快速原型技术
简述快速原型制造技术原理
简述快速原型制造技术原理快速原型制造技术是一种通过快速制作物理模型的技术，旨在通过快速迭代和快速测试，提高产品开发的效率和质量。
其原理主要包括三个方面：CAD设计、快速制造和快速测试。
CAD设计是快速原型制造技术的基础。
CAD（Computer-Aided Design，计算机辅助设计）是一种通过计算机生成、修改和优化设计方案的工具。
在快速原型制造中，利用CAD软件进行三维模型的设计，将产品的外形、结构和功能等要素转化为数字化的几何模型。
CAD设计不仅可以提高设计的精度和效率，还可以方便后续的快速制造和测试。
快速制造是快速原型制造技术的关键环节。
快速制造是指通过一系列的制造工艺，将CAD设计的数字模型转化为物理模型。
常见的快速制造技术包括3D打印、激光切割、喷墨打印等。
其中，3D打印是一种将数字模型直接转化为物理模型的技术，通过逐层堆积材料来构建三维物体。
激光切割则是利用激光束对材料进行切割，从而得到所需的形状。
喷墨打印则是利用喷头喷射墨水，逐层堆积形成物体。
这些快速制造技术具有制造速度快、成本低、制造精度高等优点，可以满足快速原型制造的需求。
快速测试是快速原型制造技术的重要环节。
通过快速制造得到的物理模型可以用于进行各种测试，以验证产品的设计和性能。
快速测试可以帮助设计师及时发现并修正设计中的问题，从而提高产品的质量和可靠性。
常见的快速测试方法包括功能测试、耐久性测试、可靠性测试等。
功能测试是验证产品是否符合设计要求的测试，通过对物理模型进行各项功能测试，可以评估产品的性能。
耐久性测试是评估产品在长期使用过程中的稳定性和可靠性，通过模拟实际使用环境对物理模型进行测试，可以预测产品的寿命和故障率。
可靠性测试是评估产品在各种异常情况下的可靠性，通过对物理模型进行各种极限测试，可以评估产品的极限性能和安全性。
快速原型制造技术通过CAD设计、快速制造和快速测试三个环节，实现了从数字模型到物理模型的快速转化，为产品开发提供了高效、低成本的解决方案。
sla快速原型技术的发展及应用资料
sla快速原型技术的发展及应用资料
SLA快速原型技术，是一种高精度、高效率的制造工艺，已经在许多领域得到广泛的应用，并取得了显著的成就。
下文将简要介绍SLA快速原型技术的发展和应用情况。
一、SLA快速原型技术的发展
SLA技术诞生于20世纪80年代初，最初是由Chuck Hull（美国3D系统公司创始人）发明的。
SLA技术是采用激光照射液态光敏树脂，使其固化成三维实体的方法。
SLA技术在20世纪90年代逐步发展成功，成为了当时最流行的快速原型技术之一。
SLA技术的发展经历了从单一激光扫描到多光束扫描、从单个构建台到多个构建台、从单一光敏树脂到多种光敏树脂等多个阶段，这些改进使SLA技术得以高度发展和成熟。
二、SLA快速原型技术的应用
1、医疗领域：SLA技术在医疗领域有着广泛的应用，如医疗器械研发、牙医领域、生物医学领域的研究等。
例如，牙科爱好者可以通过SLA技术制造出牙齿矫正器、牙套等，并能够个性化定制。
2、汽车制造：在汽车制造领域，SLA技术可以用来制造产品模型、产品外部系统、汽车内部零部件等。
3、电子行业：SLA技术可以制造出电子产品外壳、电子英寸等。
先进制造技术之快速原型制造技术
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。
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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
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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
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4.4.5 LOM工艺应用案例
汽车发动机排气管的精铸母模
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快速原型的制造技术及应用研究
快速原型的制造技术及应用研究一、引言快速原型（Rapid Prototyping，RP）是一种新兴的制造技术，它可以快速制造出三维模型，并在其基础上进行快速制造，同时也被广泛应用于产品设计领域和医疗领域。
二、快速原型技术的发展历程起初，快速原型技术主要用于制造复杂的工业零件，但由于其高效、低成本等优点，被广泛应用于汽车、航天、建筑、文化创意等领域，逐渐发展成为一项独立的制造技术。
三、快速原型技术的制造方法快速原型技术的制造方法主要分为激光烧结、光固化、层压制造和喷射成型等几种方法。
1. 激光烧结激光烧结采用激光束在金属粉末上进行高能量照射，使金属粉末熔化，形成凝固的金属球，在多次重叠后形成零件。
该方法通常用于制造金属零件。
2. 光固化光固化是利用紫外线或激光束的能量使液态树脂快速聚合形成固体，该方法通常用于制造非金属零件。
3. 层压制造层压制造是采用在平面上依次叠压成型材料用三维打印机快速建造出三维物体的方法。
该方法特别适合制造模型和薄壁零件。
4. 喷射成型喷射成型是通过喷射器喷射熔融材料直接形成零件。
该方法特别适合制造中空零件。
四、快速原型技术应用研究1. 产品设计领域在产品设计领域，快速原型技术可以快速制造出三维模型，方便设计师在设计过程中对产品进行修改和改进，大幅度缩短了设计周期并降低了制造成本。
2. 医疗领域在医疗领域，快速原型技术可以通过数字化重建受伤部位，制作出精准的模型，帮助医生进行手术前的规划，并提高手术成功率，减少手术风险。
3. 艺术创意领域在艺术创意领域，快速原型技术可以制造出形态多样的艺术品和创意家居用品，满足人们日益增长的个性化需求。
五、快速原型技术的未来发展快速原型技术的发展受到了技术、市场、资金等多方面的限制。
仍需大量的研究和发展，提高快速原型制造技术的准确度、速度和效率。
未来，快速原型技术的发展将进一步推动新产品和新制造业的发展，并为人们的生活带来更多便利。
六、结论快速原型技术是一项颠覆性的制造技术，是工业和科技发展的重要驱动力之一。
快速原型技术在产品设计中的应用研究
快速原型技术在产品设计中的应用研究随着现代科技的发展，人们对于产品的需求也越来越多样化，从而对产品设计提出了更高的要求。
而为了跟上市场上的竞争步伐，越来越多的企业开始关注快速原型技术，将其应用到产品开发过程中。
本文将对快速原型技术在产品设计中的应用进行探讨。
一、快速原型技术的概念快速原型技术是一种以计算机辅助设计软件（CAD）为基础，通过三维打印、激光切割、数控加工等先进技术快速制作出产品样品的技术。
快速原型技术利用设计师设计好的三维模型文件，在短时间内制作出具有类似实际产品样品的快速成型模型。
二、快速原型技术在产品设计中的应用1.降低产品开发成本利用传统的产品开发模式，需要花费大量时间、人力、物力来完成产品样品的制作，而快速原型技术则能够显著缩短产品开发周期，在设计师完成三维模型后，只需要几个小时就可以制作出快速成型模型，从而降低产品开发成本。
2.提高产品设计精度快速原型技术在制作成型模型的过程中，可以将设计师的三维模型文件高度精确地转化为成型模型，避免了手工制作时由于技术、材料等原因引起的误差，从而提高了产品设计的精度和准确性。
3.加快产品上市速度传统的产品开发模式需要经过多次反复的制作、测试、修正等步骤，耗费大量时间和成本，而快速原型技术则能够快速制作出成型模型，使产品在短时间内上市，提高了产品的市场竞争力。
4.实现个性化产品设计利用快速原型技术，可以根据客户的具体需求，快速制作出定制化的产品样品，实现了个性化设计的需求。
三、快速原型技术在产品设计中的应用案例1.汽车行业在汽车工业中，对产品的精度要求非常高。
通过快速原型技术，汽车设计师可以在较短的时间内制作出高精度、高品质的汽车样品，进一步优化产品设计的质量。
2.医疗器械行业医疗器械的产品开发需要极高的精度和可靠性，在产品设计阶段便需进行反复的试验和验证。
而快速原型技术可以快速、准确地制作出医疗器械样品，让医疗器械产品更加精确和可靠。
3.数码产品行业快速原型技术的发展也使得数码产品行业的产品开发速度更加迅速。
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。
第8章快速原型技术
品，在单个零件和装配部件的级别上，对产品设计进行校验和优化，并可 在不同阶段快速地修改、重做样品，甚至做出试制用工模具及少量的产品。 这将给设计者创造一个优良的设计环境，提供一个快捷、有力的物理模拟 手段，无需多次反复思考、修改，即可尽快得到优化结果，从而能显著地 缩短设计周期和降低成本。 ）
从CT数据到骨骼3D数值模型
头颅骨SLA模型
8.3 统
基于快速原型的快速设计与制造集成系
产品快速设计与制造系统应视为集工业设计、 计算机三维CAD技术、反求工程、结构分析与优化 设计、工艺仿真、快速原型制造、快速模具制造 和快速产品制造等为一体的一个集成制造系统。 从当前基于快速成型技术的产品设计角度来看， 一般有两种产品快速设计方法，即从概念到产品 和从样品到产品。
1—激光器 2— 压滚 3—纸材 4—材料送进 滚筒 5—升降 台6—叠层 7— 当前叠层轮廓 线
快速原型技术的工艺方法
3）熔融沉积快速成型工艺 ，它是将丝状的热熔性材 料加热熔化，通过带有一个微细喷嘴的喷头挤喷出来。
（1993年 ）
快速原型技术的工艺方法
4）选择性激光烧结工艺，利用粉末材料（金属粉末或 非金属粉末）在激光照射下烧结的原理，在计算机控 制下层层堆积成形。1989年
Hale Waihona Puke 快速成形(RP-Rapid Prototyping)技术：
快速成形技术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。 RP技术的基本过程 由CAD软件设计出所需零件的计算机三维曲面或实体模型； 将三维模型沿一定方向离散成一系列有序的二维层片（习惯 称为分层）； 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联接起来，得到三维物 理实体。
快速原型制造技术的步骤和特点
快速原型制造技术的步骤和特点快速原型制造技术是一种利用先进的制造技术和工具，快速制作产品的方法。
它通过快速制造出产品的原型，帮助设计师和工程师在产品开发过程中进行验证和测试，从而加快产品的开发和改进速度。
在快速原型制造技术中，主要包括以下几个步骤和特点。
一、快速原型制造技术的步骤：1. 制定设计需求：在开始快速原型制造之前，需要明确产品的设计需求，包括产品的功能、外观、尺寸等方面的要求。
2. 设计原型模型：根据设计需求，设计师使用计算机辅助设计软件（CAD）制作产品的三维模型。
3. 选择制造方法：根据产品的特点和制造要求，选择适合的快速原型制造方法，如3D打印、激光切割、数控加工等。
4. 材料选择和准备：根据所选制造方法的要求，选择适合的材料，并进行材料的处理和准备工作。
5. 制造原型模型：根据设计的三维模型和所选的制造方法，使用相应的工具和设备进行快速制造，制作出产品的原型模型。
6. 修整和处理：制造完成后，对原型模型进行修整和处理，使其达到设计要求的尺寸、形状和表面光滑度。
7. 验证和测试：制造完成的原型模型需要进行验证和测试，检查其是否满足设计需求，并进行必要的调整和改进。
8. 完善和优化：根据验证和测试的结果，对原型模型进行完善和优化，使其更符合产品的要求和市场需求。
9. 生产批量化：在验证和优化完成后，根据原型模型进行生产批量化，制造出符合要求的产品。
二、快速原型制造技术的特点：1. 快速性：快速原型制造技术可以在较短的时间内制作出产品的原型模型，缩短了产品开发周期，提高了开发效率。
2. 灵活性：快速原型制造技术可以根据设计需求的变化进行快速调整和改进，灵活适应不同的设计要求。
3. 成本效益：相比传统的制造方法，快速原型制造技术可以节省成本，减少材料和设备的浪费，提高了产品的经济效益。
4. 可定制化：快速原型制造技术可以根据客户的需求进行定制化生产，满足不同客户的个性化需求。
5. 创新性：快速原型制造技术可以帮助设计师和工程师实现创新设计和构思，促进产品的技术创新和市场竞争力。
快速原型技术在产品生产中的应用
快速原型技术在产品生产中的应用快速原型技术是一种快速制造技术，它将设计和生产过程交织在一起，依靠三维建模软件和快速原型设备，快速制造出样品或产品，以验证设计理念和功能。
这种技术被广泛应用于各个行业的产品开发中，对于提高产品质量和缩短产品开发周期具有重要的作用。
在产品生产中，快速原型技术具有许多应用。
它可以用于概念验证。
在产品开发的初期阶段，设计师需要验证设计理念的可行性和功能的可靠性。
快速原型技术可以快速制造出产品的实物模型，供设计师进行实际测试和评估。
通过这种方式，设计师可以及时发现和解决问题，从而减少后期的修改时间和成本。
快速原型技术可以用于形式适用性测试。
在产品设计中，外观和手感对于产品的市场接受度具有重要影响。
通过快速原型技术，设计师可以快速制造出产品的模型，用于形式适用性测试。
这种测试可以使设计师和用户更好地理解产品的外观和手感，为产品设计提供有价值的反馈，从而改进产品的外观和性能。
快速原型技术还可以应用于功能性测试。
在产品开发的中后期阶段，需要对产品的功能进行全面测试，以确保产品的可靠性和性能符合设计要求。
快速原型技术可以制造出具有功能的样品，供测试人员进行实际测试。
这种测试可以及时发现和解决功能问题，提高产品质量和可靠性。
快速原型技术还具有批量生产的潜力。
传统的生产过程通常需要开模、设备调试等一系列步骤才能进入正式生产。
而快速原型技术可以通过快速制造出样品，快速调整产品的设计和工艺参数，从而快速进入批量生产。
这种方式可以缩短生产周期，提高生产效率，降低生产成本。
总之，快速原型技术在产品生产中的应用广泛。
它可以用于概念验证、形式适用性测试、功能性测试和批量生产等多个方面。
通过快速制造出实物模型，可以及时发现和解决问题，提高产品质量和可靠性。
快速原型技术的应用不仅缩短了产品开发时间，也为产品设计提供了更多的创新空间。
随着技术的不断发展，相信快速原型技术在产品生产中的应用会越来越广泛，为产品创新和产业发展带来更多机遇。
快速原型制造技术在汽车工业中的应用教程
快速原型制造技术在汽车工业中的应用教程快速原型制造技术，简称RP（Rapid Prototyping），是指通过一系列的数字化工艺，以实现快速制造复杂的三维实体模型。
它的应用范围非常广泛，而在汽车工业中更是发挥了重要的作用。
本文将介绍快速原型制造技术在汽车工业中的应用，并提供相应的教程。
一、快速原型制造技术在汽车外观设计中的应用1. 三维建模：在汽车外观设计中，首先需要进行三维建模，以便得到准确的汽车外观模型。
快速原型制造技术可以通过扫描和建模软件，快速将汽车设计师的概念转化为三维模型。
2. 快速成型：一旦得到三维模型，快速原型制造技术可以快速将其转化为实体模型。
通过3D打印等技术，可以在短时间内制造出逼真的汽车模型，供设计师和工程师进行评估和修改。
3. 外观修饰：制造好的汽车模型可能需要一些外观修饰，以使其更符合设计要求。
在快速原型制造技术中，可以使用各种加工技术，如打磨、喷漆等，对模型进行修饰，使其更加真实。
二、快速原型制造技术在汽车零部件制造中的应用1. 难以加工的零部件：有些汽车零部件由于形状复杂或材料特殊，传统的加工方式很难进行。
而快速原型制造技术可以通过打印机等设备，直接制造出所需的零部件，大大简化了制造过程。
2. 迭代设计：在汽车零部件设计中，常常需要进行多次迭代。
使用快速原型制造技术可以快速制造出新的零部件，供工程师进行测试和评估。
如有需要，还可以快速进行修正，以提高设计的准确性和效率。
3. 小批量生产：在汽车工业中，有时需要进行小批量的生产，以满足特定需求。
快速原型制造技术可以快速制造出所需的零部件，并且具有较高的精度和一致性，适用于小规模生产。
三、快速原型制造技术在汽车工程开发中的应用1. 汽车动力系统优化：利用快速原型制造技术，可以制造出各种不同的动力系统组件，并通过测试和比较，找到最优方案。
这有助于提高汽车的燃油效率和性能。
2. 安全性能测试：汽车的安全性能至关重要。
使用快速原型制造技术可以制造出模拟碰撞等测试所需的零部件，并进行安全性能测试。
快速原型制造技术的研究与应用
快速原型制造技术的研究与应用随着技术的不断发展，现在的原型制造技术已经不再是简单的精益生产和小批量制造。
快速原型制造技术是一种工业革命性的技术，它将计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）等技术与材料科学技术相结合，实现了快速原型制造的目标。
这项技术的主要目的是通过利用高科技设备来快速制造出各种复杂的零部件和模型，帮助工业企业解决生产的瓶颈问题，从而提高生产效率和产品质量。
一、快速原型制造技术的分类快速原型制造技术主要包括：激光快速成型技术、快速切割技术、喷涂技术、电化学技术和紫外光固化技术等。
各种快速原型制造技术的应用范围不同，但都有一个共同点，就是通过各种科学技术手段，将材料加工转化为业务可用、可用于后续生产中的物品。
激光快速成型技术是一种快速制造工艺，它与传统制造工艺有很大的不同。
它可以采用多种材料，还可以通过调整激光的光照方式来控制加工质量并保证精度。
激光快速成型技术的应用范围非常广泛，可以用于制造各种复杂的零件和模型，如汽车零部件、航空航天零部件等。
快速切割技术是一种加工工艺，主要用于切割金属和非金属材料。
快速切割技术利用加工设备上旋转的高速切割刀片和离心力，将材料切割成所需形状。
快速切割技术的应用范围也非常广泛，可以用于制造各种金属、非金属产品和零部件等。
喷涂技术是一种材料加工工艺，它通过喷涂喷枪将材料喷涂在加工对象的表面上。
这种技术可以制造各种各样的产品，如汽车零部件、航空航天零部件、玩具、雕塑等。
电化学技术是一种利用电解过程进行材料加工的工艺。
该技术可以制造各种复杂的金属产品和零部件。
紫外光固化技术是一种利用紫外线进行材料加工的工艺。
该技术可以用于制造各种非金属产品和零部件等。
二、快速原型制造技术的应用快速原型制造技术的应用非常广泛，涉及到汽车、航空航天、机械制造、医疗器械等多个领域。
下面简要介绍一下快速原型制造技术在不同领域的应用。
1. 汽车制造快速原型制造技术在汽车生产中的应用非常广泛。
第四章-快速原型技术
4.3.2 成形工艺过程
1. 模型及支撑设计
在成形中，未被激光束照射的部分材料仍为液态， 在成形中，未被激光束照射的部分材料仍为液态，它不能使制件 上的孤立和悬臂轮廓定位。因此，必须设计和制作支撑结构。 上的孤立和悬臂轮廓定位。因此，必须设计和制作支撑结构。 工件底部也要加支撑，以使工件成形后顺利从工作台取下。 工件底部也要加支撑，以使工件成形后顺利从工作台取下。
4.3 SLA工艺 SLA工艺
SLA工艺于 工艺于1984年由 年由Charles Hull提出并获美国专利。 提出并获美国专利。 工艺于 年由 提出并获美国专利 1988年美国 年美国3D Systems公司推出世界上第一台商品化 公司推出世界上第一台商品化RP 年美国 公司推出世界上第一台商品化 设备SLA-250。它以光敏树脂为原料，通过计算机控制紫 。它以光敏树脂为原料， 设备 外激光使其固化成形， 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。 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 工艺已成为世界上研究最深入、技术最成熟、 工艺已成为世界上研究最深入 广泛的一种快速原型方法。 广泛的一种快速原型方法。
4.1.2 快速原型技术的典型方法
3．选择性激光烧结工艺 ． Selective Laser Sintering，简称SLS ， ，简称 也称选区激光烧结
使用材料： 使用材料：粉末状 材料
4.1.2 快速原型技术的典型方法
4．熔融沉积制造工艺 ．
Fused Deposition Modeling，简称FDM ，简称
经近似处理的三维模型文件格式为STL，典型的商品 ， 经近似处理的三维模型文件格式为 系统都有STL文件输出的数据接口 化CAD系统都有 系统都有 文件输出的数据接口
先进制造技术第四章快速原型技术
主要方法及比较
3.选择性激光烧结(SLS—Selected Laser Sintering)
对于由粉末铺成的有好密实度和平整度的层面，有选择地直接或间接 将粉末熔化或粘接，形成一个层面，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。
主要方法及比较
4.熔融沉积造型(FDM—Fused Deposition Modeling)
截面轮廓线
截面轮廓线所 包围的区域
塑料件、铸造用蜡模、 截面轮廓线所包
样件或模型
围的区域
RP工艺优缺点比较
技术 类型
精度
表面 质量
材料 价格
材料利用率
运行 成本
生产 效率
设备 费用
市场占 有率(%)
SL
好
好
较贵
LO 一般 较差 M SLS 一般 一般
较便 宜
较贵
FD 较差 较差 较贵 M
接近 100%
RP技术的基本原理
快速成形是一种离散 /堆积的加工技术，其基本过程是首先将计算机 生成的零件三维实体沿某一坐标轴进行分层处理（离散），得到每层 截面的一系列二维截面数据，按特定的成形方法（LOM、SLS、FDM、 SLA等）每次只加工一个截面，然后自动叠加（堆积）一层成形材料， 这一过程反复进行直到所有的截面加工完毕生成三维实体原型。 步骤： （1）C AD软件设计出所需零件的计算机三维曲面或实体模型； （2）将三维模型沿一定方向（通常为Z向）离散成一系列有序的二维 层片（习惯称为分层）； （3）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； （4）成形机制造一系列层片并自动将它们堆积起来，得到三维物理 实体。
2.分层实体制造 (LOM—Laminated Object Manufacturing)
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：
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。
快速原型技术
快速原型技术廖伟钊数控0733 38快速原型技术概念即RP(Rapid Prototyping Technology)概念的提出可追朔到1979年，日本东京大学生产技术研究所的中川威雄教授发明了叠层模型造型法，1980年小玉秀男又提出了光造型法，该设想提出后，由丸谷洋二于1984年继续研究，并于1987年进行产品试制。
快速原型技术是一种涉及多学科的新型综合制造技术。
80年代后，随着计算机辅助设计的应用，产品造型和设计能力得到极大提高，然而在产品设计完成后，批量生产前，必须制出样品以表达设计构想，快速获取产品设计的反馈信息，并对产品设计的可行性作出评估、论证。
在市场竞争日趋激烈的今天，时间就是效益。
为了提高产品市场竞争力，从产品开发到批量投产的整个过程都迫切要求降低成本和提高速度。
快速原型技术的出现，为这一问题的解决提供了有效途径，倍受国内外重视。
1快速原型技术的基本原理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。
该技术集计算机技术、激光加工技术、新型材料技术于一体，依靠CAD软件，在计算机中建立三维实体模型，并将其切分成一系列平面几何信息，以此控制激光束的扫描方向和速度，采用粘结、熔结、聚合或化学反应等手段逐层有选择地加工原材料，从而快速堆积制作出产品实体模型。
2快速原型技术的加工特点快速原型技术突破了“毛坯→切削加工→成品”的传统的零件加工模式，开创了不用刀具制作零件的先河，是一种前所未有的薄层迭加的加工方法。
与传统的切削加工方法相比，快速原型加工具有以下优点：(1)可迅速制造出自由曲面和更为复杂形态的零件，如零件中的凹槽、凸肩和空心部分等，大大降低了新产品的开发成本和开发周期。
(2)属非接触加工，不需要机床切削加工所必需的刀具和夹具，无刀具磨损和切削力影响。
（3）无振动、噪声和切削废料。
（4）可实现夜间完全自动化生产。
快速原型技术加工原理
快速原型技术加工原理
快速原型技术是一种基于数字模型的加工技术，它将数字模型直接转化为物理模型，无需经过传统的加工方法。
快速原型技术的加工原理包括以下几个步骤：
1.建立数字模型：通过计算机辅助设计软件（CAD）或三维扫描等手段，建立产品的数字模型。
2.选择加工材料：根据需要加工的物件材料，选择适合的快速原型技术加工材料，如尼龙、ABS等。
3.切片工艺：将数字模型分解成很多层，每一层对应一个加工数据，这个过程叫做切片。
切片后的数据将被送到快速原型加工机进行加工。
4.加工：快速原型加工机利用加工数据，将材料逐层加工成三维物件。
加工过程可以分为熔融沉积、光固化、铸造等不同的工艺方式。
5.表面处理：加工完成后，需要对物件表面进行处理，如喷涂、研磨、抛光等。
快速原型技术加工的优势在于快速、精度高、成本低，可以满足产品开发中的迭代快速、小批量制造等需求。
它已经广泛应用于汽车、医疗、航空航天等领域。
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光敏液相固化法的基本原理
SLA工艺成形的产品特点
1. SLA工艺成形的零件精度较高， 可达±0.1mm；可形成任意复 杂形状的零件；材料利用率高， 性能可靠，产品透明美观，可
照相机激光树脂原型
直接做力学实验。 2. 局限性：需要支撑，设备昂贵， 树脂收缩导致精度下降，光固
光鼠 树标 脂外 原壳 型激
缺 点
(1) 成形后要做进 (1) 成形时间较长； 一步固化处理； (2) 做小件和精细件时 (2) 光敏树脂固化 精度不如SLA。 后较脆，易断裂， 可加工性不好； (3) 工作温度不能 超过100℃，成形 件易吸湿膨胀， 抗腐蚀能力不强。
(1) 成形件强度和表 (1) 不适宜做薄壁 面质量较差，精度低。原型； (2) 在后处理中难于 (2) 表面比较粗糙， 保证制件尺寸精度， 工件表面有明显的 后处理工艺复杂，样 台阶纹，成型后要 件变型大，无法装配。进行打磨； (3) 易吸湿膨胀， 成形后要尽快做表 面防潮处理； (4) 工件强度差， 缺少弹性。
第8讲 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
一、 RPM技术的产生 二、RPM技术原理
成形学与离散堆积原理
成形（Forming）：将物体有序地组织成具有确定外形 和一定功能的三维实体。包括三个基本要素：物质
的提取，序的建立，完成（形状、功能）三维实体。
成形学（Shaping）：从方法论高度系统地研究成形的科学， 着重研究成形三要素及其之间的相互作用。 成形方式：1 去除成形（Dislodge Forming）运用分离的方法， 把一部分材料有序地从基体上分离出去而成形的方法。 Turning, Milling, Grinding, Boring etc..
SLA 光敏液相固化法
FDM 熔丝沉积成形法
SLS 选区激光烧结法
LOM 选区片层粘接法
设备 购置 费用 维护 和日 常使 用费 用 发展 趋势 应用 领域
高昂
低廉
高昂
中等
激光器有损耗， 光敏树脂价格 昂贵，运行费 用很高。
无激光器损耗，材 料的利用率高，原 材料便宜，运行费 用极低。
激光器有损耗， 材料利用率高， 原材料便宜， 运行费用居中。
3.选择性（选区）激光烧结法 （Selective Laser Sintering，SLS）
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。
德国EOS公司和我国的北
京隆源自动成形系统有限公司 也分别推出了各自的SLS工艺 成形机。
选择性激光烧结的基本原理
化树脂价格昂贵，有一定的毒
性且产品不能溶解，不利于环 保。
2.选区片层粘结法（ Laminated Object Manufacturing， LOM）
美国Helisys公司于
1986年研制成功。该方 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。
LOM 选区片层粘接法
(1) 成形精度较高； (2) 只须对轮廓线 进行切割，制作效 率高，适合做大件 及实体件； (3) 制成的样件有 类似木质制品的硬 度，可进行一定的 切削加工。
优 点
(1) 成形材料种类较多， (1) 有直接金属型的 成形样件强度好，能直 概念，可直接得到塑 接制作ABS塑料； 料、蜡或金属件； (2) 尺寸精度较高，表 (2) 材料利用率高； 面质量较好，易于装配； 造型速度较快。 (3) 材料利用率高； (4) 操作环境干净、安 全可在办公室环境下进 行。
激光器有损耗， 材料利用率很 低，运行费用 较高。
稳步发展
飞速发展
稳步发展
渐趋淘汰
复杂、高精度、 塑料件外形和机构 艺术用途的精 设计 细件
铸造件设计
实心体大件
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
医学模型
建筑模型
（三） 模型 制造
艺术模型
模型制作实例1 CT扫描股骨模型
模型制作实例2 艺术模型
SLA 光敏液相固化法
(1) 成形速度极快， 成形精度、表面 质量高； (2) 适合做小件及 精细件。
FDM 熔丝沉积成形法
SLS 选区激光烧结法
RPM属于离散/堆积成形。RPM技术是采用软件离散 材料堆积的原理实现零件的成形过程。通过离散获得堆积 的路径、顺序、限制和方式，通过堆积材料“叠加”起来 形成三维实体。 RPM作业过程： CAD模型建立。 STL文件生成。 分层切片。 快速堆积成型 。
CAD造型系统
CAD模型 三维数字M成形方法
1.光敏液相固化法 － Stereo Lithography Apparatus ，SLA
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。 这种方法的代表还有日 本和德国。
选择性激光烧结（SLS）的产品特点
1、材料适应面广。能制造塑料零件，陶瓷、 蜡、尼龙等材料的零件。能制造出直接 使用的金属零件。 2、不需加支撑。 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。
4.熔丝沉积成形法 （Fused Deposition Modeling，FDM）
选区片层粘结法的基本原理
LOM的特点
（1）使用胶纸作为成型材料，成本低，原材料易于获得， 无交变，无热应力，形状和尺寸精度稳定 ； （2）成型后的模型需密封保存以免吸潮； （3）由于无须进行化学反应，成型件尺寸可以制得很大； （4）Z向精度比SLA和SLS要低； （5）纸张上有交叉格，便于成型后去除模型周边的废料，但剥离 费时； （6）模型有类木纹的纹理； （7）适合于航空、汽车等行业中体积较大的制件，但由于适应面 较窄， 渐趋淘汰。
利用新产品样件可先进行 市场调研，投标、招标。
快速原型制造在快速模具上的应用
快速原型制造在快速铸造上的应用
快速原型制造在快速铸造上的应用
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
（二） 陶瓷型精铸模 模 硅橡胶模 冲压模具 具 制 树脂型复合模 造 消失模
注射模具
模具实例1 手机外壳橡胶模
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) 利用材料的活性进行成形的方法。自然系统中生 物个体发育，人为系统中还没有。
1988年研制成功， 由美国Stratasys公司推 出商品化的3D Modeler1000和FDM1600 等规格的系列产品。 最新产品是制造大型 ABS原型的FDM8000等 型号的产品。
熔丝沉积成形的基本原理
5. 三维印刷（Three Dimensional Printing,3D-P）
四、RPM的特点 五、RPM技术的研究和应用
全 球 设 备 装 机 量 医学 新产品快速开发制造 快速模具 快速铸造 RP
快速原型制造在新产品快速开发中的应用
利用加工样品，找出新产品外观&结构设计缺陷，完善设计。
车辆零件开发与试制
消费类产品开发与试制
玩具产品开发与试制
电子产品开发与试制
利用加工的样品可以进 行装配和功能验证。