快速原型制造技术.ppt
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第11讲快速原型制造技术
成形材料：液态光敏树脂。 液态光敏树脂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, 分子量急剧增大, 材料也就从液态 转变成固态。
SLA工作原理
成型开始时，聚焦后的光斑在液面上按计 算机的指令逐点扫描，即逐点固化。当一层扫 描完成后，升降台带动平台下降一层高度，已 成型的层面上又布满液态树脂，然后再进行下 一层的扫描，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。
装配校核 功能测试
（1） 产 品 开 发
销售模型 可制造性检查 CAD数据检查
模型实例1 轿车车灯
模型实例2 电话机外壳
模型实例3 皮鞋底
注射模具 硅橡胶模 树脂型复合模
（2） 模 具 制 造
陶瓷型精铸模 冲压模具 消失模
模具实例1 手机外壳橡胶模
模具实例2 拐头树脂型复合模
模具实例3 电子产品注射模
如Pro/E软件是通过选定弦高值(ch-chord height)作为逼近的精度参数，如下图为一球体,给 定的两种ch值所转化的情况。
(a)ch=0.05
(b) ch=0.2
1.3三维模型的离散处理
通过专用的分层程序将三维实体模型沿高度方向的水平面“切割”成一定厚度的片层. 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,一般约在0.1-0.2mm
优点 缺点
精度较高，精度控制在±0.1mm； 表面质量好； 能制造形状特别复杂、特别精细的零件 原材料的利用率接近100％；
成形设备价格昂贵； 选择的材料种类有限，材料价格较贵； 容易发生翘曲变形； 需要设计支撑；
2021/3/11
中原工学院机电学院 胡敏
17
2.2分层实体制造(LOM,Laminated Object Manufacturing)
SLA工作原理
成型开始时，聚焦后的光斑在液面上按计 算机的指令逐点扫描，即逐点固化。当一层扫 描完成后，升降台带动平台下降一层高度，已 成型的层面上又布满液态树脂，然后再进行下 一层的扫描，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。
装配校核 功能测试
（1） 产 品 开 发
销售模型 可制造性检查 CAD数据检查
模型实例1 轿车车灯
模型实例2 电话机外壳
模型实例3 皮鞋底
注射模具 硅橡胶模 树脂型复合模
（2） 模 具 制 造
陶瓷型精铸模 冲压模具 消失模
模具实例1 手机外壳橡胶模
模具实例2 拐头树脂型复合模
模具实例3 电子产品注射模
如Pro/E软件是通过选定弦高值(ch-chord height)作为逼近的精度参数，如下图为一球体,给 定的两种ch值所转化的情况。
(a)ch=0.05
(b) ch=0.2
1.3三维模型的离散处理
通过专用的分层程序将三维实体模型沿高度方向的水平面“切割”成一定厚度的片层. 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,一般约在0.1-0.2mm
优点 缺点
精度较高，精度控制在±0.1mm； 表面质量好； 能制造形状特别复杂、特别精细的零件 原材料的利用率接近100％；
成形设备价格昂贵； 选择的材料种类有限，材料价格较贵； 容易发生翘曲变形； 需要设计支撑；
2021/3/11
中原工学院机电学院 胡敏
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2.2分层实体制造(LOM,Laminated Object Manufacturing)
快速原型制造技术
16.04.2019 昆明学院 孙艳萍 9
图1.1 快速成形过程示意图
16.04.2019 昆明学院 孙艳萍 10
图1.2 快速成形过程示意图
16.04.2019 昆明学院 孙艳萍 11
图1.3 快速成形过程示意图
16.04.2019 昆明学院 孙艳萍 12
快速原型制造技术的基本过程
CA 模型 D
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的方
法。
16.04.2019
快速原型制造技术的产生 快速原型制造技术的基本原理与过程 快速原型制造技术的特点 快速原型制造技术的重要特征 快速原型制造技术的种类 快速原型制造技术的应用 快速原型制造技术的发展趋势
16.04.2019
昆明学院 孙艳萍
17
快速原型技术与传统成形方式的区别： 成形机理和工艺控制方面： （1）RP加工不是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或堆积； （2）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，而且与成型中所施加的能量大小及施加方式有密 切关系，故在成型工艺控制方面，需要对多个坐标进行精确 的动态控制； （3）能量在成型物理过程中是一个极为关键的因素，在以往 的去除成形和受迫成形中，能量是被动地供给的，一般无须 对加工能量进行精确的预测与控制，而在离散、堆积类型的 RP中，单元体制造中能量是主动供给的，需要准确地预测与 控制，对成型中的能量形式、强度、分布、供给方式以及变 化等进行有效的控制，从而经由单元体的制造而完成成型。
23
技术的高度集成
快速成形技术是CAD/CAM技术、计算机技术、数 控技术、控制技术、激光技术、新材料技术和机械工 程等多项交叉学科的综合集成。它以离散／堆积为方 法，在计算机和数控技术的基础上，追求最大的柔性 为目标。
图1.1 快速成形过程示意图
16.04.2019 昆明学院 孙艳萍 10
图1.2 快速成形过程示意图
16.04.2019 昆明学院 孙艳萍 11
图1.3 快速成形过程示意图
16.04.2019 昆明学院 孙艳萍 12
快速原型制造技术的基本过程
CA 模型 D
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的方
法。
16.04.2019
快速原型制造技术的产生 快速原型制造技术的基本原理与过程 快速原型制造技术的特点 快速原型制造技术的重要特征 快速原型制造技术的种类 快速原型制造技术的应用 快速原型制造技术的发展趋势
16.04.2019
昆明学院 孙艳萍
17
快速原型技术与传统成形方式的区别： 成形机理和工艺控制方面： （1）RP加工不是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或堆积； （2）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，而且与成型中所施加的能量大小及施加方式有密 切关系，故在成型工艺控制方面，需要对多个坐标进行精确 的动态控制； （3）能量在成型物理过程中是一个极为关键的因素，在以往 的去除成形和受迫成形中，能量是被动地供给的，一般无须 对加工能量进行精确的预测与控制，而在离散、堆积类型的 RP中，单元体制造中能量是主动供给的，需要准确地预测与 控制，对成型中的能量形式、强度、分布、供给方式以及变 化等进行有效的控制，从而经由单元体的制造而完成成型。
23
技术的高度集成
快速成形技术是CAD/CAM技术、计算机技术、数 控技术、控制技术、激光技术、新材料技术和机械工 程等多项交叉学科的综合集成。它以离散／堆积为方 法，在计算机和数控技术的基础上，追求最大的柔性 为目标。
先进制造技术之快速原型制造技术
成形材料
工控机 控制软件
射频CO2 10.6μm
50W <0.4mm 670nm红光 320×320×440mm 0.08～0.3mm 精铸模料、工程塑料、树脂
砂 即时主流配置
AFS Win v2.0
中国农业大学
4.5.2 成形工艺过程
1. 成形参数选择 分层参数：零件加工方向、
分层厚度、扫描间距和扫描 方式。 成形烧结参数：扫描速度、 激光功率、预热温度、铺粉 参数等。
中国农业大学
4.3.4 SLA工艺特点
SLA工艺缺点： 成形过程中伴随着材料的物理和化学变化，产生收缩，并 且会因材料内部的应力导致制件较易翘曲、变形； 需要支撑； 设备运转及维护成本高； 需要二次固化； 液态树脂固化后在性能上不如常用的工业塑料，一般较脆、 易断裂。
中国农业大学
工件底部也要加支撑，以使工件成形后顺利从工作台取下。
成形完毕后应小 心除去支撑，从 而得到最终所需 的工件。
中国农业大学
4.3.2 成形工艺过程
2. 分层处理
采用分层软件对CAD模型的STL格式文件进行分层处理，得到 每一层截面图形及其有关的网格矢量数据，用于控制激光束的扫描 轨迹。分层处理还包括层厚、建立模式、固化深度、扫描速度、网 格间距、线宽补偿值、收缩补偿因子的选择与确定。
2. 原型制作
中国农业大学
4.5.2 成形工艺过程
3. 后处理
奥迪轿车刹车钳体精铸母模的 LOM原型
采用LOM工艺制造汽车零部 件精铸母模，生产效率高，尺 寸精度高。
奥迪轿车刹车钳体精铸件
中国农业大学
4.4.5 LOM工艺应用案例
汽车发动机排气管的精铸母模
中国农业大学
工控机 控制软件
射频CO2 10.6μm
50W <0.4mm 670nm红光 320×320×440mm 0.08～0.3mm 精铸模料、工程塑料、树脂
砂 即时主流配置
AFS Win v2.0
中国农业大学
4.5.2 成形工艺过程
1. 成形参数选择 分层参数：零件加工方向、
分层厚度、扫描间距和扫描 方式。 成形烧结参数：扫描速度、 激光功率、预热温度、铺粉 参数等。
中国农业大学
4.3.4 SLA工艺特点
SLA工艺缺点： 成形过程中伴随着材料的物理和化学变化，产生收缩，并 且会因材料内部的应力导致制件较易翘曲、变形； 需要支撑； 设备运转及维护成本高； 需要二次固化； 液态树脂固化后在性能上不如常用的工业塑料，一般较脆、 易断裂。
中国农业大学
工件底部也要加支撑，以使工件成形后顺利从工作台取下。
成形完毕后应小 心除去支撑，从 而得到最终所需 的工件。
中国农业大学
4.3.2 成形工艺过程
2. 分层处理
采用分层软件对CAD模型的STL格式文件进行分层处理，得到 每一层截面图形及其有关的网格矢量数据，用于控制激光束的扫描 轨迹。分层处理还包括层厚、建立模式、固化深度、扫描速度、网 格间距、线宽补偿值、收缩补偿因子的选择与确定。
2. 原型制作
中国农业大学
4.5.2 成形工艺过程
3. 后处理
奥迪轿车刹车钳体精铸母模的 LOM原型
采用LOM工艺制造汽车零部 件精铸母模，生产效率高，尺 寸精度高。
奥迪轿车刹车钳体精铸件
中国农业大学
4.4.5 LOM工艺应用案例
汽车发动机排气管的精铸母模
中国农业大学
先进制造技术概述(PPT 30页)
图18-1 制造自动化发展的五个阶段
一、数控加工技术
数控机床集传统的机械制造技术、计算机技术、 现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、 网络通讯技术、液压气动技术、光机电技术于 一体，是现代制造技术的基础。它的广泛使用 给机械制造业的生产方式、产品结构、产业结 构带来了深刻的变化。数控机床是制造业实现 自动化、柔性化、集成化生产的基础，是关系 到国家战略地位和体现国家综合国力的重要基 础性产业，其水平的高低及拥有量是衡量一个 国家工业现代化水平的重要标志。
图18-2 FMS的基本组成
2．自动加工系统
加工系统主要由数控机床、加工中心等 加工设备；工件清洗、在线检测等辅助 设备构成。加工设备在工件、刀具和控 制三个方面都具有可与其它子系统相连 接的标准接口。加工系统的性能直接影 响着FMS的性能，加工系统也是FMS中 耗资最多的部分，因此恰当地配置和选 用加工系统是FMS成功与否的关键。
第一节 柔性自动化加工技术
制造自动化是制造业发展的标志，通常将 制造自动化的发展分为五个阶段。从早期的满 足大批大量生产要求的刚性自动化，发展到以 计算机数控为基础的柔性自动化，依靠了许多 基础单元技术、系统集成技术及其相关装备的 长足发展。其中，计算机数字控制技术 （CNC）、分布式数字控制技术（DNC）、 柔性制造系统（FMS）等的发展，已能较好地 解决多品种、中小批量的自动化加工问题。
二、精益生产
美国曾以福特方法（即用于汽车生产的 流水线技术）赢得了全世界制造技术的 优势，但是，这种优势因当今市场需求 的发生变化而逐渐丧失，而日本的绝大 多数企业在借鉴福特方法的基础上，不 断更新技术和改进管理，适应了不断变 化着的市场需求，创造出了一种“全企 业的灵活的生产系统”。
三、绿色制造
快速成型的技术ppt课件
的。E.M.Sachs于1989年申请了3DP（Three-Dimensional Printing） 专利，该专利是非成形材料微滴喷射成形范畴的核心专利之一。3DP 工艺与SLS工艺类似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金属粉末。 所不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来的，而是通过喷头用粘接 剂(如硅胶)将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。用粘接剂粘接的 零件强度较低，还须后处理。具体工艺过程如下：上一层粘结完毕后， 成型缸下降一个距离（等于层厚：0.013～0.1mm）,供粉缸上升一高 度，推出若干粉末，并被铺粉辊推到成型缸，铺平并被压实。喷头在 计算机控制下，按下一建造截面的成形数据有选择地喷射粘结剂建造 层面。铺粉辊铺粉时多余的粉末被集粉装置收集。如此周而复始地送 粉、铺粉和喷射粘结剂，最终完成一个三维粉体的粘结。未被喷射粘 结剂的地方为干粉，在成形过程中起支撑作用，且成形结束后，比较 容易去除。
• 该工艺的特点是成形速度快，成形材料价格低，适合做 桌面型的快速成形设备。并且可以在粘结剂中添加颜料， 可以制作彩色原型，这是该工艺最具竞争力的特点之一， 有限元分析模型和多部件装配体非常适合用该工艺制造。 缺点是成形件的强度较低，只能做概念型使用，而不能做 功能性试验。
• 三维印刷(3DP)－－高速多彩的快速成型工艺
料（ABS等）、陶瓷粉、金属粉、砂等，可以在航空，机 械，家电，建筑，医疗等各个领域应用。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
• 主要工艺：
•
RP技术结合了众多当代高新技术：计算机辅助设计、
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 ）－制作大型铸件的快速成型工艺
• 该工艺的特点是成形速度快，成形材料价格低，适合做 桌面型的快速成形设备。并且可以在粘结剂中添加颜料， 可以制作彩色原型，这是该工艺最具竞争力的特点之一， 有限元分析模型和多部件装配体非常适合用该工艺制造。 缺点是成形件的强度较低，只能做概念型使用，而不能做 功能性试验。
• 三维印刷(3DP)－－高速多彩的快速成型工艺
料（ABS等）、陶瓷粉、金属粉、砂等，可以在航空，机 械，家电，建筑，医疗等各个领域应用。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
• 主要工艺：
•
RP技术结合了众多当代高新技术：计算机辅助设计、
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 ）－制作大型铸件的快速成型工艺
快速成型技术应用(共8张PPT)
随着技术的发展，甚至可以打印出具有活性的人体组织等。
制造业也需要很多3D打印产品，因为3D打印无论是在成本、速度和精确度上都要比传统制造好很多。
完全合乎设计者的要求，同时又能节省大量材料。
医疗行业 科学研究 产品模型 建筑设计 图10-4 对RP模型需求的目的
在建筑业里，工程师和设计师们已经接受了用3D打印机打印的建筑模型，这种方法快速、成本低、环保，同时制作精美。
快速成型与3D打印应用
ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed
by Guild Design Inc.
其他 建筑 政府/军用 科研
航空航天 工业设备
交通设备
医疗
消费品/电子
0%
3.6% 3.9%
5.2%
6.8%
性的人体组织等。
适合研究。
第6页，共8页。
4. 本模块的内容
快速成型与3D打印应用
1 RP技术在新产品开发中的应用
2
RP技术在快速制模中的应用
3
RP技术在医学领域的应用
4
RP技术在艺术领域的应用
5 RP技术在快速铸造中的应用
第7页，共8页。
Thank You!
第8页，共8页。
5%
10%
10.2%
15%
13.4%
18.6%
16.4%
20%
25%
21.8%
第3页，共8页。
第一节 快速原型的基本用快途速成型与3D打印应用
2. 2013年全球3D打印市场规模
根据2013版的Wohlers显示，2013年全球3D打印市场规模约40亿美元，相比 2012年几乎翻了一番。其大体分布概况如下：欧洲约10亿美元，美国约15亿美元，中 国所占份额约3亿美元
8.快速原型制造技术
③.快速原型作为一种重要的制造技术，采用适当的材料， 这种原型可以被用在后续生产操作中以获得最终产品。
④.快速原型操作可以应用于模具制造，可以快速、经济 地获得模具。 ⑤.产品制造过程几乎与零件的复杂性无关，可实现自由 制造(Free Form Fabrication)，这是传统制造方法无 法比拟的。
立体印刷的优缺点及应用
• SLA是最早出现的RP工艺，是目前RPM技术领域研究最 多、技术最成熟的方法。 • 缺点需要支撑、材料毒性及收缩
（二）选择性层片粘接
• 选择性层片粘接采用激光等对箔材进行切割。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。通过升降平台的移动和箔材 的送给可以切割出新的层片并将其与先前的层片粘接 在一起，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。 层片添加的典型工艺是分层实体制造LOM（Laminated Object Manufacturing——LOM），如图2所示。这里 所说的箔材可以是涂覆纸（涂有粘接剂覆层的纸）， 涂覆陶瓷箔、金属箔或其他材质基的箔材。
（二）RPM成形材料
材料 形态 具体 材料 液态 固态粉末 非金属 金属 固态片材 固态丝 材 蜡丝、 ABS丝等
快速原型(Rapid Prototyping)技术是近年来发展 起来的直接根据CAD模型快速生产样件或零件的成组技 术总称，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。 与传统制造方法不同，快速成型从零件的CAD几 何模型出发，通过软件分层离散和数控成型系统，用 激光束或其他方法将材料堆积而形成实体零件。由于 它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加， 因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复 杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。
快速原型制造技术快速成形原理及特点
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：
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。
快速原型技术
快速模具技术
快速模具技术(Rapid tooling，简称RT)：是随着 RP 技术的发展而迅速发展起来的一门新技术。主要 是运用RP生产的原型来做模具。
RT模具种类： 软模具：腊模、硅橡胶模、环氧树脂模、聚氨脂模等 硬模具：环氧树脂、石膏、陶瓷、低熔点金属、金属 基复合材料等。
RP＆RT
用 RP 技术直接制做模具：用 LOM 系统制做的制件 经表面处理，其强度比一般木材还要高，可直接用作 铸造木模；用 SLS 等方法则可直接制造熔模铸造用的 蜡模。
快速原型制造技术
Rapid Prototyping Manufacturing
本节要点
快速原型制造的工作原理
快速原型制造的工艺过程 典型的RPM方法：SLA， SLS，LOM，FDM，3DPrinting
快速原型技术
★定义：快速原型技术是用离散分层的原理制作产品原型 的总称，其原理为：产品三维CAD模型→分层离散→按离 散后的平面几何信息逐层加工堆积原材料→生成实体模型， 简称 RP 。
2.堆积成形（Stacking Forming） 运用合并与连接的方法，把材料（气、液、固相）有序地合
并堆积起来的成形方法。RPM。 3.受迫成型（Forced Forming）
利用材料的可成形性（如塑性）在特定外围约束（边界约束 或外力约束)下的成形方法。Extrude，Cast， Powder metallurgy。 4.生长成形（Growth Forming)
RPM的特点
1）高度柔性 2）技术的高度集成 3）设计制造一体化 4）快速性 5）自由成形制造(Free Form Fabrication，FFF) 6）材料的广泛性
快速原型服务领域
工业造型、模具、家电、电子仪表、轻工、 塑料、玩具、航空航天、军工、机械、汽车、 摩托车、内燃机、建筑规划及模型、科研、医 疗等。
相关主题
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1．产品的三维模型构造
根据产品的要求在CAD软件平台设计三维模型 根据二维图样构建三维模型 采用逆向工程技术构建三维模型
2．三维模型的近似处理
用一系列小三角平面来逼近模型上的自由曲面， 每一个小三角形由三个顶点和一个法矢量来表示， 三角形的大小可以选择，从而得到不同的曲面近 似精度。
分层间隔选取的范围为0.05mm～0.5mm，常用的是 0.1mm左右。间隔愈小，精度愈高，但成形时间愈长。
各种快速原型系统都带有分层处理软件，能将CAD模 型以片层方式来描述，这样，无论零件多么复杂，对于 每一层来说，都是简单的平面。
（5）逐层堆积制造：在计算机控制下，根据生成 的数控指令，成形头在平面内按截面轮廓进行扫 描，固化液态树脂，从而堆积出当前的一个层片， 并将当前层与已加工好的零件部分粘合。然后， 成形机工作台面上升或下降一个层厚的距离，再 堆积新的一层。如此反复进行直到整个零件加工 完毕。 （6）后处理：对完成的原型进行处理，使之达到 要求。
经近似处理的三维模型文件格式为STL，典型 的商品化CAD系统都有STL文件输出的数据接 口
产品三维模型构造及其近似处理
在Pro/E中输出STL文件
STL输出的误差
分层处理软件
由于快速原型是按一层层截面轮廓来进行成形，因此， 加工前必须从三维模型上，沿成形的高度方向，每隔一 定的间隔进行分层切片处理，以获得截面的轮廓。
它借助计算机、激光、精密传动、数控技术等现代手段，将 CAD和CAM集成于一体，根据在计算机上构造的三维模型， 能在很短的时间内直接制造出产品样品，使设计工作进入一 种全新的境界。
改善了设计过程中的人机交流，缩短了产品开发周期，加快 了产品更新换代的速度，降低了企业投资新产品的风险。
传统的零件加工过程是先制造毛坯，然后 经切削加工，从毛坯上去除多余的材料得 到零件的形状和尺寸，这种方法统称为材 料去除制造。
3、设计制造一体化 CAD／CAM一体化。由于采用了离散/堆积的分
层制造工艺，能够很好地将CAD、CAM结合起来。
4、大幅度缩短新产品的开发成本和周期 可减少产品开发成本30~70%，缩短开发时间
50%至更少。
5、制造成形自由化 可根据零件的形状，不受任何专用工具或模具
的限制而自由成形，也不受零件复杂程度的限制，能 够制造任意复杂形状与结构、不同材料复合的零件。
6、材料使用广泛性 金属、纸张、塑料、树脂、石蜡、陶瓷，甚至
纤维等材料在快速原型制造领域已有很好的应用。
快速原型的软件系统
CAD造型软件： 进行零件的三维设计
快速原型 的软件系
统
分层处理软件： 进行分层计算以获取层 片信息
成形控制软件： 进行加工参数设定、生成 数控代码、控制实时加工
产品三维模型构造及其近似处理
Manufacturing，RPM）是综合利用CAD技术、数 控技术、材料科学、机械工程、电子技术及激光技术 的技术集成以实现从零件设计到三维实体原型制造一
体化的系统技术。它是一种基于离散堆积成形思想的新 型成形技术，是由CAD模型直接驱动的快速完成任意 三、快速原型制造技术的基本原理及基本过程
——基本原理
快速原型制造技术彻底摆脱了传统的“去除”加工法， 而基于“材料逐层堆积”的制造理念，将复杂的三维加 工分解为简单的材料二维添加的组合，它能在CAD模型 的直接驱动下，快速制造任意复杂形状的三维实体，是 一种全新的制造技术。
从成形角度看，零件可视为逐点、线、面的叠加而成。 从CAD模型中离散得到点、线、面的几何信息，再与快 速成形的工艺参数信息结合，控制材料有规律地、精确 地由点、线到面，由面到体地逐步堆积成零件。从制造 角度看，它根据CAD造型生成零件三维几何信息，控制 三维的自动化成形设备，通过激光束或其他方法将材料 逐层堆积而形成成形零件。
三、快速原型制造技术的基本原理及基本过程 ——基本过程
（1）产品的CAD建模：应用三维CAD软件，根据产 品要求设计三维模型，或采用逆向工程技术获取产品 的三维模型。 （2）三维模型的近似处理：用一系列小三角形平面来 逼近模型上的不规则曲面，从而得到产品的近似模型。 （3）三维模型的Z向离散化（即分层处理）：将近似 模型沿高度方向分成一系列具有一定厚度的薄片，提 取层片的轮廓信息 （4）处理层片信息，生成数控代码：根据层片几何信 息，生成层片加工数控代码，用以控制成形机的加工 运动。
快速原型技术彻底摆脱了传统的“去除”加工 法，而基于“材料逐层堆积”的制造理念，将 复杂的三维加工分解为简单的材料二维添加的 组合，它能在CAD模型的直接驱动下，快速制 造任意复杂形状的三维实体，是一种全新的制 造技术。
二、快速原型制造技术的基本概念
快速原型制造技术（Rapid Prototype
三维模型的近似处理
用一系列小三角平面来逼近模型上的自由曲面， 每一个小三角形由三个顶点和一个法矢量来表示， 三角形的大小可以选择，从而得到不同的曲面近 似精度。
经近似处理的三维模型文件格式为STL，典型 的商品化CAD系统都有STL文件输出的数据接 口
在Pro/E中输出STL文件
STL输出的误差
快速原型制造技术
一、快速原型制造技术的产生
全球一体化市场、制造业竞争激烈，产品的开发速度成为市 场竞争的主要矛盾。
从技术发展角度，计算机、CAD、材料、激光等技术的发 展和普及为新的制造技术的产生奠定了基础。
快速原型制造于20世纪80年代后期产生于美国，并很快扩 展到日本及欧洲，于20世纪90年代初引入我国，是近20年 来制造技术领域的一项重大突破。
快速原型工艺流程图
叠层实体制造工艺
快速原型制造技术的特点
1、高度柔性化 对整个制造过程，仅需改变CAD模型或反求数据
结构模型，对成形设备进行适当的参数调整，即可在计 算机的管理和控制下制造出不同形状的零件或模型。
2、技术高度集成化 快速成形技术是计算机技术、数控技术、控制技术、
激光技术、材料技术和机械工程等多项交叉学科的综合 集成。它以离散／堆积为方法，在计算机和数控技术的 基础上，追求最大的柔性为目标。
根据产品的要求在CAD软件平台设计三维模型 根据二维图样构建三维模型 采用逆向工程技术构建三维模型
2．三维模型的近似处理
用一系列小三角平面来逼近模型上的自由曲面， 每一个小三角形由三个顶点和一个法矢量来表示， 三角形的大小可以选择，从而得到不同的曲面近 似精度。
分层间隔选取的范围为0.05mm～0.5mm，常用的是 0.1mm左右。间隔愈小，精度愈高，但成形时间愈长。
各种快速原型系统都带有分层处理软件，能将CAD模 型以片层方式来描述，这样，无论零件多么复杂，对于 每一层来说，都是简单的平面。
（5）逐层堆积制造：在计算机控制下，根据生成 的数控指令，成形头在平面内按截面轮廓进行扫 描，固化液态树脂，从而堆积出当前的一个层片， 并将当前层与已加工好的零件部分粘合。然后， 成形机工作台面上升或下降一个层厚的距离，再 堆积新的一层。如此反复进行直到整个零件加工 完毕。 （6）后处理：对完成的原型进行处理，使之达到 要求。
经近似处理的三维模型文件格式为STL，典型 的商品化CAD系统都有STL文件输出的数据接 口
产品三维模型构造及其近似处理
在Pro/E中输出STL文件
STL输出的误差
分层处理软件
由于快速原型是按一层层截面轮廓来进行成形，因此， 加工前必须从三维模型上，沿成形的高度方向，每隔一 定的间隔进行分层切片处理，以获得截面的轮廓。
它借助计算机、激光、精密传动、数控技术等现代手段，将 CAD和CAM集成于一体，根据在计算机上构造的三维模型， 能在很短的时间内直接制造出产品样品，使设计工作进入一 种全新的境界。
改善了设计过程中的人机交流，缩短了产品开发周期，加快 了产品更新换代的速度，降低了企业投资新产品的风险。
传统的零件加工过程是先制造毛坯，然后 经切削加工，从毛坯上去除多余的材料得 到零件的形状和尺寸，这种方法统称为材 料去除制造。
3、设计制造一体化 CAD／CAM一体化。由于采用了离散/堆积的分
层制造工艺，能够很好地将CAD、CAM结合起来。
4、大幅度缩短新产品的开发成本和周期 可减少产品开发成本30~70%，缩短开发时间
50%至更少。
5、制造成形自由化 可根据零件的形状，不受任何专用工具或模具
的限制而自由成形，也不受零件复杂程度的限制，能 够制造任意复杂形状与结构、不同材料复合的零件。
6、材料使用广泛性 金属、纸张、塑料、树脂、石蜡、陶瓷，甚至
纤维等材料在快速原型制造领域已有很好的应用。
快速原型的软件系统
CAD造型软件： 进行零件的三维设计
快速原型 的软件系
统
分层处理软件： 进行分层计算以获取层 片信息
成形控制软件： 进行加工参数设定、生成 数控代码、控制实时加工
产品三维模型构造及其近似处理
Manufacturing，RPM）是综合利用CAD技术、数 控技术、材料科学、机械工程、电子技术及激光技术 的技术集成以实现从零件设计到三维实体原型制造一
体化的系统技术。它是一种基于离散堆积成形思想的新 型成形技术，是由CAD模型直接驱动的快速完成任意 三、快速原型制造技术的基本原理及基本过程
——基本原理
快速原型制造技术彻底摆脱了传统的“去除”加工法， 而基于“材料逐层堆积”的制造理念，将复杂的三维加 工分解为简单的材料二维添加的组合，它能在CAD模型 的直接驱动下，快速制造任意复杂形状的三维实体，是 一种全新的制造技术。
从成形角度看，零件可视为逐点、线、面的叠加而成。 从CAD模型中离散得到点、线、面的几何信息，再与快 速成形的工艺参数信息结合，控制材料有规律地、精确 地由点、线到面，由面到体地逐步堆积成零件。从制造 角度看，它根据CAD造型生成零件三维几何信息，控制 三维的自动化成形设备，通过激光束或其他方法将材料 逐层堆积而形成成形零件。
三、快速原型制造技术的基本原理及基本过程 ——基本过程
（1）产品的CAD建模：应用三维CAD软件，根据产 品要求设计三维模型，或采用逆向工程技术获取产品 的三维模型。 （2）三维模型的近似处理：用一系列小三角形平面来 逼近模型上的不规则曲面，从而得到产品的近似模型。 （3）三维模型的Z向离散化（即分层处理）：将近似 模型沿高度方向分成一系列具有一定厚度的薄片，提 取层片的轮廓信息 （4）处理层片信息，生成数控代码：根据层片几何信 息，生成层片加工数控代码，用以控制成形机的加工 运动。
快速原型技术彻底摆脱了传统的“去除”加工 法，而基于“材料逐层堆积”的制造理念，将 复杂的三维加工分解为简单的材料二维添加的 组合，它能在CAD模型的直接驱动下，快速制 造任意复杂形状的三维实体，是一种全新的制 造技术。
二、快速原型制造技术的基本概念
快速原型制造技术（Rapid Prototype
三维模型的近似处理
用一系列小三角平面来逼近模型上的自由曲面， 每一个小三角形由三个顶点和一个法矢量来表示， 三角形的大小可以选择，从而得到不同的曲面近 似精度。
经近似处理的三维模型文件格式为STL，典型 的商品化CAD系统都有STL文件输出的数据接 口
在Pro/E中输出STL文件
STL输出的误差
快速原型制造技术
一、快速原型制造技术的产生
全球一体化市场、制造业竞争激烈，产品的开发速度成为市 场竞争的主要矛盾。
从技术发展角度，计算机、CAD、材料、激光等技术的发 展和普及为新的制造技术的产生奠定了基础。
快速原型制造于20世纪80年代后期产生于美国，并很快扩 展到日本及欧洲，于20世纪90年代初引入我国，是近20年 来制造技术领域的一项重大突破。
快速原型工艺流程图
叠层实体制造工艺
快速原型制造技术的特点
1、高度柔性化 对整个制造过程，仅需改变CAD模型或反求数据
结构模型，对成形设备进行适当的参数调整，即可在计 算机的管理和控制下制造出不同形状的零件或模型。
2、技术高度集成化 快速成形技术是计算机技术、数控技术、控制技术、
激光技术、材料技术和机械工程等多项交叉学科的综合 集成。它以离散／堆积为方法，在计算机和数控技术的 基础上，追求最大的柔性为目标。