先进制造技术导论
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❖ RP技术对制造业的影响可以和20世纪 50～60年代发展起来的数控技术相媲美。
先进制造技术导论
2. 技术原理
RP技术是基于离散(discrete)和堆积
(deposit)原理，将零件的CAD模型按一定
方式离散，成为可加工的离散面、离散线
和离散点，而后采用物理或化学手段，将
这些离散的面、线段和点堆积而形成零件
先进制造技术导论
传统制造方法的瓶颈
➢ 机床设备和工模具，费时又费钱。 ➢ 有些企业往往由于缺乏产品成形制造 能力而造成产品设计不尽合理或上市太 慢，错过大好的市场机遇。
先进制造技术导论
快速成型技术
❖ Rapid Prototyping-RP
❖ RP技术是20世纪80年代后期发展起 来的一项高科技成果。
先进制造技术导论
SLS工艺的工作过程
先进制造技术导论
SLS工艺的工作过程
粉末平铺 (工作台)
辊子刮平
层
与
层
粉末烧结
烧
(激光束扫描)
结
工作平台下降 (约0.1mm)
三维实体原型
先进制造技术导论
原理演示
2021/3/11
23
实物演示
2021/3/11
24
SLS的工艺特点
➢ 材料适应面广 塑料材料 陶瓷、石蜡等材料 直接制造金属零件
➢ 基于液态光敏(photosensitive)树脂 (resin)的光聚合( polymerize )原理。
➢ 光敏树脂在一定波长和功率的紫外激
光的照射下能够迅速发生光聚合反应，
分子量急剧增大，材料也能从液态转变
为固态。
先进制造技术导论
三维光刻工艺的工作原理
紫外光
液态光敏树 脂
液面
液体材料容 器
2021/3/11
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3. 2 选择性激光粉末烧结法
❖ SLS-Selective（选择性的） Laser （激光） Sintering (烧结)
❖ 美国C. R. Dechard 1989年发明
先进制造技术导论
SLS工艺的工作原理
SLS工艺是利用粉末材料（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。
3、成形件强度和表面质量较差，精度低。表面 的粗糙度受粉末颗粒大小及激光光斑的限制，一 般不适宜做比较小的部件 。
4、 零件的表面多孔性，为了使表面光滑必须进 行渗蜡等后处理。在后处理中难于保证制件尺寸 精度，后处理工艺复杂，样件变型大，无法装配 。
工作台
液面始成终形处开于始激时光，的工焦作平台面在，液聚面焦下后的一的个光确斑定在深液度面，上按计
算机指令逐点扫描，逐点固化（分层固化）
2021/3/11
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三维光刻工艺的工作原理
升降台
刮平器 工作台 一层扫刮描平完器成刮后如平，此树除重脂该复液层直面及到，之整再前个进成零行型件下部制一分造层，完的其毕扫余，描仍；是液态树脂。 升20降21/3台/11带动工作台即下新得降固到一化一层的个高一三度层维，牢实成固体型地模面粘型上在。又前布一满层一上层。树脂。13
❖ SL-Stereo (铅版, 立体照片) Lithography(平版印刷术) Apparatus ❖ SL法最成熟，也是市场的最大占有者。
❖ 发明人Charles Hul ，1984年获美国专利
❖ 美国3D Systems公司1988年 制造第一台 原型机 （SLA-1）
先进制造技术导论
三维光刻法的工作原理
原理演示
2021/3/11
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SLA成型机产品——LPS系列
气体激光型（He-Cd 50mw)： LPS250型(A,B,C配置) LPS350型(A,B,C配置) LPS600型(A,B,C配置) 激光器寿命>2000小时 配用材料： XH-1, 420元/公斤
2021/3/11
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Βιβλιοθήκη Baidu
氦镉激光器 扫描速度 1m/s 分层厚度 0.05-0.5mm 升降机重复精度 0.01mm 液体光敏树脂
快速成形制造RPM -------Rapid Prototyping
Manufacturing
先进制造技术导论
快速成型技术
产生的背景 技术原理（要求掌握） 分类（要求掌握） 应用场合
先进制造技术导论
1. 产生背景
❖ 全球市场一体化，制造业竞争激烈， 使得产品更新换代日益加快。
❖ 企业的竞争力将主要体现在根据市场 要求，不断地推出新产品。
SL光固化快速成型设备
2021/3/11
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三维光刻法的工艺特点
➢ 精度高、表面质量好(精度在0.1mm国内SLA精 度在0.1—0.3mm之间，并且存在很大的波动性）； ； ➢ 原材料利用率接近100%; ➢ 能制造形状特别复杂（如空心零件）、特 别精细（如首饰、工艺品等）的零件； ➢ 制造出来的原型件，可以制造各种模具。 ➢成形速度较快、先系进制统造技工术导论作相对稳定
的整体形状。
先进制造技术导论
零件的快速成形
零件在CAD/CAM中的处理过程
2021/3/11
零件的快速成形 8
3. RP工艺方法的分类
SLA – 光固化立体造型法，三维 光刻法, SLS －激光粉末烧结法； LOM－薄片叠层法； FDM－熔丝堆积法；
先进制造技术导论
3. 1 三维光刻法
➢ 无需加支撑 没被烧结的粉末起支撑作用
➢ 可烧结制造空心、多层镂空的复杂零件。 ➢零件的构建时间较先短进制，造技可术导达论到1in/h高度
SLS快速原型技术缺点
1、需要专门实验室环境，维护费用高昂。
2、在加工前，要花近2小时的时间将粉末加热到 熔点以下，当零件构建之后，还要花5-10小时冷 却，然后才能将零件从粉末缸中取出。
SLA 快速成型技术缺点
1、需要专用的实验室环境，成型件需要后处理，比如： 二次固化，防潮处理等工序。 2、尺寸稳定性差，随着时间推移，树脂会吸收空气中的 水分，导致软薄部分的翘曲变形，进而极大地影响成型件 的整体尺寸精度（圆会不像圆是SLA最大的缺陷，竖向） ； 3、氦-镉激光管的寿命仅3000小时，价格较昂贵，由于需 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。 4、 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。 5、 需要设计工件的支撑结构，以便确保在成型过程中制 作的每一个结构部位都能可靠定位，支撑结构需在未完全 固化时手工去除，容易破坏成型件。
先进制造技术导论
2. 技术原理
RP技术是基于离散(discrete)和堆积
(deposit)原理，将零件的CAD模型按一定
方式离散，成为可加工的离散面、离散线
和离散点，而后采用物理或化学手段，将
这些离散的面、线段和点堆积而形成零件
先进制造技术导论
传统制造方法的瓶颈
➢ 机床设备和工模具，费时又费钱。 ➢ 有些企业往往由于缺乏产品成形制造 能力而造成产品设计不尽合理或上市太 慢，错过大好的市场机遇。
先进制造技术导论
快速成型技术
❖ Rapid Prototyping-RP
❖ RP技术是20世纪80年代后期发展起 来的一项高科技成果。
先进制造技术导论
SLS工艺的工作过程
先进制造技术导论
SLS工艺的工作过程
粉末平铺 (工作台)
辊子刮平
层
与
层
粉末烧结
烧
(激光束扫描)
结
工作平台下降 (约0.1mm)
三维实体原型
先进制造技术导论
原理演示
2021/3/11
23
实物演示
2021/3/11
24
SLS的工艺特点
➢ 材料适应面广 塑料材料 陶瓷、石蜡等材料 直接制造金属零件
➢ 基于液态光敏(photosensitive)树脂 (resin)的光聚合( polymerize )原理。
➢ 光敏树脂在一定波长和功率的紫外激
光的照射下能够迅速发生光聚合反应，
分子量急剧增大，材料也能从液态转变
为固态。
先进制造技术导论
三维光刻工艺的工作原理
紫外光
液态光敏树 脂
液面
液体材料容 器
2021/3/11
18
3. 2 选择性激光粉末烧结法
❖ SLS-Selective（选择性的） Laser （激光） Sintering (烧结)
❖ 美国C. R. Dechard 1989年发明
先进制造技术导论
SLS工艺的工作原理
SLS工艺是利用粉末材料（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。
3、成形件强度和表面质量较差，精度低。表面 的粗糙度受粉末颗粒大小及激光光斑的限制，一 般不适宜做比较小的部件 。
4、 零件的表面多孔性，为了使表面光滑必须进 行渗蜡等后处理。在后处理中难于保证制件尺寸 精度，后处理工艺复杂，样件变型大，无法装配 。
工作台
液面始成终形处开于始激时光，的工焦作平台面在，液聚面焦下后的一的个光确斑定在深液度面，上按计
算机指令逐点扫描，逐点固化（分层固化）
2021/3/11
12
三维光刻工艺的工作原理
升降台
刮平器 工作台 一层扫刮描平完器成刮后如平，此树除重脂该复液层直面及到，之整再前个进成零行型件下部制一分造层，完的其毕扫余，描仍；是液态树脂。 升20降21/3台/11带动工作台即下新得降固到一化一层的个高一三度层维，牢实成固体型地模面粘型上在。又前布一满层一上层。树脂。13
❖ SL-Stereo (铅版, 立体照片) Lithography(平版印刷术) Apparatus ❖ SL法最成熟，也是市场的最大占有者。
❖ 发明人Charles Hul ，1984年获美国专利
❖ 美国3D Systems公司1988年 制造第一台 原型机 （SLA-1）
先进制造技术导论
三维光刻法的工作原理
原理演示
2021/3/11
14
SLA成型机产品——LPS系列
气体激光型（He-Cd 50mw)： LPS250型(A,B,C配置) LPS350型(A,B,C配置) LPS600型(A,B,C配置) 激光器寿命>2000小时 配用材料： XH-1, 420元/公斤
2021/3/11
15
Βιβλιοθήκη Baidu
氦镉激光器 扫描速度 1m/s 分层厚度 0.05-0.5mm 升降机重复精度 0.01mm 液体光敏树脂
快速成形制造RPM -------Rapid Prototyping
Manufacturing
先进制造技术导论
快速成型技术
产生的背景 技术原理（要求掌握） 分类（要求掌握） 应用场合
先进制造技术导论
1. 产生背景
❖ 全球市场一体化，制造业竞争激烈， 使得产品更新换代日益加快。
❖ 企业的竞争力将主要体现在根据市场 要求，不断地推出新产品。
SL光固化快速成型设备
2021/3/11
16
三维光刻法的工艺特点
➢ 精度高、表面质量好(精度在0.1mm国内SLA精 度在0.1—0.3mm之间，并且存在很大的波动性）； ； ➢ 原材料利用率接近100%; ➢ 能制造形状特别复杂（如空心零件）、特 别精细（如首饰、工艺品等）的零件； ➢ 制造出来的原型件，可以制造各种模具。 ➢成形速度较快、先系进制统造技工术导论作相对稳定
的整体形状。
先进制造技术导论
零件的快速成形
零件在CAD/CAM中的处理过程
2021/3/11
零件的快速成形 8
3. RP工艺方法的分类
SLA – 光固化立体造型法，三维 光刻法, SLS －激光粉末烧结法； LOM－薄片叠层法； FDM－熔丝堆积法；
先进制造技术导论
3. 1 三维光刻法
➢ 无需加支撑 没被烧结的粉末起支撑作用
➢ 可烧结制造空心、多层镂空的复杂零件。 ➢零件的构建时间较先短进制，造技可术导达论到1in/h高度
SLS快速原型技术缺点
1、需要专门实验室环境，维护费用高昂。
2、在加工前，要花近2小时的时间将粉末加热到 熔点以下，当零件构建之后，还要花5-10小时冷 却，然后才能将零件从粉末缸中取出。
SLA 快速成型技术缺点
1、需要专用的实验室环境，成型件需要后处理，比如： 二次固化，防潮处理等工序。 2、尺寸稳定性差，随着时间推移，树脂会吸收空气中的 水分，导致软薄部分的翘曲变形，进而极大地影响成型件 的整体尺寸精度（圆会不像圆是SLA最大的缺陷，竖向） ； 3、氦-镉激光管的寿命仅3000小时，价格较昂贵，由于需 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。 4、 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。 5、 需要设计工件的支撑结构，以便确保在成型过程中制 作的每一个结构部位都能可靠定位，支撑结构需在未完全 固化时手工去除，容易破坏成型件。