快速原型制造技术
第11讲快速原型制造技术
SLA工作原理
成型开始时，聚焦后的光斑在液面上按计 算机的指令逐点扫描，即逐点固化。当一层扫 描完成后，升降台带动平台下降一层高度，已 成型的层面上又布满液态树脂，然后再进行下 一层的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层 上，如此重复直到整个零件制造完毕。
装配校核 功能测试
（1） 产 品 开 发
销售模型 可制造性检查 CAD数据检查
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
注射模具 硅橡胶模 树脂型复合模
（2） 模 具 制 造
陶瓷型精铸模 冲压模具 消失模
模具实例1 手机外壳橡胶模
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
如Pro/E软件是通过选定弦高值(ch-chord height)作为逼近的精度参数，如下图为一球体,给 定的两种ch值所转化的情况。
(a)ch=0.05
(b) ch=0.2
1.3三维模型的离散处理
通过专用的分层程序将三维实体模型沿高度方向的水平面“切割”成一定厚度的片层. 切片层的厚度直接影响零件的表面粗糙度和整个零件的型面精度,一般约在0.1-0.2mm
优点 缺点
精度较高，精度控制在±0.1mm； 表面质量好； 能制造形状特别复杂、特别精细的零件 原材料的利用率接近100％；
成形设备价格昂贵； 选择的材料种类有限，材料价格较贵； 容易发生翘曲变形； 需要设计支撑；
2021/3/11
中原工学院机电学院 胡敏
17
2.2分层实体制造(LOM,Laminated Object Manufacturing)
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。
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
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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。
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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。
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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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快速原型制造的主要工艺方法
分层实体制造(laminated object manufacturing,LOM) 技术是继光固化成形工艺之后发展起来的又一种快速造型技 术。1984年美国的Michael Feygin提出了薄材叠层的方法, 并于1985年组建了Helisys公司,1992年推出第一台商用化的 分层实体制造设备LOM 1015。
快速原型制造技术
激光快速成形机
用激光快速成形机制作的产品零件
快速原型制造技术
1.2 选择性激光烧结法
选择性激光烧结(selective laser sintering,SLS)又称为激光选区烧结、粉末材料选择 性烧结等。1989年,美国Texas大学研究生C. 德卡 德提出了选择性激光烧结的思想,稍后组建了DTM 公司,于1992年推出了选择性激光烧结成形机。
2. 工艺特点 光固化成形快速原型技术的优点如下: 1)技术成熟,成形过程自动化程度高。 2)成形精度较高,尺寸精度可以达到或小于0.1mm(国内光固化成形精度为0.1~0.3mm)。 3)表面质量较好,零件强度和硬度高。 4)可制出形状特别复杂、尺寸比较精细的模型,特别是内部结构复杂的空心零件,能轻松 地一次成形。
1. 基本原理 光固化成形技术是基于液态光敏树脂的光聚合原理而工作的。这种液态材料在一定波长 (325nm 或355nm)和强度(w=10~400mW)的紫外光的照射下能迅速发生光聚合反应,分子量急 剧增大,发生相变,材料也就从液态转变成固态。
快速原型制造技术
光固化成形工艺原理图
快速原型制造技术
快速原型制造技术
1.3 熔融沉积制造法
熔融沉积制造(fused deposition modeling,FDM)又称丝状材料选择性熔覆、熔融挤出成 模或简称熔积成形,由美国学者斯科特·克伦普1988年研制成功,1991年由美国Stratasys公司开 发出商品化的机器。
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。
先进制造技术第四章快速原型技术
分层切片
各层截面的轮廓 微小厚度的片状实体
三维模型或样件
激光器（或喷嘴）按各层截 面轮廓切割、固化或烧结
逐层堆积
快速原型制造特点
（1）成形全过程的快速性，适合现代激烈的产品市场； （2）可以制造任意复杂形状的三维实体； （3）用CAD模型直接驱动，实现设计与制造高度一体化， 其直观性和易改性为产品的完美设计提供了优良的设计环 境； （4）成形过程无需专用夹具、模具、刀具，既节省了费用， 又缩短了制作周期。 （5）技术的高度集成性，既是现代科学技术发展的必然产 物，也是对它们的综合应用，带有鲜明的高新技术 特征。
特点是原材料价格便宜、成本低。
RP系统的成形原理比较
覆膜纸
覆膜塑料
覆膜陶瓷箔
覆膜金属箔
（1）Laser beam(激光束)RP
覆膜纸 覆膜塑料 覆膜陶瓷箔
RP技术的基本原理
覆膜金属箔
冲立击体颗 光粒刻制(S快L造A(:速BSPtMe成r:eBola形itllhisot是gicraPp一ahryti)c种、le M离anu散factu/r堆ing)积的加工技术，其基本过程是首先将计算机
快层速截成 面形的是一生一系种列成离二散维的截/堆零面积数件的据加，三工按维技特术定实，的其成体基形本沿方过法某程（是L一O首M坐先、将S标L计S、算轴F机D生进M、成行S的LA零分等件）层三每维次处实只体理加沿工某（一一个离坐截标散面轴，）进然行后，分自层得动处叠理到加（（每离堆散层积）），一得层到成每
步骤： 设计方案快速转换为三维的实体模型或样件。
② 快速模具原型制造
LOM常用材（料是1纸）、C金属A箔D、软塑料件膜设、陶计瓷膜出等所，此需方法零除件了可的以制计造算模具机、模三型维外，曲还可面以或直接实制造体结模构件型或功；能件。
快速原型技术简介讲解
1.2 快速原型技术的工艺过程
第一步：设 计出所需零 件的计算机 三维模型
第二步：根据 工艺要求，按 照一定的规律 将该模型离散 为一系列有序 的单元
第三步：将 离散后的模 型在Z向按一 定的厚度进 行分层
第四步：输入加工 参数，自动生成数 控代码，最后由原 型机成形一系列的 层片并自动粘接得 到一个三维实体
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。
2.1.1 光固化成型工艺过程
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。
2.2.3 LOM的工艺过程
1. 制作基底 2. 原型制作
3. 去除余料
4. 后处理 余料去除以后，为提高原型表面状况和机械强度，保 证其尺寸稳定性、精度等方面的要求，需对原型进行后置 处理，比如防水、防潮、加固和使其表面光滑等，通常采 用的后置处理工艺包括修补、打磨、抛光、表面涂覆等。
2.2.4 LOM成型工艺的特点
另一类是材料的质量在成型过程中基本保持不变， 如通过各种压力成型方法以及各种铸造方法得到 的工件。
然而为了适应市场日新月异的变化以及解决产品生命周期缩短 带来的挑战，企业必须重视新产品的不断开发和研制。
正是在这种情况下，快速原型技术也就应运而生。
快速原型英文名字为Rapid Prototyping（快速原型制造、快 速原型、快速成形），常常简称为RP。
可以直接制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失型。
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。
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。
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。
快速原型制造技术概述
快速原型制造技术有以下特点。 1. 制造理念新 与传统去除材料的制造方法不同,快速原型制造技术是利用离散/堆积原理(如凝固、胶接、 焊接、烧结、聚合或其他化学反应)来制造零件的,其工作过程是通过离散获得堆积的路径、限 制和方式,通过堆积将材料“叠加”起来形成三维实体。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,从而为零件原型制作、新设计思想的校验 等提供一种高效低成本的实现手段。快速原型制造技术集CAD、数字控制、材料科学、机械 工程、电子技术和激光技术等高新技术于一体,实现了机械工程学科多年来追求的两大先进目 标,即材料的提取(气、液、固相)过程与制造过程一体化和设计(CAD)与制造(CAM)一体化,容 易实现由产品模型驱动的直接制造和自由成形制造。
快速原型制造技术
4. 高度柔性 快速原型制造不需制造专用的刀具、模具和工装夹具等,即可在计算机的管理和控制下 完成复杂的制造过程,成形过程具有极高的柔性。 5. 加工材料广泛,材料利用率高 快速原型制造具有极为广泛的材料可选择性,其材料可以从高分子材料到金属材料,从有 机材料到无机材料。目前金属、纸、塑料、光敏树脂、蜡、陶瓷,甚至纤维等材料在快速原型 制造领域已有很好的应用。同时,快速原型制造采用材料累加的加工理念,而不是传统的材料去 除加工方法,因此材料利用率非常高。 6. 具有良好的经济效益 一般情况下,快速原型制造的制造周期为传统数控切削方法的1/3~1/2,而它的成本却是传 统方法的1/5~1/3。而且这种制造方法的生产成本几乎与零件的复杂程度和生产批量无关,因此 能够为企业带来巨大的经济效益。
快速原型制造技术
快速原型制造(rapid prototyping manufacturing,RPM)技术于20世纪80年代后期产生于 美国,很快就完成了数种快速原型制造工艺技术的研制和商用化产品的开发生产过程,并很快扩 展到日本及欧洲。世界上的工业发达国家都站在21世纪全球竞争的战略高度来关心和支持这 一技术。目前,全球范围内比较成熟的快速原型制造工艺方法有几十种,新的工艺方法还在不断 出现,也开发了多种类型的快速原型制造设备及成形系统,有数百家公司从事这项技术的开发、 商品化生产和技术服务工作。
快速原型制造技术的概念
快速原型制造技术的概念1、快速原型制造技术的提出快速原型制造技术(Rapid Prototyping Manufacturing , RPM )在20 世纪80 年代后期源于美国，是近20 年来世界制造技术领域的一次重大突破。
RPM 是机械工程、计算机技术、数控技术及材料科学等技术的集成，它能将已具数学几何模型的设计迅速、自动地物化为具有一定结构和功能的原型或零件。
分层制造技术(Layered Manufacturing Technique , LMT )、实体自由形状制造(Solid Freeform Fabr : cation , SFF )、直接CAD 制造(Direct CAD Manufacturing ，以二M )、桌面制造(Desktop Manufacturing , DTM )、即时制造(Instant Manufacturing , IM ) 与RFM 具有相似的内涵。
RPM 技术获得零件的途径不同于传统的材料去除或材料变形方法，而是在计算机控制下，基于离散/堆积原理采用不同方法堆积材料最终完成零件的成形与制造的技术。
从成形角度看，零件可视为由点、线或面的叠加而成，即从CAD 模型中离散得到点、面的几何信息，再与成形工艺参数信息结合，控制材料有规律、精确地由点到面，由面到体地堆积零件.从制造角度看，它根据CAD 造型生成零件三维几何信息，转化成相应的指令传输给数控系统，通过激光束或其他方法使材料逐层堆积而形成原型或零件，无需经过模具设计制造环节，极大地提高了生产效率，大大降低生产成本，特别是极大地缩短生产周期，被誉为制造业中的一次革命.2、 RPM 技术的特征l )高度柔性快速原型技术的最突出特点就是柔性好，它取消了专用工具，在计算机管理和控制下可以制造出任意复杂形状的零件，把可重编程、重组、连续改变的生产装备用信息方式集成到一个制造系统中。
2 )技术的高度集成快速原型技术是计算机技术、数控技术、激光技术与材料技术的综合集成。
快速原型制造
快速原型制造种类
激光束RP可分为： 1. 立体光刻(SLA: Stereolithography)、 2. 选择激光沉积(SLS: Selective Laser Sintering) 3. 分层制造(LOM: Laminated Object Manufacturing) 4. 形状沉积制造(SDM: Shape Deposition Manufacturing)
二、RP技术的基本原理
将计算机内的三维实体模型进行分层切片得到各 层截面的轮廓，计算机据此信息控制激光器 （或喷嘴）有选择性地切割一层又一层的片状 材料（或固化一层层的液态光敏树脂，烧结一 层层的粉末材料，或喷射一层层的热熔材料或 粘合剂等方法）形成一系列具有一个微小厚度 的片状实体，再采用粘接、聚合、熔结、焊接 或化学反应等手段使其逐层堆积成一体制造出 所设计的三维模型或样件。
4.支持同步（并行）工程的实施 5.支持技术创新、改进产品外观设计。 6.用 RP 技术制做模具 7.逆向工程（反求）
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。
五、快速原型制造种类
成型工艺 加工能量
样件或模型
的区域
快速制造新产 品样件、模型 或铸造用木模
截面轮廓 线
塑料件、铸造 用蜡模、样件 或模型
截面轮廓 线所包围 的区域
塑料件、铸造 用蜡模、样件 或模型
截面轮廓 线所包围 的区域
RP工艺优缺点比较
技 术 类
精 度
型
SL 好
LOM
一 般
SLS
一 般
FDM
较 差
表 面 质
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机电工程学院
题目：快速原型制造技术
专业：机械设计制造及其自动化班级：
学号：
姓名：
日期：
快速原型制造技术
关键词：快速原型，产品开发，制造业、制造技术、CAD
一.概念
快速原型制造技术，又叫快速成形技术，（简称RP技术）。
英文：RAPID PROTOTYPING（简称RP技术），或APID PROTOTYPING MANUFACTUREING，（简称RPM）。
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"。
二.基本原理
RPM技术，是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体和技术总称。
RPM技术采用离散/堆积成型原理，其过程是：先由三维CAD软件设计出所需要零件的计算机三维曲面或实体模型；然后根据工艺要求，将其按一定厚度进行分层，使原来的三维电子模型变成二维平面信息，加入加工参数，产生数控代码；微机控制下，数控系统以平面加工方式，有序地连续加工出每个薄层，并使它们自动粘接而成形，这就是材料堆积的过程。
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"。
它可以在没有任何刀具、模具及工装卡具的情况下，快速直接地实现零件的单件生产。
根据零件的复杂程度，这个过程一般需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"。
快速原型制造技术的基本过程：
（1）CAD模型设计：应用三维CAD软件，根据产品要求设计三维模型，或采用逆向工程技术获取产品的三维模型。
（2）三维模型的近似处理：用一系列小三角形平面来逼近模型上的不规则曲面，从而得到产品的近似模型。
（3）三维模型的Z向离散化（即分层处理）：将近似模型沿高度方向分成一系列具有一定厚度的薄片，提取层片的轮廓信息（4）处理层片信息，生成数控代码：根据层片几何信息，生成层片加工数控代码，用以控制成形机的加工运动。
（5）逐层堆积制造：在计算机控制下，根据生成的数控指令，RP 系统中的成形头在X－Y平面内按截面轮廓进行扫描，固化液态树脂，从而堆积出当前的一个层片，并将当前层与已加工好的零件部分粘合。
然后，成形机工作台面下降一个层厚的距离，再堆积新的一层。
如此反复进行直到整个零件加工完毕。
（6）后置处理：对完成的原型进行处理，使之达到要求。
（清理零件表面，去除辅助支撑结构）。
RPM技术的特点：
（1）高度柔性，可以制造任意复杂形状的三维实体；
（2）CAD模型直接驱动，设计制造高度一体化；
（3）成形过程无需专用夹具或工具；
（4）无需人员干预或较少干预，是一种自动化的成形过程；
（5）成形全过程的快速性，适合现代激烈的产品市场；
（6）技术的高度集成性，既是现代科学技术发展的必然产物，也是对它们的综合应用，带有鲜明的高新技术特征。
三.现有技术
快速原型制造技术在模具制造中的应用大大促进了产品设计现代化的进程，极大地缩短了新产品投放市场的周期，基于快速原型技术的快速模具制造新技术是快速制造的重要发展方向，具有广阔的前景，从工艺转化上可以将快速制造工艺分为直接制模和间接制模。
金属模具的直接快速制造是指快速成形系统根据零件的三维造型直接分层堆积形成所需要的金属零件或模具，不需另外的工序转换。
金属模具的间接快速制造是指先用快速成形技术制造出具有模具实际形状的快速原型，然后采用其他工艺在快速原型的基础上复制出所要求的模具。
与快速成形技术结合进行金属模具制造的工艺有铸造、粉末成形、电加工、粉末喷射等。
RP技术并没有仅仅停留在制作原型上，经过十几年的发展，国外相继推出了一些直接成形金属材料的RP系统，并开始实际用于快速制作金属模具乃至金属零件。
与此同时，RP技术也已能快速制作在实际产品中使用的功能性塑料（比如聚碳酸脂）零件。
由此可见，RP技术已经具有了制造最终产品的功能，从而表明它的内涵正从快速原型制造向快速制造（RM，Rapid Manufacturing）方向发展。
目前比较成熟的RP工艺所处理的材料大概只限于树脂、蜡、某些工程塑料和纸等几种。
用这些材料制成的零件，即使经过後处理也大
多不能作为真正的机械零件使用。
而以金属材料作为RP的处理对象来直接生产金属零件和模具的工艺尚不十分成熟，如何提高直接金属成形件的尺寸精度、表面质量和机械性能并降低成本，尚有许多工作要做。
设备投资大、材料费用高。
RP工艺的研发成本高，这种研发成本必定转移到相应的工艺装备上去，加之RP设备属小批生产，因而其价格居高不下，即使是相对便宜的概念型RP设备，其价格也不太低。
此外，RP工艺对材料有特殊要求，其专用成形材料价格相对偏高。
设备和材料的价格也影响了RP技术的普及应用。
四.发展趋势
现代 RPM 技术发展的一个重要特点就是快速自动成型与其它先进的设计制造技术的结合越来越紧密。
目前 ,快速原型制造技术朝着工业化、产业化方向迈进。
完善制造工艺、系统与 CAD 等软件的接口,制定统一的数据交换标准 ,进一步提高成型速度和精度 ,降低系统价格和运行成本 ,开发出满足工程要求的材料和扩大应用领域等都是人们关注的焦点。
另一方面，与因特网结合的专业化RP服务机构正蓬勃发展，通过网络为客户进行离线或交互式在线服务，深受中小企业的欢迎，其业务量不断增加。
所有这些，都表明RP技术正进入加速发展阶段，其应用将越来越普及。
RPM技术的发展趋势：
1. 不同制造目标相对独立发展
从制造目标来说，RPM主要用于①快速概念设计原型制造，②快速模具原型制造，③快速功能测试原型制造，④快速功能零件制造。
2. 向大型制造与微型制造进军
3. 追求RPM更快的制造速度、更高的制造精度、更高的可靠性。
4. RPM设备的使用外设化，操作智能化。
使RPM设备的安装和使用变得非常简单，不需专门的操作人员。
5. RPM行业标准化，并且与整个产品制造体系相融合。
参考文献
[1] 刘伟军，快速成型技术及应用，机械工业出版社
[2] 王运赣，快速成型技术，华中科技大学出版社
[3] 快速原型制造，/view/3553987.htm。