第5章快速成型及快速制模

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1、第第5章章 快速成形与快速制模快速成形与快速制模 第第5章章 快速成形与快速制模快速成形与快速制模 5.1 快速成形原理及应用快速成形原理及应用 5.2 快速制模技术及应用快速制模技术及应用 第第5章章 快速成形与快速制模快速成形与快速制模 5.1 快速成形原理及应用快速成形原理及应用 5.1.1 快速成形技术的原理与特点快速成形技术的原理与特点 5.1.2 快速成形技术的典型方法快速成形技术的典型方法 5.1.3 各种快速成形技术比较各种快速成形技术比较 5.1.4 快速成形技术问题及发展快速成形技术问题及发展 5.1.5 快速成形新技术快速成形新技术 返回目录返回目录 返回目录返回目录 第

2、第5章章 快速成形与快速制模快速成形与快速制模 5.1.1 快速成形技术的原理与特点快速成形技术的原理与特点 基本原理基本原理 在成形概念上，以材料添加法为基本思想，目在成形概念上，以材料添加法为基本思想，目 标是将计算机三维标是将计算机三维CAD模型快速地（相对机模型快速地（相对机 加工而言）转变为由具体物质构成的三维实体加工而言）转变为由具体物质构成的三维实体 原型。原型。 其过程可分为其过程可分为离散离散和和堆积堆积两个阶段。两个阶段。 第第5章章 快速成形与快速制模快速成形与快速制模 离散和堆积离散和堆积 离散离散 在在CAD造型系统中获得一个三维造型系统中获得一个三维CAD模型，或模

3、型，或 通过测量仪器测取实体的形状尺寸，转化为通过测量仪器测取实体的形状尺寸，转化为 CAD模型，再对模型数据进行处理，沿某一方模型，再对模型数据进行处理，沿某一方 向进行平面“分层”向进行平面“分层”离散离散化。化。 堆积堆积 通过专用的通过专用的CAM系统（成形机）对胚料分层成系统（成形机）对胚料分层成 形加工，并形加工，并堆积堆积成原型成原型 。 第第5章章 快速成形与快速制模快速成形与快速制模 第第5章章 快速成形与快速制模快速成形与快速制模 传统制造方法传统制造方法 材料去除法材料去除法 以成形过程中材料减少为特以成形过程中材料减少为特 征，通过各种方法将零件毛征，通过各种方法将零件

4、毛 坯上多余材料去除，如切削坯上多余材料去除，如切削 加工、电加工等。加工、电加工等。 材料转移法材料转移法 材料的质量在成形过程中基材料的质量在成形过程中基 本保持不变，如采用各种压本保持不变，如采用各种压 力成形方法以及各种铸造方力成形方法以及各种铸造方 法的零件成形，它在成形过法的零件成形，它在成形过 程中主要是材料的转移和毛程中主要是材料的转移和毛 坯形状的改变。坯形状的改变。 第第5章章 快速成形与快速制模快速成形与快速制模 快速成形技术（快速成形技术（Rapid Prototyping ，RP）成）成 功地解决了功地解决了CAD中三维造型“看得见，摸不中三维造型“看得见，摸不 着”

5、的问题。着”的问题。 最大的特点：能以最快的速度将设计思想转变最大的特点：能以最快的速度将设计思想转变 为具有一定结构功能的产品原型或直接制造零为具有一定结构功能的产品原型或直接制造零 件，使设计模型从“看得见”（显示器）到件，使设计模型从“看得见”（显示器）到 “摸得着”（实物）。“摸得着”（实物）。 开辟了不用任何刀具而迅速制作各类零件的开辟了不用任何刀具而迅速制作各类零件的 途径，并为用常规方法不能或难于制造的零途径，并为用常规方法不能或难于制造的零 件或模型提供了一种新型的制造手段。件或模型提供了一种新型的制造手段。 第第5章章 快速成形与快速制模快速成形与快速制模 由于由于RP技术的

6、灵活性和快捷性，技术的灵活性和快捷性， 它在航天航空、汽车外形设计、它在航天航空、汽车外形设计、 轻工产品设计、人体器官制造、轻工产品设计、人体器官制造、 建筑美工设计、模具设计制造建筑美工设计、模具设计制造 等技术领域已展现出良好的应等技术领域已展现出良好的应 用前景。用前景。 第第5章章 快速成形与快速制模快速成形与快速制模 应用特点应用特点 （1） 由于快速成形技术由于快速成形技术 采用将三维形体转采用将三维形体转 化为二维平面分层化为二维平面分层 制造机理制造机理，对工件对工件 的几何构成复杂性的几何构成复杂性 不敏感不敏感，因而能制因而能制 造任意复杂的零件造任意复杂的零件， 充分体

7、现设计细节充分体现设计细节。 并能直接制造复合并能直接制造复合 材料零件材料零件。 第第5章章 快速成形与快速制模快速成形与快速制模 应用特点应用特点（2） 快速制造模具快速制造模具 能借助电铸能借助电铸、电弧喷涂等技术电弧喷涂等技术，由塑料由塑料 件制造金属模具；件制造金属模具； 将快速制作的原型当作消失模将快速制作的原型当作消失模（也可通也可通 过原型翻制制造消失的母模过原型翻制制造消失的母模，用于批量用于批量 制作制作消失模消失模），进行精密铸造；进行精密铸造； 快速制作高精度的复杂木模快速制作高精度的复杂木模，进一步浇进一步浇 铸金属件；铸金属件； 通过原型制造石墨电极通过原型制造石墨

8、电极，然后由石墨电然后由石墨电 极加工出模具型腔；极加工出模具型腔； 直接加工出陶瓷型壳进行精密铸造直接加工出陶瓷型壳进行精密铸造。 第第5章章 快速成形与快速制模快速成形与快速制模 应用特点应用特点（3） 在新产品开发中的应用在新产品开发中的应用通过原型通过原型（物理模物理模 型型），设计者可以很快地评估一次设计的可设计者可以很快地评估一次设计的可 行性并充分表达其构思行性并充分表达其构思。 外形设计外形设计 检验设计质量检验设计质量 功能检测功能检测 第第5章章 快速成形与快速制模快速成形与快速制模 应用特点（应用特点（4） 快速成形中的反求工程快速成形中的反求工程 具有广泛的应用。激光具

9、有广泛的应用。激光 三维扫描仪、自动断层三维扫描仪、自动断层 扫描仪等多种测量设备扫描仪等多种测量设备 能迅速高精度地测量物能迅速高精度地测量物 体内外轮廓并将其转化体内外轮廓并将其转化 成成CAD模型数据，进行模型数据，进行 RP加工。加工。 第第5章章 快速成形与快速制模快速成形与快速制模 现有产品的复制现有产品的复制 与改进。先对反与改进。先对反 求而得的求而得的CAD模模 型在计算机中进型在计算机中进 行修改、完善，行修改、完善， 再用成形机快速再用成形机快速 加工出来；加工出来； 第第5章章 快速成形与快速制模快速成形与快速制模 5.1.2 快速成形技术的典型方法快速成形技术的典型方

10、法 光固化立体成形光固化立体成形 叠层制造叠层制造 选择性激光烧结选择性激光烧结 熔丝堆积成形熔丝堆积成形 三维印刷三维印刷 第第5章章 快速成形与快速制模快速成形与快速制模 光固化立体成形光固化立体成形 光固化立体成形是采用立体印刷（光固化立体成形是采用立体印刷（Stereo Lithography Apparatus，SLA）原理的一种工艺。）原理的一种工艺。 第第5章章 快速成形与快速制模快速成形与快速制模 叠层制造叠层制造 叠层制造（叠层制造（Laminated Object Manufacturing，LOM）是通过对）是通过对 原料纸进行层合与激光切割来形成原料纸进行层合与激光切割

11、来形成 零件。零件。 第第5章章 快速成形与快速制模快速成形与快速制模 选择性激光烧结选择性激光烧结 选择性激光烧结选择性激光烧结 （Selected Laser Sintering，SLS）采用）采用 CO2激光器对粉末材料激光器对粉末材料 （塑料粉、陶瓷与黏结（塑料粉、陶瓷与黏结 剂的混合粉、金属与黏剂的混合粉、金属与黏 结剂的混合粉等）进行结剂的混合粉等）进行 选择性烧结。选择性烧结。 第第5章章 快速成形与快速制模快速成形与快速制模 熔丝堆积成形熔丝堆积成形 熔丝堆积成形（熔丝堆积成形（Fused Deposition Modeling，FDM） 工艺是一种不依靠激光作为成形能源，而将

12、各种丝材工艺是一种不依靠激光作为成形能源，而将各种丝材 加热熔化的成形方法。加热熔化的成形方法。 第第5章章 快速成形与快速制模快速成形与快速制模 三维印刷三维印刷 三维印刷与选择性激光烧结不同之处在于它的成形三维印刷与选择性激光烧结不同之处在于它的成形 方法是用黏结剂将粉末材料黏结，而不是用激光对方法是用黏结剂将粉末材料黏结，而不是用激光对 粉末材料进行烧结，在成形过程中没有能量的直接粉末材料进行烧结，在成形过程中没有能量的直接 介入。由于它的工作原理与打印机或绘图仪相似，介入。由于它的工作原理与打印机或绘图仪相似， 所以通常称为三维印刷（所以通常称为三维印刷（Three Dimension

13、al Printing，TDP） 。 第第5章章 快速成形与快速制模快速成形与快速制模 三维打印型快速成形的特点三维打印型快速成形的特点Zprinter310 plus 成形速度最快，平均成形速度为成形速度最快，平均成形速度为25in3/h，是其它工艺的，是其它工艺的5-10倍；倍； 原材料利用率将近原材料利用率将近100%，适用于制作任意形状及结构的零件，适用于制作任意形状及结构的零件， 不需要支撑材料；不需要支撑材料； 运行成本低，每运行成本低，每in3成形件综合成本不超过成形件综合成本不超过11元元(RMB)，是其他快，是其他快 速成形工艺成本的速成形工艺成本的1/41/10； 成形材料

14、可选，有多种不同特性材料可选，有高强度的，有高韧成形材料可选，有多种不同特性材料可选，有高强度的，有高韧 性的，根据客户需要可更换；性的，根据客户需要可更换； 可操作性强，全过程智能化操作，实现加工过程无人看护；可操作性强，全过程智能化操作，实现加工过程无人看护； 工件不需加支撑过程，后处理简单、容易；工件不需加支撑过程，后处理简单、容易； 可实现同时多件加工。可实现同时多件加工。 第第5章章 快速成形与快速制模快速成形与快速制模 三维打印型快速成形技术的功能作用三维打印型快速成形技术的功能作用 外观测试外观测试 装配测试装配测试 功能测试功能测试 快速模具快速模具 第第5章章 快速成形与快速

15、制模快速成形与快速制模 2013年年1月月18日，国务院向“飞机钛合金大型复杂整日，国务院向“飞机钛合金大型复杂整 体构件激光成形技术”颁发国家技术发明奖一等奖。体构件激光成形技术”颁发国家技术发明奖一等奖。 目前，这一技术在我国已经投入工业化制造，使我国目前，这一技术在我国已经投入工业化制造，使我国 成为继美国之后、世界上第二个掌握飞机钛合金结构成为继美国之后、世界上第二个掌握飞机钛合金结构 件激光快速成形及技术的国家。件激光快速成形及技术的国家。 第第5章章 快速成形与快速制模快速成形与快速制模 5.1.3 各种快速成形技术比较各种快速成形技术比较 第第5章章 快速成形与快速制模快速成形与

16、快速制模 5.2 快速制模技术及应用快速制模技术及应用 5.2.1 直接快速模具制造直接快速模具制造 5.2.2 间接快速模具制造间接快速模具制造 5.2.3 传统的快速经济模具制造传统的快速经济模具制造 返回目录返回目录 返回目录返回目录 第第5章章 快速成形与快速制模快速成形与快速制模 5.2.1 直接快速模具制造直接快速模具制造 直接快速模具制造指的是利用不同类型的快直接快速模具制造指的是利用不同类型的快 速成形技术直接制造出模具本身，然后进行速成形技术直接制造出模具本身，然后进行 一些必要的后处理和机加工以获得模具所要一些必要的后处理和机加工以获得模具所要 求的机械性能、尺寸精度和表面粗糙度。求的机械性能、尺寸精度和表面粗糙度。 目前能够直接制造金属模具的快速成形工艺目前能够直接制造金属模具的快速成形工艺 包括选择性激光烧结（包括选择性激光烧结（SLS）、形状沉积制）、形状沉积制 造（造（SDM）和三维焊接（）和三维焊接（3D Welding）等。）等。 第第5章章 快速成形与快速制模快速