快速成形技术的快速模具制造技术(doc 6)
快速成型与快速模具制造技术及其应用课程作业
1、立体光固化(SLA) 该方法是目前世界上研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的一种快速
二、 STL数据文件及处理
快速成型制造设备目前能够 接受诸如STL，SLC，CLI， RPI，LEAF，SIF等多种数 据格式。其中由美国3D Systems公司开发的STL文 件格式可以被大多数快速成
型机所接受，因此被工业界
认为是目前快速成型数据的
准标准，几乎所有类型的快 速成型制造系统都采用STL 数据格式。
五、CT图像数据处理软Mimics
Mimics软件简介
Mimics软件是比利时Materialise公司面向医 学CT或MRI数据模型处理的运行在Windows 操作 系统环境下的高度集成的三维图像处理软件，该软 件能在几分钟内将CT或MRI数据转换成三维CAD或 快速成型所需的模型文件。其主要功能特点如下：
成型方法。
SLA技术原理是计算机控制激光束对光敏树脂为原料的表面进行逐点扫 描，被扫描区域的树脂薄层(约十分之几毫米）产生光聚合反应而固化，形 成零件的一个薄层。工作台下移一个层厚的距离，以便固化好的树脂表面再 敷上一层新的液态树脂，进行下一层的扫描加工，如此反复，直到整个原型 制造完毕。由于光聚合反应是基于光的作用而不是基于热的作用，故在工作 时只需功率
3、选择性激光烧结(SLS)
研究SLS的有DIM公司、EOS公司、北京隆源公司。该法采用C02激光器作 能源，目前使用的造型材料多为各种粉末材料。在工作台上均匀铺上一层很薄 的粉末，激光束在计算机控制下按照零件分层轮廓有选择性地进行烧结，一层 完成后再进行下一层烧结。全部烧结完后去掉多余的粉末，再进行打磨、烘干 等处理便获得零件。目前，成熟的工艺材料为蜡粉及塑料粉，用金属粉或陶瓷 粉进行粘接烧结的工艺还正在实验研究阶段。该技术具有原材料选择广泛、多 余材料易于清理、应用范围广等优点，适用于原型及功能零件的制造。在成形 过程中，激光工作参数以及粉末的特性和烧结气氛是影响烧结成形质量的重要 参数，原理如图4所示。
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。
探究基于快速成型技术的快速模具制造
探究基于快速成型技术的快速模具制造发布时间：2021-09-07T07:15:37.369Z 来源：《时代建筑》2021年9期5月上作者：郭庆彬[导读] 随着我国社会主义市场经济的不断发展，我国的市场竞争也在不断的加剧，我国的企业要想在激烈的市场经济中站稳脚跟，进一步发展，就只能响应市场的需求，提升为消费者服务的水平，提升企业的综合竞争实力。
而我国的工业发展过程中，工业产品的生产正逐渐向着高质量、小批量、低成本、多品种的方向发展。
而这样的市场需求对于产品的生产也越来越苛刻。
市场需求要求企业的产品生产模式不断升级，只有在工业生产中做到更快更多更精细，才能真正满足消费者和市场的需求，推动企业发展。
深圳市和胜金属技术有限公司 2201221971052****1 郭庆彬深圳 518000摘要：随着我国社会主义市场经济的不断发展，我国的市场竞争也在不断的加剧，我国的企业要想在激烈的市场经济中站稳脚跟，进一步发展，就只能响应市场的需求，提升为消费者服务的水平，提升企业的综合竞争实力。
而我国的工业发展过程中，工业产品的生产正逐渐向着高质量、小批量、低成本、多品种的方向发展。
而这样的市场需求对于产品的生产也越来越苛刻。
市场需求要求企业的产品生产模式不断升级，只有在工业生产中做到更快更多更精细，才能真正满足消费者和市场的需求，推动企业发展。
快速成型技术作为最适合当前市场生产的关键技术，它的应用对工业企业的发展有着至关重要的意义。
而基于快速成型技术的快速模具制造能够更好地提升产品制造的水平和效率，推动企业的进步与发展，提升企业的整体实力。
通过对快速模具制造技术在具体应用中的探讨，找出快速模具制造技术应用过程中的具体问题，提出针对性的解决方案，提升企业生产效率。
关键词：快速成型技术；快速模具制造；企业技术应用；市场需求1.基于快速成型技术的快速模具制造的意义基于科学技术快速发展的快速成型技术在很多领域都得到了广泛的应用，快速成型技术将精密机械、数控、激光技术、计算机辅助设计等有机地融为一体，具有高度的柔韧性及快速性，由于快速成型技术自身的优势能够快速地提升模具制造速度，大大缩短产品的开发时间及模具的制造时间，所以受到了业界的广泛认可，该种制造技术已经成为了当前重要的研究课题及制造行业的核心技术。
快速成型技术在铸造模具制造中的应用
机械化工 !"#!$%&$'(') *+&,-./&$01$21(3$&)%$'%3$$$
快速成型技术在铸造模具制造中的应用
范4伟
大连远景铸造有限公司!辽宁大连!$$+&#发展有着非常紧密的联系为了可以有效地推动我国工业生产领域的进步和成长工 作人员需要将先进的快速成型技术引进模具制造作业中以求显著提升模具生产效率这也是笔者将要与大家进行分析和讨论的 重点内容
三技术应用 一 汽车工业 快速成型技术在汽车工业中也有着非常广泛地应用"工作 人员在使用该技术时需要先将熔点较高的铝合金均匀地喷涂 于汽车模型的外表面"通过这些方式所制作出的汽车模板具有 耐用性强#精度高#可批量生产#质量高#制作成本低等技术优 势"在汽车工业中的发动机#气缸以及其他内部构件的生产作 业中都起到了非常关键性的作用$ 二 航空工业 快速成型技术除了在汽车工业有所应用之外"在航空工业 中也有着非常重要的意义"以火箭模型内的壳体零部件为例" 若以传统的模型制作方式进行生产制造"通常需要至少 = 个月 的制造时间"同时还需要至少 (% 万元的制作成本"无论是制作 周期还是制作成本"快速成型技术都有着绝对的优势"工作人 员在使用快速成型技术进行火箭模型内壳体零部件的制造工 序时"需要先将标准模板节能性固定"并且在其中浇筑适量的 硅橡胶"浇筑作业完成之后"工作人需要静置约 $)f2)%f"当硅 橡胶材料完全凝固之后"工作人员需要按照模具的分割线将模 具进行分模处理"从而进一步完成壳体零部件模具的生产制 作"通过这种方式制作而成的模具通常可以在 ) 个月之内完 成"工作人员在对这些模具进行适当地精加工处理之后便可以 投入后续的生产使用中"通过快速成型技术所制作出的模具与 传统的模具制作方法相比"制作周期约节约 ) *("而制作成本约 节约 ( *3$ 四结语 总而言之"虽然快速成型技术在我国汽车工业和航空工业 中都有着非常重要的应用"在软质模具和硬质模具的制作与生 产中也起到了非常关键性的作用"但是该技术在实际使用时仍 然还存在着一些技术层面上的不足之处"希望相关技术人员可 以对该技术进行进一步地优化和改进"希望该技术在不久之后 可以在工业生产领域中发挥出更加重要的作用$ 参考文献 $ 陈亘宇&快速成型技术及其在 模 具 制 造 领 域 的 应 用 L &科技视界)%$?)( $%$2$%)& ) 谈耀文王永信程永利&光固化快速成型树脂模具在 铸造工业中的应用 L &模具工业)%$(('%3 $0'2$1)&
快速成型技术
b.设计的易达性
• 可以制造任意复杂形状的三维实体模型，快速成型技术不受零件几何 形状的限制，在计算机管理和控制下能够制造出常规加工技术无法实 现的复杂几何形状零件的建模，能充分体现设计细节，尺寸和形状精 度大为提高，零件不需要经一步加工。
c.快速性
• RP技术是一项快速直接地单件零件的技术。可以直接接受产品设计 （CAD）数据，快速制造出新产品的样件、模具或模型，大大缩短新 产品开发周期、降低成本、提高开发质量。
分层实体成型——LOM成ห้องสมุดไป่ตู้工艺
• LOM(Laminated Object Manufacturing)工艺或称为叠层实体 制造，其工艺原理是根据零件分层几 何信息切割箔材和纸等，将所获得的 层片粘接成三维实体。其工艺过程是： 首先铺上一层箔材，然后用CO，激 光在计算机控制下切出本层轮廓，非 零件部分全部切碎以便于去除。当本 层完成后，再铺上一层箔材，用滚子 碾压并加热，以固化黏结剂，使新铺 上的一层牢固地粘接在已成形体上， 再切割该层的轮廓，如此反复直到加 工完毕，最后去除切碎部分以得到完 整的零件。该工艺的特点是工作可靠， 模型支撑性好，成本低，效率高。缺 点是前、后处理费时费力，且不能制 造中空结构件。
选择性激光烧结成型——SLS成型工艺
SLS(Selective Laser Sintering)工艺，常 采用的材料有金属、陶瓷、ABS塑料等材 料的粉末作为成形材料。其工艺过程是： 先在工作台上铺上一层粉末，在计算机控 制下用激光束有选择地进行烧结(零件的 空心部分不烧结，仍为粉末材料)，被烧 结部分便固化在一起构成零件的实心部分。 一层完成后再进行下一层，新一层与其上 一层被牢牢地烧结在一起。全部烧结完成 后，去除多余的粉末，便得到烧结成的零 件。该工艺的特点是材料适应面广，不仅 能制造塑料零件，还能制造陶瓷、金属、 蜡等材料的零件。造型精度高，原型强度 高，所以可用样件进行功能试验或装配模 拟。
快速成型制造技术
Rapid Prototyping Manufacturing Technique
一、快速原型技术简介
快速成型(Rapid Prototyping) 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。
立体光固化成型法原理图
二、RP 工艺方法简介
1.光固化法
Stereo Lithography Apparatus——SLA
SLA工艺的优点是精度较高，一 般尺寸精度可控制在0.01mm;表面质 量好;原材料利用率接近100%;能制造 形状特别复杂、精细的零件;设备市场 占有率很高。缺点是需要设计支撑;可 以选择的材料种类有限;制件容易发生 翘曲变形;材料价格较昂贵。 该工艺适合比较复杂的中小型零 件的制作。
（1）成型材料种类多， （1）成型速度快； 成型件强度高； （2）成型设备便宜。 （2）精度高，表面质 量好，易于装 配； （3）无公害，可在办 公室环境下进 行。
缺点
（1）需要支撑结构； （2）成型过程发生物 理和化学变化 ，容易翘曲变 形； （3）原材料有污染； （4）需要固化处理， 且不便进行。
紫外光快速成型机的工作原理
三、SCPS350紫外光快速成型机及制作过程 (1)基本原理
光敏树脂快速成型中激光束按照 数控指令扫描，工作平台容器内液态 光敏树脂逐层固化并粘结在一起。从 最底层开始，逐层固化，生成三维原 形实体。工作台每次下降高度即为分 层厚度，分层越薄，加工出的零件的 精度越高。
激光头 热压辊 涂覆纸
工件
4.分层实体制造
Laminated Object Manufacturing——LOM
快速成型技术-第五章快速模具制造
具,软模具等,再通过传统的机械加工法来生产模 具的方法.
快速制模方法
间接法是先制作一个母模，一般由快速成形系 统建立，再由这样的母模制作模具，主要有：
（1）用快速成形件作母模，与传统工艺结合制
2.安放原型:将原型固定在平板上,制作模框. 3.在原型表面贴粘土和石膏背衬 4.硅橡胶的浇注 5.固化 6.修理
硅橡胶模具的应用
主要生产一些浇注产品,能够缩短产品的制造时间, 降低成本,提高效率.
生产工艺过程: 清洗模具→喷离合剂→组合模具→树脂计算→脱
泡混合→真空浇注→硬化→取出
型框的尺寸影响硅橡胶的用量,所以必须要 计算好合适的尺寸.
硅橡胶模具制造过程
3.原形件的固定:利用清洁胶带纸将定型样件型框 边缘围上，要求固定牢固。同时要注意增加一些 排气空.
硅橡胶模具制造过程
4.计算所须硅橡胶的用量,混合并真空脱泡:硅橡胶 的用量必须根据所造制件的尺寸和型框尺寸以及 硅橡胶的比重准确计算.同时要加入适当的硬化剂, 搅拌均匀后真空脱炮,脱炮的时间根据达到的真空 度来确定.
硅橡胶的分类
快速模具用的硅橡胶主要有： 1.室温硫化硅橡胶（Room Temperature
Vulcanized rubber），可以承受316℃的高温。 2.热硫化硅橡胶（Heat－cured Vulcanized
rubber），可以承受538℃的高温。
快速软模材料及特点
（1）TE-1089硅橡胶，属于双组分室温硫化硅 橡胶，具有优异的柔韧性，极强的抗撕强度，及 耐高温、耐化学腐蚀性。
影响质量因素,特点. 4.粉末材料激光烧结:原理,装置组成及各装置作用,
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。
快速成型技术的原理工艺过程及技术特点
快速成型技术的原理、工艺过程及技术特点：快速成型属于离散／堆积成型。
它从成型原理上提出一个全新的思维模式维模型，即将计算机上制作的零件三维模型，进行网格化处理并存储，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，由成型头在控制系统的控制下，选择性地固化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坯件．然后进行坯件的后处理，形成零件。
快速成型的工艺过程具体如下：l ）产品三维模型的构建。
由于 RP 系统是由三维 CAD 模型直接驱动，因此首先要构建所加工工件的三维CAD 模型。
该三维CAD模型可以利用计算机辅助设计软件（如Pro/E , I-DEAS , Solid Works , UG 等）直接构建，也可以将已有产品的二维图样进行转换而形成三维模型，或对产品实体进行激光扫描、CT 断层扫描，得到点云数据，然后利用反求工程的方法来构造三维模型。
2 ）三维模型的近似处理。
由于产品往往有一些不规则的自由曲面，加工前要对模型进行近似处理，以方便后续的数据处理工作。
由于STL格式文件格式简单、实用，目前已经成为快速成型领域的准标准接口文件。
它是用一系列的小三角形平面来逼近原来的模型，每个小三角形用3 个顶点坐标和一个法向量来描述，三角形的大小可以根据精度要求进行选择。
STL 文件有二进制码和 ASCll 码两种输出形式，二进制码输出形式所占的空间比 ASCII 码输出形式的文件所占用的空间小得多，但ASCII码输出形式可以阅读和检查。
典型的CAD 软件都带有转换和输出 STL 格式文件的功能。
3 ）三维模型的切片处理。
根据被加工模型的特征选择合适的加工方向，在成型高度方向上用一系列一定间隔的平面切割近似后的模型，以便提取截面的轮廓信息。
间隔一般取0.05mm~0.5mm，常用 0.1mm 。
间隔越小，成型精度越高，但成型时间也越长，效率就越低，反之则精度低，但效率高。
快速成型技术
6、BPM
它用一个压电喷射(头)系统来沉积熔化了的热塑性 塑料的微小颗粒(如图)。BPM的喷头安装在一个5轴的 运动机构上，对于零件中悬臂部分，可以不加支撑。 而“不联通”的部分还要加支撑。
LOM工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等。片材 表面事先涂覆上一层热熔胶。加工时，热压辊热压片 材，使之与下面已成形的工件粘接；用CO2激光器在刚 粘接的新层上切割出零件截面轮廓和工件外框，并在 截面轮廓与外框之间多余的区域内切割出上下对齐的 网格；激光切割完成后，工作台带动已成形的工件下 降，与带状片材(料带)分离；供料机构转动收料轴和供 料轴，带动料带移动，使新层移到加工区域；工作台 上升到加工平面；热压辊热压，工件的层数增加一层， 高度增加一个料厚；再在新层上切割截面轮廓。如此 反复直至零件的所有截面粘接、切割完，得到分层制 造的实体零件。
液槽中盛满液态光固化树脂，激光束在偏转镜作用 下, 能在液态表面上扫描, 扫描的轨迹及光线的有无均 由计算机控制, 光点打到的地方, 液体就固化。成型开 始时，工作平台在液面下一个确定的深度，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，未被照射的地方仍是液态树脂。 然后升降台带动平台下降一层高度，已成型的层面上 又布满一层树脂，刮平器将粘度较大的树脂液面刮平， 然后再进行下二层的扫描，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, 得到一 个三维实体模型。
• 快速原型制造技术就是在这样的社会背景下产生的。八 十年代后期，RP技术在美国首先产生并商品化。从那时 起，RP技术一直以离散堆积原理为基础和特征。简单的 说，将零件的电子模型（如CAD模型）方式离散，成为 可加工的离散面、离散线和离散点，而后采用多种手段， 将这些离散的面、线段和点堆积形成零件的整体形状。 由于工艺过程无需专用工具，工艺规划步骤简单，总的 来说，制造速度比传统方法快的多。也有人因该技术高 度的柔性而称之为“自由成形制造”。
快速成型技术在模具制造中的应用与发展前景
快速成型技术在模具制造中的应用与发展前景快速成型技术（Rapid Prototyping，简称RP），又称增材制造技术（Additive Manufacturing，简称AM），是一种通过逐层逐点添加材料的方式，直接将三维数字模型转换为实体模型的制造技术。
它通过数控技术、计算机模型和数字化工艺的应用，极大地缩短了传统制造过程中从设计到加工的时间，提高了制造效率和产品质量，并在模具制造领域得到广泛应用。
快速成型技术在模具制造中的应用主要体现在以下几个方面：1. 制造复杂结构的模具：传统的模具制造往往需要多次加工和组装，制约了模具的结构复杂度和精度，而快速成型技术可以直接将复杂的三维数字模型转化为实体模型，使得制造复杂结构的模具变得更加容易。
例如，快速成型技术可以实现内部空腔、内螺纹结构等复杂形状的模具制造，大大提高了模具的功能性和应用领域。
2. 减少制造周期：快速成型技术可以大大缩短模具的设计和制造周期。
传统的模具制造需要经过设计、加工、组装等多个环节，而且每个环节都可能出现问题导致延误。
而快速成型技术可以直接将数字模型转化为实体模型，减少了多个环节的中间过程，加快了模具的制造速度。
尤其是在产品开发的初期阶段，这种快速制造模具的能力非常重要，可以提高产品研发的效率和竞争力。
3. 优化模具结构和性能：快速成型技术可以通过不断试验迅速调整模具的设计和结构，提高模具的性能和质量。
在传统的模具制造中，往往需要经过多次试验和修改才能最终确定模具的结构和参数。
而快速成型技术可以通过快速制造并测试多个不同设计的模具样品，迅速找到最优设计方案，减少了试错的成本和周期，提高了模具的效率和性能。
4. 减少模具制造成本：快速成型技术不仅可以缩短制造周期，还可以降低模具制造的成本。
传统的模具制造方式往往需要大量的人工和设备投入，制造周期长，成本高。
而快速成型技术可以通过直接从数字模型中生成模具，减少了多个加工环节和设备的投入，降低了制造成本。
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
第3.5节-快速成型制造技术
叠层制造的基本原理
3.5 快速原型制造技术
表面或 立体模型 生成STL文 件格式 制作原型 的过程： 固化树脂 切割薄片 烧结粉末 材料熔覆 材料喷洒
去除支架
构建支撑( 需要时)
清理表面
固化处理
将模型 分层切片( 需要时)
制成的零件原型
快速原型的加工过程
3.5 快速原型制造技术
快速成型的一般工艺过程原理如下： 1.三维模型的构造。 在 三 维 CAD 设 计 软 件 （ 如 Pro/E 、 UG 、 SolidWorks、SolidEdge等）中获得描述 该零件的CAD文件。
3.5 快速原型制造技术
由于分层，破坏了切片方向CAD模型 表面的连续性,不可避免地丢失了模型的 一些信息,导致零件尺寸及形状误差的产 生。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。
3.5 快速原型制造技术
分层后所得到的模型轮廓是近似的, 而层层之间的轮廓信息已经丢失,层厚大, 丢失的信息多,导致在成型过程中产生了 型面误差。为提高零件精度,应该考虑更 小的切片层厚度。
3.5 快速原型制造技术
三 快速原型技术的应用领域 1）设计验证 2）功能验证 3）可制造性、可装配性检验 4）非功能性样品制作 5）快速制模技术
3.5 快速原型制造技术
四 成形材料 成形材料是快速原型技术发展的关 键。它影响原型的成形速度、精度和物 理、化学性能，直接影响到原型件的应 用范围和成形工艺设备的选择。新的快 速原型工艺的出现往往与新材料的应用 有关。
3.5 快速原型制造技术
2.三维模型的离散处理。 通过专用的分层程序将三维实体模 型分层（图3-2b），通过一簇平行平面 沿制作方向与CAD模型相截,所得到的截 面交线就是薄层的轮廓信息,而实体信息 是通过一些判别准则来获取的。
基于快速成形技术的快速模具制造技术(doc 10页)
基于快速成形技术的快速模具制造技术(doc 10页)2.用快速成形件作母模，复制软模具(Soft tooling)用快速成形件作母模，可浇注蜡、硅橡胶、环氧树脂、聚氨脂等软材料，构成软模具，或先浇注硅橡胶、环氧树脂模(即蜡模的压型)，再浇注蜡模。
其中，蜡模可用于熔模铸造，而硅橡胶模、环氧树脂模等可用作试制用注塑模或低熔点合金铸造模。
3.用快速成形件作母模，复制硬模具(Iron tooling)用快速成形件作母模，或据其复制的软模具，可浇注(或涂覆)石膏、陶瓷、金属基合成材料、金属，构成硬模具(如各种铸造模、注塑模、蜡模的压型、拉伸模)，从而批量生产塑料件或金属件。
这种模具有良好的机械加工性能，可进行局部切削加工，以便获得更高的精度，或镶入嵌块、冷却系统、浇注系统等。
用金属基合成材料浇注成的蜡模的压型，其模具寿命可达1000～1 0000件。
4. 用快速成形系统制作电脉冲机床用电极用快速成型件作母体，通过喷镀或涂覆金属、粉末冶金、精密铸造、浇注石墨粉或特殊研磨，可制作金属电极或石墨电极。
三、基于RP的快速模具制造的应用1. 利用硅橡胶模(Silicon Rubber Mold)制作佛头、线圈硅橡胶有很好的弹性和复制性能，用它来复制模具可不考虑拔模斜度，基本不会影响尺寸精度，而且这种材料有很好的切割性能，用薄片就可容易地将其切开且切面间非常贴合，因此用它来复制模具时可以先不分上下模，整体浇注出软模后，再沿预定的分模面将其切开，取出母模，即可得到上下两个软模。
(1)试验用设备和材料所用的设备：Stratasys的Titan快速成形机、HVC-1真空注型机和恒温箱。
所用的材料：日产KE-1310ST透明硅橡胶、日产CAT-1310固化剂(浇注时，KE-1310ST与CAT-1310以100：10混合)和PX215真空注型硬制聚氨脂树脂(异氰酸脂，多元醇1∶1混合)。
(2)制模工艺路线使用 UG、PRO-E、Solid Edge 等软件进行三维实体造型，以STL 文件格式保存；将文件输入快速成形机作出制件原型，处理后作为硅橡胶母模；组合模框后将硅橡胶和固化剂的混合物浇注于框中，通过真空脱泡、固化后剖切取出母样即得硅胶模；最后在真空注型机中浇注塑料样件。
快速成形制造技术
一、快速成形的基本原理
快速成形是一种基于离散/堆积成形思想的新型成
形技术，是将计算机设计产生的实体模型，由层层
堆积的方式，以快速、自动化的流程制作出来。
所有PR制造的本质：模型离散与层片制作步骤
1、通过三维CAD软件建立物理实体的三维CAD数字模 型； 2、按照一定的准则将该模型离散为一系列有序的单元， 通常在Z向将其按一定的厚度 进行离散，使原来的三维实体模型 离散为一系列的层片模型； 3、根据每个层片的轮廓信息，加入 加工参数，生成NC代码； 4、由快速成形机制造出一系列层片 并将它们连接起来，得到一个三维 物体。
(四)、快速成形技术的应用
1、新产品开发过程中的设计验证与功能验证
PR技术可快速地将产品设计模型转换成实物或零件， 这样可方便地验证设计人员的设计思想和产品结构的合 理性、可装配性、美观性，发现设计问题可及时修改。 2、可制造性、可装配性检验和供货询价、市场宣传 对有限空间的复杂系统，如汽车、卫星、导弹的可 制造性和可装配性用PR方法进行检验和设计，将大大降 低此类系统的设计制造难度，对于难以确定的复杂零件， 可以用PR技术进行试生产以确定最佳的合理的工艺。此 外，PR原型还是产品从设计到商品化各个环节中进行交 流的有效手段。比如为客户提供产品样件，进行市场宣 传等。
紫外激光 器 成形零件 光敏树脂 刮平 器 液面 升降台 Z
立体印刷的工 艺原理
（2）叠层实体制造LOM(Laminated Object Manufacturing) 通过CO2 激光切割很薄的纸、塑 料薄膜、金属薄带等逐层叠加堆积成形。
成形过程：根据CAD模型各层 切片的平面几何信息驱动激光 头，对涂覆有热敏胶的纤维纸 （厚度0.1mm或0.2mm）进行 分层实体切割；随后工作台下 降一定高度，送进机构又将新 的一层材料铺上并用热压滚筒 压，使其紧粘在已经成形的基 体上，激光头再次进行切割运 动切除第二层平面轮廓；如此 重复直至整个三维零件制作完 成。
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快速成形技术的快速模具制造技术(doc 6)
基于快速成形技术的快速模具制造技术
一、引言
近10年来，制造业市场环境发生了巨大的变化，迅速将产品推向市场已成为制造商把握市场先机的重要保障。
因此，产品的快速开发技术将成为赢得21世纪制造业市场的关键
快速成形技术(以下简称RP)是一种集计算机辅助设计、精密机械、数控激光技术和材料学为一体的新兴技术，它采用离散堆积原理，将所设计物体的CAD模型转化成实物样件。
由于RP技术采用将三维形体转化为二维平面分层制造的原理，对物体构成复杂性不敏感，因此物体越复杂越能体现它的优越性。
以RP为技术支撑的快速模具制造RT(Rapid Tooling)也正是为了缩短新产品开发周期，早日向市场推出适销对路的、按客户意图定制的多品种、小批量产品而发展起来的新型制造技术。
由于产品开发与制造技术的进步，以及不断追求新颖、奇特、多变的市场消费导向，使得产品(尤其是消费品)的寿命周期越来越短已成为不争的事实。
例如，汽车、家电、计算机等产品，采用快速模具制造技术制模，制作周期为传统模具制造的1/3～1/10，生产成本仅为1/3～1/5。
所以，工业发达国家已将RP/RT作为缩短产品开发时间及模具制作周期的重要研究课题和制造业核心技术之一，我国也已开始了快速制造业的研究与开发应用工作。
二、基于RPM的快速模具制造方法
模具是制造业必不可少的手段，其中用得最多的有铸模、注塑模、冲压模和锻模等。
传统制作模具的方法是：对木材或金属毛坯进行车、铣、刨、钻、磨、电蚀等加工，得到所需模具的形状和尺寸。
这种方法既费时又费钱，特别是汽车、摩托车和家电所需的一些大型模具，往往造价数十万元以上，制作周期长达数月甚至一年。
而基于RPM技术的RT直接或间接制作模具，使模具的制造时间大大缩短而成本却大大降低。
1. 用快速成形机直接制作模具
由于一些快速成形机制作的工件有较好的机械强度和稳定性，因此快速成形件可直接用作模具。
例如，Stratasys公司TITAN快速成形机的PPSF制件坚如硬木，可承受30 0℃高温，经表面处理(如喷涂清漆，高分子材料或金属)后可用作砂型铸造木模、低熔点合金铸造模、试制用注塑模以及熔模铸造的压型。
当用作砂形铸造的木模时，它可用来重复制作50～100件砂型。
作为蜡模的成型模时，它可用来重复注射100件以上的蜡模。
用FDM快速成形机的ABS工件能选择性地融合包裹热塑性粘结剂的金属粉，构成模具的半成品，烧结金属粉并在孔隙渗入第二种金属（铝）从而制作成金属模。
↓
FDM快速成型制作母件
↓
制作模框
↓
浇注硅胶和固化剂的混合物
↓
固化
↓
分模
↓
树脂浇注
图1 制模工艺路线
(3)制作硅胶模具时的注意事项
对加成型硅橡胶而言，不要在室温下固化，而以40℃～60℃加温固化；分模面的选取一定要注意将外观面朝下，在内观面的合适位置上放置胶棒；如果零件有倒钩，可以在硅胶模上作45°切口，但注意不要割断；在一些树脂不易流满的死角处，一定要做气孔；对不容易进行分模的原型件，可以喷少许离型剂。
此外，对形状复杂(倒钩、斜面很多)，两半模无法满足脱模条件的情况，开模时可以将硅橡胶模具剖开成数块来处理。
但要注意，在浇注塑料件的时候合模应精确，否则会因模具的错位或合模不紧而影响浇注品的精度。
(4)应用图例
图2和图3分别是我们制作的佛头和线圈模具的照片。
此主题相关图片如下：
图2 佛头模具
此主题相关图片如下：
图3 线圈模具
2. 利用电极(electroforming)快速制造精铸摆杆
注射模等多种模具的型腔常常用电脉冲加工机床(EDM)制作。
它是利用导电材料(金属)在液体介质中放电时的电腐蚀现象来对金属材料(型腔)进行加工的，原理如4所示。
此主题相关图片如下：
图4 电脉冲加工原理图
(1)精铸摆杆制作工艺流程
如图5所示，在此摆杆制作工艺中，电极的制作是关键。
我们首先用快速成形机制作出母件，在其表面进行金属喷镀构成铜电极壳体，然后取出电极壳体，在电极壳体的背面注射环氧树脂，用电极固定座与电极壳体连接构成铜电极。
这样，精铸摆杆电
极就制作完成了。
FDM快速成型机制作母件
↓
利用喷镀法由母件制作上、下形状电极
↓
通过电蚀加工出摆杆上、下模腔
↓
制作蜡模
↓
利用蜡模进行铸造
图5 摆杆制作工艺流程
(2)注意事项
1)这种方法由于通过电极的电流较大会产生大量的热，如果散热不够好，镀层和母体易分离，导致电极镀层畸变、破裂，加剧损耗。
为此，可在电极中设置相应的冷却道，或在*近镀层处放入金属嵌块来改善导热。
2)在电脉冲加工过程中，电极与被加工表面之间的间隙应适中。
过大，极间电压不能击穿极间介质，从而不能产生火花放电，过小，容易短路。
3)加工工件必须放在较高绝缘强度的液体介质中进行。
通常采用泵和过滤器使工作液循环过滤。
4)精加工电极表面应尽可能光洁，以便减少模腔表面的后处理工作量。
(3)应用图例
如图6所示，从左向右依次为快速原型件、上半形状电极及模具、下半形状电
极及模具、蜡模。
此主题相关图片如下：
图6 剪毛机摆杆
四、结束语
从上面的论述中可以看出，快速成型技术及以其为基础的快速制模技术在企业新产品开发中起着重要作用。
它可以极大缩短新产品的开发周期，降低开发阶段的成本，避免开发风险。
在21世纪，新产品的快速开发成为企业生存与发展命脉时，该项技术必将得
到广泛应用与发展。