快速成形制造技术现状及进展
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快速成形制造技术现状及进展
用途－新产品设计验证
• 设计思想验证：检验实物是否体现了造型、结构等方 面的设计思想，同时也可检验原设计是否存在缺陷。
• 功能验证：检验零件的某些性能是否满足要求，例如 使用的舒适性等。
• 工艺性验证：用实物检验零件的可制造性、可装配性。 增强设计部门和制造部门的沟通，促进DFX和CE技术 的实施。
快速成形制造技术
现状及进展
快速成形制造技术现状及进展
简介
快速成形制造技术又称为快速原型制造技术 (Rapid Prototyping Manufacturing 简称RPM) 。
其基本原理是利用CAD三维设计的结果和逐层堆积 的方式制造零件。
传统零件制造方法有去除法和变形法，而RPM方法 是靠添加材料来制造零件，又称为材料添加制造法 (Material Additive Manufacturing 或 Material Increase Manufacturing)，
快速成形制造技术现状及进展
分类及原理－SLS
北京隆源公司的 AFS－320快速成形机
快速成形制造技术现状及进展
SBaidu NhomakorabeaS技术特点
有的文献中将这类技术又称为实体自由成形制造 (Solid Freeform Fabrication 简写为SFF)，强调可以成 形任意复杂的实体。
快速成形制造技术现状及进展
用途
✓新产品设计验证 ✓制造样件 ✓快速工具制造(Rapid tooling) ✓零件的直接生产 ✓制作医学模型 ✓制作雕塑艺术品
快速成形制造技术现状及进展
分类及原理－SLA
光固化立体造型(Stereo lithography apparatus, SLA) 分为逐点和逐层二种固化方式 第一种逐点固化方式是利用紫外激光在计算机控制下 对液态感光树脂进行逐点扫描，使被扫描区液态树脂表 层发生光聚合而固化，形成一个薄层的二维图形。然后 工作台下降一层高度，激光器对覆盖在表层的液态树脂 再次扫描，形成另一个薄层的二维图形……，最终形成 三维实体模型。
快速成形制造技术现状及进展
用途－制作雕塑艺术品
• 雕塑包括艺术创作过程和加工制作的过程。制作过程 的失误可能使最终的作品无法体现原有的创作思想。 RPM技术可以使制作过程避免失真，真实体现雕塑家 的创作思想。
快速成形制造技术现状及进展
RPM技术分类及原理
当前成熟的RPM技术有：
• 光固化立体造型(Stereo lithography apparatus, SLA) • 选区激光烧结技术(Selective laser sintering, SLS) • 熔融沉积技术(Fused deposition modeling, FDM) • 分层物体制造(Laminated object manufacturing, LOM) • 三维打印技术(3D printing, 3DP) • 激光敷层技术(Laser clading, LC)
• 包装和运输方面，需要通过实体模型分析包装、存贮、 运输等各个环节中的情况，优化产品在内包装盒或纸 箱中的排列。
快速成形制造技术现状及进展
用途－新产品设计验证
在产品开发研制 过程的不同阶段中， 设计修改对产品成本 的影响以指数级数上 升。如果设计方案在 早期修改得越完善， 在修改代价越来越昂 贵的后期阶段，不得 已的反复就会越少， 产品的研发总成本就 越低。
快速成形制造技术现状及进展
用途－制作样件
• 向用户提供样件，有利于用户对设计进 行评价，有利于对用户订货的快速反应。
• 向销售部门提供样件，进行市场宣传。 • 为工程投标提供样件，为竞标创造有利
条件。 • 实物模型使得设计思想更易理解，因而
具有更好的说服力，有利于促销、竞标。
快速成形制造技术现状及进展
快速成形制造技术现状及进展
分类及原理－SLA
• 第三种逐点固化方式是采用两个频率不同的激光器， 激光束相互垂直，在光敏树脂中相交。其中一束激光 将树脂激活到可逆的亚稳状态，另一束激光使树脂发 生聚合。
• 逐层固化方式是采用一系列掩模逐个遮盖液态感光树 脂，掩模图案是根据零件每层的截面形状制做的，透 光部分代表零件截面形状，UV射线通过掩模照射在树 脂表面，零件截面形状部分被固化，其余部分仍为液 态树脂，逐层固化后成为树脂零件。这种方式的成型 速度高于逐点固化方式，不需要激光器，设备成本低。
用途－制作样件
图 3 传 真 机 BABS塑 料 组 装 样 件
快速成形制造技术现状及进展
用途－快速工具制造
• 复杂板金模具 • 精密铸造模具 • 注塑模具 • 粉末冶金模具
快速成形制造技术现状及进展
用途－制作医学模型
• 根据CT或核磁测量的患者骨骼断层数据，利用 CAD建模技术得到病人的骨骼三维模型，用RPM 技术做出样件，作为确定手术方案的依据。
快速成形制造技术现状及进展
分类及原理－SLA
美国3D SYSTEM的 SLA激光快速成型机
快速成形制造技术现状及进展
分类及原理－SLA
• 第二种逐点固化方式是采用紫外光源光笔对光敏树脂 扫描，完成逐点固化。这种设备不采用激光器，所以 设备价格低，运行费用低。但其扫描精度和扫描速度 均低于前者。
西交大研制的紫外光笔 扫描CPS快速成形机
快速成形制造技术现状及进展
SLA技术特点
✓耗材为光敏树脂，价格高，原料种类少； ✓材料利用率高，接近100％； ✓成形过程分辨率高，零件精度高，表面质量好； ✓适于成型复杂形状的中小零件； ✓成形过程中需要有支撑结构； ✓设备投资大，生产率高。
快速成形制造技术现状及进展
分类及原理－SLS
选区激光烧结技术(Selective laser sintering SLS) 在工作台上均匀的铺一层热敏粉末，厚约0.1～0.2 mm。 辅助加热装置将其加热到熔点以下温度。利用激光在 计算机控制下对粉末层进行有选择的照射，使被照射 粉末达到其烧结温度，粉末颗粒间发生表层粘接，从 而烧结在一起。然后工作台下降一层高度，在已烧结 层上再铺一层粉末。这样逐层烧结形成三维实体。成 型材料为各种可烧结粉末，如石蜡、塑料、低熔点金 属粉末，或它们的混合粉末。
用途－新产品设计验证
• 设计思想验证：检验实物是否体现了造型、结构等方 面的设计思想，同时也可检验原设计是否存在缺陷。
• 功能验证：检验零件的某些性能是否满足要求，例如 使用的舒适性等。
• 工艺性验证：用实物检验零件的可制造性、可装配性。 增强设计部门和制造部门的沟通，促进DFX和CE技术 的实施。
快速成形制造技术
现状及进展
快速成形制造技术现状及进展
简介
快速成形制造技术又称为快速原型制造技术 (Rapid Prototyping Manufacturing 简称RPM) 。
其基本原理是利用CAD三维设计的结果和逐层堆积 的方式制造零件。
传统零件制造方法有去除法和变形法，而RPM方法 是靠添加材料来制造零件，又称为材料添加制造法 (Material Additive Manufacturing 或 Material Increase Manufacturing)，
快速成形制造技术现状及进展
分类及原理－SLS
北京隆源公司的 AFS－320快速成形机
快速成形制造技术现状及进展
SBaidu NhomakorabeaS技术特点
有的文献中将这类技术又称为实体自由成形制造 (Solid Freeform Fabrication 简写为SFF)，强调可以成 形任意复杂的实体。
快速成形制造技术现状及进展
用途
✓新产品设计验证 ✓制造样件 ✓快速工具制造(Rapid tooling) ✓零件的直接生产 ✓制作医学模型 ✓制作雕塑艺术品
快速成形制造技术现状及进展
分类及原理－SLA
光固化立体造型(Stereo lithography apparatus, SLA) 分为逐点和逐层二种固化方式 第一种逐点固化方式是利用紫外激光在计算机控制下 对液态感光树脂进行逐点扫描，使被扫描区液态树脂表 层发生光聚合而固化，形成一个薄层的二维图形。然后 工作台下降一层高度，激光器对覆盖在表层的液态树脂 再次扫描，形成另一个薄层的二维图形……，最终形成 三维实体模型。
快速成形制造技术现状及进展
用途－制作雕塑艺术品
• 雕塑包括艺术创作过程和加工制作的过程。制作过程 的失误可能使最终的作品无法体现原有的创作思想。 RPM技术可以使制作过程避免失真，真实体现雕塑家 的创作思想。
快速成形制造技术现状及进展
RPM技术分类及原理
当前成熟的RPM技术有：
• 光固化立体造型(Stereo lithography apparatus, SLA) • 选区激光烧结技术(Selective laser sintering, SLS) • 熔融沉积技术(Fused deposition modeling, FDM) • 分层物体制造(Laminated object manufacturing, LOM) • 三维打印技术(3D printing, 3DP) • 激光敷层技术(Laser clading, LC)
• 包装和运输方面，需要通过实体模型分析包装、存贮、 运输等各个环节中的情况，优化产品在内包装盒或纸 箱中的排列。
快速成形制造技术现状及进展
用途－新产品设计验证
在产品开发研制 过程的不同阶段中， 设计修改对产品成本 的影响以指数级数上 升。如果设计方案在 早期修改得越完善， 在修改代价越来越昂 贵的后期阶段，不得 已的反复就会越少， 产品的研发总成本就 越低。
快速成形制造技术现状及进展
用途－制作样件
• 向用户提供样件，有利于用户对设计进 行评价，有利于对用户订货的快速反应。
• 向销售部门提供样件，进行市场宣传。 • 为工程投标提供样件，为竞标创造有利
条件。 • 实物模型使得设计思想更易理解，因而
具有更好的说服力，有利于促销、竞标。
快速成形制造技术现状及进展
快速成形制造技术现状及进展
分类及原理－SLA
• 第三种逐点固化方式是采用两个频率不同的激光器， 激光束相互垂直，在光敏树脂中相交。其中一束激光 将树脂激活到可逆的亚稳状态，另一束激光使树脂发 生聚合。
• 逐层固化方式是采用一系列掩模逐个遮盖液态感光树 脂，掩模图案是根据零件每层的截面形状制做的，透 光部分代表零件截面形状，UV射线通过掩模照射在树 脂表面，零件截面形状部分被固化，其余部分仍为液 态树脂，逐层固化后成为树脂零件。这种方式的成型 速度高于逐点固化方式，不需要激光器，设备成本低。
用途－制作样件
图 3 传 真 机 BABS塑 料 组 装 样 件
快速成形制造技术现状及进展
用途－快速工具制造
• 复杂板金模具 • 精密铸造模具 • 注塑模具 • 粉末冶金模具
快速成形制造技术现状及进展
用途－制作医学模型
• 根据CT或核磁测量的患者骨骼断层数据，利用 CAD建模技术得到病人的骨骼三维模型，用RPM 技术做出样件，作为确定手术方案的依据。
快速成形制造技术现状及进展
分类及原理－SLA
美国3D SYSTEM的 SLA激光快速成型机
快速成形制造技术现状及进展
分类及原理－SLA
• 第二种逐点固化方式是采用紫外光源光笔对光敏树脂 扫描，完成逐点固化。这种设备不采用激光器，所以 设备价格低，运行费用低。但其扫描精度和扫描速度 均低于前者。
西交大研制的紫外光笔 扫描CPS快速成形机
快速成形制造技术现状及进展
SLA技术特点
✓耗材为光敏树脂，价格高，原料种类少； ✓材料利用率高，接近100％； ✓成形过程分辨率高，零件精度高，表面质量好； ✓适于成型复杂形状的中小零件； ✓成形过程中需要有支撑结构； ✓设备投资大，生产率高。
快速成形制造技术现状及进展
分类及原理－SLS
选区激光烧结技术(Selective laser sintering SLS) 在工作台上均匀的铺一层热敏粉末，厚约0.1～0.2 mm。 辅助加热装置将其加热到熔点以下温度。利用激光在 计算机控制下对粉末层进行有选择的照射，使被照射 粉末达到其烧结温度，粉末颗粒间发生表层粘接，从 而烧结在一起。然后工作台下降一层高度，在已烧结 层上再铺一层粉末。这样逐层烧结形成三维实体。成 型材料为各种可烧结粉末，如石蜡、塑料、低熔点金 属粉末，或它们的混合粉末。