快速成型加工讲解

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1、快速原形制造,1,贾宝贤,5687026,Rapid Prototyping Manufacturing RPM,课程内容大纲,2,1绪论 2电火花加工 3电火花线切割加工 4电化学加工 5超声波加工 6磨料与水喷射加工 7激光加工 8快速原型制造 9电子束、离子束加工 10化学、等离子体、磁性磨料加工、挤压珩磨,8.3快速成型技术,3,一、快速成型技术概述 1历史、2原理、3种类、4优势 二、快速成型技术设备 三、快速成型技术应用,一、快速成型技术概述,4,1历史 2原理 3种类 4优势,1.快速原形制造历史,5,小批量、多品种产品需求不断增加，产品更新速度不断加快，对快速原形制造技术提出了

2、需求；各项科学技术的发展为快速原形制造技术提供了可能。 第一台商业化的快速原形机，1987年11月，由美国3DSystem公司推出。 我国的第一台快速成形机“M220多功能试验平台”于1993年诞生于清华大学。 总之，RPM是20世纪80年代发展起来的，它综合了机械工程、CAD、数控技术、激光技术及材料科学技术，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，从而大大缩短产品的研制周期。因而，被认为是近20来制造领域的一个重大突破。,2.快速原形制造原理,6,快速成形制造是指在计算机的控制下，根据零件的CAD模型或CT(Computed Tomography 计算

3、机断层扫描)等数据，通过材料的精确堆积，制造原形或零件的一种基于离散、堆积成形原理的新的数字化成形技术。其主要过程可以描述如下：,快速成形的全过程,7,1. 前处理 计算机上 它包括工件的三维模型的构造、三维模型的近似处 理、模型成形方向的选择和三维模型的切片处理。软件：pro/E、Solidworks、UG、CATIA、AutoCAD等。 2. 分层叠加成形-成型机上 它是快速成形的核心，包括模型截面轮廓的制作与截面轮廓的叠合。 3. 后处理-成型机外 它包括工件的剥离、后固化、修补、打磨、抛光和 表面强化处理等。,对STL文件进行处理,CAD三维造型,CAD造型软件,前处理,监控软件,制造

4、原型,后处理,数据处理工艺规划软件,原型制造流程图,用Pro/E设计的零件模型,STL面片化的零件模型,3.快速原形制造主要种类,9,快速成形技术自诞生以来，已经发展了数十种工艺。其中典型的有 SLAStereolithography Apparatus 立体光刻 LOMLaminated Object Manufacturing 分层实体制造 SLSSelective Laser Sintering 选择性激光烧结 FDMFused Deposition Modeling 熔融沉积制造 3DPThree Dimension Printing 三维打印 现代制造技术(4)快速原型.ppt 快速

5、成形制造技术.ppt,1、SLA立体光刻,10,立体光刻(SLAStereo Lithography Apparatus), 又称立体印刷,光成形。,SLA工艺于1984年获美国专利,1988年美国推出的商品化样机SLA-1，是世界上第一台快速原型技术成形机。目前,SLA各型成形机占据着RPM设备市场的较大份额。,SLA 光敏液相固化法.flv,1）SLA立体光刻-原理,11,基于液态光敏树脂的光聚合原理。将激光聚集到液态光固化材料(如光固化树脂)表面逐点扫描,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,进行第二层扫描,再建造一个层

6、面,第二层就牢固地粘贴到第一层上,由此层层迭加成为一个三维实体。,1）SLA立体光刻-特点,12,SLA方法是目前快速成形技术中研究得最多的方法，也是技术上最为成熟的方法。 优点:制作精度高，精度达到0.10mm，并且与工件的复杂程度无关。成型能力强，对细小的结构、扣位、装饰线均能成型。后处理效果逼真，因为光敏树脂硬度不高，易打磨、修饰，并且制件本身的表面光洁度较好，产品透明美观。 缺点:但这种方法也有自身的局限性,比如需要支撑、树脂收缩导致精度下降、材料的强度低、不耐温，不适合做受力、受热的功能测试零件。光固化树脂价格昂贵，有一定的毒性；且产品不能溶解，不利于环保 。,1）SLA立体光刻-样

7、件,13,光树脂原型 鼠标外壳激,照相机激光树脂原型,2）LOM分层实体制造,14,分层实体制造(LOM) (Laminated Object Manufacturing)又称 固体切片制造(SSM) (Solid Slicing Manufacturing),LOM工艺由美国亥里斯公司于1986年研制成功.实现这种方法的代表是该公司的LOM-1050和LOM-2030成形机。,LOM 分层实体制造.avi,2）LOM分层实体制造-原理,15,采用激光对箔材进行切割。先切割出工艺边框和原型的边缘轮廓，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

8、前的层片粘接在一起，这样层层迭加后得到一个块状物，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。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。,分层实体制造技术（1）,分层实体制造技术（2）,2）LOM分层实体制造-特点,18, 由于LOM工艺只须在片材上切割出零件截面的轮廓,而不用扫描整个截面,因此工艺简单,成型速度快,易于制造大型零件； 工艺过程中不存在材料相变,因此不易引起翘曲变形,零件的精度较高,激光切割为0.1mm,刀具切割为0.15mm， 控制激光的光强和切割速度，可保证良好的切口质量和切割深度； 工件外框与截面轮廓之间的多余材料在

9、加工中起到了支撑作用,所以LOM工艺无需加支撑； 材料广泛,成本低,用纸制原料还有利于环保； 力学性能差,只适合做外形检查。,2）LOM分层实体制造-样件,19,3）SLS选择性激光烧结,20,选择性激光烧结 (SLS)(Selective Laser Sintering），又称 激光熔结（LF) (Laser Fusion）。,该工艺由美国德克萨斯大学奥斯汀分校于1989年研制成功，已被美国DTM公司商品化，推出SLS Model125成形机。德国EOS公司和我国的北京隆源自动成形系统有限公司也分别推出了各自的SLS工艺成形机。,SLS 选区激光烧结法.flv,3）SLS选择性激光烧结原理,

10、21,选择性粉末熔结粘接是利用粉末状材料成形的。先在工作台上铺上一层有很好密实度和平整度的粉末，用高强度的CO2激光器在上面扫描出零件截面，有选择地将粉末熔化或粘接，形成一个层面，利用滚子铺粉压实，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。成型后，将多余粉末去除。,3）SLS选择性激光烧结特点,22,1. 材料适应面广,不仅能制造塑料零件,还能制造陶瓷、蜡等材料的零件。特别是可以制造出能直接使用的金属零件。这使SLS工艺颇具吸引力。 2. SLS工艺不需加支撑,因为没有烧结的粉末起到了支撑的作用。 3. 精度不高。平均精度为0.15-0.2mm,表面粗糙度不好,

11、不宜做薄壁件。,激光粉末烧结技术(1),激光粉末烧结技术(2),激光粉末烧结技术(3),激光粉末烧结技术(4),激光粉末烧结技术(5),4）FDM熔融沉积制造,29,熔融沉积成形 (FDM) (Fused Deposition Modeling) 又称熔融挤压成形 (MEM)(Melted Extrusion Modeling),熔融沉积成形工艺于1988年研制成功,后由美国推出商品化3D Modeler1000和FDM1600等规格的系列产品。最新产品是制造大型ABS原型的FDM800Quantum等型号的产品。,FDM 熔融挤压成形.flv,4）FDM熔融沉积制造原理,30,将热熔性材料（

12、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)。,4）FDM熔融沉积制造特点,31,1.FDM工艺不用激光器件,因此使用、维护简单,成本 较低。 2.精度可达0.12mm,适合 做薄壁件。 3.污染小,材料可以回收。,用蜡成形的零件原型，可直接用于失蜡铸造。用ABS制造的原型因具有较高强度而在产品设计、测试与评估等方面得到广泛应用。由于熔融材料堆积成形工艺具有一些显著优点，该类工艺发展极为

13、迅速。,5）3DP三维打印歧义,32,三维印刷，有三种含义： 1.在平面上印刷出有三维视觉效果的图像，如三维立体画、红蓝立体画等； 2.将画面印刷在三维实体上； 3.制造出三维实体三维打印。 ,3DP 喷涂粘结成型 高清0：08-3：28.mp4,5）3DP三维打印原理,33,三维喷涂粘结快速成型工艺是由美国麻省理工学院开发成功的，它的工作过程类似于喷墨打印机，其工艺原理如右图所示。首先铺粉或铺基底薄层（如纸张），利用喷嘴按指定路径将液态粘结剂喷在预先铺好的粉层或薄层上特定区域，,逐层粘结后去除多余底料便得到所需形状制件。也可以直接逐层喷涂陶瓷或其他材料粉浆，硬化后得到所需形状的制件。下图给出

14、的是采用该工艺制作的结构陶瓷制品和注射模具。,5）3DP三维打印特点,34,（1）速度快 速度快是3DP的最大优点。因为不需要特殊的刀具、夹具、模型和模具，只要有了零件的CAD模型就可以直接制造零件，因此可以快速地制造零件。有资料介绍从计算机模型到零件生产只要15min。 （2）适于制造复杂形状的零件 3DP技术和其他快速原型技术一样，对零件的复杂性几乎没有限制，只要能提供合适的CAD模型，就可以制造出相应的零件。 （3）可用于制造复合材料或非均质材料的零件 3DP技术在制造零件过程中可以改变材料，因此可以生产各种不同材料、颜色、机械性能、热性能组合的零件。 （4）可适合于制造小批量零件,5）

15、3DP三维打印样件,35,5）3DP三维打印样件,36,快速原形制造各种工艺对比,37,4.快速原形制造的优势,38,1高速度高柔性 2. 技术高度集成和设计制造一体化 3制造的自由性,五、快速原形制造最新应用,39,1.快速原形制造最早应用于机械零件或产品整体的设计效果的直观物理效果实现。因为只是用来审查最终产品的造型、结构和装配关系等目的，因此，造型树料要求较低。 2.制造用于造型的模型如陶瓷型精铸模、熔模铸造模、冷喷模和电铸模等。 3.最终产品，如采用金属粉直接成形机械零件和压力加工模具等。,快速成形技术的应用领域,40,产品快速设计/制造 设计：新产品的设计与开发 制造：快速工/模具制

16、造、快速铸造 分析：试验分析模型 生物制造： 生物医学和组织工程 工艺品：与美学有关的各工程领域,快速成型技术的主要应用状况,41,汽车、摩托车 : 外形及内饰件的设计、改型、装配试验，发动机、汽缸头试制。 家电 : 各种家电产品的外形与结构设计，装配试验与功能验证，市场宣传，模具制造。 通讯产品 : 产品外形与结构设计，装配试验，功能验证，模具制造。 航空、航天 : 特殊零件的直接制造，叶轮、涡轮、叶片的试制，发动机的试制、装配试验。 轻工业 : 各种产品的设计、验证、装配，市场宣传，玩具、鞋类模具的快速制造。 医疗 : 医疗器械的设计、试产、试用， CT 扫描信息的实物化，手术模拟，人体骨关节的配制。 国防 : 各种武器零部件的设计、装配、试制，特殊零件的直接制作，遥感信息的模型制作。,生物制造的主要应用,42,制作生物体模型 生物假体制造 生物相容不降解永久植入体制造 生物