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
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2.2分层实体制造(LOM,Laminated Object Manufacturing)
快速原型制造技术
图1.1 快速成形过程示意图
16.04.2019 昆明学院 孙艳萍 10
图1.2 快速成形过程示意图
16.04.2019 昆明学院 孙艳萍 11
图1.3 快速成形过程示意图
16.04.2019 昆明学院 孙艳萍 12
快速原型制造技术的基本过程
CA 模型 D
逐面地进行材料“三维堆积”成型，再经过必要的后处理，使其在外观、強 度和性能等方面达到设计要求，达到快速、准确地制造原型或实际零件的方
法。
16.04.2019
快速原型制造技术的产生 快速原型制造技术的基本原理与过程 快速原型制造技术的特点 快速原型制造技术的重要特征 快速原型制造技术的种类 快速原型制造技术的应用 快速原型制造技术的发展趋势
16.04.2019
昆明学院 孙艳萍
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快速原型技术与传统成形方式的区别： 成形机理和工艺控制方面： （1）RP加工不是一般意义上的模具或刀具，而是利用光、热、 电等物理手段实现材料的转移或堆积； （2）原型是通过堆积不断增大，其力学性能不但取决于成型 材料本身，而且与成型中所施加的能量大小及施加方式有密 切关系，故在成型工艺控制方面，需要对多个坐标进行精确 的动态控制； （3）能量在成型物理过程中是一个极为关键的因素，在以往 的去除成形和受迫成形中，能量是被动地供给的，一般无须 对加工能量进行精确的预测与控制，而在离散、堆积类型的 RP中，单元体制造中能量是主动供给的，需要准确地预测与 控制，对成型中的能量形式、强度、分布、供给方式以及变 化等进行有效的控制，从而经由单元体的制造而完成成型。
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技术的高度集成
快速成形技术是CAD/CAM技术、计算机技术、数 控技术、控制技术、激光技术、新材料技术和机械工 程等多项交叉学科的综合集成。它以离散／堆积为方 法，在计算机和数控技术的基础上，追求最大的柔性 为目标。
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
中国农业大学
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。
中国农业大学
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
中国农业大学
4.4.5 LOM工艺应用案例
汽车发动机排气管的精铸母模
中国农业大学
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。
快速原型制造技术的应用
快速原型制造技术
快速铸造技术的应用
先进制造技术
快速原型制造技术
1. 快速原型制造技术在新产品开 发过程中的作用
(1)评估产品外形 (2)检查设计质量 (3)产品功能测试 (4)装配关系检验 (5)供货询价及用户评价
采用激光烧结成形技术制作的变速器
快速原型制造技术
2. 利用快速原型制造技术开发新产品的实例 某公司的客户拿来一个水泵叶轮样品,如图所示。要求:水泵的外形尺寸不得改变;原性能 为扬程4m,流量3m3/h。现要求水泵性能达到扬程6m,流量6m3/h;一周内拿出样机。对于这样的 产品,原来的设计制造流程是:测绘样品的尺寸→修改水泵叶轮流道→做模型→制造叶轮→试验。 采用这样的工作流程,不仅模型费用很高,而且周期很长,况且性能也不一定一次就能达到要求。
快速原型制造技术
分层实体制造原型经硅橡胶模转移制得的 快速原型制造技术在快速铸造领域中的应用
快速成形与铸造相结合的产物是快速铸造(quick casting,QC)技术。这种 快速铸造使得多种材料、任何形状复杂、内部结构精细的铸件都能生产出来, 产品开发周期短、精度高,大大地提高了企业的竞争力。快速原型制造为实现 铸造的短周期、多品种、低成本、高精度提供了一个快速响应技术,显示出了 强大的生命力和巨大的应用潜力。快速铸造技术的应用如图所示。
1.1 快速原型制造技术在新产品设计开发中的应用
新产品的开发过程一般为: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。如果用这种方法,需要完成绘图、工艺设计、工装模具制造等多个环节,周期 长、费用高。如果不进行设计验证而直接投产,一旦存在设计失误,则会造成极大的损失。快速 原型制造技术能够快速、直接、精确地将设计思想转化为具有一定功能的实物原型(样件),为 工业产品的设计开发建立了一种崭新的模式。
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。
sheet lamination技术概念
sheet lamination技术概念
Sheet lamination技术是一种快速原型制造技术，也被称为剥离层积技术。
它采用层积方式，通过将多层平面材料粘合在一起来构建三维模型。
在Sheet lamination技术中，通常使用的材料是纸张或塑料薄膜。
先将这些材料按照设计要求切割成相应形状的层，然后将它们逐层堆叠起来。
这些层之间通常使用胶水或热熔胶等粘合剂进行粘合。
完成所有层的堆叠后，通过加热或施加压力使粘合剂固化，从而实现层与层之间的连接。
最终，将多层堆叠的材料削减或加工，使其形成最终的三维模型。
Sheet lamination技术具有制造速度快、成本低、材料可选择性高等优点。
它适用于制造一些简单的模型或原型，例如建筑模型、产品包装样品等。
然而，由于材料厚度受限以及模型表面质量较粗糙等限制，Sheet lamination技术在制造高精度、复杂结构的模型上的应用相对有限。
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。
快速原型制造在生产中的应用
快速原型制造在生产中的应用快速原型制造（Rapid Prototyping，简称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，通过一系列简化制造流程的方法，快速制作出虚拟模型的技术。
随着科技的进步和制造业的发展，快速原型制造在生产中的应用越来越广泛。
快速原型制造的主要目的是在设计阶段制作出真实的模型，并在模型中验证产品的功能和外观。
这种方法可以帮助制造商快速了解产品的效果，发现并解决设计缺陷，从而节省开发时间和成本。
快速原型制造在生产中的应用有很多，下面就介绍几个主要的应用领域。
在新产品开发过程中，快速原型制造的应用十分重要。
传统的产品开发流程需要经过原型设计、制造、测试、修改等多个环节，而这些环节通常需要花费很长时间和成本。
而使用快速原型制造技术，可以快速制作出产品模型，并迅速验证设计的可行性。
设计师可以通过触摸和视觉检查原型，对产品外观和结构进行评估和修改，从而加快产品的开发速度。
在制造工艺中，快速原型制造有助于优化产品的制造流程。
在传统制造工艺中，产品生产需要经过多道手工加工过程，而这些手工加工通常会带来误差和不一致性。
而使用快速原型制造技术，可以通过精确的数字化建模和自动化制造，减少人为误差的发生。
制造商可以根据产品的需求，精确设计并制造出新的生产设备和工装，从而提高产品的生产效率和质量。
在市场营销中，快速原型制造也发挥着重要的作用。
制造商可以利用快速原型制造技术，制作出真实的产品模型，用于展示和宣传。
这些模型可以帮助销售人员更好地向潜在客户展示产品特点和优势，并提供给客户实际的触摸体验。
而且，通过快速原型制造，制造商可以及时根据市场需求进行产品设计的修改和改进，提高产品的市场竞争力。
快速原型制造还在医疗行业中得到了广泛应用。
医疗器械和假体的设计和制造需要高度的精确性和个性化。
快速原型制造可以基于医学图像数据，快速制作出高度精确的医疗模型，用于医生的术前规划和手术操作的模拟。
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
快速原型制造技术在机械设备制造中的应用
快速原型制造技术在机械设备制造中的应用随着科技的迅猛发展，机械设备制造的需求越来越高。
在过去的几十年里，传统的机械设备制造过程相对比较繁琐，需要很长时间来完成。
然而，随着快速原型制造技术的不断发展，机械设备制造业也迎来了重大的变革。
快速原型制造技术是一种通过三维打印技术制造出模型或零部件的方法。
这种技术的应用使得机械设备制造过程更加高效和灵活。
它通过将计算机辅助设计（CAD）文件转换为物理对象，从而实现了原型的快速制造。
在机械设备制造中，快速原型制造技术的应用非常广泛。
首先，它可以帮助制造商加快新产品的开发周期。
传统的机械设备制造过程需要投入大量时间和资源来制造产品的原型。
然而，借助于快速原型制造技术，制造商只需要几个小时或几天的时间就可以制造出产品的原型。
这使得制造商能够更快地验证产品设计的可行性，并在必要时进行修改。
其次，快速原型制造技术还能够降低机械设备制造的成本。
在传统的制造过程中，制造商需要购买昂贵的模具或工具来制造产品的原型。
但是，快速原型制造技术不需要使用这些昂贵的设备，只需要一个三维打印机和相应的材料即可。
这大大减少了投资成本，并提高了产品开发的灵活性。
此外，快速原型制造技术还可以帮助制造商优化产品设计。
在传统的制造过程中，制造商只能通过实际制造出来的原型来评估产品的设计。
然而，借助于快速原型制造技术，制造商可以在产品进行实际制造之前，通过制造出的原型进行测试和评估。
这使得制造商能够更早地发现设计缺陷并进行修改，从而提高产品的质量和性能。
快速原型制造技术的应用还可以帮助机械设备制造商实现个性化生产。
在传统的制造过程中，制造商往往需要批量生产相同的产品，以获得经济效益。
然而，这种生产方式无法满足消费者对个性化产品的需求。
而借助于快速原型制造技术，制造商可以根据消费者的需求，快速制造出个性化的产品。
这使得机械设备制造商能够更好地满足市场需求，并提高产品的竞争力。
然而，快速原型制造技术在机械设备制造中的应用也面临着一些挑战和限制。
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主题：快速原型制造技术姓名：张玲
学号：0820116137
一、快速原型技制造术产生背景
随着全球一体化的形成，制造业竞争更加激烈，产品的开发速度和能力已成为自己造业市场竞争的实力基础。
同时，制造业为满足日益变化的个性化市场需求，又要求制造技术有较强的灵活性，能够以小批量甚至单件生产而不增加产品的成本。
因此，在这样的环境需求下产生了快速原型制造技术。
快速原型制造技术（Rapid-Prototyping Manufacturing）简称RPM技术，20世纪80年代后期源于美国，是最近20年来世界制造技术领域的一次重大突破。
随后，日本、西欧等国迅速进入这一领域，世界所有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。
RPM是机械工程、计算机技术、数控技术以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 Fabrication, SEF）、直接CAD制造（Direect CAD Manufacturing,DCM)、桌面制造（Desktop Manufacturing，DTM）、即时制造（Instant Manufacturing，IM）于RPM具有相似的内涵。
自从RPM技术出现以来，迅速成为高校和研究机构研究的热点。
RPM技术已在航空航天、汽车外形设计、玩具、电子仪表与家用电器塑料件制造、人体器官制造、建筑美工设计、工艺装饰设计制造、模具设计制造等领域展现出良好的应用前景。
二、快速原型制造技术原理
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，转化为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作环节。
RPM技术是集CAD技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术和激光技术等技术于一体的综合技术，它采用软件离散-材料堆积的原理实现零件的成形过程，其过程包括以下几个步骤：
（1）零件CAD数据模型的建立
设计人员可以应用各种三维CAD造型系统，将设计人员所构思的零件概念模型转换为三维CAD数据模型。
也可通过三坐标测量仪、激光扫描仪、核磁共振图像等方法对三维实体进行反求，获取三维数据，以此建立实体的CAD模型。
（2）数据转换文件的生成
由三维造型系统将零件CAD数据模型转换成一种可被快速成形系统接收的数据文件，如STL、IGES等格式文件。
目前，STL格式应用最多。
所谓STL格式文件即对三维实体内外表面进行离散化所形成的三角形文件，所有CAD造型系统均具有对三维实体输出STL文件的功能。
（3）分成切片
分层切片处理是将三维实体沿给定的方向切成一个个二维薄片的过程，薄片的厚度可根据快速成形系统制造精度在0.05~0.5mm之间选择。
（4）快速堆积成形
快速成形系统根据切片的轮廓和厚度要求，用片材、丝材、液体或粉末材料制成所要求的薄片，通过一片片的堆积，最终完成三维形体原型的制备。
三、快速成形制造技术的特征
（1）高度柔性
快速原型技术的最突出特点就是柔性好，它取消可专用工具，在计算机管理和控制下可以制造出任意复杂形状的零件，它可重编程、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。
找成形概念上，它以离散/堆积为指导，在控制上以计算机和数控为基础，以最大的荣幸为目标。
因此只有在计算机技术、数控技术高度发展的今天，快速原型技术才有可能进入实用阶段。
（3）设计制作一体化
快速原型技术的另一个显著特点就是CAD/CAM一体化。
在传统的CAD/CAM 技术中，由于成形思想的局限性，致使设计制造一体化很难实现。
而对于快速原型技术来说，由于采用离散/堆积分层制作工艺，能够很好地将CAD/CAM结合起来。
（4）快速性
快速原型技术的一个重要特点就是其快速性。
这一特点适合于新产品的开发与管理。
（5）自由形状制造
快速原型技术的这一特点是基于自由形状制造的思想。
（6）材料的广泛性
在快速原型领域中，由于各种快速原型工艺的成形方式不同，因而材料的使用也各不相同。
四．快速原型制造技术的优缺点
1.优点
1)大大缩短了产品的开发周期
2)降低开模风险和新产品研发成本
3)高度技术集成，可实现设计制造一体化
4)运行费用最低(无激光器损耗)
5)精度比较高
6)成形材料种类较多
7)材料的利用率高，原材料便宜
8)成形样件强度好，易于装配，可进行消失模铸造
9)表面质量较好。
2.缺点
1)制作大型零件时造型速度略慢
五. 典型的RPM工艺方法
虽然，RPM工艺方法有数十种之多，但较为成熟并广泛应用的有以下几种:
1.光敏液相固化法（SLA）
2.选区片层粘结法（LOM）
3.选区激光烧结法(SLS)
4.熔丝沉积成形法(FDM)。