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1、快速成型（Rapid Pro tot yping）：快速成形技术（简称RP）是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维 物理实体的技术总称，其基本过程是：首先设计出所需零件的计算机三维模型（数 字模型、CAD模型），然后根据工艺要求，按照一定的规律将该模型离散为一系 列有序的单元，通常在Z向将其按一定厚度进行离散（习惯称为分层），把原来 的三维CAD模型变成一系列的层片；再根据每个层片的轮廓信息，输入加工参数， 自动生成数控代码；最后由成形系统成形一系列层片并自动将它们联接起来，得 到一个三维物理实体。7y向分层层层制造 堆殺造型I禽散过程，计建机如理览积过程成我机实现CAB实悴模型模型
2、毎层数据文件后处理零件实体:快速成型技术的特点： 与传统材料加工技术相比,快速成型具有鲜明的特点： 1数字化制造。2高度柔性和适应性。可以制造任意复杂形状的零件。3直接CAD模型驱动。如同使用打印机一样方便快捷。4. 快速。从CAD设计到原型（或零件）加工完毕，只需几十分钟至几十小时。5. 材料类型丰富多样，包括树脂、纸、工程蜡、工程塑料ABS等）、陶瓷粉、 金属粉、砂等，可以在航空，机械，家电，建筑，医疗等各个领域应用。主要工艺：RP技术结合了众多当代高新技术：计算机辅助设计、数控技术、激光技术、材 料技术等，并将随着技术的更新而不断发展。自1986年出现至今，短短十几年， 世界上已有大约二
3、十多种不同的成形方法和工艺，而且新方法和工艺不断地出现。 目前已出现的RP技术的主要工艺有：1. SL工艺：光固化/立体光刻 。2. FDM工艺：熔融沉积成形 。3. SLS工艺： 选择性激光烧结 。4. LOM工艺：分层实体制造 。5. 3DP工艺：三维印刷 。6. PCM工艺： 无木模铸造 。熔融挤出成型-高性能的快速成型工艺 熔融挤出成型(FDM)工艺的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、PC、尼龙等，以丝状供料。材 料在喷头内被加热熔化。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 速固化，并与周围的材料粘结。每一个层片都是在上一层上堆积而成，上一层对当前层起到定位
4、和支撑的作用。随着高度的增加，层片轮廓的面积和形状都会发生变化，当形状发生较大的变化 时，上层轮廓就不能给当前层提供充分的定位和支撑作用，这就需要设计一些辅助结构一“支撑”， 对后续层提供定位和支撑，以保证成形过程的顺利实现。原型和対拿 这种工艺不用激光，使用、维护简单，成本较低。用蜡成形的零件原型，可以直接用于失蜡铸造。 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。近年来又开 发出PC，PC/ABS，PPSF等更高强度的成形材料，使得该工艺有可能直接制造功能性零件。由于 这种工艺具有一些显著优点，该工艺发展极为迅速，目前FDM系统在全球已安装快速成形系统 中的
5、份额大约为30% 适于三维打印机的特点 不使用激光，维护简单，成本低：价格是成型工艺是否适于三维打印的一个重要因素。多用于概 念设计的三维打印机对原型精度和物理化学特性要求不高，便宜的价格是其能否推广开来的决定 性因素。 塑料丝材，清洁，更换容易：与其他使用粉末和液态材料的工艺相比，丝材更加清洁，易于更换、 保存，不会在设备中或附近形成粉末或液体污染。 后处理简单：仅需要几分钟到一刻钟的时间剥离支撑后，原型即可使用。而现在应用较多的SL， SLS，3DP等工艺均存在清理残余液体和粉末的步骤，并且需要进行后固化处理，需要额外的辅 助设备。这些额外的后处理工序一是容易造成粉末或液体污染，二是增加了
6、几个小时的时间，不 能在成型完成后立刻使用。 成型速度较快：一般来讲，FDM工艺相对于SL，SLS，3DP工艺来说，速度是比较慢的。但针对 三维打印应用，其也有一定的优势。首先，SL，SLS，3DP都有层间过程(铺粉/液，挂平)，因 而它们一次成型多个原型是速度很快，例如3DP可以做到一小时成型25mm左右高度的原型。三 维打印机成型空间小，一次多成型1至2个原型，相对来讲，他们的速度优点就不甚明显了。其 次三维打印机对原型强度要求不高，所以FDM工艺可通过减小原型密实程度的方法提高成型速 度。通过试验，具有某些结构特点的模型，最高成型速度已经可以达到60立方厘米/小时。通过软件优化及技术进步
7、，预计可以达到200立方厘米/小时的高速度。快速塑料零件制造 材料性能一直是FDM工艺的主要优点，其ABS原型强度可以达到注塑零件的三分之一。今年来 又发展出PC, PC/ABS，PPSF等材料，强度已经接近或超过普通注塑零件，可在某些特定场合（试 用，维修，暂时替换等）下直接使用。虽然直接金属零件成型（近年来许多研究机构和公司都在 进行这方面的研究，是当今快速原型领域的一个研究热点）的材料性能更好，但在塑料零件领域， FDM工艺是一种非常适宜的快速制造方式。随着材料性能和工艺水平的进一步提高，我们相信， 会有更多的FDM原型在各种场合直接使用。立体光刻（SL）-高精度的快速成型工艺SL工艺，
8、由Charles Hull于1984年获美国专利。1986年美国3D Systems公司推出商品化样机SLA1， 这是世界上第一台快速原形系统。SLA系列成形机占据着RP设备市场的较大份额。SL工艺是基于液态光 敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态材料在一定波长（325或355nm）和强度（w=10400mw）的紫外光 的照射下能迅速发生光聚合反应，分子量急剧增大，材料也就从液态转变成固态。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，扫描的轨迹及激光的有无均由计算机控制，光点扫描到 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，液面始终处于激光的焦平面
9、，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，然后再进行下一层的扫描，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。紫外激光光噩树脂刮平器升窿台j 2SL工艺原理图 SL方法是目前RP技术领域中研究得最多的方法，也是技术上最为成熟的方法。一般层厚在0.1 到0.15mm，成形的零件精度较高。多年的研究改进了截面扫描方式和树脂成形性能，使该工艺的 加工精度能达到0.1mm，现在最高精度已能达到0.05
10、mm。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、光固化树脂有一定的毒性等。无模铸型制造技术(PCM)制作大型铸件的快速成型工艺无模铸型制造技术(PCM, Patternless Casting Manufacturing)是由清华大学激光快速成形中心开发研制。该将快速成形技术应用到传统的树脂砂铸造工艺中来。首先从零件CAD模型得到铸型 CAD模型。由铸型CAD模型的STL文件分层，得到截面轮廓信息，再以层面信息产生控制信息。 造型时，第一个喷头在每层铺好的型砂上由计算机控制精确地喷射粘接剂，第二个喷头再沿同样 的路径喷射催化剂，两者发生胶联反应，一层层固化型砂而堆积成形
11、。粘接剂和催化剂共同作用 的地方型砂被固化在一起，其他地方型砂仍为颗粒态。固化完一层后再粘接下一层，所有的层粘 接完之后就得到一个空间实体。原砂在粘接剂没有喷射的地方仍是干砂，比较容易清除。清理出 中间未固化的干砂就可以得到一个有一定壁厚的铸型，在砂型的内表面涂敷或浸渍涂料之后就可 用于浇注金属。分层、生成扫描路径造型完毕洁除干砂浇铸铸件涂敷涤料无模铸型制墮工艺原理图 和传统铸型制造技术相比，无模铸型制造技术具有无可比拟的优越性，它不仅使铸造过程高度自 动化、敏捷化，降低工人劳动强度，而且在技术上突破了传统工艺的许多障碍，使设计、制造的 约束条件大大减少。具体表现在以下方面：制造时间短、制造成
12、本低、无需木模、一体化造型，型、 芯同时成形、无拔模斜度、可制造含自由曲面(曲线)的铸型。 在国内外，也有其它一些将RP技术引入到砂型或陶瓷型铸造中来的类似工艺。其中较为典型的 有：MIT开发研制的3DP (Three Dimensional Printing)工艺、德国Generis公司的砂型制造工艺 等。美国 Sloigen 公司的 DSPC(Direct Shell Production Casting)工艺就是在 MIT 的 3DP 基础上 发展起来的。选择性激光烧结(SLS)材料广泛的快速成型工艺 SLS工艺又称为选择性激光烧结，由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R. Dechard
13、于1989年研制 成功。SLS工艺是利用粉末状材料成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用 高强度的C02激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在 一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部分粘接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料 粉末，选择地烧结下层截面。SLS工艺原理图 SLS工艺最大的优点在于选材较为广泛，如尼龙、蜡、ABS、树脂裹覆砂(覆膜砂)、聚碳酸脂 (poly carbonates)、金属和陶瓷粉末等都可以作为烧结对象。粉床上未被烧结部分成为烧结部分 的支撑结构，因而无需考虑支撑系统(硬件和软件)。SLS工艺与铸造工艺的关系极为密切
14、，如 烧结的陶瓷型可作为铸造之型壳、型芯，蜡型可做蜡模，热塑性材料烧结的模型可做消失模。分层实体制造(LOM)没落的快速成型工艺 LOM工艺称为分层实体制造，由美国Helisys公司的Michael Feygin于1986年研制成功。该公司 已推出LOM-1050和LOM-2030两种型号成形机。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，与带状片林料
15、 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CD魁光器LOM工艺胃理图 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。因此成形厚壁零件的速度 较快，易于制造大型零件。零件的精度较高（ 0.15mm）。工件外框与截面轮廓之间的多余材料 在加工中起到了支撑作用，所有LOM工艺无需加支撑。 研究LOM工艺的公司除了 Helisys公司，还有日本Kira公司、瑞典Sparx公司、新加坡Kinerg
16、y 精技私人有限公司、清华大学、华中理工大学等。但因为LOM工艺材料仅限于纸，性能一直没 有提高，以逐渐走入没落，大部分厂家已经或准备放弃该工艺 三维印刷（3DP）工艺是美国麻省理工学院Emanual Sachs等人研制的。E.M.Sachs于1989年申请了 3DP（Three-Dimensional Printing）专利，该专利是非成形材料微滴喷射成形范畴的核心专利之一。 3DP工艺与SLS工艺类似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金属粉末。所不同的是材料粉末不 是通过烧结连接起来的，而是通过喷头用粘接剂（如硅胶）将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。用 粘接剂粘接的零件强度较低，还须后处理。具体工艺过程
