快速成型材料及设备
快速成型第3章快速成型材料及设备
第3章快速成型材料及设备3．1 快速成型材料快速成型材料一直是快速成型技术研究与开发的重要任务之一，每一种快速成型制造工艺的推出和成熟都与材料研究与开发密切相关。
一种新的快速成型材料的出现往往会使快速成型工艺及设备结构、成型件品质和成型效益发生巨大的进步。
快速成型材料根据原型建造原理、技术和方法的不同分为薄层材料、液态材料、粉状材料、丝材等。
不同的成型制造方法对应的成型材料的性状是不同的，不同的成型制造方法对成型材料性能的要求也是不同的。
在快速成型技术推出初期，一般都是快速成型设备的制造商在从事所需求的材料的研究。
但随着快速成型技术的发展和推广，许多材料专业公司也加入到快速成型材料的研发中，成型材料正向高性能、系列化的方向发展。
快速成型材料一般根据成型工艺方法来分类，分为光固化成型材料、粉末烧结材料、熔融沉积丝材及叠层实体薄层材料等。
根据目前较为常用的快速成型用的材料来看，一般根据材料的性状分类比较清晰，分为液态材料、薄层材料、粉末材料、丝状材料等。
常见的快速成型材料分类见表3－1。
快速成型材料及其性能不仅影响着所制作原型的性能及精度，而且也影响着与成型工艺相关联的建造过程。
快速成型工艺对成型材料性能的总体要求有如下几个方面：1）适应逐层累加方式的快速成型建造模式。
2）在各种快速成型建造方式下，能快速实现层内建造及层间连接。
3）制作的原型具有一定的尺寸精度和尺寸稳定性。
4）确保原型具有一定的力学性能及性能稳定性。
5）无毒无污染。
3．1．1光固化快速成型材料用于光固化快速成型的材料为液态光固化树脂，或称液态光敏树脂。
随着光固化成型技术的不断发展，具有独特性能的光固化树脂（如收缩率小甚至无收缩，变形小，不用二次固化，强度高等）也不断地被开发出来。
1．光固化成型材料分类光固化材料是一种既古老又崭新的材料，与一般固化材料比较，光固化材料具有下列优点。
1）固化快。
可在几秒钟内固化，可应用于要求立刻固化的场合。
快速成型制造若干关键技术及设备
快速成型制造若干关键技术及设备快速成型制造，这个名字一听就让人有点眼前一亮。
其实说白了，就是通过一种“快速的”方式，把设计好的东西“立马”做出来。
就像做菜一样，拿到食谱，照着步骤一步步走，几分钟后，哗啦啦就能端上一盘热腾腾的菜肴。
只不过，这道“菜”做的可不简单，做出来的东西可比你想象中的要精密得多，关键是时间不等人，它能让你在短时间内看到成果，跟做梦似的！所以，快速成型技术就成了现代工业和科技领域的一块“宝地”，越来越多的行业都被它的神奇魅力吸引了。
咱就来聊聊这个技术到底是怎么回事，别急，听我慢慢道来。
先来说说最基础的东西，快速成型技术的核心——原材料的选择。
这里面可有一番门道，通常来说，快速成型的材料有塑料、金属、陶瓷等，每种材料都有其特定的应用场景。
就好像你做菜时有的食材能做出炒菜的美味，而有的只能做汤。
像塑料，它轻便、便宜，又能做得非常精细，适合做原型。
至于金属，哎呀，这就牛了，硬邦邦的，不仅坚固还结实，常常用在需要耐高温或者承受大压力的场景里。
不同的“食材”，不同的用法，了解这些，你就能更清楚自己在玩什么了。
到底怎么做呢？这就离不开那一堆看起来“高科技”的设备了。
你以为机器就是几根铁杆组成的？错了，精密到什么程度，想象一下，你买的手机屏幕，里面的微小元件得经过怎样精密的工艺才能组装好。
现在，有了3D打印机，简直是给了我们一个“魔法棒”。
想做什么形状，设计师只需要在电脑上画个图，机器就能根据这个图纸把材料一层一层堆叠起来。
别看这过程慢，越是精细的产品，做出来的东西越“牛逼”。
而且现在的3D打印已经不光是玩玩具那么简单，金属打印、陶瓷打印，几乎每个行业都在用这项技术。
能做出来的，不仅仅是你想要的造型，还能达到一堆传统方法做不到的效果。
还有一种常见的技术，叫做选择性激光熔化（SLM）。
听起来有点复杂对吧？其实你把它当成一个“烧烤派对”就行。
机器上会有个激光器，把材料一个个“烧”成你想要的形状。
快速成型
CNC(Computerized Numerical Control)，是带有刀库和自动换刀装置的一种高度自动化的多功能数控机床。
CNC加工是通过对三维数据进行编程、拆分，直接加工出所需的产品，加工精度高，加工出的零件可进行喷涂、电镀、丝印、包覆等表面处理，可进行装配、更好的体现产品的设计功能。
可加工材料：塑料：ABS、PC、PP、PE、POM、PA、PMMA、EPS…金属：钢材、铝合金、锌合金、铜…SLA（StereoLithography Apparatus）光固化原型制造工艺，也常被称为立体光刻成型，该工艺自1988年问世以来，已成为目前世界上研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的一种快速成型工艺方法。
它以光敏树脂为原料，通过计算机控制紫外激光聚集到液态光固化材料（如光固化树脂）表面，由点到线到面，完成一个层面的建造，令其有规律地固化，激光使其逐层凝固成型。
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，再建造一个层面，由此层层迭加成为一个三维实体。
这种方法能简捷、全自动地制造出表面质量和尺寸精度较高、几何形状较复杂的原型。
优点：这种方法适合成形小件，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(如首饰等)的零件，并且由于紫外激光波长短，可以得到很小的聚焦光斑，从而得到较高的尺寸精度。
缺点：(1) 需要设计支撑结构，才能确保在成形过程中制件的每一个结构部分都能可靠定位；(2) 成形中有物象变化，翘曲变形较大，通过支撑结构加以改善；(3) 液态树脂固化后的性能与常用的工程塑料尚有差距，一般较脆，易断裂，难以进行受力和耐热等功能实验。
SLA工作原理设备SLS （Selective Laser Sintering ）俗称粉末烧结，采用CO2激光器为能量源,通过红外激光束使塑料、蜡、陶瓷和金属(或复合物)的粉末材料均匀地铺在加工平面上。
激光束在计算机的控制下通过扫描器以一定的速度和能量密度扫描。
快速成型技术
快速成型技术1、快速成型简介快速成型（RP）技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术，是为制造业企业新产品开发服务的一项关键共性技术, 对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。
自该技术问世以来，已经在发达国家的制造业中得到了广泛应用，并由此产生一个新兴的技术领域。
RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。
不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。
但是，其基本原理都是一样的，那就是"分层制造，逐层叠加"，类似于数学上的积分过程。
形象地讲，快速成形系统就像是一台"立体打印机"。
2、RP 技术的原理RP 技术是采用离散∕堆积成型的原理, 由CAD 模型直接驱动的通过叠加成型方出所需要零件的计算机三维曲面或实体模型, 根据工艺要求将其按一定厚度进行分层, 把三维电子模型变成二维平面信息(截面信息), 在微机控制下, 数控系统以平面加工的方式有序地连续加工出每个薄层并使它们自动粘接成型, 图1 为RP 技术的基本原理。
图1 RP 技术的基本原理。
RP 技术体系可分解为几个彼此联系的基本环节: 三维CAD 造型、反求工程、数据转换、原型制造、后处理等。
2.1立体光固化成型(SLA)该方法是目前世界上研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的一种快速成型方法。
SLA 技术原理是计算机控制激光束对光敏树脂为原料的表面进行逐点扫描, 被扫描区域的树脂薄层( 约十分之几毫米) 产生光聚合反应而固化, 形成零件的一个薄层。
工作台下移一个层厚的距离, 以便固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂, 进行下一层的扫描加工, 如此反复, 直到整个原型制造完毕。
由于光聚合反应是基于光的作用而不是基于热的作用, 故在工作时只需功率较低的激光源。
此外,因为没有热扩散, 加上链式反应能够很好地控制, 能保证聚合反应不发生在激光点之外, 因而加工精度高, 表面质量好, 原材料的利用率接近100%, 能制造形状复杂、精细的零件, 效率高。
叠层制造及其它快速成型工艺与设备
LOM快速原型工艺适合制作大中型原型件，翘曲变形较小，成型时间较短，激光器使用寿命长，制成件有良好的机械性能，适合于产品设计的概念建模和功能性测试零件，且由于制成的零件具有木质属性，特别适合于直接制作砂型铸造模。
面曝光快速成型
MPSL(Mask Projection Stereolithography)面曝光快速成型与扫描式固化快速成型最大的不同在于采用片层掩膜技术，一次曝光固化一个层面的实体。MPSL的关键技术之一是如何生成图形动态掩膜（Dynamic Mask）。 图形掩膜的生成方式有多种，早期是利用静电复印技术原理，在玻璃底版上生成图形掩膜。目前，比较典型的图形生成工艺是采用液晶显示技术（Liquid Crystal Display，LCD）和数字投影技术（Digital Light Processing，DLP）。下面对这两种技术分别进行简单地介绍，着重说明一下DLP的技术原理。
LOM快速成形技术的缺点
6. 表面比较粗糙，工件表面有明显的台阶纹，成型后要进行打磨；且纸制零件很容易吸潮，必须立即进行后处理、上漆。 7. 难以构建精细形状的零件，即仅限于结构简单的零件。 8. 由于难以（虽然并非不可能）去除里面的废料，该工艺不宜构建内部结构复杂的零件。 9. 当加工室的温度过高时常有火灾发生，因此，工作过程中需要专职人员职守。
MPSL技术基本原理
由分析可以看出，相比于LCD，DMD能更好地适应快速成型加工所需要的高精度、高可靠性以及对紫外光源能量较高的承受能力。因此将DLP技术应用到光固化快速成型技术的面曝光快速成型具有更好的发展前景。 它主要包括两大部分：固化成像器件即掩膜发生器和机械辅助装置即升降、涂覆系统等。掩膜发生器负责完成每层图像的生成，由紫外光照射投影到成像位置，即光敏树脂液面处，曝光固化一次树脂，再通过升降装置以及涂覆系统完成新一层树脂的准备工作，从而开始下一层的固化。
第二章_光固化快速成型工艺
（4）节省能量。 各种光源的效率都高于烘箱。
（5）可使用单组分，无配置问题，使用周期长。 （6）可以实现自动化操作及固化，提高生产的自动化程度，从而提高生产效率和经济效益。
第二节 光固化快速成型材料及设备
第二节 光固化快速成型材料及设备
❖ 2.2.1 光固化快速成型材料
1. 光固化材料优点及分类
光固化材料是一种既古老又崭新的材料，与一般固化材料比较，光固化材料 具有下列优点：
（1）固化快 可在几秒钟内固化，可应用于要求立刻固化的场合。
（2）不需要加热 这一点对于某些不能耐热的塑料、光学、电子零件来说十分有用。
图2-4 树脂对激光的吸收特性
第二节 光固化快速成型材料及设备
3.光固化成型材料介绍
下面分别介绍Vantico公司、3D Systems公司以及DSM公司的光固 化快速成型材料的性能、适用场合以及选择方案等。
（1）Vantico公司的SL系列
下表给出了Vantico公司提供的光固化树脂在各种3D Systems公司光 固化快速成型系统和原型不同的使用性能和要求情况下的光固化成型材 料的选择方案。
第二节 光固化快速成型材料及设备
2. 光敏树脂的组成及其光固化特性分析 （1）光敏树脂 用于光固化快速成型的材料为液态光敏树脂，主要由齐聚物、光引 发剂、稀释剂组成。 齐聚物是光敏树脂的主体，是一种含有不饱和官能团的基料，它的 末端有可以聚合的活性基团，一旦有了活性种，就可以继续聚合长大， 一经聚合，分子量上升极快，很快就可成为固体。 光引发剂是激发光敏树脂交联反应的特殊基团，当受到特定波长的 光子作用时，会变成具有高度活性的自由基团，作用于基料的高分子聚 合物，使其产生交联反应，由原来的线状聚合物变为网状聚合物，从而 呈现为固态。光引发剂的性能决定了光敏树脂的固化程度和固化速度。
第五章-熔融沉积快速成型工艺知识讲稿
第二节 熔融沉积快速成型材料及设备
熔融沉积快速成型工艺对支撑材料的要求：
能承受一定高温度 由于支撑材料要与成型材料在支撑面上接触，所以支撑材料必须能够承受成型材
料的高温，在此温度下不产生分解与融化。 与成型材料不浸润，便于后处理
图5-8 3D Systems公司的XT 3-D Modeler机型 图5-9 3D Systems公司的LD 3-D Modeler机型
第五章 熔融沉积快速成型工艺
1 熔融沉积快速成型工艺的基本原理和特点 2 熔融沉积快速成型材料及设备 3 熔融沉积快速成型工艺过程 4 熔融沉积快速成型工艺因素分析 5 气压式熔融沉积快速成型系统
第一节 熔融沉积快速成型工艺基本原理和特点
1.熔融沉积快速成型工艺的基本原理
熔融沉积（Fused Deposition Modeling，FDM）又叫熔丝沉 积，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，如果热熔性材料的温度始终稍高 于固化温度，而成型部分的温度稍低于固化温度，就能保 证热熔性材料挤喷出喷嘴后，随即与前一层面熔结在一起。 一个层面沉积完成后，工作台按预定的增量下降一个层的 厚度，再继续熔喷沉积，直至完成整个实体造型。
第二节熔融沉积快速成型材料及设备适用的设备系统可供选择的颜色abs丙稀腈丁二烯苯乙烯fdm1650fdm2000fdm8000fdmquantum白黑红绿蓝耐用的无毒塑料absi医学专用absfdm1650fdm2000黑白被食品及药物管理局认可的耐用的且无毒的塑料e20fdm1650fdm2000所有颜色人造橡胶材料与封铅轴衬水龙带和软管等使用的材料相似icw06熔模铸造用蜡fdm1650fdm2000可机加工蜡fdm1650fdm2000造型材料genisysmodeler高强度聚酯化合物多为磁带式而不是卷绕式表52fdm工艺成型材料的基本信息第二节熔融沉积快速成型材料及设备抗拉强度mpa弯曲强度mpa冲击韧性jm2延伸率肖氏硬度d玻璃化温度abs2241107105104absi3761101431108116absplus365296absm3036611391095108pcabs3485012343110125pc52975339115161pciso52825339161ppsf55110587386230e20645534796icw0635431713genisysmodelingmaterial1932693262表53fdm工艺成型材料的特性指标第二节熔融沉积快速成型材料及设备供应熔丝沉积制造fdm设备工艺的单位主要有美国的stratasys公司3dsystems公司medmodeler公司以及国内的清华大学等
快速成型设备介绍
快速成型设备总结快速成形机系统中比较成熟的有SLA、SLS、LOM和FDM等方法。
本文将对这几种方法得成型材料、制件性能、主要用途、方法特点、优缺点及研究单位几个方面进行介绍：一、SLA（光固化成型法）成形材料：液态光敏树脂；制件性能：相当于工程塑料或蜡模；主要用途：高精度塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。
方法的特点：精度高、表面质量好、原材料利用率将近100%，能成型形状特别复杂(如空心零件)、特别精细（如手饰、工艺品等）的零件。
缺点是设备价格相对较贵。
优点：1、系统工作稳定。
系统一旦开始工作，构建零件的全过程完全自动运行，无需专人看管，直到整个工艺过程结束。
2、尺寸精度较高，可确保工件的尺寸精度在0.1mm以内。
3、表面质量较好，工件的最上层表面很光滑，侧面可能有台阶不平及不同层面间的曲面不平。
4、系统分辨率较高，因此能构建复杂结构的工件。
缺点：1、随着时间推移，树脂会吸收空气中的水分，导致软薄部分的弯曲和卷翅。
2、氦-镉激光管的寿命仅3000小时，价格较昂贵。
同时需对整个截面进行扫描固化，成型时间较长，因此制作成本相对较高。
3、可选择的材料种类有限，必须是光敏树脂。
由这类树脂制成的工件在大多数情况下都不能进行耐久性和热性能试验，且光敏树脂对环境有污染，使皮肤过敏。
4、需要设计工件的支撑结构，以便确保在成型过程中制作的每一个结构部委都能可靠定位。
研究单位：美国: 3D Systems公司——SLA系列，Aaroflex公司日本: SONY/D-MEC公司，Teijin Seiki公司德国: EOS公司（价格在百万以上）二、SLS（激光选区烧结法）成形材料：工程塑料粉末；如聚碳酸酯、尼龙、覆膜金属制件性能：相当于工程塑料、蜡模、砂型；主要用途：塑料件、铸造用蜡模、样件或模型特点：机器比较昂贵,制作的零件表面粗糙，后处理比较麻烦,例如要在表面涂敷环氧树脂固化、打磨等。
还有一个问题是成型件的致密程度较差。
快速成型技术的材料
3D打印的食物 3D打印的人像
令人惊奇的3D打印物品
来自英国Albertay大学的科学家已 掌握了3D打印复杂土质结构的技术 ，更好地研究真菌和细菌相互之间 的关系。
3D技术最有价值的应用就是它能够 用低成本为残疾人制造假肢，比如 苏丹人Daniel Omar因此受益，他 曾经因一场炸弹袭击变成了残疾人 。Omar的假肢成本仅100美元， 并且制作时间只要6小时。
3D打印的土壤
课
前 1.你觉得哪些材料可以用于3D打印？
讨 论
2. 你认为3D打印的材质需要符合哪些特点？
3. 你最想打印哪种材质的3D物品？
时间：8分钟
3D打印材料概况
3D打印技术的兴起和发展，离不开 3D打印材料的发展。
3D打印有多种技术种类，如SLS、 SLA和FDM等等，每种打印技术的打印 材料都是不一样的。据报告，目前3D打 印的材料已经超过了200种。
陶瓷粉末采用SLS进行烧结， 上釉陶瓷产品可以用来盛食物 ，很多人用陶瓷来打印个性化 的杯子，当然3D打印并不能 完成陶瓷的高温烧制，这道手 续现在需要在打印完成之后进 行高温烧制。
1.3 3D打印的材料
常见的3D打印材料介绍
6. 树脂材料（Resin）
树脂通常是指受热后有软化或熔 融范围，软化时在外力作用下有 流动倾向，常温下是固态、半固 态，有时也可以是液态的有机聚 合物。一般不溶于水，能溶于有 机溶剂。
& 课堂作业 （时间：20分钟）
1.快速成型技术材料的分类？ 2.常用的快速成型技术材料有哪些？
3. 生物细胞
通过3D打印技术将细胞作为 材料层层打印在生物支架（ 基质）材料上，通过准确定 位，形成具备生物特性的组 织。
打印出的活细胞组织
熔融挤压沉积快速成型工艺与设备
FDM可能出现的表面缺陷
3. 喷头起/停误差造成的缺陷 由于切片后的轮廓每一层都有许多封闭的边界，每一个封 闭的几何边界都存在起 /停点，喷头的移动速度和丝材的进给 速率必须在喷头的起停点协调一致，否则就会造成材料的过剩 和不足。 正确的作法是：在喷头还未到达终点时，丝材进给运动就 停止，在余压的作用下，喷头仍在喷料，直至喷头到达终点。 螺旋挤压喷头，可通过反向旋转控制送料。
FDM可能出现的表面缺陷
4. 撤除支撑时造成的缺陷 主要指在去除易剥离性支撑（ BASS ）时，会在制件表 面留下一些毛刺和小凹坑。 5. 丝材截面配置（层叠加）形式引起的空洞缺陷 堆积出的三维模型的内部结构特性主要取决于快速制件 空隙区域或丝料黏结的横截面环形区域的密度。 对这两者影响最大的因素有：丝料挤出温度 Te 、环境 温度 Tc 、丝料与丝料间的空隙、丝料的流速和截面配置方 式。 前四个因素在成形过程中一般是不变的，改变的只有截 面配置方式。
FDM快速成形技术的支撑
设计支撑的原因：FDM成形中，每一个层片都是在上一层 上堆积而成，上一层对当前层起到定位和支撑的作用。随 着高度的增加，层片轮廓的面积和形状都会发生变化，当 形状发生较大的变化时，上层轮廓就不能给当前层提供充 分的定位和支撑作用，这就需要设计一些辅助结构－“支 撑”，以保证成形过程的顺利实现。 根据 STL 文件判断成形过程所需要的支撑，由计算机设计 出支撑结构，然后对 STL 格式文件分层切片，最后根据每 一层的填充路径，将信息输给成形系统完成模型的成形。
FDM缺陷解决方法
3. 路径长度的影响 当沿着很长的路径沉积材料时，在沉积下一道材料时，先 沉积的材料温度下降的很大，因此，相邻路径制件会黏结不 牢。 解决方法：选择合适的路径，如选择短边平行路径。 4. 不一致的丝径 材料在供给的过程中直径不是完全不变的，当丝径有变化 时，就会造成沉积材料的过剩或者不足。 解决方法：控制成形室的温度、送丝速度，使其均匀一致。
四种常见快速成型技术
四种常见快速成型技术FDM丝状材料选择性熔覆（Fus ed Dep osi tion Mod eling）快速原型工艺是一种不依*激光作为成型能源、而将各种丝材加热溶化的成型方法，简称FDM。
丝状材料选择性熔覆的原理室，加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动。
热塑性丝状材料（如直径为1.78m m的塑料丝）由供丝机构送至喷头，并在喷头中加热和溶化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层大约0.127mm厚的薄片轮廓。
一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层"画出"截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。
这种工艺方法同样有多种材料选用，如ABS塑料、浇铸用蜡、人造橡胶等。
这种工艺干净，易于操作，不产生垃圾，小型系统可用于办公环境，没有产生毒气和化学污染的危险。
但仍需对整个截面进行扫描涂覆，成型时间长。
适合于产品设计的概念建模以及产品的形状及功能测试。
由于甲基丙烯酸ABS（M AB S）材料具有较好的化学稳定性，可采用加码射线消毒，特别适用于医用。
但成型精度相对较低，不适合于制作结构过分复杂的零件。
FD M快速原型技术的优点是：1、操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。
2、工艺干净、简单、易于材作且不产生垃圾。
3、尺寸精度较高，表面质量较好，易于装配。
可快速构建瓶状或中空零件。
4、原材料以卷轴丝的形式提供，易于搬运和快速更换。
5、材料利用率高。
6、可选用多种材料，如可染色的A BS和医用A BS、PC、PP SF等。
FDM快速原型技术的缺点是：1、做小件或精细件时精度不如SLA，最高精度0.127mm。
2、速度较慢。
SL A敏树脂选择性固化是采用立体雕刻（Stereo litho gra phy）原理的一种工艺，简称SLA，也是最早出现的、技术最成熟和应用最广泛的快速原型技术。
在树脂液槽中盛满液态光敏树脂，它在紫外激光束的照射下会快速固化。
第三章_叠层实体快速成型工艺(专业课堂)
藤蔓课堂
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第二节 叠层实体快速成型的材料和设备
图3-4 Solidimension 藤公蔓司课开堂发的SD 300 叠层打印机
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第二节 叠层实体快速成型的材料和设备
图3-5 SD300 叠层打印机耗材配件及制作的模型
藤蔓课堂
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第二节 叠层实体快速成型的材料和设备
图3-6 HRP系列薄材叠层快速成型机
藤蔓课堂
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第二节 叠层实体快速成型的材料和设备
藤蔓课堂
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第三章 叠层实体快速成型工艺
1 叠层实体制造工艺的基本原理和特点
2 叠层实体快速成型的材料与设备 3 叠层实体快速成型的工艺过程
4 提高叠层实体快速成型制作质量的措施
5 叠层实体制造工艺后置处理中的表面涂覆
6 新型叠层实体快速成型工艺方法
藤蔓课堂
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第三节 叠层实体快速成型的工艺过程
前 处 STL文件
理
切片处理
分
设置工艺参数
层
叠
激光 加热 切片 切碎 切割 辊温 软件 网格
加
速度 度 精度 尺寸
基底制作
原型制作
后 处 余料去除 理
表面质量处理
提高强硬度处理
藤蔓课堂
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第三章 叠层实体快速成型工艺
1 叠层实体制造工艺的基本原理和特点
藤蔓课堂
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第二节 叠层实体快速成型的材料和设备
1.叠层实体快速成型材料
薄层材料:纸、塑料薄膜、金属箔等
粘结剂:热熔胶
制备工艺：涂布工艺
纸的性能要求：
1）抗湿性
2）良好的浸润性
3）抗拉强度
4）收缩率小
5）剥离性能好
几种常见的快速成型技术
几种常见的快速成型技术一、FDM丝状材料选择性熔覆（FusedDeposi tionModeli ng）快速原型工艺是一种不依靠激光作为成型能源、而将各种丝材加热溶化的成型方法，简称FDM。
丝状材料选择性熔覆的原理室，加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动。
热塑性丝状材料（如直径为1.78mm的塑料丝）由供丝机构送至喷头，并在喷头中加热和溶化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层大约0.127mm厚的薄片轮廓。
一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层"画出"截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。
这种工艺方法同样有多种材料选用，如ABS塑料、浇铸用蜡、人造橡胶等。
这种工艺干净，易于操作，不产生垃圾，小型系统可用于办公环境，没有产生毒气和化学污染的危险。
但仍需对整个截面进行扫描涂覆，成型时间长。
适合于产品设计的概念建模以及产品的形状及功能测试。
由于甲基丙烯酸ABS（MABS）材料具有较好的化学稳定性，可采用加码射线消毒，特别适用于医用。
但成型精度相对较低，不适合于制作结构过分复杂的零件。
FDM快速原型技术的优点是：1、制造系统可用于办公环境，没有毒气或化学物质的危险。
2、工艺干净、简单、易于材作且不产生垃圾。
3、可快速构建瓶状或中空零件。
4、原材料以卷轴丝的形式提供，易于搬运和快速更换。
5、原材料费用低，一般零件均低于20美元。
6、可选用多种材料，如可染色的A BS和医用ABS、PC、PPSF等。
FDM快速原型技术的缺点是：1、精度相对国外SLA工艺较低，最高精度0.127mm。
2、速度较慢。
二、SLA光敏树脂选择性固化是采用立体雕刻（Stereo litho graph y）原理的一种工艺，简称SLA，也是最早出现的、技术最成熟和应用最广泛的快速原型技术。
FDM快速成型资料
FDM快速成型资料FDM熔融堆积成型设备和样件展示，供应上海快速成型，供应苏州快速成型，供应无锡快速成型，FDM熔融堆积成型加工设备:美国进口MC400 MC900进口FDM快速成型机最大加工尺寸:914×609×914mm加工材料：ABS，PC（聚碳酸酯），PC-ABS ,PPSF使用范围：可以直接制作结构复杂的装配原型件，适合电动工具，汽车零部件的设计开发，和性能验证。
工艺介绍：美国的Stratasys是FDM工艺的主要设备生产商。
这种工艺于1988年被开发出来。
工艺的基础就是将热塑性塑料聚合体材料加热熔融成丝，像挤牙膏一样从喷头挤出，堆积在成型面上成型。
设备涵盖从构建快速概念模型到慢速高精密模型的不同应用区间。
材料包括聚酯、ABS、弹性体材料、以及熔模铸造用蜡。
代表现代手板行业最新技术。
性能特点:*选用标准工程热塑性塑料，如ABS，PC等可以用来生产结构功能原型；*成型时可以使用两种材料，而且内部可以使用栅格结构来节省材料，加快成型速度；*热塑性塑料聚合物细丝从喷头挤出就像挤牙膏，俗称喷丝；*处在较低温度的平台时热塑性材料就迅速冷却；FDM快速成型360MCFDM快速成型360MC产品简介基本系统：-14 x 10 x 10 inches（355 x 254 x 254 mm）-两个自动载入材料槽（92 cubic inches each）-1 个成型材料-1 个支撑材料选购成型空间升级：-16 x 14 x 16 inches（406 x 356 x 406 mm）-四个自动载入材料槽（92 cubic inches each）-2 个成型材料-2 个支撑材料真实的材料：ABS-M30.最新式的材料，ABS-M30材料，是专为FDM 制造加工中心系统所发展的，有着显着超越标准ABS的增进，包含了张力强度、撞击强度以及弯曲强度。
ABS-M30材料的机械属性比起标准的ABS材料提高了67％的强度，扩大了模型功能性测试的应用范围。
超声快速成型
03
氧化铝陶瓷粉末
氧化铝陶瓷具有高硬度、 高耐磨性和耐腐蚀性等特 点，常用于机械零件、刀 具和磨料等领域。
氧化锆陶瓷粉末
氧化锆陶瓷具有高韧性、 高硬度和良好的高温性能， 广泛应用于航空航天、汽 车和电子产品等领域。
碳化硅陶瓷粉末
碳化硅陶瓷具有高强度、 高硬度和耐高温等特点， 常用于高温炉具、密封件 和电子元件等领域。
聚合物粉末具有优异的可塑性、 韧性和绝缘性，广泛应用于塑料
制品、涂料和粘合剂等领域。
橡胶粉末
橡胶粉末具有弹性好、耐磨和耐油 等特点，常用于轮胎、密封件和减 震制品等领域。
复合材料粉末
复合材料粉末由两种或多种材料组 成，具有优异的综合性能，广泛应 用于航空航天、汽车和电子产品等 领域。
陶瓷粉末
01
02
超声快速成型
目录
• 超声快速成型技术概述 • 超声快速成型材料 • 超声快速成型工艺流程 • 超声快速成型设备 • 超声快速成型的应用案例 • 超声快速成型的挑战与展望
01
超声快速成型技术概述
定义与原理
定义
超声快速成型是一种基于超声波振动 能量，通过快速、高效地加工材料的 技术。
原理
利用超声波的振动能量，对材料进行 加工、切割、焊接等操作，实现快速 、高效的生产。
技术特点与优势
高效快速
利用超声波的高频振动，实现快速加工，提 高生产效率。
精准控制
通过精确控制超声波的振动参数，实现高精 度的加工。
Hale Waihona Puke 适用范围广可用于金属、非金属等多种材料的加工，满 足不同领域的需求。
低成本
相对于传统的加工方法，超声快速成型技术 成本较低，具有较高的经济效益。
混凝土挤出成型方法
混凝土挤出成型方法一、引言混凝土挤出成型方法是一种新型的建筑材料成型技术，具有高效、省力、节能等优点，被广泛应用于建筑、桥梁、隧道等领域。
本文将详细介绍混凝土挤出成型的方法。
二、前期准备1.原材料准备：混凝土、水泥、砂子、骨料、外加剂等。
2.设备准备：混凝土挤出机、混凝土输送泵、混凝土搅拌机、模具等。
3.场地准备：清理场地，平整地面，确保场地干净整洁，避免混凝土污染。
三、混凝土挤出成型的具体步骤1.混凝土搅拌：按照一定比例将水泥、砂子、骨料等原材料放入混凝土搅拌机中，进行搅拌，直至混凝土均匀。
2.混凝土输送：将混凝土输送泵接入混凝土搅拌机后，将混凝土输送到混凝土挤出机中。
3.模具准备：根据建筑物需要的尺寸和形状，选择相应的模具。
将模具放在混凝土挤出机的下方，确保模具处于一定高度，以便于混凝土顺利挤出。
4.混凝土挤出：将混凝土挤出机的混凝土进料口对准模具，启动挤出机，使混凝土在模具内挤出并呈现出所需的形状。
5.混凝土养护：待混凝土挤出完成后，将模具从混凝土中取出，将混凝土进行养护，让其在规定时间内达到一定强度，以保证建筑物的牢固和稳定。
四、混凝土挤出成型的注意事项1.原材料的选择和配比应符合国家标准，确保混凝土的强度和稳定性。
2.混凝土挤出机的调试和维护保养应定期进行，确保设备的正常运行。
3.模具的选用应根据实际需要，确保模具的尺寸和形状符合建筑要求。
4.混凝土挤出过程中，应保持模具处于一定高度，避免混凝土挤出不畅或过度挤出。
5.混凝土挤出完成后，应及时对混凝土进行养护，避免混凝土出现开裂或强度不足等问题。
五、混凝土挤出成型的优点和应用领域1.优点：混凝土挤出成型方法具有高效、省力、节能、环保等优点，能够大幅度提高建筑施工效率和质量。
2.应用领域：混凝土挤出成型方法广泛应用于建筑、桥梁、隧道等领域。
特别是在建筑物中，混凝土挤出成型方法能够实现快速成型，提高建筑速度和质量，节约施工成本，减少人工劳动力的使用。
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第三章 快速成型材料及设备
第一节 快速成型材料
快速成型材料根据原型建造原理、技术和方法的不同分为薄层材料、液态材 料、粉状材料、丝材等。
材料 形态
具体 材料
液态
光固化 树脂
固态粉末 非金属 金 属
固态片材
固态丝 材
蜡粉 尼龙粉 覆膜陶瓷 粉 高分子材 料粉
（5）无毒无污染。
ξ3 快速成型材料及设备
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一、光固化快速成型材料
光固化材料是一种既古老又崭新的材料，与一般固化方法比较，光固化材料 有下列优点： （1）固化快，可在几秒钟内固化，可应用于要求立刻固化的场合； （2）不需要加热，这一点对于某些不能耐热的塑料、光学、电子零件来说十分有 用； （3）可配成无溶剂产品，使用溶剂会涉及到许多环境问题和审批手续问题，因此 每个工业部门都力图减少使用溶剂； （4）节省能量，各种光源的效率要高于烘箱； （5）可使用单组分，无配制问题，使用期较长； （6）可以自动化操作及固化，提高生产的自动化程度，从而提高生产效率和经济 效益。
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二、叠层实体快速成型材料
LOM工艺中的成型材料涉及到三个方面的问题，即薄层材料、粘 结剂和涂布工艺。薄层材料可分为纸、塑料薄膜、金属箔等。目前的 LOM成型材料中的薄层材料多为纸材，而粘结剂一般为热熔胶。纸材 料的选取、热溶胶的配置及涂布工艺均要从保证最终成型零件的质量 出发，同时要考虑成本。对于LOM纸材的性能，要求厚度均匀、具有 足够的抗拉强度以及粘结剂有较好的湿润性、凃挂性和粘结性等。下 面就纸的性能、热熔胶的要求及凃布工艺进行简要的介绍。
ξ3 快速成型材料及设备
纸的性能：
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对于LOM成型材料的纸材，有以下要求： （1）抗湿性 保证纸原料(卷轴纸)不会因时间长而吸水，从而保证 热压过程中不会因水分的损失而产生变形及粘接不牢。纸的施胶度可 用来表示纸张抗水能力的大小。 （2）良好的浸润性 保证良好的涂胶性能。 （3）抗拉强度 保证在加工过程中不被拉断。 （4）收缩率小 保证热压过程中不会因部分水分损失而导致变形， 可用纸的伸缩率参数计量。 （5）剥离性能好 因剥离时破坏发生在纸张内部，要求纸的垂直方 向抗拉强度不是很大。 （6）易打磨，表面光滑。 （7）稳定性 成型零件可长时间保存。
纸材对热熔胶的基本要求为：
① 良好的热熔冷固性（约70~100℃开始熔化，室温下固化）；
② 在反复“熔融－固化”条件下，具有较好的物理化学稳定性；
③ 熔融状态下与纸具有较好的涂挂性和涂匀性；
④ 与纸具有足够粘结强度；
⑤ 良好的废料分离性能。
EVA型热熔胶主要成分为：EVA，松香甘油脂，石蜡等。
ξ3 快速成型材料及设备
钢粉 覆膜 钢粉
覆膜纸 覆膜塑料 覆膜陶瓷 箔 覆膜金属 箔
蜡丝 ABS丝
快速成型材料及其性能不仅影响着所制作原型的性能及精度，而且也影响着与成 型工艺相关联的建造过程。快速成型工艺对成型材料性能的总体要求有如下几个方面：
（1）适应逐层累加方式的快速成型建造模式； （2）在各种快速成型建造方式下能快速实现层内建造及层间连接； （3）制作的原型具有一定的尺寸精度和尺寸稳定性； （4）确保原型具有一定的力学性能及性能稳定性；
ξ3 快速成型材料及设备
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1、Vantico公司的SL系列
下表给出了Vantico公司提供的光固化树脂在各种3D Systems公司光固 化快速成型系统和原型不同的使用性能和要求情况下的光固化成型材料的 选择方案。
ξ3 快速成Βιβλιοθήκη 材料及设备模具工程技术研究中心 METRC
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用于光固化快速成型的材料为液态光固化树脂，或称液态光敏树脂。随着光 固化成型技术的不断发展，具有独特性能的光固化树脂（如收缩率小甚至无收缩， 变形小，不用二次固化，强度高等）也不断地被开发出来。下面分别介绍Vantico公 司、3D Systems公司以及DSM公司的光固化快速成型材料的性能、适用场合以及选 择方案等。
部分3D Systems 公司的ACCURA系列材料的性能如下表所示。
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3、DSM公司的SOMOS系列 DSM公司的SOMOS系列环氧树脂主要是面向光固化快速成型开发的系列
材料，部分型号的性能及主要指标如下表所示。
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涂装工艺：
涂布工艺有涂布形状和涂布厚度两个方面。涂布形状指的 是采用均匀式涂布还是非均匀涂布，非均匀涂布又有多种形状。 均匀式涂布采用狭缝式刮板进行涂布，非均匀涂布有条纹式和颗 粒式。一般来讲，非均匀涂布可以减小应力集中，但涂布设备比 较贵。涂布厚度指的是在纸材上涂多厚的胶，选择涂布厚度的原 则是在保证可靠粘接的情况下，尽可能涂的薄，以减少变形、溢 胶和错移。
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2、3D Systems 公司的Accura系列
3D Systems公司的ACCURA系列光固化成型材料主要有用于SLA Viper si2 、 SLA3500 、 SLA5000 和 SLA7000 系 统 的 ACCUGENTM 、 ACCUDURTM 、 SI10 、 SI20 、 SI30 、 SI40 Nd 系 列 型 号 和 用 于 SLA250 、 SLA500系统的SI40 Hc & AR型号等。
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热溶胶：
叠层实体制造中的成型材料多为涂有热熔胶的纸材，层与层
之间的粘结是靠热熔胶保证的。热熔胶的种类很多，其中以EVA(乙
烯—醋酸乙烯酯共聚物)型热熔胶的需求量为最大，占热熔胶消费
总量的80%左右。当然在热熔胶中还要添加某些特殊的组分。LOM