快速成型技术及在模具制造中的应用共32页文档
快速成型技术及其在模具制造中的运用
发 和制造 的重要工具和手段 。 时主要是针对具体的特殊制品设计 出专用 的 Ｃ ＡＤ系统 ，很快 在机械 、 建筑 、 船、 造 电子等行业获得应用 。进 入 ２ ０世纪 ８ ０年
快速成型是一种基 于离散堆 积成 型思想 的数字化成 型技 术， 其原理为 ： 通过离散 ， 把复杂 的三维制造转化为一 系列有序 的低维 制造 的叠加 ， 整个零件 的制造过 程转化 为有序 、 把 简单 的单元 体的制造与结合过程 。按不 同的分类方法 ， 快速成型分 类 如图 １ 所示 。快速成型技术的基本工作过程如 图 ２所示 ： 首 先 由三维 Ｃ Ｄ软件设计 出零件 的 Ｃ Ｄ 电子模型” 然后 根据 Ａ Ａ “ ， 具体工艺要求 ， 按照一定规则将该模型离散为一 系列有序 的单 元， 通常是沿 ｚ向离散为一 系列二维层 面 ， 习惯上称 为分层或
【 关键词 】Ｃ Ｄ Ｃ Ｍ； Ａ ／ Ａ 快速成型； 模具制造 【 中图分 类号 】 Ｔ ２９ 【 Ｇ ４． 文献标识码 】 Ａ ５
【 文章编号 】 １０—６３ ０７ ７ ０４ — ３ ０３２７（ ０） — ０６ ０ ２ ０
引言
快速成 型技术 （ ａ ｉ Ｐ ｏｏｙ ｉｇ 简称 ＲＰ Ｒ ｐｄ ｒｔｔｐｎ ， ）是 ２ ０世纪 ８ ０年代末期迅速发展起来 的一种先进制造 技术 。该技术有别 于传统加工方式 ，是继 ６ ０年代 ＮＣ技 术之 后制造领域的又一 重大突破 ， 是先进制造技术群 中的重要组成部分。 ＲＰ技术综合 运用 Ｃ ／ Ａ ＡＤ Ｃ Ｍ技术 、 激光技术和材 料技术 ， 在没 有传统模具 和夹具 的情况下 ， 快速制造 出任意复杂形状而又具有一定功能 的三维实体模型或零件 。 快速成型技术的推广应 用将 明显缩短 新产 品的上市时间 ， 节约新产品开发和模 具制造 的费用 ， 泛 广 应用 于航 空航天 、 汽车 、 通讯 、 医疗 、 电子 、 电 、 具 、 家 玩 军事装
简述快速成型技术的应用
简述快速成型技术的应用快速成型技术（Rapid Prototyping，简称RP）是一种通过计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）技术，直接从三维CAD模型中构建实物模型的方法。
它在工业设计、制造、医疗、艺术等领域有着广泛的应用。
快速成型技术在工业设计领域得到了广泛的应用。
传统的产品设计过程需要经历多个阶段，包括手工制作模型、校对设计、制作模具等步骤。
而使用快速成型技术，设计师可以通过CAD软件直接生成三维模型，并使用快速成型机器将其转化为实物模型。
这样不仅可以减少设计时间，还可以快速验证设计的可行性，降低产品开发的风险。
快速成型技术在制造领域也有着重要的应用。
传统的制造过程通常需要制作模具，然后再进行大规模生产。
而使用快速成型技术，可以直接从CAD模型中生成产品原型，然后再根据需要进行小批量生产。
这种灵活的生产方式可以满足个性化定制的需求，提高生产效率，降低生产成本。
快速成型技术在医疗领域也有着广泛的应用。
医生可以利用快速成型技术生成患者特定的三维模型，用于手术模拟、医疗器械设计等方面。
这种个性化的医疗模型可以帮助医生更好地了解患者的病情，制定更精确的治疗方案，提高手术的成功率。
快速成型技术还被广泛应用于艺术创作领域。
艺术家可以使用CAD 软件设计出复杂的艺术品模型，然后通过快速成型技术将其转化为实物。
这种技术不仅可以大大缩短艺术品制作的时间，还可以实现艺术家的创作理念。
同时，快速成型技术还可以帮助艺术家实现雕塑、陶瓷等多种材质的艺术品制作。
快速成型技术在工业设计、制造、医疗和艺术等领域的应用非常广泛。
它可以大大缩短产品开发周期，提高生产效率，降低生产成本。
同时，它还可以帮助医生提高诊断和治疗的准确性，艺术家实现创作理念。
随着技术的不断发展，快速成型技术将会在更多领域发挥重要作用，推动各行各业的创新和发展。
快速成型技术
其在处理速度上都可以很好的满足需求，而且时间跨度不大，有利于实现产品开发的高速闭环反馈。 其二：集成化，快速成型技术使得设计环节和制造环节达到了很好的统一，我们知道在快速 成型的操作过程中，计算机中
的CAD模型数据会通过软件转化的方式，自动生成数控指令，依据数据的转化实现对于部件的合理加工。由此看来设计和 制造之间的鸿沟不再存在，达到了高度的集约化。 其三：适用性，快速成型技术，适翻分层技术制造工艺，将复杂的三维切成二维来处理，极大的简化了加工流程，在不存 在三维刀具的干涉的前提下，高效的处理好复杂的中空结构。无论是从理论上来讲，还是从实践上来讲，其技术的适用性 可以应对任何的复杂构件制造。 其四：可调整性，快速成型技术，即真正意义上的数字化系统，是制造业中的利器，我们操作员仅仅需要合理设置一下相 关的参数和属性， 就可以有针对性的处理好各种产品的样品制造和小批量生产；而且在此过程中，保证了成型过程的柔韧 性。 其五：自动化，快速成型技术，实现了完全的自动化成型，只要操作人员输入相关的参数,在不需要多少干涉的情况下，实 现整个过程的自动运行。
从技术发展角度看，计算机科学、CAD技术、材料科学、激光技术的发展和普及，为新的制造技 术的产生奠定了技术物质基础。
快速成型技术在工业设计中的应用
快速成型技术在工业设计中的应用快速成型技术是一种基于计算机辅助设计和制造的先进技术，它在工业设计中有着广泛的应用。
通过该技术，设计师可以快速地将设计概念转化为实际的产品原型，从而提高工作效率、降低成本。
在工业设计中，快速成型技术能够帮助设计师将创意快速转化为实际的产品原型。
传统的产品开发过程中，设计师需要通过手工制作或者借助模具来制造产品原型，这个过程通常耗时较长且费用较高。
而快速成型技术能够通过快速地堆叠材料来制造产品原型，大大缩短了制造周期，节省了时间和成本。
在产品设计的早期阶段，快速成型技术可以帮助设计师快速验证设计概念的可行性。
设计师可以通过将设计文件输入到快速成型设备中，快速制造出产品原型，进而进行实物验证。
如果设计存在问题，设计师可以及时进行修改，从而避免了在后期制造过程中可能出现的错误和延误。
快速成型技术还可以帮助设计师进行产品的外观设计和功能测试。
通过快速制造出产品原型，设计师可以更直观地了解产品的外观效果，从而进行必要的修改和优化。
同时，快速成型技术还可以制造出具有实际功能的产品原型，设计师可以通过对原型进行测试来评估产品的性能和可靠性。
在产品定制方面，快速成型技术也发挥着重要的作用。
传统的产品制造过程中，生产线通常需要进行大规模的调整和改装，以满足不同产品的需求。
而快速成型技术可以根据用户的需求快速制造出定制化的产品，大大提高了生产线的灵活性和适应性。
快速成型技术还可以帮助设计师进行产品的小批量生产。
在传统的生产方式中，小批量生产往往需要进行专门的模具制造，成本较高且周期较长。
而快速成型技术可以通过直接制造产品来降低生产成本，提高生产效率，满足小批量生产的需求。
快速成型技术在工业设计中有着广泛的应用。
它可以帮助设计师将创意快速转化为实际的产品原型，提高工作效率、降低成本。
同时，它还可以帮助设计师进行产品的外观设计、功能测试、定制生产和小批量生产。
随着技术的不断发展，相信快速成型技术将在工业设计中发挥更大的作用，为创新和进步提供更多可能性。
快速成形技术
快速成形技术现代成形理论是研究所有产品制造的成形方式，即研究将成形材料有序地组织成具有确定外形和特定功能的三维实体的科学，建立起产品制造的理论模型。
根据工艺可以将产品成形的过程分为如下四种：1.受迫成形成形材料受到压力的作用而成形的方法，如金属材料成形的冷冲压成形、锻压成形、挤压成形以及铸造成形等。
2.去除成形这是人类从制作工具到现代化生产一直沿用的主要成形方法，如刀具切削加工、磨削加工、电火花加工等。
3.离散/堆积成形与传统制造不同，离散/堆积成形从零件的CAD实体模型出发，通过软件分层离散和数控成形系统，用层层加工的方法将成形材料堆积而形成实体零件。
4.生长成形生长成形或称仿生成形是指模仿自然界中生物生长方式而成形的方法。
快速成形技术是基于离散/堆积思想和数字化的新型成形技术，它突破了传统的加工方式，不需机械加工设备即可快速地制造形状极为复杂的工件，被认为是近20年制造技术领域的一次重大突破。
快速成形技术是当前世界上先进的产品开发与快速工具制造技术，对制造企业的模型、原型及成型件的制造方式正产生深远的影响。
1.1快速成形技术1.1.1快速成形技术原理快速成形（RP，Rapid Prototyping）技术又称快速原型制造，诞生于20世纪80年代后期，至今已有20多年的历史，是基于材料堆积法的新型制造技术。
快速制造技术集机械工程、计算机辅助制造（CAD）、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学等于一身，可以自动、直接、快速、精确地将计算机上设计的模型转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供一种高效低成本的实现方法。
Terry Wohlers和美国制造工程师协会（SME）对RP技术进行了定义[]：RP系统依据三维CAD模型数据、CT（计算机断层扫描，computer tomography）和MRI(核磁共振成像，magnetic resonance imaging)扫描数据和由三维实物数字化系统创建的数据，把所得数据分成一系列二维平面，又按相同序列沉积或固化出物理实体。
快速成型技术原理及应用
快速成型技术原理及应用快速成型技术又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)技术，诞生于20世纪80年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。
成型原理：基于离散-叠加原理而实现快速加工原型或零件特点：不需机加工设备或者模具即可快速制造形状极为复杂的工件简介：(Rapid Prototyping&Manufacturing, 缩写为RP)是二十世纪八十年代末九十年代初兴起并迅速发展起来的新的先进制造技术. 其特点是可以不需机加工设备或者模具即可快速制造形状极为复杂的工件, 从而在小批量产品生产或新产品试制时节省时间和初始投资.这里所说的快速加工原型是指能代表一切性质和功能的实验件,一般数量较少,常用来在新产品试制时作评价之用. 而这里所说的快速成型零件是指最终产品,已经具有最佳的特性,功能和经济性.快速成型技术(RP)的成型过程: 首先建立目标件的三维计算机辅助设计(CAD 3D)模型, 然后对该实体模型在计算机内进行模拟切片分层,沿同一方向(比如Z轴)将CAD 实体模型离散为一片片很薄的平行平面; 把这些薄平面的数据信息传输给快速成型系统中的工作执行部件,将控制成型系统所用的成型原材料有规律地一层层复现原来的薄平面, 并层层堆积形成实际的三维实体,最后经过处理成为实际零件.经过20多年的发展, 快速成型技术(RP)有较大发展, 应用非常广泛,尤其在汽车制造,航天航空,建筑,家电,卫生医疗及娱乐等领域有强大的应用.目前基于快速成型技术(RP)开发的工艺种类较多, 可以分别按所用材料划分, 成型方法划分等.1) 利用激光或其它光源的成型工艺的成型:---（SL）---（简称LOM)---（简称SLS)---形状层积技术(简称SDM);2) 利用原材料喷射工艺的成型:---（简称FDM)---三维印刷技术(简称3DP)其它类型工艺有:---树脂热固化成型 (LTP)---实体掩模成型 (SGC)---弹射颗粒成型 (BFM)---空间成型 (SF)---实体薄片成型 (SFP)应用：RPM技术的发展水平而言，在国内主要是应用于新产品（包括产品的更新换代）开发的设计验证和模拟样品的试制上，即完成从产品的概念设计（或改型设计），造型设计，结构设计，基本功能评估，模拟样件试制这段开发过程。
快速成型的原理及应用
题目：1、快速成型原理是什么？其技术有何特点？2、按制造工艺原理分，快速成型工艺主要分成哪几类？3、简述快速成型技术有哪些应用？4、典型的快速成型工艺有哪几种？试分析成型工艺的特点。
5、反求工程的基本含义是什么？应用在那几个方面？6、结合课程知识点，谈谈快速成型技术对新产品设计的作用。
1、快速成型原理是什么？其技术有何特点？快速成型原理RP系统可以根据零件的形状，每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截面，然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体的零件。
当然，整个过程是在计算机的控制下，由快速成形系统自动完成的。
不同公司制造的RP系统所用的成形材料不同，系统的工作原理也有所不同，但其基本原理都是一样的，那就是"分层制造、逐层叠加"。
这种工艺可以形象地叫做"增长法"或"加法"。
每个截面数据相当于医学上的一张CT像片；整个制造过程可以比喻为一个"积分"的过程。
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。
RP技术的基本原理是：将计算机内的三维数据模型进行分层切片得到各层截面的轮廓数据，计算机据此信息控制激光器（或喷嘴）有选择性地烧结一层接一层的粉末材料（或固化一层又一层的液态光敏树脂，或切割一层又一层的片状材料，或喷射一层又一层的热熔材料或粘合剂）形成一系列具有一个微小厚度的的片状实体，再采用熔结、聚合、粘结等手段使其逐层堆积成一体，便可以制造出所设计的新产品样件、模型或模具。
自美国3D公司1988年推出第一台商品SLA快速成形机以来，已经有十几种不同的成形系统，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：（1）SLA快速成形系统的成形原理：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。
快速成型技术在产品设计中的应用
快速成型技术在产品设计中的应用快速成型技术，即Rapid Prototyping，简称RP技术，是一种利用计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）技术，通过堆叠或涂覆材料来逐层制造实体模型的技术。
随着科技的不断发展，快速成型技术在产品设计中的应用得到了越来越广泛的应用，为产品开发提供了更快、更灵活的解决方案。
本文将探讨快速成型技术在产品设计中的应用，并介绍其优势和未来发展趋势。
快速成型技术在产品设计中的应用主要体现在以下几个方面：1.快速制作实体模型：传统上，产品的开发需要花费大量的时间和成本来制作实体模型进行测试和验证。
而有了快速成型技术，设计师可以通过CAD软件设计出模型，并利用快速成型技术将设计图转化成实体模型，实现快速制作和验证设计的效果。
这样可以有效缩短产品开发周期，提高产品设计的灵活性和精度。
2.灵活性和创新性：快速成型技术可以很容易地制作复杂形状的实体模型，从而为设计师提供了更多的创意空间。
设计师可以通过快速成型技术制作出各种各样的模型，包括曲线、空间结构等复杂形状，从而激发设计的创新性，提高产品的竞争力。
3. 降低成本：传统的产品设计需要雕刻模型或制作模具，这些过程通常需要大量的时间和成本。
而快速成型技术可以直接将设计图转化为实体模型，无需制作模具和雕刻，从而大大节省了成本和时间。
4. 可视化效果：产品设计师可以通过快速成型技术将设计图快速转化为实体模型，从而更直观地展现给客户和团队成员，加快决策过程。
这种可视化效果可以帮助客户和团队更好地理解设计意图，提出意见和建议，从而更好地满足市场需求。
5. 高效的定制化生产：快速成型技术可以帮助企业快速响应市场需求，实现定制化生产。
设计师可以根据客户需求快速制作出客户需求的产品，实现小批量、多样化的生产，从而提高产品的市场竞争力。
未来，随着科技的不断发展和应用场景的不断扩大，快速成型技术在产品设计中的应用将会越来越广泛。
随着快速成型技术的不断创新和发展，将会有更多的材料可以用于快速成型技术，从而更好地满足产品设计的需求。
3D打印技术的原理及应用(共32张)
第12页，共32页。
4.2 医疗 行业 (yīliáo)
3D打印脊椎植入人体
3D打印心脏救活2周大先心病婴儿
2014年8月，北京大学研究团队成功地为一名12岁男 孩植入了3D打印脊椎，这属全球首例。据了解，这位 小男孩的脊椎在一次足球受伤之后长出了一颗恶性肿 瘤，医生不得不选择移除掉肿瘤所在的脊椎。不过， 这次的手术比较特殊的是，医生并未采用传统的脊椎 移植手术，而是尝试先进的3D打印技术。
5.3 机械设计的限制(xiànzhì)
因为3D打印给机械设计带来的无 限可能，很多工业品都应当被重新 设计优化，但是这个就涉及到上游 设计领域的大变革。传统CAD软件 需要被颠覆，传统结构设计，应当 向topology优化方向发展，但是 这些都是还没有成形的体系的。此 外，3D打印并非想怎么做就能怎 么做的，仍然需要考虑产品结构能 否支撑，多余部分是否能够除去。
1993年
麻省理工学院获 3D印刷技术专利
1995年
美国ZCorp公司从麻省理工 学院获得唯一授权并开始开 发3D打印机
2005年
，市场上首个高清晰彩色 3D打印机Spectrum Z510 由ZCorp公司研制成功
2010年
世界上第一辆由3D打印 机打印而成的汽车Urbee 问世
在2010年之后，3D打印技术飞速发展，在2011年到2013年的两年时间里，陆续出现 了3D巧克力打印机，3D打印的飞机、艺术品、手枪等等。
2014年10月13日，纽约长老会医院的埃米尔·巴查博士 (Dr.Emile Bacha)医生就讲述了他使用3D打印的心脏救活一 名2周大婴儿的故事。这名婴儿患有先天性心脏缺陷，它会在 心脏内部制造“大量的洞”。在过去，这种类型的手术需要 停掉心脏，将其打开并进行观察，然后在很短的时间内来决 定接下来应该做什么。
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。
快速成型技术及应用
第一章 快速成型原理及方法概要
1.3 RPT的现状和发展方向
取得重大成果。如美国DTM公司利用SLS工艺成形金属 件。一般可通过两种途径：一是使用高功率二氧化碳激 光直接烧结金属粉，逐层堆积成致密度高的结构件；二 是使用中低功率二氧化碳激光烧结覆膜金属粉成形，然 后通过高温烧结和渗金属处理获得致密度高的结构件。 国内如中北大学已利用SLS工艺间接成形小型结构件并 获得阶段成果。西工大在高功率激光直接烧结金属粉的 研究已取得重大进展。 加强RPT的应用研究，最大程度地拓宽其应用领域 。我国更应重视将RPT与反求工程相结合设计开发新产 品，符合中国国情。
第一章 快速成型原理及方法概要
1.1成型方式分类
根据现代成形学的观点,从物质的组织方式分为以 下四类: (1)去除成形(Dislodge Forming).去除成型是利 用分离的方法,把一部分材料有序地从基体上分离出去 而成型的方法. (2)堆积成形(Stacking Forming)．堆积成型是运 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型方法．RP即属于堆积成型．堆 积成型是在计算机控制下完成的，其最大特点是不受 成型零件复杂程度的限制．从广义上讲，焊接也属堆 积成型范畴．
第一章 快速成型原理及方法概要
１.２快速成形的主要工艺方法
1.2.2分层实体制造(Laminated Object Manufacturing--LOM)
也称薄形材料选择性切割．它根据三维模型每一个截面的轮廓线．在计算 机的控制下，用CO2激光束对薄形材料(如底面涂胶的纸)进行切割，逐步 得到各层截面，并黏结在一起，形成三维产品，如图所示．这种方法适合 成形大．中型零件，翘曲变形小，成形时间较短，但尺寸精度不高，材料 浪费大，且清除废料困难．
快速成型技术
快速成型摘要：快速成型技术是一种集成了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。
快速成型技术正在不断完善，具有广泛的应用前景快速成型技术以其独特的优势和魅力，在制造业领域起到越来越重要的作用，并将给制造业带来深远的影响。
通过介绍快速成型系统的基本原理方法和技术特点，阐述其工艺特点及开发和应用，探讨快速成型技术在现代制造业中起到的重要作用和产生的巨大效益，分析快速成型技术的优点和缺点，并提出快速成型技术未来的发展方向和深远意义。
关键词：快速成型 CAD/CAM 激光技术基本原理快速成型(Rapid Prototyping)是上世纪80年代末及90 年代初发展起来的高新制造技术，是由三维CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体的总称。
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。
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。
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。
通过与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段相结合，已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段，在航空航天、汽车摩托车、家电等领域得到了广泛应用。
快速成型的基本原理快速成型技术采用离散/堆积成型原理，根据三维CAD模型，对于不同的工艺要求，按一定厚度进行分层，将三维数字模型变成厚度很薄的二维平面模型。
再将数据进行一定的处理，加入加工参数，产生数控代码，在数控系统控制下以平面加工方式连续加工出每个薄层，并图1快速成型的基本原理图至顶完成零件的制作过程。
快速成型有很多种工艺方法，但所有的快速成型工艺方法都是一层一层地制造零件，所不同的是每种方法所用的材料不同，制造每一层添加材料的方法不同。
快速成型与快速模具制造技术及其应用
1976年，P. L. DiMatteo进一步明确 地提出，这种堆积技术能够用来制 造用普通机加工设备难以加工的曲 面，如螺旋桨、三维凸轮和型腔模 具等。在具体实践中，通过铣床加 工成形沿高度标识的金属层片，然 后通过粘接成叠层状，采用螺栓和 带锥度的销钉进行连接加固，制作 了型腔模，如图所示。
由DiMatteo制作的型腔模叠层模型
第三节 快速成型技术的特点及优越性
❖ 快速成型技术的优越性
◎ 用户受益 用户在产品设计的最初阶段，也能见到产品样品甚至少量产品，这使得用户能及早、 深刻地认识产品，进行必要的测试，并及时提出意见，从而可以在尽可能短的时间 内，以最合理的价格得到性能最符合要求的产品。
第一章 概 论
1 快速成型技术的早期发展 2 快速成型技术的主要方法及分类 3 快速成型技术的特点及优越性 4 快速成型技术的发展趋势
1902年，Carlo Baese在他的美国专利(# 774549)中，提出了用光敏聚合 物制造塑料件的原理，这是现代第一种快速成形技术—“立体平板印 刷术”(StereoLithography)的初始设想。
1940年，Perera提出了在硬纸板上切割轮廓线，然后将这些纸板粘结 成三维地形图的方法。
第一章 概 论
1 快速成型技术的早期发展 2 快速成型技术的主要方法及分类 3 快速成型技术的特点及优越性 4 快速成型技术的发展趋势
第二节 快速成型技术的主要方法及分类
❖ 快速成型过程
快速成型离散和叠加过程
快速成型技术的制造方式是基 于离散堆积原理的累加式成型， 从成型原理上提出了一种全新 的思维模式，即将计算机上设 计的零件三维模型，通过特定 的数据格式存储转换并由专用 软件对其进行分层处理，得到 各层截面的二维轮廓信息，按 照这些轮廓信息自动生成加工 路径，在控制系统的控制下， 选择性地固化光敏树脂或烧结 粉状材料或切割一层层的成型 材料，形成各个截面轮廓薄片， 并逐步顺序叠加成三维实体， 然后进行实体的后处理，形成 原型或零件，如图所示。
快速成型技术在产品设计中的应用
快速成型技术在产品设计中的应用快速成型技术（Rapid Prototyping，RP）是一种利用计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）技术，通过逐层堆积材料来创建实体模型的制造技术。
随着科技的不断发展，快速成型技术已经成为了产品设计领域中不可或缺的一部分。
本文将对快速成型技术在产品设计中的应用进行探讨。
快速成型技术可以广泛应用于产品设计的各个阶段，包括概念设计、样机制作、小批量生产等。
在概念设计阶段，设计师可以利用快速成型技术快速制作出产品的实体模型，帮助客户更直观地了解产品的外观、结构和功能，快速验证设计的可行性，节约设计时间和成本。
在样机制作阶段，快速成型技术可以快速制作出高精度、高质量的样机，帮助设计师及时发现问题并进行修改，提高产品的设计质量和市场竞争力。
在小批量生产阶段，快速成型技术可以灵活、高效地制造出小批量的产品，满足客户个性化定制需求，提高企业生产力和快速响应市场需求。
快速成型技术的应用不仅提高了产品设计的效率和质量，也为产品设计带来了革命性的变革。
传统的产品设计和制造过程需要经历多个流程，设计师需要将设计图纸发送给制造厂，再经过加工、装配等多个环节才能得到最终产品，这样的过程既繁琐又耗时，容易导致产品设计偏离客户需求。
而快速成型技术能够将设计图纸直接转化为实体模型，缩短了产品设计和制造周期，提高了产品设计的灵活性和适应性，更好地满足了客户个性化需求。
在实际应用中，快速成型技术结合了3D打印、激光快速成形、层压成型等多种工艺，可以制作出各种材料的样品，包括塑料、金属、陶瓷等，其制作的样品具有高精度、复杂结构和良好的表面质量。
这使得快速成型技术在产品设计中的应用范围更加广泛，可以应用于电子消费品、汽车零部件、医疗器械等各个行业的产品设计和制造领域。
除了产品设计领域，快速成型技术还在迅速推动着工业制造业的数字化、智能化转型。
随着3D打印技术的不断成熟和应用，越来越多的企业开始将快速成型技术应用于产品制造过程中，实现了快速定制、小批量生产、无模具制造等目标，提高了生产柔性和效率，降低了生产成本和资源浪费。
快速成型技术
快速成型技术快速成型技术简介快速成型技术(Rapid Prototyping Technology-RPT)属于先进制造技术范畴机械工程学科非传统加工工艺(或称为特种加工)是将CAD、CAM、、激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术集成的一种全新制造技术。
它通过叠加成型方法可以自动而迅速地将设计的三维CAD模型转化为具有一定结构和功能的原型或直接制造零件。
与传统的制造方法相比，它具有生产周期短，成本低的优势，并且可以灵活地改变设计方案，实现柔性生产，在新产品的开发中具有广阔的应用前景。
目前世界上投入应用的快速成形的方法有十多种，主要包括立体印刷(SLA-StereoLithgraphy Apparatus)、分层实体制造(LOM-Laminated obxxxxject Manufacturing)、选择性激光烧结(SLS—Selective Laser Sintering)、熔化沉积制造(FDM－Fused Deposition Modeling)、固基光敏液相(SGC-Solid Ground Curing)等方法。
其中选择性激光烧结(SLS)技术具有成型材料选择范围宽、应用领域广的突出优点，得到了迅速发展，正受到越来越多的重视。
SLS方法具有以下的优点：由于粉末具有自支撑作用，不需另外支撑；材料广泛，不仅包括各种塑料材料、蜡和覆膜砂，还可以直接生产金属和陶瓷零件。
且材料可重复使用，利用率高。
快速成型技术工作原理使用CO2 激光器烧结粉末材料(如蜡粉、PS粉、ABS粉、尼龙粉、覆膜陶瓷和金属粉等)。
成型时先在工作台上铺上一层粉末材料激光束在计算机的控制下按照截面轮廓的信息对制件实心部分所在的粉末进行烧结。
一层完成后工作台下降一个层厚再进行下一层的铺粉烧结。
如此循环，最终形成三维产品。
快速成型技术应用选择性激光烧结快速成型(Selective Laser Sintering Rapid Prototyping) 技术（简称SLS技术）由于具有成型材料选择范围宽、应用领域广的突出优点，得到了迅速的发展，正受到越来越多的重视。
快速原型制造技术及其在模具制造中的应用
。机械 与电子０
Ｓ ＩＮ Ｅ＆Ｔ Ｃ ＯＬ ＹＩＦ ＭＡ Ｉ Ｎ ＣＥ Ｃ Ｅ ＨＮ ＯＧ Ｎ ＯＲ Ｔ Ｏ
２１ ００年
第 ３期
快速原型制造技术及其在模具制造中的应用
杨 统 方 志 刚 ｆ 州学院机械 工程学 院 浙江 台州 台
【 摘
３８ ０ ） １ ０ ０
要 】 文 简要 介 绍 了快 速 原 型 制 造技 术的 基 本 原 理及 其 重要 意 义 ， 重 介 绍 了基 于快 速 原 型 制 造技 术 的快 速 模 具 （ 制 造原 理 ， 本 着 Ｒ 简
１ 快速原型制造技术（ ａｐ技术） 及快速模具制造（ Ｔ ａ）Байду номын сангаас
一
之 母 ” 但 是产 品 在 实际 制 造 和最 终 成 品检 测 前 ， 。 是很 难 保 证 产 品成 型 高 ， 些 快速 成 形 机 制 作 的工 件 有 较 好 的 机 械 强 度 和 稳 定 性 ， 此 快 一 因 过 程 中每 一个 阶 段 的性 能 符 合 预 期 、 终 产 品 能 够 达 到 要 求 ， 就 需 速 成 形件 可 直 接 用作 模 具 ，如同 制 作单 个 或 者 小 批 量注 塑 模 具 一 样 。 最 这 要 模 具设 计 工 程 师有 深 厚 的 专业 知 识 和足 够 的 设 计 经验 ， 则 容 易 产 选 择 性激 光 烧 结 快速 成 型 工 艺能 够 实 现金 属 粉 末 烧 结 ， 制 作 出来 的 否 所 生 废 品 ， 费 人 力物 力 。 同 时模 具 设计 与制 造 是 一个 多环 节 和 多 反 复 浪 部 件 本 身就 具 有 较 高 的 强 度 ， 果 再 配 合 后 续 的 金 属 溶 渗 ， 可 以 制 如 则 的过 程 ． 设计 和 制造 出一 副 适 用 的 模 具 往 往 需 要 经 过 由 设 计 、 造 到 作 成 强度 足 够 高 的金 属 模 。 此外 ， 于试 制 用 注 塑 模或 低熔 点 合 金 铸 制 对 试模 、 修模 的 多次 反 复 ． 致 模 具 制 作 的 周 期 长 、 本 高 ， 至 可 能 造 造 模 ， 于对 模 具 的 强 度 、 点 要 求 不 高 ， 以直 接 用 硅 橡 胶 、 氧 树 导 成 甚 由 熔 可 环 成 模 具 的报 废 。 面对 现 代 激 烈的 市 场 竞争 ， 种 传 统 的生 产 方 式 难 以 这 脂 模 ， 可 以 采 用快 速 模 具制 造 方 法 直接 制 作 硅橡 胶 、 氧树 脂 模 。 也 环 适 应 企 业 的快 速 发展 ． 客观 上 需 要 一 种 快 速 设 计 、 速 制 模 和 校 模 的 快 ２２ 用 快 速 成 形 件作 为母 模 ， 制 软 模具 当制 造 小 批 量 零件 时 ， ． 翻 或 新 技 术 者 对 于试 制 用 注塑 模 或 低熔 点 合 金 铸造 模 ， 以 采用 以快 速 成 型 原 型 可 快 速 原 型制 造 技 术（ ａｉ ｒｔｔ ｉｇ简 称 ｆＰ 术 ） 上 世 纪 九 作 母模 ．采 用硅 橡 胶 浇 注 制作 硅 橡 胶模 或 者 树 脂 浇 注成 环 氧 树 脂 模 。 Ｒ ｐｄＰｏ ｙ ｎ ， ｏｐ ｕ技 是 十 年 代 后 期 发 展 起 来 的一 项 先 进 制 造 技 术 ，是 在 现 代 Ｃ ＤＣ Ｍ 技 硅橡 胶 良好 的柔 性 和 弹性 ， 于 结 构 复杂 、 纹 精 细 、 拔 模 斜 度 以 及 Ａ ／Ａ 对 花 无 术 、 光加 工 技 术 、 算 机数 控 技 术 、 密 伺 服 驱 动技 术 以及 新 材 料 技 具 有 深 凹槽 的零 件 来 说 ， 激 计 精 制件 浇 注 完 成后 均 可 直 接取 出 。如 熔 模 铸 造 术 的 基础 上 集 成 发展 起 来 的 。 Ｐ技 术 的基 本 原 理是 ： 计 算机 内的 三 Ｒ 将 用 的 蜡模 ． 可 以采 用 这 种 方 法 来 制 作 软 模 具 ， 于 形 状 复 杂 的 蜡 模 就 对 维 数 据模 型 进 行 分层 切 片 得 到各 层 截 面 的轮 廓 数 据 ， 计算 机 据 此 信 息 采 用 快速 成 型 技术 更 能 体 现 其优 势 性 。 种 方 法还 被 大 量 的运 用 到 文 这 控 制 激 光器 （ 喷 嘴 ） 选 择性 地 烧 结 一层 接 一 层 的 粉 末 材料 （ 固化 或 有 或 物 、 艺 品 等形 状 特 别 复 杂 、 理 特 别 清 晰 物 件 的 原 型 翻 制 硅 橡 胶 软 工 纹 层 又 一 层 的液 态 光 敏 树 脂 ． 切 割 一 层 又 一 层 的 片 状 材 料 ， 喷 射 或 或 模具上。 层 又一 层 的热熔 材 料 或 粘 合剂 ） 成一 系列 具 有 一 个 微小 厚 度 的 片 形 ２３ 用快 速成 形 件 作 为 母模 ， ． 翻制 硬 模 具 软模 具 的用 途 是 有 限 的 ， 状实体 ， 再采 用 熔 结 、 合 、 结 等 手 段 使 其 逐 层 堆 积 成 一 体 ， 可 以 聚 牯 便 很 多情 况 下 是 要求 制 作 的模 具 具 有 一定 的强 度 、 高 的熔 点 和 适 当 的 较 制 造 出所 设计 的新 产 品 样 件 、 型 或 模 具 ， 单 描 述 就 是 “ 层 制 造 。 寿 命 ， 模 简 分 这就 必 须 要制 造 出硬模 具 。采 用快 速 模 具 制 造方 法 制 造 硬 模 具 逐 层 叠加 ” 类 似 于 积 分过 程 。 ． 的 基 本方 法 是 ： 快 速 成 形 件 作 母 模 ， 根 据 快 速 成 型 件 复 制 得 到 的 用 或 Ｒ Ｐ技 术在 不 需 要 任何 刀 具 、 具 及 工 装 卡 具 的情 况 下 ， 接 接 受 模 直 软 模 具 ， 注（ 浇 或涂 覆 ） 膏 、 石 陶瓷 、 属 基 合 成 材 料 、 属 ， 成 硬模 具 金 金 构 产 品 计 算 机 辅 助 设 计（Ａ 数 据 ， 实 现 任 意 复 杂 形 状 新 产 品 的 快 速 Ｃ Ｄ） 可 ｆ 各种 铸造 模 、 塑模 、 模 的压 型 、 仲模 ）从 而批 量生 产 塑 料件 或 如 注 蜡 拉 ， 制 造 ， 速 制 造 出新 产 品 的样 件 、 具或 模 型 ， 快 模 优越 性 显 而 易见 。 Ｒ 金 属件 。 种 模 具有 良好 的机 械 加 工性 能 ， 进行 局 部 切 削加 工 ， 用 Ｐ 这 可 以便 技 术 快 速 制 造 出 的模 型或 样 件 可 直 接 用 于新 产 品 设 计 验 证 、功 能 验 获 得 更高 的 精度 ， 镶 人 嵌块 、 却 系统 、 注 系统 等 。 或 冷 浇 证 、 验证 、 分析 、 外观 工程 市场 订 货 等 ， 利 于 优化 产 品设 计 ． 大 提 高 有 大 ２４ 用 快 速 成 形 系统 制 作 电脉 冲机 床 用 电极 用 电 火 花 电 极 加工 是 ． 新 产 品开 发 的 一次 成 功 率 ， 短 研 发 周期 ， 低 研 发 成本 。 高 产 品 的 缩 降 提 制 造 钢制 模 具 的一 个 重 要 方 法 ， 别 是 对 于 形 状 复 杂 的 型 腔 ， 火 花 特 电 市 场竞 争 力 。 电极 加 工 应 用广 泛 ， 以将 快 速 成 型技 术 和 电 火 花加 工 技 术 结 合起 来 可 现代 制 造业 广 泛 采用 模 具 来 批量 生 产 和 加 工 机 器零 件 ． 具 成 形 提 高模 具 生 产效 率 。 基本 方 法 是 ： 模 其 用快 速 成 型件 作 为 母 体 ， 后 通过 然 零 件 占翻 造 工 时 的 ５％～ ０ ．在零 件 的成 形 过 程 中往 往 要 经 历 多 次 喷 镀或 涂 覆 金 属 、 末 冶 金 、 密 铸 造 、 注 石 墨粉 或特 殊 研 磨 ， 作 ０ ７％ 粉 精 浇 制 设 计 、 制 、 价 、 进 、 场 多 次 反 复循 环 ， 一 循环 都 涉 及 到 模 具 制 成 良好 导 电性 和 足 够 强 度 的 金 属 电 极 ， 于 电 火 花 加工 型 腔 ， 研 评 改 市 每 用 能大 幅 造 。 具 制 造 是 制约 我 国 制造 业 发 展 的瓶 颈 和 关 键 。而 模 具 是 一 项技 模 降 低模 具 的 生产 成 本 和 时 间 。 术 密 集 型产 品 。 设 计 制 造 涉 及 材 料 、 艺 、 备 等 各 种 因 素 ， 计 和 其 工 设 设 制 造 出一 副 适 用 的 模 具 需 要 经 过 由 设 计 、 造 到 试 模 、 模 的 多 次 反 ３ 结 束 语 制 修 复， 因此 制 模周 期 长 ， 成本 高 。 着快 速 成 型 软 硬件 设 备 与快 速 成 型材 随 快 速 原 型 制 造 技 术 及 以 其 为 基 础 的 快 速 模 具制 造 技 术 在 企业 新 料 的不 断 发 展 和完 善 ，快 速 原 型 件 的强 度 和 精度 得 到 不 断 的 提 高 ， 其 产 品 开发 中发 挥 着 重要 作 用 ． 其 对 于 产 品 样件 开 发验 证 、 批 产 品 尤 小 快 速 设计 、 速 制 造 、 速 校 验 产 品 生 产 的 特 性 尤 其 适 合 模 具 的 快 速 快 快 功 能测 试 、 品 开发 推 广具 有 非 常 重要 的 意 义 。 它 可 以大 大 缩 减新 产 新 制 造 ， 速成 型 技 术 已经 逐 渐 地 深 入 到 模 具 制 造 领 域 。 于 快 速 成 型 快 基 品 的 开发 周 期 。 提高 产 品 开发 的 一 次成 功 率 ， 降低 开 发成 本 ， 免 开发 避 方 法 制造 各 类 简 易经 济快 速 模 具 已 成 为 Ｒ Ｐ技 术 应用 的热 点 问 题 。所 风 险 。当 前 市场 竞 争 越来 越 激 烈 ， 产 品 的 快 速 开发 与推 广 成 为 一个 新 谓 快 速模 具 铡 造 Ｒ （ ｐｄｔ ｌ ｇ技 术 就 是指 以 Ｒ Ｔｒ ｉ
快速成型制造技术的应用
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模具工程技术研究中心 METRC
新产品的开发总是从外形设计开始的，外观是否美观和实用往往决定了 该产品是否能够被市场接受。传统的加工方法中，二维工程视图在设计加 工和检测方面起着重要作用。其做法是根据设计师的思想，先制作出效果 图及手工模型，经决策层评审后再进行后续设计。但由于二维工程视图或 三维观感图不够直观，表达效果受到很大限制，而手工制作模型耗时又长， 精度较差，修改也困难。
三、装配校核
进行装配校核、干涉检查等对新产品开发，尤其是在有限空间内的复杂、 昂贵系统（如卫星、导弹）的可制造性和可装配性检验尤为重要。
如果一个产品的零件多而且复杂就需要做总体装配校核。在投产之前，先 用快速成型制造技术制作出全部零件原型，进行试安装，验证设计的合理 性和安装工艺与装配要求，若发现有缺陷，便可以迅速、方便地进行纠正， 使所有问题在投产之前得到解决。下图为某发动机气缸部件中气缸盖改进 设计后制作的用于装配检验的LOM模型。
ξ7快速成型制造技术的应用
模具工程技术研究中心 METRC
美国Sundstrand公司用快速成型件作母模，进行了大量的熔模铸造，取得了明显的效益，如表 所示。由表中的数据可见，采用快速成型技术后节省工时43％~70％，节省成本64％~94％。
ξ7快速成型制造技术的应用
模具工程技术研究中心 METRC
第七章快速成型制造技术的应用快速成型技术自20年前出现以来以其显著的时间效益和经济效益得到制造业广泛的关注并迅速成为世界著名高校和研究机构研究的热点涌现出了多种快速成型技术方法和相应的商品化设备出现了专门从事商品化快速成型设备快速成型与快速模具制造技术支持与服务的公司和机构极大地促进了快速成型与快速模具制造技术的推广与应用为机械行业汽车行业医疗行业及相关的其它行业带来了显著的效益
快速成型和快速模具制造技术的应用
在工业造型 、 机 械 制造 、 模具制造 、 医学 等 领 域 的应 用 ， 并 对快 速 成 型 技 术 今 后 的 发 展 方 向 作 了 简要 阐 述 。
关键词 ： 快 速 成 型 快速 模 具 制 造 技 术
一
随着新型材料 的开发 ， Ｒ Ｐ 系统 所制 造 的 产 品零 件 原 型 具 有 较 好 的力 学 性 能 ． 可 用 于传 热及 流体 力 学 试 验 。 而用 某 些 特 殊 光 固化 材 料 制 作 的模 型 还具 有 光 弹 特 性 ，可 用 于 零 件 受 载 荷 下 的应 力 应 变 分 析 。 如 美 国 推 出 的某 车型 开 发 中 ．直 接 使 用 Ｒ Ｐ 制 作 的模 型进 行 车 内空 调 系
４ ． 快 速 制 造 模 具
随 着 材 料 种 类 的 增 加 及 材 料 性 能 的不 断改 进 ，其 用 途 越 来 越 广泛 ． 主 要 概 括 为 以下 几 方 面 。
１ ． 使设 计 原 型样 品化
为提高产品设计质量 。 缩短试制周期 ， 快 速 成 型 系 统 可 在 数小 时或 数天 内将设 计人 员 的图纸 或Ｃ Ａ Ｄ模 型 制 造 成 看 得 见、 摸 得 着 的实 体 模 型 样 品 ， 从而使设计者 、 制造者 、 销售 人 员 和 用 户 都 能 得 到 极 大 的好 处 。 （ １ ） 从 设 计 者 受 益 的角 度 来 看 在 传统 的设 计 过 程 中 ， 由 于设 计 者 自身 的 能 力 有 限 ， 不 可 能 在 短 时 间 内 仅 凭 产 品 的 使 用 要 求 就 把 产 品各 方 面 的 问 题 都 考 虑 得 很 周 全并 使结 果优 化 。 虽 然 在 现代 制造 技术 领 域 中 ， 提 出 了并 行 工 程 的 方 法 ， 即 以小 组 协 同 工 作 为 基 础 ， 通 过 网 络 共 享 数 据 等 信 息 资 源 。来 同 步 考 虑 产 品设 计 和制 造 的 有 关 上 下 游 问题 ， 从而实现并行设计 ， 但仍然存在着设计 、 制造周期长 、 效 率低 下 等 问题 。 采用快速成型技术 ， 设 计 者 在 设 计 的 最 初 阶 段 就 能 拿 到 实 在 的 产 品 样 品 ，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， 进行试 验 ， 据 此 判 断 有关 上 下 游 的 各 种 问 题 ，从 而 为 设 计 者 创 造 一 个 优 良 的设 计 环境 。 尽快得到优化结果 。因此 ， 快 速 成 型技 术是 真 正 实现并行设计的强有力手段。 （ ２ ） 从 制 造 者 受 益 的角 度 看