝状供料。材料在
喷头内被加热熔化。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，并与周围的材料
切片处理
CAD三维造型 STL文件 对STL文件进行处理 生成CLI文件 监控软件 生成NC指令
CAD造型软件
前处理 数据处理工艺规划软件
制造原型 层层堆积
工件剥离去支撑
后处理 表面处理强化 原型件
原 型 制 作 流 程 图
快速成型的技术特点
高度柔性 技术的高度集成 设计、制造一体化 快速性
SLS工作原理
SLS工艺是利用粉末状材料成型的。将材料粉末 铺洒在已成型零件的上表面，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，并与下面已成型的部分连接。当一层截面烧结 完后，铺上新的一层材料粉末，有选择地烧结下层截 面。烧结完成后去掉多余的粉末，再进行打磨、烘干等处理得
注意事项
尽量少开关数控按钮。关闭数控按钮后，应至少间 隔
计算机（PC）
驱动器 驱动器
电机 Z
送丝电机 检测系统 成型室温控器
测温元件
压力控制系统
加热元件
控制系统原理图
数控卡：数控卡主要完成对XYZ轴电机，喷头等的运动控制 以及系统的检测。
运动系统：X和Y运动单元由伺服控制器、AC伺服驱动器、
AC伺服电机和传动导向机构四部分构成。Z向运动单元由步 进控制器、直流步进驱动器、步进电机和传动导向机构四部 分构成。喷头压力控制系统由步进电机及传动部件构成。 温控系统：温控系统由加热器，温度传感器和智能温度控制 表组成。温度控制精度为±2℃。
到零件。
选择性烧结SLS工艺特点
Selective Laser Sintering
材料适应面广，不仅能制造塑料零件，还能制造 陶瓷、蜡等材料的零件。特别是可以制造金属零件。
这使SLS工艺颇具吸引力。SLS工艺无需加支撑，因
为没有烧结的粉末起到了支撑的作用。其缺点是：成 得到的塑料、陶瓷或金属件远不如传统成形方法得到 的同类材质工件， 需进行渗铜等后 处理，但在后处 理中难于保证制件尺寸精度。
廓，而不用扫描整个截面。因此成形厚壁零件的
速度较快，易于制造大型零件。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，小于0.15mm。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。
选择性烧结SLS工艺
Selective Laser Sintering
LOM工作原理
供料机构转动带动收料轴和供料轴，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。
LOM特点
LOM工艺只须在片材上切割出零件截面的轮
成形准备工作
（1）打开电源、计算机。 （2）材料及成形室预热，将成型材料逐步升温至265℃；将成型室温 度逐步升温至70℃ （3）运行控制软件，读出STL文件。 对数控系统初始化。 （4）挤丝,材料温度到达265℃后，按下“喷丝”按钮，将喷头中老化 的丝材吐完，直至ABS丝光滑。 （5) 工作台水平校准 用控制面板上的软按钮移动喷头至工作台的支承处，用调量 块通过调平螺母调节高度。 （6）工作台高度校准 将喷头移动到工作台中部，上升工作台，使之上表面接近喷 嘴 微调工作台，使之间隙大约为0.1毫米，完成高度校准。
快速成形技术
Rapid Prototyping Technology
快速成形（Rapid Prototyping，简称RP）是80年代末期开始商品化的一种高新制造 技术，是一种集计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机数字控
制（CNC）、激光、精密伺服驱动、新材料等先进技术于一体的加工方法。
描，即逐点固化。当一层扫描完成后，未被照射的
地方仍是液态树脂。然后升降台带动平台下降一层
高度，已成型的层面上又布满一层树脂，刮平器将
粘度较大的树脂液面刮平，然后再进行下二层的扫 描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复 直到整个零件制造完毕, 得到一个三维实体模型。
分层实体制造LOM 工艺
Laminated Object与零件的复杂性无
关 生产过程数字化，与 CAD 模型具有 直接的关联，零件可大可小，所见即 所得，可随时修改，随时制造。
技术的高度集成
RP技术是计算机、数控、激光、材料和机械
等技术的综合集成。CAD技术通过计算机进行精
确的离散运算和繁杂的数据转换，实现零件的 曲面或实体造型，数控技术为高速精确的二维 扫描提供必要的基础，这又是以精确高效堆积 材料为前提的，激光器件和功率控制技术使材
快速模具制造系统的重要技术之一。
主要工艺分类
SLA工艺 LOM工艺 SLS工艺 FDM工艺 3DP工艺 工艺特点及常用材料
光造型SLA工艺
Stereolithography Apparatus
SLA技术是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作 的。这种液态材料在一定波长和强度的紫外光(如 λ=325nm)的照射下能迅速发生光聚合反应, 分子量
材料预热、送进
环境加热
堆积头
材料加热、挤出
控制原理
MEM-350控制系统由两部分组成：运动控制系统和温度控制系统。 在系统中，计算机（PC）通过数控卡控制XYZ扫描运动系统，喷头及送 丝机构也通过数控卡进行控制。
USB 或串口连接线 转接板 位控 模块 I/O 接 口板 驱动器 驱动器 电机 X 电机 Y 驱 动 器 成型材料温控器 加热元件 测温元件
电器外壳、手机外壳、玩具等，都是现代社会比较实用流行
的用品；而且原型强度比较好，近似于实际零件，可以作为 概念型直接验证设计。
丝状材料选择性熔覆（FDM）成形机
FDM快速成形机适合加工中等大小的塑料件，它的优点是：
•能够直接作出ABS塑料件，有比较好的综合力学性能；
•成本低,材料利用率高,无污染；
0.5mm等）
4、对STL文件进行分层处理，生成CLI文件（使用Daphne 数据处理软件） 5、退出数据处理软件系统
打开电源、计算机
制 造 原 型
启动控制软件 Cark 打开要成形的 CLI 文件 成形准备 初始化系统 启动温度控制系统 工作台清理 对高
检查系统 造型 成形原型件
原型保温 后处理 原型后处理
涂覆，如此循环，最终形成三维产品。
FDM特点
系统及运行成本： FDM工艺无需其他快速成形系统中昂贵的
关键部件－激光器，故MEM快速成形控制系统成本较低；成
形材料相对其他快速成形系统价格低廉；MEM原型特有空隙 结构，节约材料与成形时间。 后处理：原型后处理简单，方便。 工艺适用范围： FDM工艺适用于薄壳体零件及微小零件，如
凝结(如图)。
如果热熔性材料的温度始终稍高于固化温
度，而成型的部分温度稍低于固化温度，就能
保证热熔性材料挤喷出喷嘴后，随即与前一个
层面熔结在一起。一个层面沉积完成后，工作 台按预定的增量下降一个层的厚度，再继续熔 喷沉积，直至完成整个实体造型。
FDM工作原理
丝状材料选择性熔覆（FDM）成型机
转换，将三维实体表面用一系
列相连的小三角形逼近，得到
STL格式的三维近似模型文件。
典型的 STL 文件
对STL文件切片处理
切片是将模型以片层的方 式来描述，片层的厚度通常
在50µ m～500µ m之间；无论
零件形状多么复杂，对每一
层来说却是简单的平面矢量
扫描组（如图），轮廓线代 表了片层的边界。
SLS工艺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(如图)。
SLS工作原理图
急剧增大, 材料也就从液态转变成固态。SLA工作原
理图。SLA工艺方法是目前快速成型技术领域中研
究最多的方法，也是技术上最为成熟的方法。
光造型SLA工艺优缺点
成型精度高、成型零件表面质量好、原材
料利用率接近100%，而且不产生环境污染，特
别适合于制作含有复杂精细结构的零件；但这
种方法也有自身的局限性，比如需要支撑、树
实验方法及步骤
（一）数据准备
（二）制造原型 1、成形准备工作 2、造型 （三）后处理
数据准备
1、零件三维CAD造型，生成STL文件（使用Pro/E、UG、 SolidWorks、AutoCAD2000软件） 2、选择成型方向，添加支撑结构（使用Daphne数据处理 软件） 3、参数设置（分层厚度0.15mm,偏置半径0.2mm,填充间距
脂收缩导致精度下降、光固化树脂有一定的毒
性等
SLA工作原理
液槽中盛满液
态光固化树脂，激
光束在偏转镜作用 下，能在液态表面 上扫描，扫描的轨 迹及光线的有无均
由计算机控制，光
点打到的地方，液 体就固化。
SLA成型过程
成型开始时，工作平台在液面下一个确定的深 度，聚焦后的光斑在液面上按计算机的指令逐点扫
工艺分类
快速成形技术的基本原理
快速成形的加工原理是依据计算机设计的三维模型（设计软件可以是常用
的CAD软件，例如SolidWorks、Pro/E、UG、POWERSHAPE等。也可以是通过 逆向工程获得的计算机模型），进行切片处理，逐层加工，层叠增长。 快速成形技术的本质是用材料堆积原理制造三维实体零件。它是将复 杂的三维实体模型 “切”（Spice）成设定厚度的一系列片层，从而变为
•设备体积小,适合办公环境内使用.
它的不足之处在于：
•加工零件表面粗糙度比较大,有明显条纹；
•成形时间比较久；
•复杂零件需要加支撑结构，后处理工艺比较麻烦；
实验设备
XYZ扫描运动系 统
喷头及送丝机构
加热及温控系统
数控系统
控制机构
MEM系统
运动近控制单元
材料供给单元
环境营造单元
X轴定位
Y轴定位
Z轴定位
FDM的加工原材料是丝状热塑性材料（如ABS、MABS、蜡
丝、尼龙丝等），加工时加热喷头在计算机的控制下，可根据
截面轮廓信息，做X-Y平面的运动和高度Z方向的运动。丝状热 塑性材料由供丝机构送至喷头，并在碰头加热至熔融状态，然 后杯选择性地涂覆在工作台上，快速冷却后形成了截面轮廓。 一层成形完成后，喷头上升一个截面层高度，再进行第二层的
简单的二维图形，层层叠加而成。
三维CAD 模型设计
CAD模型 的近似处 理
对STL文 件 切片处理
逐层 制造
原型制作流程图
三维CAD模型设计
在PC机或图形工作站上用三维软件 pro/E solidworks UG CATIA 等设计零件的三维CAD模型。
CAD模型的近似处理
用STL文件格式进行数据
RP技术是借助计算机辅助设计或由实体逆向方法取得原型或零件几何形狀， 进而以此建立数字化模型，再利用计算机控制的机电集成制造系统，逐点、逐面 地进行材料“三维堆积”成型，再经过必要的后处理，使其在外观、強度和性能 等方面达到设计要求，达到快速、准确地制造原型或实际零件之方法。
基本原理
重要特征 技术特点
料的固化、烧结、切割成为现实。快速扫描的
高分辨率喷头为材料精密堆积提供了技术保证。
快速响应性
快速原型零件制造从CAD设计到原型 (或 零件 )的加工完毕，只需几个小时至几十个 小时，复杂、较大的零部件也可能达到几百
小时，但从总体上看，速度比传统的成形方
法要快得多。尤其适合于新产品的开发，RP
技术已成为支持并行工程和快速反求设计及