先进制造技术课件_1

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1、第一章 概述,一、先进制造技术的内涵,工业设计是艺术与技术、科学与美学的结合。工业设计与制造技术的发展相辅相成。 工业设计依托高水平的制造技术，新技术的涌现促进了设计风格的变化，而工业设计也赋予了技术一种视觉形式，创造了崭新的现代生活方式，并提供了一系列表现现代化确切含义的符号。,二、工业设计与先进制造技术的关系,三、产品开发战略的演变：,60年代: “如何做得更多”。 70年代: “如何做得更便宜”。 80年代：“如何做得更好”。 90年代：“做得更快”。,四 、现代工业产品制造技术的发展趋势,“数” “精” “极” “快” “集” “网” “智” “绿”,数字化 精密化 极端化 快速化 集

2、成化 网络化 智能化 绿色化,“数”：数字化制造,数字化制造是指将数字化技术用于产品的制造过程，通过信息建模和信息处理来改进制造过程，提高制造效率和产品质量，降低制造成本所涉及的一系列活动的总称 。 制造信息的数字化，将实现CADCAPPCAMCAE的一体化，使产品向无图纸制造方向发展。,数字化制造,数字化制造使产品设计制造由部分定量、部分经验、定性化逐步转向全面数字定量化，例如，产品信息的数字化表示、制造过程的建模与仿真、数字样机技术、智能数控技术等。,将数字技术用于制造过程，可大大提高制造过程的柔性和加工过程的集成性，从而提高制造过程的质量和效率。 三维扫描、CAD、CAE、CAM等的集成

3、。,“精”：精密化制造,精密制造技术是指零件毛坯成形后余量小或无余量、零件毛坯加工后精度达亚微米级的生产技术总称。 一般认为：0.1nm-100nm为纳米尺度空间，100nm-1000nm为亚微米体系。,“精”：精密化制造（微纳米级）,20世纪初，超精密加工的误差是10微米，30年代达1微米，50年代达0.1微米，70至80年代达0.01微米，至今达0.001微米，即1纳米。,“极” ：极端化制造,极端制造是指在极端条件下，制造极端尺度或极高功能的器件和功能系统，集中表现在微细制造、超精密制造、巨系统制造等方面。 在几何形体上，极大、极小、极厚、极薄、极平、极柔、极圆、极方以及奇形怪状；在物理

4、性能上，极高硬度、极高塑性、极大弹性、极大脆性、极强磁性、极强辐射性、极强腐蚀性，奇性怪能 。,美国赖斯大学的科学家2005年利用纳米技术制造出了世界上最小汽车。,极端制造（纳米技术）,极端性能 喷墨打印时加热器在十万分之一秒内升温至三百多度，使喷嘴内形成约100大气压。由此从喷嘴中喷出直径为1微米、体积为4微微升（最小墨滴量仅为1.3微微升）的墨滴，速度每秒24000滴 每个喷嘴的直径只有1微米，相当于一根头发的1/70。,“智”：智能化制造,所谓智能制造系统是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。,“智”：智

5、能化制造,智能制造技术的宗旨在于通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动，以实现制造过程的优化。 将智能技术注入先进制造技术和产品，可使之具有智慧，能部分代替人的脑力劳动。,“网”：网络化制造,网络化制造是以覆盖全球的计算机网络为基础，通过数字化、信息化技术的引入，实现制造过程相关资源跨地域、跨行业的互通和共享，促进企业间动态、高效的协作互动，形成众多企业共享信息化资源的新机制，达到降低成本，提高效率，增强竞争力的一种制造模式。,网络化制造特点：,(1) 制造环境内部的网络化，实现制造过程的集成。（制造、装配、检测等的 集成） (2) 制造环境与整个制

6、造企业的网络化，实现制造环境与企业中工程设计、管理信息系统等各子系统的集成。（结构、设计、维修、回收等的集成） (3) 企业与企业间的网络化，实现企业间的资源共享、组合与优化利用。 (4) 通过网络，实现异地制造。,“集”：集成化制造,“集成化”是技术的集成，是管理的集成，是技术与管理的集成。现代的制造技术就是集成的技术，先进制造技术就是制造技术、信息技术、管理科学与有关科学技术的集成。,“快”：敏捷化制造,即指对市场的快速响应，对生产的快速重组，这两个快速必然要求生产模式有高度柔性与高度敏捷性 敏捷制造、动态联盟、快速成型技术、快速模具技术等。,绿色制造,“绿”：绿色制造 又称清洁制造，其目

7、标是使产品从设计、生产、运输到报废处理的全过程对环境的负面影响达到最小”.其内涵是产品生命周期的全过程均具有绿色性。,我国改革开放取得巨大成就，保持着世界上最快的经济发展速度，但是仍然沿袭着粗放型的经济增长模式。例如近年我国年GDP约占全世界GDP的4%。但各类资源消费总量约合50亿吨。其中钢铁、煤炭、水泥分别占全世界总消费量的30%、31%和40%。,绿色制造,当今的设计与制造已上升到对人类生存环境的关心，绿色设计与制造将作为新的规范。 欧盟报废电子电气设备指令从2005年8月13日正式实施。“指令”要求生产商负责回收、处理进入欧盟市场的废弃机电产品，并在投放市场的产品上加贴回收标志。欧盟将

8、据此对进入当地市场的机电产品额外征收回收费用。欧盟电子电机设备中危害物质禁用指令则要求2006年7月1日以后投放欧盟市场的电器和电子产品不得含有铅、汞、镉等6种有害物质。,绿色设计与制造,回收费让成本涨一成 ，冰箱最高回收费用为20欧元/件、洗衣机和空调的回收费用为10欧元/件、微波炉的回收费用为5欧元/件、其他小家电的回收费用为1欧元/件。 对于当前平均利润不足10%的家电出口企业来说 ，这就意味着中小家电企业将面临新一轮“洗牌”。 如： 制造水壶、咖啡壶、面包机等用的含铅焊锡材料只要110120元，但无铅焊锡材料成本则达到250260元。,第二章 快速成型技术 （也称RP&M技术，即Rap

9、id Prototype Manufac- -turing Technology),应掌握的知识： 零件成型的方法。 快速成型的发展历程。 快速成型的特点。 光固化技术（SLA）、层状实体制造技术（LOM）的特点、工艺过程和应用。,一、快速成型技术产生的背景 快速成型技术的产生是由于从20世纪末开始，消费需求日益个性化、多样化，产品更新加速，开发周期、生产周期缩短，快速响应市场需求已成为企业的重要走向。市场需要一种更快的方式推出产品原型（样机），RP技术应运而生。,二、快速成型技术的发展,快速成型制造技术20世纪80年代起源于日本，很快发展到美国和西欧。1988年，美国3DSistems公司首

10、次推出了商业化的快速原型制造设备。之后于上世纪90年代逐渐在美国、日本等发达国家普及。,中国于1993年首次发表了快速原型技术的文章，同年于北京首次展出我国自己设计制造的快速原型制造设备。清华大学、西安交大、华中科技大学、北京隆源公司等率先开展了快速原型制造技术的研究与应用工作。,国内快速原型技术发展状况：,三、快速成型方法与其它成型方法的比较,去除成型：以切削加工和特种加工在毛胚上去除多余材 料获得零件。 方法有： 特点：成型周期长、材料浪费大。,受迫成型：利用材料的塑性，将半固化的流 体材料通过模具或压力的作用成 型零件。 方法有：注塑、压铸、吸塑、挤塑等。 特点：材料利用率高，但产生变形

11、的能 量消耗较大，内部结构复杂的零 件制造困难。,采用材料添加的方法分层制造零件，能成型复杂零件，材料利用率高。 快速成型技术属于添加成型（或增材成型）。,添加成型（增材成型）：,采用 “分层制造，逐层叠加”的方法， 即将一个复杂的三维实体离散成一系列二维层片的加工，是一种降维制造，极大降低了加工难度，易以成型结构复杂的零件。,快速成型技术的 加工方法 ：,四 快速成型流程：,借助计算机辅助设计或实体反求方法,机电集成系统,五、快速成型技术的特点,1 制造快速。达到几小时或几十小时一件的速度。开辟了不用刀具、模具生产原型或零件的新途径。加工时间为传统工艺的10-30% 。,2 高度柔性。 快速

12、成型系统是真正的数字化制造系统,没有工装夹具,系统不做任何改变和调整即可完成不同零件的加工。,3 不受零件形状限制。由于是逐层进行材料堆砌成型，不存在能否脱模的问题，零件制造周期和制造成本与零件的形状和复杂度无关,而只与其净体积有关。,4 可选材料广泛。可采用树脂类、塑料类原料，纸类、石蜡、陶瓷、纤维等。,5 经济效益突出 降低了小比量生产的周期和成本，无刀具、夹具磨损，无振动、噪声、没有或极少下脚料、是较为环保的制造技术。同时减少了对熟练工人的需求。成本为传统工艺的20-35% 。,六、快速成型技术的分类,光固化技术（SLA） 层状实体制造技术（LOM） 选择性激光烧结技术（SLS） 熔融沉

13、积制造技术（FDM） 三维喷涂粘接技术（3DP）,目前快速成型技术已有数十种方法 ，新的工艺还在不断涌现，较为成熟和常用的方法有：,（一）光固化成型技术（SLA技术）,也称立体光刻成型，或立体印刷技术，英文名称为Stereo Lithography Apparatus,简称SLA技术。 1988年由美国3D Systems公司推出第一台商业化光固化成型机。,光固化成型技术是最早发展起来的快速成型技术，对其研究较多，是快速成型技术中发展最成熟、应用最为广泛的一种工艺方法,较高的成型精度是该技术得以发展的有力保证。 SLA所用材料：液态光敏树脂。,1 光固化成型的基本原理和工艺过程：,(1)液槽中

14、剩满液态光敏树脂，激光器发出的紫外光束在控制系统的控制下按零件的各分层截面信息在光敏树脂表面进行逐点扫描. (2)被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。,(3)一层固化后，工作台下移一个层厚的距离，以使在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态光敏树脂，然后刮板将粘度较大的树脂液面刮平，进行下一层的扫描加工，新固化的一层牢固地粘接在前一层上，如此重复直至整个零件制造完毕。,2 光固化技术（SLA）的特点,优点： (1） 成型无需刀具、夹具等生产装备； (2）成型精度高，可成型精细结构； (3）可制作任意复杂结构零件； (4）可制作空心零件； (5）成型过程高度自动化； (

15、6） 材料利用率100%；,不足： 1 成型过程中伴随着物理和化学变化，制件易弯曲，需要支撑。 2 设备运转及维护成本较高。 液态树脂和激光器的价格较高。 3可使用的材料较少。目前可用的材料主要为光敏树脂。,4 液态树脂具有毒性，并且需要避光，选择时有局限性。 5需要二次固化. 6液态树脂尚不如常用的工业塑料，一般较脆、易断裂，不便机加工。,SLA技术应用,TCL手机造型-装配前,CAD造型,（二）叠(分）层实体制造技术 （LOM技术，Laminated Object Manufacturing ）,叠(分）层实体制造技术是美国Helisys公司 于1988年研制成功。 叠层实体制造技术是按照

16、CAD分层模型用激光束将单面涂有热熔胶的纸、塑料薄膜或复合薄膜切割成欲制轮廓，并一层一层叠加而成所需原型。,LOM技术 工艺过程 ：,原材料存储及送进机构将原材料逐步送进工作台的上方，热粘压机构将一层层材料粘合在一起。激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线，逐一在工作台上方的材料上切割出轮廓线，并在无轮廓区切割成小方网格以便在成型之后能剔除废料。网格的大小根据被,成型件的形状复杂程度选定，网格越小，越容易剔除废料，但花费的时间越长，否则反之。可升降台支撑成型的工件，并在每层成型之后，降低一个材料厚度（通常为0.10.2mm),以便送进、粘合和切割新的一层材料。数控控制材料的送进，然后粘合、切割，最终形成三维工件原型。,叠层实体制造技术特点,优点： 1、原型精度高 2、制件能承受200C的高温，有较高的硬度和较好的力学性能，可进行各种切削加工。 3、无须后固化处理 4、无须设计和制作支撑结构,5、废料易剥离 6、可制作尺寸的制件 7、