快速成型

RPT的应用
RPT的应用领域几乎覆盖了制造领域的各个行业。在美学、人 的应用领域几乎覆盖了制造领域的各个行业。在美学、 的应用领域几乎覆盖了制造领域的各个行业 体工程、文物保护建筑业等行业也得到了越来越广泛的应用。 体工程、文物保护建筑业等行业也得到了越来越广泛的应用。 PRT的主要应用方面有： 的主要应用方面有： 的主要应用方面有 （1）产品设计验证与功能测试 ） （2）可制造性、可装配性检验 ）可制造性、 （3）产品供货询价、市场宣传 ）产品供货询价、 （4）单件、小批量和复杂零件的直接生产 ）单件、 （5）快速模具制造和快速铸造 ） RP技术在制模领域主要有以下应用特点： 技术在制模领域主要有以下应用特点： 技术在制模领域主要有以下应用特点 （1）能借助电铸、电弧喷涂等技术，由塑料件制造金属模具； ）能借助电铸、电弧喷涂等技术，由塑料件制造金属模具； （2）直接加工出陶瓷型壳进行精密铸造； ）直接加工出陶瓷型壳进行精密铸造； （3）快速制作高精度的复杂木模，进一步浇铸金属件； ）快速制作高精度的复杂木模，进一步浇铸金属件； （4）通过原型制造石墨电极，然后由石墨电极加工出模具型腔 ）通过原型制造石墨电极， （5）将快速制作的原型当作消失模，进行精密件的铸造。 ）将快速制作的原型当作消失模，进行精密件的铸造。
典型工程应用案例
航空航天中的应用
在UG中，按关节设计方案将曲面模型切成头、躯 干、大臂、小臂、大腿、小腿、脚共11部分；对每一 部分进行曲面加厚（5mm），使之成为实体零件，然 后再为关节的装配设计安装接口； 将PRO/E中设计好的关节零件调入，在UG的装配 模块中将各关节零件安装于相应的实体零件上，构成 人体模型的各组成部件； 再将各部件组装成最终的人体CAD模型，将各可 动部件转动到极限位置，进行干涉检查，检验零件的 设计是否合理，此时可以随时返回建模模块修改各零 件。 整个开发过程采集并制作10套真实士兵的人体模 型，有效地支持了部队军服保暖性实验的科学性。
典型工程应用案例
航空航天中的应用
总后勤部军需装备研究所利用士兵人体模型进 行军队士兵着装设计与太空人服装开发。 传统的人体模型采用经验数据，利用玻璃钢材 料制作，与真实人体实际几何形状相差较大，西安 交通大学先进制造技术研究所采用RE/CAD/RP/RT 完整的产品开发技术路线，测量时采用了德国 GOM公司的ATOS测量仪，它使用可见光带。测量 速度与Krcon公司的激光测头类似，可以超过 10000点/秒，测量范围为500mm～10m。 曲面重构过程中使用Delcam公司的系列产品中 的专用反求模块CopyCAD进行人体模型的曲面重 构，使用UG对曲面模型进行再设计，同时用 PRO/E进行关节的各零件设计。
RP的概念与原理
RP的工艺方法
光固化立体造型（ 光固化立体造型（SL—Stereo lithography） ）
该技术以光敏树脂为原料，将计算机控制下的紫外激光按预 定零件各分层截面的轮廓为轨迹对液态树脂逐点扫描，使被扫描 区的树脂薄层产生光聚合反应，从而形成零件的一个薄层截面。 当一层固化完毕，移动工作台，在原先固化好的树脂表面再敷上 一层新的液态树脂以便进行下一层扫描固化。新固化的一层牢固 地粘合在前一层上，如此重复直到整个零件原型制造完毕。 SL法是第一个投入商业应用的RP技术。目前全球销售的SL 设备约占RP设备总数的70％左右。 这种方法的特点是精度高、 表面质量好。原材料利用率将近100％，能制造形状特别复杂 （如空心零件）、特别精细（如手饰、工艺品等）的零件。
RP的概念与原理
STL文件作为快速成型系统的输入信息。通过对 文件作为快速成型系统的输入信息。 文件作为快速成型系统的输入信息 STL文件进行软件“切片”处理，得到切片信息及扫描 文件进行软件“ 文件进行软件 切片”处理， 加工路径信息格式(SLI文件 ，然后把所得到的切片信息 文件)， 加工路径信息格式 文件 及扫描路径信息进行程序处理， 及扫描路径信息进行程序处理，并转化为数控命令代码 形式，并输入到计算机数控系统(CNC)中，最后由计算 形式，并输入到计算机数控系统 中 机数控系统完成零件的扫描加工成形。 机数控系统完成零件的扫描加工成形。
典型工程应用案例
航空航天中的应用
军工企业国营西安东方机械厂导弹引信叶轮的开 发的传统流程为： 设计→制造刚模→成型→功能实验→设计修改 存在问题： ⑴ 由于涡轮结构复杂，叶片参数化设计，常规设 计是二维图纸，既不直观而且很复杂，不能准确表达 设计意图，技术人员交流非常不方便； ⑵ 叶型要求极高，常规机械加工难以进行； ⑶ 模具制作困难，难以进行脱模工作； ⑷ 加工周期长达数月左右，费用高。
典型工程应用案例
航空航天中的应用
某兵器研究所为某种型号的飞机研制操作手柄， 由于使用功能、手感、可靠性要求极为严格，采用传 统的制造模式，由于模具制造周期的限制，势必造成 设计师的许多先进的设想无法在有限的时间内实现， 或者是拖延交货周期，影响整机的研制进度，在这种 情况下，西安交通大学先进制造技术研究所参与了研 制过程，利用激光快速成型机LPS600，快速制造出 RP原型，制作时间23小时，2天后翻制成硅橡胶模具， 3天后，低压注塑，制造出10件操作手柄，完成了设 计师的其中一种设计思想，大幅度缩短了产品开发过 程中的制造过程，研制费用不超过3万元。如采用传统 的制造手段，实现设计思想到实物的过程，花费在10 万元以上，而且这一过程需要30天以上。
RP&MRP
快速成形制造系统(RP&M—Rapid Prototyping & Manufacturing) 快速成形制造系统 快速成型法具有以下特点和优点： 快速成型法具有以下特点和优点： 1.特别适合于形状复杂，精细的零件加工； 2.减少了对熟练技术操作者的需求； 3.成功地解决了CAD中三维造型“看得见、摸不着”的问题； 4.生产柔性高，只需改CAD数据就可生产不同形状零件模型； 4. CAD 5.技术集成，设计制造一体化； 6.不需专门的工装夹具和模具，大大缩短了新产品试制时间； 7.零件的复杂程度和生产批量与制造成本基本无关.
快速成型技术（Rapid Prototyping Technology ）
RPT的概念与原理 RPT的工艺方法 典型工程应用案例 学科建设中的应用 产品展示
RP的概念与原理 的概念与原理
RP（Rapid Prototyping）技术 （ ）
在制造业中各类零件的传统制造工艺按加工后原材料体积变化与否分为： 受迫成型(Forced Forming)—— 受迫成型(Forced Forming)——按被加工材料的自然状态又可分为固态成 型法（锻造、冲剪、挤压、拉拔等）、液态成型法（铸造）和半液态成型法 （注塑）。 去除成型( 去除成型(Dislodge Forming) ——又可分为机械联接、粘接术和焊接三种方 式。材料去除法则有人们所熟知的车、铣、刨、磨等工艺，是目前制造业重要 成型形式。 添加成型( 添加成型(Additive Forming) ——八十年代初一种全新的制造概念被提了出 来。通过添加材料来达到零件设计要求的成型方法，这种新型的零件生产工艺 就成为RP（快速成型）的主要实现手段。 生长成型(Growth 生长成型(Growth Forming) ——利用生物材料的活性进行成型的方法,自然界的
RP的概念与原理
快速成形技术主要应用离散、堆积原理。 快速成形技术主要应用离散、堆积原理。其基本原理 和成型过程是：先由CAD软件设计出所需零件的计算机 和成型过程是：先由 软件设计出所需零件的计算机 三维曲面或实体模型，然后根据工艺要求，将其按一定厚 三维曲面或实体模型，然后根据工艺要求， 度进行分层，把原来的三维电子模型变成二维平面信息（ 度进行分层，把原来的三维电子模型变成二维平面信息（ 截面信息），再将分层后的数据进行一定的处理， ），再将分层后的数据进行一定的处理 截面信息），再将分层后的数据进行一定的处理，加入加 工参数，生成数控代码；在计算机控制下， 工参数，生成数控代码；在计算机控制下，数控系统以平 面加工方式有顺序地连续加工出每个薄层模型并使它们自 动粘接而成形。 动粘接而成形。
选择性激光烧结成型原理图
RP的工艺方法
熔融沉积造型(FDM—Fused Deposition Modeling) 熔融沉积造型
FDM系统主要包括喷头、送丝机构、运动机构、加热工作室、 工作台5个部分.喷头是最复杂和重要的部分,材料在喷头中被加热熔 化,喷头底部有一喷嘴供熔融的材料以一定的压力挤出,喷头沿零件 截面轮廓和填充轨迹运动时挤出材料,与前一层粘结并在空气中迅速 固化,如此反复进行即可得到实体零件.
生物个体的发育都是属于生长成型。“克隆”技术是人为系统中的生长成型方式。
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RP的概念与原理
RP（Rapid Prototyping）技术 （ ）
快速成形技术（Rapid Prototyping，简称RP）是综合CAD 技术、数据处理技术、数控技术、测试传感技术、激光技术等 多种机械电子技术和材料技术而形成的一种从CAD三维模型设 计到实际原形、零件加工的全新的制造技术。 RP可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有 一定功能的原型或直接制造零件，从而可以对产品设计进行快 速评估，修改及功能试验，大大缩短产品的研制周期。 以RP系统为基础发展起来并已成熟的快速工装模具制造 (Quick Tooling/Molding)、快速精铸技术(Quick Casting)则可实 现零件的快速制造(Quick Manufacturing)。
3DP成型示意图 成型示意图
FDM成型示意图 成型示意图
RP的工艺方法
RP工艺技术比较 工艺技术比较
RP工艺 RP工艺 SL LOM SLS FDM 精度 好 一般 一般 较差 表面 质量 优 较差 一般 较差 材料 价格 较贵 较便宜 较贵 较贵 材料利用率 接近100% 较差 接近100% 接近100% 运行 成本 较高 较低 较高 一般 生产 效率 高 高 一般 较低 设备 费用 较贵 较便宜 较贵 较便宜 占有率% 占有率% 78 7.3 6.0 6.1
分层实体制造系统原理图
RP的工艺方法
选择性激光烧结(SLS—Selected Laser Sintering) 选择性激光烧结
该法采用CO2激光器作能源，目前使用的造型材料多为各种粉 末材料。在工作台上均匀铺上一层很薄（100µ~200µ）的粉未，激 光束在计算机控制下按照零件分层轮廓有选择性地进行烧结，一层 完成后再进行下一层烧结。全部烧结完后去掉多余的粉未，再进行 打磨、烘干等处理便获得零件。
典型工程应用案例
航空航天中的应用
采用快速成型工艺制作，首先在三维软件中进行零 件设计，图形直观，工作人员很容易表达自己的意见； 零件设计完毕后利用LPS600激光快速成型工艺制作叶轮 的树脂模型，即可进行空气动力学实验，如果不满足要 求，再进行CAD模型的修改，直到满足要求为止。 例如该厂早先设计的九齿方案，由于齿数与进气道 数目相同，在进行静止吹风实验时发现漏气，根本无法 带动齿轮转动，马上进行方案改进，节省了大量的时间 和费用；同时采用硅胶模技术，低压注塑制造10个样件， （制造周期只需3天左右）进行靶场验证性实验，在实弹 演练过程中，炮弹不是打远了，就是距离太近，根据实 验结果，修改设计参数，再次进行原型及塑料件制作， 在一个半月中支持该厂进行了7次实验，大大缩短了开发 周期，加速了型号开发，而成本只有几千元。而采用常 规方法，周期将达2年左右，费用高达几十万元。
RP的工艺方法
三维印刷工艺(3DP—Three Dimension Printing) 三维印刷工艺
采用粉末材料成型，如陶瓷粉末、金属粉末。材料粉末不是通 过烧结连接起来，而是通过喷头用粘结剂（如硅胶）将零件的截面 “印刷”在材料粉末之上。粘结剂粘结的零件强度较低，还须或后 处理，即先烧掉粘结剂，然后高温渗入金属，使零件致密化，以提 高强度。
RP的工艺方法
光固化成型原理图
RP的工艺方法
分层实件制造(LOM—Laminated Object Manufacturing) 分层实件制造
LOM工艺将单面涂有热溶胶的纸片通过加热辊加热粘接在一起， 位于上方的激光器按照CAD分层模型所获数据，用激光束将纸切割 成所制零件的内外轮廓，然后新的一层纸再叠加在上面，通过热压 装置和下面已切割层粘合在一起，激光束再次切割，这样反复逐层 切割一粘合一切割，直至整个零件模型制作完成。