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1、快速成型技术及在模具制造中的应用,1.快速成型技术的概述 2.快速成型技术的特点 3.快速成型技术的发展现状 4.快速成型技术的基本原理 5.快速成型技术的应用,1.快速成型技术的概述,快速成型(Rapid Prototyping简称RP)技术是20世纪80年代中期发展起来的一种全新先进制造技术。它是在计算机技术、数控技术、激光技术和新材料的基础上发展起来的。与传统制造方法不同，RP是从零件的CAD几何模型出发，通过软件分层离散和数控成型系统，用激光束或其他方法将材料堆积而形成实体零件。由于它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件，
2、极大地提高了生产效率和制造柔性。由于RP技术在制造产品过程中不会产生废弃物而造成环境污染，所以也是一种绿色制造技术。,2.快速成型技术的特点,(1)快速性 加工周期短，一般只需几个小时至几十个小时。 (2)设计制造一体化 实现CAD、CAM、CAPP很好的结合。 (3)自由成形制造 不受专用工具和零件形状复杂程度的限制。,(4)高度柔性 仅需改变CAD模型，重新调整和设置参数。 (5)材料的广泛性 金属材料、陶瓷材料、树脂类、塑料类、纸类、石蜡类、复合材料等。 (6)技术的高度集成 计算机、数控、激光、材料和机械的综合集成。,3.快速成型技术的发展现状,（1）国外 RP制造的主流工艺有：美国3
3、DSYSTEM的立体光刻(SLA)，美国Helisys的分层实体制造(LOM)，德国ESO的选择性激光烧结(SLS)，美国Stratasys的熔融堆积成形(FDM)，美国MITZ的三维打印(3-DP)。其中对RP发展具有里程碑意义的3D SYSTEM公司，已由最初的SLAl发展到最新SLA-5000System、SLA-7000System，ViperTM Pro SLA system，目前SLA的精度可以达到25m。,（2）国内 我国在RP技术开展工作的单位有清华大学、西安交通大学、华中理工大学和北京隆源自动成形系统有限公司。这些单位早期在开发系统设备方面各有侧重。清华大学以FDM和LOM为
4、主，西安交通大学则是SLA，华中理工大学主要为LOM，北京隆源自动成形系统有限公司为SLS。,图1 世界各国拥有快速成型机得比例,图2 快速成型技术的应用领域的分布,4.快速成型技术的基本原理,RP技术是采用离散堆积成型的原理，由CAD模型直接驱动的通过叠加成型方法快速制造任意复杂形状三维实体的技术总称。其过程是：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)，根据工艺要求将其按一定厚度进行分层把三维电子模型变成二维平面信息(截面信息)，在微机控制下，数控系统以平面加工的方式有序地连续加工出每个薄层并使它们自动粘接成型图3为RP技术的基本原理。,图3 快速成型基本原
5、理,5.快速成型技术的应用,设计验证 功能验证 可制造性、可装配性检验 非功能性样品制作 快速制模技术,快速制模(Rapid ToolingRT）是快速成型技术的重要应用方向之一。目前，采用快速成形制造技术的快速模具制造主要用于制造铸造模具和塑料模具。制模方法可分为间接制模和直接制模两种方式。,分类：,1.SLS法,激光粉束烧结法（SLS）的工艺大致为：先在基底上铺上一层粉末，压辊压实后，用激光有选择地烧结一个层面。然后新的一层粉末通过铺粉装置铺在上面，进行下一层烧结。反复进行逐层烧结和层间烧结，最终将未被烧结的支撑部分去除就得到与CAD形体相对应的三维实体。,目前主要有两种SLS工艺：一种是
6、DTM公司采用聚合物包覆金属粉末的Rapid Tool工艺；一种是EOS公司的在基体金属中混入低熔点金属的Direct Tool工艺。,Rapid Tool工艺采用激光烧结包覆有粘结剂的钢粉，由计算机控制激光束的扫描路径，加热融化后的粘结剂将金属粉末粘结在一起(非冶金结合)，生成约有45孔隙率的零件，干燥脱湿后，放入高温炉膛内进行烧结、渗铜，生成表面密实的零件，此时零件中的材料成分为65的钢和35的铜。,Direct Tool工艺通过烧结过程使低熔点金属向基体金属粉末中渗透来增大粉末间隙，产生尺寸膨胀来抵消烧结收缩，使最终的收缩率几乎为零。,2.SLA法,三维光刻工艺（SLA）的工作原理：如图4所示，液槽中为液态光固化树脂，激光束在计算机的控制下扫描液态表面，并使液体固化成型。工作开始时，可升降工作台在液体下面的某一深度，它的基本原理是采用紫外线沿规定的路径照射液态光敏树脂，并使之固化成型。当激光将该层液体扫描完后，升降工作台下降某一高度，成型的层面上面充满了液体，刮刀将液体刮平，然后重复上面的步骤，新固化的当前层牢固地粘接在上一层表面上，如此重复，直到整个零件制造完毕，得到一个三维物理模型。,图4 SLA法的工艺原理,
