第8章快速成形技术

第八章快速成形技术
2) 产品设计中的应用——快速产品开发RPD: RPM在产品开发中的关键作用和重要意义是很明显的，它不受复杂形 状的任何限制，可迅速地将显示于计算机屏幕上的设计变为可进一步 评估的实物。根据原形可对设计的正确性，造型合理性，可装配和干 涉进行具体的检验。对形状较复杂而贵重的零件（如模具），如直接 依据CAD模型不经原型阶段就进行加工制造，这种简化的做法风险极 大，往往需要多次反复才能成功，不仅延误了开发的进度，而且往往 需花费更多的资金。通过原型的检验可将此种风险减到最低的限度。
第八章快速成形技术 快速原型制造技术
1．快速原型制造技术的原理 产生背景:
快速原型制造（Rapid Prototype Manufacturing, RPM）是80年代后期起 源于美国，并很快发展起来的一种先进制造技术，是近20年来制造技术领 域的一次重大突破。快速原型制造技术由于具有缩短产品上市时间、提高 生产效率、改善产品质量、优化设计等优点，因而从其诞生之日起，就受 到了学术界和工业界的极大重视, 并迅速在航天航空、汽车、机械、电子、 电器、医学、玩具、建筑和艺术品等许多领域获得了广泛应用，并取得了 极大进展。
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4）挤压成型---将热熔性材料（ABS、尼龙或蜡）通过加热器熔化，挤压 喷出并堆积一个层面，然后将第二个层面用同样的方法建造出来，并 与前一个层面熔结在一起，如些层层堆积而获得一个三维实体。采用 熔融挤压成形的典型工艺为熔融沉积成型（FDM，Fused Deposition Modeling），如图4所示。
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5) 喷墨印刷---喷墨印刷Ink-Jet Printing是指将固体材料熔融，采用喷墨 打印原理（汽泡法和晶体振荡法）将其有序地喷出，一个层面又一 个层面地堆积建造而形成一个三维实体，如图5所示。
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3．RPM技术的应用 1) RPM的应用领域 :
RPM在国民经济极为广阔的领域得到了应用，并且还 在向新的领域发展，如图1所示。从广义上讲，这些应用均可属 “产品开发范畴”。
定义: 快速原型制造技术是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状 三维实体的技术总称
特征: 1） 可以制造任意复杂的三维几何实 2） CAD模型直接驱动 3） 成形设备无需专用夹具或工具 4） 成形过程中无人干预或较少干预
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原理 : 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
（亦称电子模型），然后根据工艺要求，将其按一定厚度进行分层， 把原来的三维电子模型变成二维平面信息（截面信息），即离散的过 程；再将分层后的数据进行一定的处理，加入加工参数，产生数控代 码，在微机控制下，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。
随着RPM技术的发展和人们对该项技术认识的深入，它的内涵也在 逐步扩大。目前快速原型技术包括一切由CAD直接驱动的成形过程， 而主要的技术特征即是成形的快捷性。对于材料的转移形式可以是自 由添加、选第择八性粉章末快熔速结成/粘形接技---术对于由粉末铺成的有好密实度和平整度的层
面，有选择地直接或间接将粉末熔化或粘接，形成一个层面，铺粉压 实，再熔结或粘接成另一个层面并与原层面熔结或粘接，如此层层叠 加为一个三维实体。所谓直接熔结是将粉末直接熔化而连接；间接熔 结是指仅熔化粉末表面的粘结涂层，以达到互相粘结的目的。粘接则 是指将粉末采用粘接剂粘接。其典型工艺有选择性激光烧结（SLS， Selective Laser Sintering）如图3所示。
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4．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的更快的制造速度、更高的制造精度、更高的可靠性
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3) Rapid Tooling（快速工具）: 原型的快速设计和自动制造也保证了工具的快速制造。无需数控铣 削，无需电火花加工，无需任何专用 工装和工具，直接根据原形而 将复杂的工具和型腔制造出来是当今Rapid Tooling的最大优势。一 般来说，采用RP技术模具制造时间和成本均为传统技术的1/3。
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
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3） 选择性层片粘接---选择性层片粘接采用激光或刀具对箔材进行切割。 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（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。
2: 快第速原八型章制快造速技成术形的主技要术方法：
1) 选择性液体固化---将激光聚集到液态光固化材料（如光固化树脂） 表面，令其有规律地固化，由点到线到面，完成一个层面的建造， 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。该方法的典型实现 工艺有立体光刻（SL，Stereolithography）如图1所示，实体磨固化 （DGC，Solid Ground Curing），激光光刻（LS，Light Sculpting)