快速成型技术-第一章 概论
快速成型第1章概论
第1章概论从20世纪90年代齐始，市场环境发生了巨大变化。
一方面表现为消费者需求日益主体化、个性化和多样化；另一方面则是产品制造商们都着眼于全球市场的激烈竞争。
面对市场，不但要迅速地设计出符合人们消费需求的产品，而且还必须很快地生产制造出来，抢占市场。
随着计算机技术的迅速普及和CAD／CAM技术的广泛应用，产品从设计造型到制造都有了很大发展．而且产品的开发周期、生产周期、更新周期越来越短。
从20世纪开始，企业的发展战略已经从60年代的“如何做得更多”、70年代的“如何做得更便宜”、80年代的“如何做得更好”发展到90年代的“如何做得更快”。
因此，面对一个迅速变化且无法预料的买方市场，以往传统的大批量生产模式对市场的响应就显得越来越迟缓与被动。
快速响应市场需求，已成为制造业发展的重要走向。
为此，自20世纪90 年代以来，工业化国家一直在不遗余力地开发先进的制造技术，以提高制造工业的发展水平。
计算机、微电子、信息、自动化、新材料和现代化企业管理技术的发展日新月异，产生了一批新的制造技术和制造模式，制造工程与科学取得了前所未有的成就。
快速成型（也称快速原型）制造技术（Rapid Prototyping＆Manufactur－ing，RP＆M）就是在这种背景下逐步形成并得以发展的。
它借助计算机、激光、精密传动和数控等现代手段，将计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）集成于一体，如图1-1所示，根据在计算机上构造的三维模型，能在很短时间内直接制造产品模型或样品，无需传统的机械加工机床和模具。
该项技术创立了产品开发的新模式，使设计师以前所未有的直观方式体会设计的感觉，感性而迅速地验证和检查所设计的产品结构和外形，从而使设计工作进入了一种全新的境界，改善了设计过程中的人机交流，缩短了产品开发的周期，加快了产品更新换代的速度，降低了企业投资新产品的风险。
快速成型技术制作的原型可用于新产品的评价，也可用于制造硅橡胶模具和熔模铸造模具的母模等，从而批量地生产塑料及金属零件。
快速成型培训资料
课程编号：课程名称：快速成型技术（Rapid Prototyping）逆向工程专业《快速成型技术》教学大纲一、课程说明本课程是一门学习产品级专业模型加工制作技术的课程。
主要介绍产品模型的成型原理和制作方法。
培养学生使用专业三维造型软件构建产品模型，并使用专业软件对产品模型进行检查和修复，然后将处理好的产品模型进行切片处理，最后在激光快速成型机上加工出合格的产品模型。
加工好的产品模型还要经过表面处理。
本课程的推荐先修课程是《机械设计基础》、《机械制造基础》、《先进制造技术》等。
本课程的教学时间安排是：每周16节课，计划教学周数2周，总课时数32学时。
本课程总学分数：待定。
本课程安排在第六学期或者以后开设。
二、学时分配表三、教学目的与要求本课程教学目的：通过建模，检查，修复，加工和表面处理；使同学们了解整个产品模型从设计到制作完成的全过程；在整个过程中培养学生的实际动手能力。
为以后的工作打好基础，同时也了解到目前产品模型的最新的制造水准；使学生能够了解熔融沉积快速成型（FDM）技术的基本原理、基本方法和应用，了解MEM320A快速成型机的基本结构，掌握MEM320A快速成型机的操作，对快速原型制造方法有较全面的了解。
为了使学生掌握快速成型技术的基本知识，了解熟悉快速成型的各种方法以及软硬件。
主要以理论为主，从系统介绍、原理及过程分析入手，由浅入深，使学生在学完本课程后，能够很快的投入到毕业设计、快速成型机的使用中去，为今后参加工作走上社会打下良好的基础。
本课程的教学要求：学生经过学习，应掌握以下三个方面：1、快速成型的基本理论；2、快速成型机的软硬件；3、快速成型技术的典型应用。
四、教学内容纲要第1章快速成型概述1．1 快速成型技术及快速成型机的系统结构1．2 系统运行环境1．3 设备维护第2章快速成型软件2．1 功能简介2．2 运行环境第3章启动Aurora3．1 安装3．2 启动3．3 载入STL 模型3．4 载入CSM 和CLI 模型3．5 打印第4章三维模型操作4．1 坐标变换4．2 处理多个三维模型4．3 三维模型合并，分解及分割4．4 STL 模型检验和修复4．5 三维模型的测量和修改第5章分层5．1 分层前的准备5．2 分层参数详解5．3 分层第6章层片模型6．1 显示CLI 模型6．2 在二维模型窗口显示6．3 设定成型位置第7章三维打印/快速成型7．1 熔融挤压工艺原理7．2 三维打印机命令7．3 手动调试7．4 打印流程7．5 准备打印7．6 打印模型第8章（项目教学）8.1 脸谱快速成型8.2 汽车标志快速成型五、课程教材教科书：广州市机电技师学院自编，《快速成型技术》参考书：刘忠伟主编.先进制造技术（第2版）.北京：国防工业出版社，2006六、其他说明本大纲适用于逆向工程专业《快速成型技术》必修课程。
29快速成型技术
29快速成型技术《快速成型技术》课程教学⼤纲课程代码：010142086课程英⽂名称：Rapid Prototyping课程总学时：24 讲课：24 实验：0 上机：0适⽤专业：机械设计制造及⾃动化专业机械设计⽅向⼤纲编写（修订）时间：2010.7⼀、⼤纲使⽤说明（⼀）课程的地位及教学⽬标快速成型(RPM—Rapid Prototyping Manufacturing或RP—Rapid Prototyp -ing)是现今多种先进技术的集成，包括了激光技术、电⼦技术、先进机械加⼯及CAD/CAM技术。
快速成形是⼀门综合性、交叉性前沿技术。
作为⼀种先进制造技术，⾃20世纪80年代问世以来得到了迅速发展，并在⼯程领域得到⼴泛应⽤。
该技术打破了传统的制造模式，利⽤离散/堆积的原理，⽆需任何⼯、模具，由CAD模型直接驱动，快速完成任意复杂形状的原型和零件，从⽽⼤⼤缩短了新产品开发的周期，极⼤增强了企业的市场竞争⼒。
本课程主要讲授快速成型制造的基本理论、典型⼯艺及相关技术，以及快速成型制造技术的应⽤领域，是先进制造技术的重要组成部分。
通过该课程的学习使学⽣了解和掌握快速成型制造的基本理论和知识，使学⽣能将CAD、数控技术、材料科学与⼯程的技术集成学习与应⽤，拓展其制造技术思维⽅式，培养学⽣将来投⼊就业市场后的产品快速设计开发能⼒。
（⼆）知识、能⼒及技能⽅⾯的基本要求1.了解快速成型技术的发展及体系结构；2.掌握快速成型技术的基本原理；3.掌握快速成型技术的加⼯原理、⽅法及其⼯艺特点。
（三）实施说明在具体的教学过程中，采⽤多媒体教学使学⽣加深理解。
教法上采⽤讲课、讨论相结合的⽅式。
教师应根据各章节内容在课程讲授过程中有所侧重，要重点讲解⽬前⽣产实际中应⽤的典型快速成型⼯艺⽅法。
应对不同的内容采⽤不同的处理⽅法，要灵活掌握⼤纲的要求，了解学⽣对新技术、新知识的理解和掌握情况，保证教学质量。
具体如下：1.⾃主学习，布置与本课程知识相关的预习内容，扩⼤知识⾯，提⾼理解⼒；2.课堂教学，重点是快速成型技术的发展及体系结构；快速成型技术的基本原理与典型⼯艺；快速成型技术的加⼯原理、⽅法及其⼯艺特点等。
快速成形技术(1)
The Mechanical Engineering College of GZU
1.3
快速成形的原理
• 材料成形的基本方法 • 离散-堆积成形原理
机 械 工 程 学 院
The Mechanical Engineering College of GZU
1.3.1 材料成形的基本方法
机 械 工 程 学 院
The Mechanical Engineering College of GZU
LOM工艺制作的原型 LOM工艺制作的原型
地 球 仪 模 型
机 械 工 程 学 院
The Mechanical Engineering College of GZU
LOM工艺制作的原型 LOM工艺制作的原型
1 去除成形法； 2 受迫成形法； 3 离散/堆积成形法（快速成形法）； 4 生长成形法；
机 械 工 程 学 院
The Mechanical Engineering College of GZU
1 去除成形法
概念： 概念： 切削去除余量材料而成形，如车、铣、刨、钻、电火 花加工、等离子切割、化学腐蚀、水射流强力侵蚀等； 成形特点： 成形特点： 1）成形精度高，是目前大批量生产的主要成形手段； 2）成形形状受到刀具干涉的限制，无法成形弯曲贯 通之内孔，无法制造具有材料梯度之结构； 3）成形过程与材料制备过程无关（大大限制了其应用 领域）；
机 械 工 程 学 院
The Mechanical Engineering College of GZU
2 受迫成形法
概念： 概念：
材料在型腔的约束下成形，如铸造、锻压、注塑等；
成形特点： 成形特点：
1) 成形过程中需要制造模具，周期长，成本高，成 形的柔性很低，仅适用于大批量生产； 2）成形形状可以十分复杂，但成形精度低； 3）成形过程与材料的制备有一定程度的结合；
机械工艺制造基础课程快速成型
04
快速成型工艺流程
数据处理与模型设计
数据处理
将三维模型数据进行格式转换、修复 、优化等处理，以满足快速成型设备 的要求。
模型设计
使用CAD软件进行产品或零件的三维 模型设计，并进行必要的结构优化和 细节处理。
原型制造
选择材料
根据实际需求选择适合的快速成型材料，如光敏树脂、塑料、金属粉末等。
原型制造
玻璃材料
具有透明度高、化学稳定性好等 特点，适用于对光学性能要求较 高的快速成型。
03
快速成型设备
激光快速成型机
激光快速成型机是利用激光束将材料熔化或烧结，通过逐层堆积材料形成三维实体 。
激光快速成型机具有高精度、高效率和高灵活性的特点，适用于复杂形状和高精度 要求的零件制造。
激光快速成型机需要使用高纯度、高反射率的材料，如金属粉末、塑料粉末等。
• 医学研究：在医学研究中，快速成型技术可以用于制作疾病 模型或药物测试模型。这种技术可以帮助研究人员更好地理 解疾病的发病机制和药物的作用机制，加速医学研究的进程 。
• 生物材料研究：在生物材料研究中，快速成型技术可以用于 制作生物材料的原型或结构模型。这种技术可以帮助研究人 员更好地了解生物材料的性能和特点，为生物材料的应用和 发展提供支持。
通过快速成型技术制作出的 原型，可以帮助设计师更好 地理解产品的外观、结构和 功能。这种直观的感受有助 于提高设计的质量和完整性 。
模具制造
第一季度
第二季度
第三季度
第四季度
快速模具制造
在模具制造领域，快速 成型技术可以用于制作 模具的原型或部分结构 。与传统模具制造方法 相比，快速成型技术具 有更高的灵活性和效率 。
将处理后的数据输入快速成型设备，经过一系列的物理或化学过程，制造出三 维实体原型。
快速成型的技术ppt课件
• 该工艺的特点是成形速度快，成形材料价格低，适合做 桌面型的快速成形设备。并且可以在粘结剂中添加颜料， 可以制作彩色原型，这是该工艺最具竞争力的特点之一， 有限元分析模型和多部件装配体非常适合用该工艺制造。 缺点是成形件的强度较低，只能做概念型使用，而不能做 功能性试验。
• 三维印刷(3DP)－－高速多彩的快速成型工艺
料（ABS等）、陶瓷粉、金属粉、砂等，可以在航空，机 械，家电，建筑，医疗等各个领域应用。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
• 主要工艺：
•
RP技术结合了众多当代高新技术：计算机辅助设计、
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 ）－制作大型铸件的快速成型工艺
快速成型 第一章概论
三维打印成型（3D PRINT）
喷头 粉末材料 粉末材料 铺粉滚筒 三维打印成型是在
计算机的控制下，利用
喷头喷射粘接剂，喷射 粘接剂的路径材料被粘
接在一起，而其它地方
仍为松散粉末，层层粘 接得到最后的三维实体。
升降平台 升降平台
2013-7-25
5-11
层压物体制造技术（ LOM ）
2013-7-25 5-9
熔融沉积成型（FDM）
将热熔性材料（ABS、 尼龙或蜡）通过喷头加热器 熔化；喷头沿零件截面轮廓 和填充轨迹运动，同时将熔 化的材料挤出；材料迅速凝 固冷却后，与周围的材料凝 结形成一个层面；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，如此层层堆积而获 得一个三维实体。（不需激 光系统） 层压物体制造技术（ LOM ）
采用激光或刀具对片材 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。片材表面事先 涂覆上一层热熔胶。通过升 降平台的移动和箔材的送给, 并利用热压辊辗压将后铺的 箔材与先前的层片粘接在一 起，再切割出新的层片。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
快速原型制造技术
（Rapid Prototype Manufacturing Technology）
湖北工业大学机械工程学院
2013-7-255-1源自第一章本章主要内容：
概论
快速原型制造技术产生的背景 快速原型制造技术的原理 快速原型制造技术的基本过程 快速原型制造技术的主要工艺 快速原型制造技术的主要特征 快速原型制造技术的理解 快速原型制造技术的应用 快速原型制造相关的技术 快速原型制造技术的发展趋势
快速成型课件 第一章、二章ppt
图1-2 快速成型的五个步骤
1.3.2 快速成型五个步骤
3、层面信息处理 为控制成形机对层 面的加工轨迹，必须把层面的几何形状 信息转换成控制成形机运动的数控代码。 4、层面加工与粘接 成形机根据控制 指令进行二维扫描，同时进行层与层的 粘接。 5、层层堆积 当一层制造完毕后，成 形机工作台面下降一个层厚的距离，再 加工新的一层，如此反复进行直至整个 原型加工完成。对完成的原型进行后处 理，如深度固化、去除支撑、修磨、着 图1-2 快速成型的五个步骤 色等，使之达到要求。
1.2快速成型技术的产生
※另一方面，经济的发展和社会的进步又 对科学技术提出了新的期望，譬如人们希 望由微型计算机进入人体血管进行医疗作 业；期待出现微型耳窝“种入聋耳内从而 产生听力”。 ※这种聚合和期望可以称之为学科前沿。 学科前沿也可以理解为已解决和未解决的 科学技术问题之间的界域。
1、从学科发展的特征看RPT的产生背景
1.2快速成型技术的产生
快速成型技术的产生具有鲜明的时代特征， 其背景为： ※科学技术整体、迅速的发展不仅促进了经济 的繁荣和社会的进步，而且还丰富和发展了各 门学科。 ※一方面，不同学科之间的交叉融合迅速产生 了科学技术新的聚集，例如智能技术、传感技 术、信息技术与结构科学的交叉正在产生智能 结构科学；激光技术、新材料技术、计算机辅 助设计和制造集成了快速成型制造（RPT）
先进制造技术——快速成型技术课件
先进制造技术——快速成型技术
FDM 原理 图
先进制造技术——快速成型技术
先进制造技术——快速成型技术
先进制造技术——快速成型技术
先进制造技术——快速成型技术
二、特点
优点：
1、采用热熔挤压头专利技术，系统结构原理和操作简 单，且使用无毒的原材料，设备可安装在办公环境中。
先进制造技术——快速成型技术
图解过程
先进制造技术——快速成型技术
实例照片
先进制造技术——快速成型技术
精度 表面 材料 材料 运行 生产 设备 市场
质量 质量 利用 成本 成本 费用 占有
率
率
SLA 好 优 较贵 接近 较高 高 较贵 70 100%
SLS 一般 一般 较贵 接近 较高 一般 较贵 10 100%
主要适用于模具行业新产品开发和医疗、考古等基 于数字成像技术的三维实体模型制造。
先进制造技术——快速成型技术
FDM工艺由美国学者Dr.Scott Crump于1988年研制 成功，并由美国Stratasys公司推出商品化的机器。1993 年开发第一台FDM1650机型后，先后推出FDM2000、 FDM3000、FDM8000等。
先进制造技术——快速成型技术
三、材料
3.1 成型材料
FDM工艺常用ABS工程塑料丝作为成形材料。
成型材料的特性要求：
1、材料的粘度（影响材料的挤出过程）。 2、材料熔融温度。 3、粘结性（影响零件强度）。 4、收缩率。
结论：
粘度低、熔融温度低、粘结性好、收缩率小。
先进制造技术——快速成型技术
快速成形第1章
也可采用LSL方法制造球杆头部模型（图示）
快速成形技术已发展规模和趋势
目前全球生产各类快速成形设备的公司 已超过18家。第1台商品化RPM设备 1988年才问世 但到1994年，全球已销售了891台RPM 设备 而1995年又销售了521台，比1994年上 升60%。
快速成形技术已发展规模和趋势
快速成形技术的应用特点
5）能根据有限元分析计算机辅助模拟 CAE的结果，制作实体，检验仿真分析的 正确性。在短时间内，用少的费用，对设 计进行多次修改，制作相应的模型验证， 使产品达到完美。 6）快速成形过程是高自动化，长时间连 续进行的，操作简单，可以做到昼夜无人 看管，一次开机直至整个工件加工结束都 可自动进行。
快速成形与快速制模技术
Rapid Prototyping ＆ Manufacturing technology
1
授课人：曾珊琪
机电工程学院 材料成型及控制教研室
第一章
概
论
1.1 快速成形技术的形成和发展 1.2 快速成形技术的基本原理和应用特点 1.3 快速成形技术的展望
1.1 快速成形技术的形成和发展 快速成形技术形成的背景 随着科学技术的进步，市场竞争日趋激烈， 产品更新换代加速。缩短新产品的设计与试 制周期，降低开发费用，是每个制造厂商面 临的迫切问题。 按常规方法制作产品原型，一般需采用多种 机床加工或手工造型，时间长达几周或几个 月，加工费用昂贵。另外，对于某些复杂形 状的零件和硬质合金材料，即使采用多轴 CNC加工也还存在一些无法解决的问题。
快速成形技术形成的条件
依赖于先进制造技术及计算机、微电子、 信息、自动化、新材料和现代化企业管理 技术的发展。 集计算机辅助设计、精密机械、数控、激 光技术和材料科学为一体的新型技术。 采用离散、堆积原理，自动而迅速地将所 设计物体的CAD几何信息转化成实物原型， 根据不同要求，将RPM原型和铸造等传统工 艺相结合，快速制造出实用零件。
快速成型技术-第一章
1Hale Waihona Puke 1.2发展历史快速成型技术并非是一项完全崭新的技术，其核心思想可以追溯到19
世纪照相雕塑和地貌成形专利。但，受限于当时材料技术与计算技术等众
多因素，这些早期的快速成型技术实践并没有得到广泛的商业化应用。现 代意义上的快速成型技术研究始于20世纪70年代，直到80年代，该技术才
得以变为现实。
1.萌芽期
2.奠基期 1986年，分层实体制造成型技术（LOM）由Michael Feygin 发明并申请专利，该技术使用薄片材料、激光与热熔胶来 进行制件的层压成型。1990年前后，Feygin组建的Helisys 公司在美国国家科学基金会的赞助下，研发出第一台投入 商用的快速成型机LOM-1015，成为快速成型技术商业化应 用的先驱。
2012年，4月，在快速成型产业 迅猛发展的大背景下，英国著 名经济学杂志《经济学人》推 出了《3D打印推动第三次工业 革命》的封面文章，认为3D打 印技术将“与其他数字化生产 模式一起推动实现第三次工业 革命”，2012年也因此被称为 “3D打印技术的科普元年”。
纵观全球，欧美日等发达国家已将快速成型技术视为实现 “再工业化”的重要契机。 2012年，美国建立国家增材制造创新研究院（NAMII），将发展 快速成型技术提升至国家战略高度； 欧盟及成员国致力于发展金属快速成型技术，相关产业发 展和技术均走在世界前列； 俄罗斯凭借在激光领域的技术优势，积极发展激光快速成 型技术研究及应用； 日本则全力推进快速成型与制造业的深度融合，意图借助 快速成型技术重塑制造业的国际竞争力。 2013年以来，快速成型技术已进入爆发式增长阶段，新技术、 新材料或者新型应用成果陆续发布。2013年5月，3D打印产业 联盟正式成立。
《快速成型技术》课件
医学领域应用
制作医学模型
01
在医学领域，快速成型技术可以用于制作人体组织、器官或骨
骼的模型，辅助医生进行手术规划和模拟。
定制植入物
02
对于需要植入人体内的医疗设备，如牙齿、骨骼等，可以通过
快速成型技术制作出符合患者需求的个性化植入物。
药物研发
03
在药物研发过程中，快速成型技术可以用于制作药物分子模型
悬浮液喷射成型等 微滴喷射成型
金属粉末激光烧结 喷墨式成型
04
快速成型技术的应用案例
产品原型设计
1 2 3
快速制作产品原型
快速成型技术能够快速、准确地制作出产品原型 ，缩短了产品开发周期，降低了开发成本。
优化产品设计
通过制作原型，设计师可以更直观地评估产品外 观、结构和功能，及时发现和改进设计中的问题 。
数据转换与处理
快速成型的数据来源主要是 CAD（计算机辅助设计）软件
设计的三维模型。
数据处理包括模型切片、坐标转 换等步骤，将三维模型转换为快
速成型机可执行的层片数据。
数据处理过程中，需进行支撑结 构设计和工艺参数设置，以确保
成型过程的稳定性和准确性。
成型材料与特性
快速成型的材料种类繁多，包括塑料、树脂、金 属粉末、陶瓷等。
优点
可加工复杂结构、材料种 类多、加工速度快。
应用
广泛应用于航空航天、汽 车制造、医疗器械等领域 。
三维印刷
原理
类似于二维印刷，通过在特定材料上 逐层印刷粘合剂或特殊墨水，形成三 维实体。
优点
应用
适用于快速原型制造、个性化定制等 领域。
设备简单、操作方便、可快速制造出 原型。
其他快速成型技术
机械工艺制造基础课程快速成型课件
数据格式转换
01
将产品设计数据转换为STL格式，确保模型信息的准确性和完整
性。
模型修复与优化
02
对STL模型进行修复、光顺处理，提高模型质量，减少成型缺陷
。
切片处理
03
将三维模型切片为一系列二维层面，设置合适的层厚和填充密
度。
设备调试与参数设置
设备检查
确保成型设备各部件完好无损，机械结构稳定可靠。
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THANKS
未来展望与前景预测
拓展应用领域
01
随着技术的进步和应用场景的拓展，快速成型技术将
在更多领域得到应用，如医疗、建筑、航空航天等。
个性化定制
02 借助3D打印等技术，快速成型将推动个性化定制产
品的发展，满足消费者日益增长的个性化需求。
绿色制造
03
快速成型技术作为一种增材制造方法，具有节约材料
、减少废弃物等优点，符合绿色制造的发展趋势。
氮化硅陶瓷粉末
具有优异的耐高温性能和抗热震 性能，适用于制作高温结构件和 功能件。
复合材料及其他
碳纤维复合材料
具有质量轻、强度高和良好的导电性 能，适用于制作高性能结构件和功能 件。
光敏树脂材料
具有优异的成型精度和表面质量，适 用于制作外观要求较高的零AD建模
设备
三维打印机、喷头、运动系统、 控制系统等。
工艺流程
模型数据处理、材料准备、打印 成型、后处理等。
03
快速成型材料及其性能
工程塑料类材料
ABS塑料
具有良好的机械性能和加工性能，适用于各种快 速成型工艺。
PC塑料
具有优异的耐热性、抗冲击性和透明度，适用于 制作结构复杂的零件。
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第一章 概 论
❖ 快速成型技术概念
快速成型（也称快速原型）制造技术(Rapid Prototyping & Manufacturing，RP&M 或 RP)，是由CAD数字模型驱动的通过特定材料 采用逐层累积方式制作三维物理模型的先进制造技术。
产
产
品
品
造
原
型
型
传统打印机—2D
快速成型技术—3D
快速成型
1.3 快速成型技术的基本流程与原理
产品成型全过程
快速成型的工艺过程一般 包括以下几个步骤：
（1）产品三维建模
（2）三维模型的近似处理
（3）三维模型的分层切片和 生产加工路径
（4）成型加工
（5）成形零件的后处理
1.3 快速成型技术的基本流程与原理
❖ 快速成型工艺方法分类
快速原型技术从广义 上讲可以分成两类： 材料累积和材料去除。 但目前人们谈及的快 速成型制造方法通常 指的是累积式的成型 方法，而累积式的快 速原型制造方法通常 是依据原型使用的材 料及其构建技术进行 分类的，如右图所示。
1964年，E. E. Zang进一步细化了该方法，建议用透明纸板，且每一块 均带有详细的地貌形态标记，制作地貌图。
1.1 快速成型技术的发展历程
1972年，K. Matsubara提出在上述方法中使用光固化材料，将光敏聚合 树脂涂覆到耐火颗粒上形成板层，光线有选择地投射或扫射到这个板 层，将规定的部分硬化，没有扫描或没有硬化的部分被某种溶剂溶化， 用这种方法形成的薄板层随后不断地堆积在一起形成模型。
1981年，H. Kodama首先提出了一套功能感光聚合物快速成型系统， 应用了三种不同的方法制作叠层。
1.1 快速成型技术的发展历程
1.1 快速成型技术的发展历程
1.1 快速成型技术的发展历程
1.2 快速成型技术国内外发展状况
❖ 快速成型系统的开发商（国外）
美国在RP&M系统(设备)研制、生产、销售方面占全球主导地位，生产RP&M 设备系统的公司主要有：
◎ 自由成型制造 ◎ 制造过程快速 ◎ 添加式和数字化驱动成型方式 ◎ 技术高度集成 ◎ 突出的经济效益 ◎ 广泛的应用领域
工业制造
新 产 品 设 计 与
模 具 快 速 制 造
工 业 零 部 件 直
评
接
估
制
造
文化创意
艺
文
个
术
物
性
品
பைடு நூலகம்
仿
化
设
制
定
计
与
制
修
复
生物医疗
病
医
移
理
疗
植
模
器
器
型
械
官
制
制
制
造
造
造
3D Systems公司(光固化快速成型设备) Stratasys公司(熔融沉积快速成型设备) Helisys公司(叠层实体快速成型设备) DTM公司（粉末激光烧结快速成型设备） 欧洲和日本等国家也不甘落后，纷纷进行RP&M技术、设备研制等方面的研 究工作，如德国的EOS公司、以色列的Cubital公司以及日本的CMET公司等。
学习目的：
➢ 掌握快速成型概念和基本原理 ➢ 掌握主要快成型方法和工艺过程 ➢ 熟悉SLA、SLM、FDM、LOM等快速技术 ➢ 了解快速成型材料及设备 ➢ 自己设计产品，通过3D打印机实现
总成绩=平时成绩+考试
第一章 概 论
第一章 概 论
❖ 快速成型技术产生的背景—全球制造战略的变迁
全球制造业企业的整体发展战略已经从上世纪60年代“如何做的更 多”、70年代“如何做的更便宜”、80年代“如何做的更好”发展到90 年代的“如何做的更快”。
2. 专业/工业级设备潜力巨大
近年来，随着技术的进步与市场竞争的加剧，概念型快速成型设备的代表——桌面 级快速成型机仍然受到资本的持续青睐，成为拉动全球快速成型设备销量的主要因 素，相比之下，工业级快速成型设备则略显惨淡，根据大数据公司CONTEXT的数据， 2016年上半年全球桌面快速成型设备销量同比增加15%，工业级快速成型设备却减 少了15%。但是，尽管桌面级快速成型机在销量增速上占据显著优势，在销售额方 面却大为逊色。
快速成型工艺方法的分类
两种主要成型方式的比较
指标性能
传统机床加工
RP加工
制造零件的复 受刀具或模具的限制， 可制造任意复杂（ 杂程度 无法制造太复杂的曲面 曲面）形状的零件 或异形深孔等
材料利用率 产生切削，利用率低 利用率高，材料基 本无浪费
加工方法 去除成型，切削加工 添加成型，逐层加 工
加工对象 个体（金属树脂片、木 液体、图像、粉末
粉末激光烧结快速成型设备（SLS）等 北京隆源自动成型系统有限公司：粉末激光烧结快速成型设备（SLS） 上海联泰科技有限公司：光固化快速成型设备（SLA） 清华大学：叠层实体快速成型设备、熔融沉积快速成型设备
此外，香港大学、香港中文大学、香港科技大学、香港理工大学、南京航空 航天大学、浙江大学、中北大学等也开展了有关设备、材料和工艺的研究；香港 快速原型科技中心、深圳生产力促进中心、天津生产力促进中心等为普及和推广 快速成型技术进行了卓有成效的工作。
1.2 快速成型技术国内外发展状况
❖ 快速成型技术研究及系统开发（国内）
我国从上世纪90年代初由清华大学、华中科技大学、西安交通大学等高校及 其他科研院所在国家及地方政府资金支持下启动快速成型技术的研究工作。几所高 校及部分研究机构在早期的快速成型设备及相应的材料开发中各有侧重，于90年 代中后期陆续推出各自具有代表性的快速成型设备。应用较多的为： 陕西恒通智能机器有限公司（西安交通大学）：光固化快速成型设备（SLA） 武汉滨湖机电有限公司（华中科技大学）：叠层实体快速成型设备（LOM）、
1.1 快速成型技术的发展历程
1977年，W. K. Swainson在他的美国专利中提出，通过选择性的三维光 敏聚合物体激光照射直接制造塑料模型工艺，同时Battelle实验室的R. E. Schwerzel也进行了类似的工作。
1979年，日本东京大学T. Nakagawa教授等开始用薄板技术制造出实用 的工具，如落料模、成形模和注射模等。其中特别值得一提的是，T. Nakagawa教授提出了注射模中复杂冷却通道的制作可以通过这种方式 来得以实现。
1.3 快速成型技术的基本流程与原理
❖ 快速成型基本流程
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。
第一章 概 论
❖ 快速原型的用途
快速成型技术制作的原型（模型）可用于新产品的外观评估、装配检 验及功能检验等，作为样件可直接替代机加工或者其他成形工艺制造的单 件或小批量的产品，也可用于硅橡胶模具的母模或熔模铸造的消失型等， 从而批量地翻制塑料及金属零件。
❖ 快速原型的优势
与传统的实现上述用途的方法相比，其显著优势是：制造周期大大 缩短（由几周、几个月缩短为若干个小时），成本大大降低。尤其是衍 生出来的后续的基于快速原型的快速模具制造技术进一步发挥了快速成 型制造技术的优越性，可在短期内迅速推出满足用户需求的一定批量的 产品，大幅度降低了新产品开发研制的成本和投资风险，缩短了新产品 研制和投放市场的周期，在小批量、多品种、改型快的现代制造模式下 具有强劲的发展势头。
1.3 快速成型技术的基本流程与原理
❖ 快速成型系统的组成
快速成型系统是下面若干 先进技术集成的。
（1）计算机辅助设计(CAD) （2）计算机辅助制造(CAM) （3）计算机数字控制(CNC) （4）激光 （5）精密伺服驱动 （6）新材料
1.3 快速成型技术的基本流程与原理
快速成型技术的基本原理：
片等）
、纸等
工具
切削工具
光束、热束
快速成型技术彻底摆脱了传统的“去除”加工思路——去除大于制件的毛坯 上的材料来得到制件，代之以全新的“增长”加工思路——用一层层的小毛坯逐 步叠加成大制件，将复杂的三维加工分解成简单的二维加工的组合。
第一章 概 论
1 快速成型技术的发展 2 快速成型技术的市场及其研究领域 3 快速成型技术的用途
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
研发更快更好的快速成型技术一直是业界的努力方向，近年来，在主流的SLA、 LOM、SLS、FDM与3DP工艺日渐完善的同时，新技术也在加速涌现。
2015年4月初，美国Carbon 3D公司 展示了一种革命性的快速成型技 术——连续液界面制造（CLIP）技 术。
2016年5月17日，惠普也推出了基于其开发 的多射流熔融（Multi-Jet Fusion，简称 MJF）技术的快速成型机HP Jet Fusion 3D 3200和HP Jet Fusion 3D 4200。
第一章 概 论
1 快速成型技术的发展 2 快速成型技术的市场及其研究领域 3 快速成型技术的用途
3.快速成型技术的用途