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。
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
快速成形制造技术：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。 2、RPM技术的原理与特点 （1）RPM技术的原理
RPM是多种技术的交叉结合，主要的相关技术 有：
计算机辅助设计(CAD) 反求工程
数控技术(NC)
材料技术
CAD与RPM
利用三维实体产品模 型，设计者在设计产品时 可以直接在计算机上构造 三维物体，并从任意角度 观察物体。新的设计手段 大大方便了设计人员。 产品模型发展到实体 模型，能较完整的表示一 个三维物体。这为 RP 技术 的产生准备了条件，同时 也提出了需求。
1.2 快速成形技术的理解
反映该类技术的快速响应性。由于无需 软件完成 CAD数据向设备数控指令的转化和 三维形体，在制造每一层片 离散堆积制造 成形过程的工艺规划，成形设备则象打印 针对特定零件制定工艺操作规程，也无 分层制造 (Layered Manufacturing)将 时都和前一层自动实现联接， 机一样“打印”零件，完成三维输出。 实体自由成形制造 需准备专用夹具和工具，快速成形技术 材料添加制造(Material 复杂的三维加工分解成一系列二维层片 不需要专用夹具或工具，使 快速成形由于采用了离散/堆积的加工 制造一个零件的全过程远远短于传统工 材料添加制造 的加工，着重强调层作为制造单元的特 制造成本完全与批量无关， Increase Manufacturing)将材料单元 工艺， CAD 和CAM 能够很顺利地结合在一起， 点，每层可采取更低维单元进行累加或 既增加了成形工艺的柔性， 艺相应过程，使得快速成形技术尤其适 即时制造 采用一定方式堆积、叠加成形， 快速成形的工艺规划主要作用是对成形过 高维单元进行加工得到。 又节省了制造工装和专用工 合于新产品的开发，显示了其适合现代 程进行优化以提高造型精度、速度和质量， 有别于车削等基于材料去除原 分层制造 具的大量成本。 所以快速成形可容易地实现设计制造一体 科技和社会发展的快速反应的特征和时 理的传统加工工艺。 直接CAD制造 化。 代要求。
SLS的产品特点
1. 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。特别是可以制造出能直接使用 的金属零件。 2. SLS工艺不需加支撑，因为没有烧 结的粉末起到了支撑的作用。 3. 精度不高。平均精度为±0.15~±0.2mm， 表面粗糙度不好，不宜做薄壁件。
SLS快速成型机
快速成形制造技术
快速成形制造的发展
快速成形制造又称为快速原型制造（Rapid Prototype Manufacturing，RPM）。 ‡ 20世纪80年代后期，RPM技术在美国首先产生并商品化。 ‡ 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。
快速成形制造应用在实验分析模 型上
利用加工的样品， 利用加工出的样 找出新产 品可以进行装配 品外观&结构 设计缺陷，完 和功能验证。 善设计。
利用新产品样件
可先进行市场调 研，投标、招标。
Байду номын сангаас速成形制造在快速模具上的 应用
快速成形制造在快速铸造上的应用
点击看铸件
1.4 与快速成形制造相关的 技术
‡ 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）。 ‡ 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。 ‡ 我国RPM技术的研究始于1991年。 ‡ 清华大学、西安交通大学、华中科技大学、南京航空航天 大学等高校和北京隆源RPM公司、广州中望商业机器有限 公司等都在RPM的研究与应用方面取得了显著成果。 ‡ 清华大学现已开发出“M-RPMS-II”型多功能快速成形制造 系统，这是我国自主知识产权的世界唯一拥有两种RPM工 艺的系统。
LOM快速成型机
LOM产品
选择性激光烧结的基本原理
SLS 工 艺 是 利 用 粉 末 状材料成形的。先在工 作台上铺上一层有很好 密实度和平整度的粉末， 用高强度的 CO2 激光器在 上面扫描出零件截面， 有选择地将粉末熔化或 粘接，形成一个层面， 利用滚子铺粉压实，再 熔结或粘接成另一个层 面并与原层面熔结或粘 接，如此层层叠加为一 个三维实体。
快速成形制造技术的基本概念
快速成形（RP — Rapid Prototyping ）是一种基于离 散堆积成形思想的新型成形技术，是集成计算机、数控、 激光和新材料等最新技术而发展起来的先进的产品研究 与开发技术。 快速成形制造(RPM — Rapid Prototyping
Manufacturing）
品。
熔融沉积成型(FDM)
FDM的产品特点
1. FDM工艺不用激 光 器件，因此使 用、维护简单，
2. 精度可达±0.12mm，适合做薄壁件。
成本较低。
3. 污染小，材料可以回收。
FDM快速成型机
FDM产品
实体自由成形制造(Solid 离散堆积制造是现代成形学理论中 在快速成形技术的发展过程中，各个研究 Freeform Fabrication) 表明快速 在对成形技术发展进行总结的基础上提 直接CAD制造 (Direct CAD Manufacturing) 反 机构和人员均按照自己的理解赋予其不同的称 成形技术无需专用的模腔或 出的，表明了模型信息处理过程的离散 映了快速成形是 CAD模型直接驱动，实现了 夹具，零件的形状和结构也 性，强调了成形物理过程的材料堆积性， 谓，这些不同称谓即反映了快速成形技术不同 设计与制造一体化，计算机中的 CAD模型通 相应不受任何约束。 RP工艺 体现了快速成形技术的基本成形原理， 即时制造 (Instant Manufacturing) 过接口软件直接驱动快速成形设备，接口 方面的重要特征。 是用逐层变化的截面来制造 具有较强的概括性和适应性。
接
快速成形制造技术 1.1 快速成形制造的主要方法
选择性液体固化（SLA） 选择性层片粘接（LOM） 选择性激光烧结（SLS） 熔融沉积成形（FDM）
选择性液体固化的基本原理
将激光聚集到液态光固化材料 （如光固化树脂）表面逐点扫描， 令其有规律地固化，由点到线到 面，完成一个层面的建造。而后 升降移动一个层片厚度的距离， 重新覆盖一层液态材料，进行第 二层扫描，再建造一个层面，第 二层就牢固地粘贴到第一层上， 由此层层迭加成为一个三维实体。
熔融沉积成型(FDM)
熔融沉积成形 (FDM)
Fused Modeling Deposition
熔融沉积成形工艺于 1988 Melted Extrusion 年研制成功，后由美国 Modeling Stratasys公司推出商品 化的3D Modeler 1000和
熔融挤压成形 (MEM)
FDM1600等规格的系列产
选择性液体固化工艺(SLA)
立体光刻（SLA — Stereo Lithography Apparatus) 又称 立体印刷 光成形 激光印刷 光固化立体造型 SLA工艺于1984年获美国专 利， 1988 年美国 3D System 公 司推出的商品化样机 SLA—1 ， 是世界上第一台快速原型技 术成形机。
SLA快速成型机
SLA产品
选择性液体固化工艺(SLA)
SLA工艺成形的产品特点
SLA方法是目前快速成形 技术领域中研究得最多 最为成熟的方法。 SLA 工艺成形的零件精度 较高，能达到0.1mm；产 品透明美观，可直接做 力学实验。 • 但这种方法也有自身的 局限性，比如需要支撑、 树脂收缩导致精度下降、 光固化树脂价格昂贵， 有一定的毒性。
选择性激光烧结（SLS）
选择性激光烧结(SLS)
Selective Laser Sintering
激光熔结 （LF）
Laser Fusion 选择性激光烧结工艺由 美国德克萨斯大学奥斯汀分 校于1989年研制成功，已被
美国DTM公司商品化，推出
SLS Model125成形机。
选择性激光烧结（SLS）
选择性层片粘接（LOM）
选择性层片粘接工艺 分层实体制造（
(Laminated Object Manufacturing-- LOM)
LOM工艺由美国Helisys公司于1986年研制成功。 这种 方法的代表是美国 Helisys 公司的 LOM-1050 和 LOM-2030
成形机，日本Kira公司的KSC-50成形机。
的总称。
是使用RP技术，由CAD模型直
接驱动的快速完成任意复杂形状三维实体零件的技术
1.3 快速成形制造技术的 应用
医学 实验分析模型 快速模具 快速铸造
全 球 设 备 装 机 量
RP
快速成形制造在医学上的应用
• 根据CT扫描信息，应用熔融 挤压快速成形的方法可以快 速制造人体的骨骼（如颅骨、 牙齿）和软组织（如肾）等 模型，可以进行手术模拟、 人体骨关节的配制，颅骨修 复。 在康复工程上，采用熔融挤压制造的人 体和肌体的结合部位能够做到最大程度的 吻合，减轻了假肢使用者的痛苦。
RPM的成形流程图
快速成形制造技术
CAD建模
由CAD软件设计出所 需零件的计算机三维 将三维模型沿一定 曲面或实体模型
分层切片
层面信息处理 层面加工与粘
方向离散成一系列 有序的二维层片 根据每层轮廓信息，进 行工艺规划，选择加工 参数，自动生成数控代 码
成形机制造一系列 层片并自动将它们 层层堆积 清理零件表面， 联接起来，得到三 去除辅助支撑 维物理实体 后处理 结构
材料技术与RPM
成型材料是RPM技术发展的 关键环节。它影响原型的成型速度、 精度和物理、化学性能，直接影响 到原型的二次应用和用户对成型工 艺设备的选择。 与RPM制造的四个目标（概念型、 测试型，模具型，功能零件）相适 应，对成型材料的要求也不同。