快速原型技术课件

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1、第三章第三章 快速原型技术快速原型技术济南大学机械加工新技术机械加工新技术快速原型技术快速原型技术第第3章章 快速原型技术快速原型技术3.1 概概 述述3.2 快速原型的软件技术快速原型的软件技术 3.3 SLA工艺工艺 3.4 LOM工艺工艺 3.5 SLS工艺工艺 3.6 FDM工艺工艺 3.7 RP技术的应用技术的应用 3.8 RP技术的发展趋势技术的发展趋势 快速原型技术快速原型技术 3.1 概概 述述n 快速原型技术快速原型技术n Rapid Prototypingn RP技术技术n 快速成形技术快速成形技术快速原型技术快速原型技术 3.1 概概 述述3.1.1 快速原型技术的基本原

2、理快速原型技术的基本原理 3.1.2 快速原型技术的典型方法快速原型技术的典型方法 3.1.3 快速原型技术的特点快速原型技术的特点快速原型技术快速原型技术 3.1.1 快速原型技术的基本原理快速原型技术的基本原理 n传统的零件加工过程是先制造毛坯，然后经切削加工，从毛传统的零件加工过程是先制造毛坯，然后经切削加工，从毛坯上去除多余的材料得到零件的形状和尺寸，这种方法统称坯上去除多余的材料得到零件的形状和尺寸，这种方法统称为材料去除制造。为材料去除制造。n快速原型技术彻底摆脱了传统的快速原型技术彻底摆脱了传统的“去除去除”加工法，而基于加工法，而基于“材材料逐层堆积料逐层堆积”的制造理念，将复

3、杂的三维加工分解为简单的材的制造理念，将复杂的三维加工分解为简单的材料二维添加的组合，它能在料二维添加的组合，它能在CAD模型的直接驱动下，快速制造模型的直接驱动下，快速制造任意复杂形状的三维实体，是一种全新的制造技术。其成型过任意复杂形状的三维实体，是一种全新的制造技术。其成型过程为：程为：l 逐层堆积制造逐层堆积制造l 建立零件的三维建立零件的三维CAD模型模型l 模型模型Z向离散（分层）向离散（分层）快速原型技术快速原型技术 3.1.1 快速原型技术的基本原理快速原型技术的基本原理 快速原型工艺流程快速原型工艺流程 快速原型技术快速原型技术 3.1.2 快速原型技术的典型方法快速原型技术

4、的典型方法 1光固化成形工艺光固化成形工艺nStereolithography Apparatus，简称，简称SLA ，也称立体光刻，也称立体光刻n使用材料：液态光敏使用材料：液态光敏树脂树脂快速原型技术快速原型技术 3.1.2 快速原型技术的典型方法快速原型技术的典型方法 2叠层实体制造工艺叠层实体制造工艺nLaminated Object Manufacturing，简称，简称LOM，也称分层实体，也称分层实体制造制造n使用材料：片材，如使用材料：片材，如纸、塑料薄膜等纸、塑料薄膜等 快速原型技术快速原型技术 3.1.2 快速原型技术的典型方法快速原型技术的典型方法 3选择性激光烧结工艺选

5、择性激光烧结工艺nSelective Laser Sintering，简称，简称SLS ，也称选区激光烧结，也称选区激光烧结n使用材料：粉末状使用材料：粉末状材料材料快速原型技术快速原型技术 3.1.2 快速原型技术的典型方法快速原型技术的典型方法 4熔融沉积制造工艺熔融沉积制造工艺nFused Deposition Modeling，简称，简称FDMn使用材料：塑料丝使用材料：塑料丝快速原型技术快速原型技术 3.1.2 快速原型技术的典型方法快速原型技术的典型方法 5三维印刷工艺三维印刷工艺nThree Dimensional Printing，简称，简称3DPn其工作过程类似于其工作过程类

6、似于喷墨打印机喷墨打印机3DP工艺原理工艺原理 采用采用3DP工艺制作的结构陶瓷制品工艺制作的结构陶瓷制品 快速原型技术快速原型技术 3.1.3 快速原型技术的特点快速原型技术的特点 n成型速度快，可迅速响应市场；成型速度快，可迅速响应市场；n产品制造过程几乎与零件的复杂程度无关；产品制造过程几乎与零件的复杂程度无关；n产品的单价几乎与批量无关，特别适合于新产品开发和单件产品的单价几乎与批量无关，特别适合于新产品开发和单件小批量生产；小批量生产；n整个生产过程数字化、柔性化；整个生产过程数字化、柔性化；n无切割、噪声和振动等，有利于环保；无切割、噪声和振动等，有利于环保；n与传统方法相结合，可

7、实现快速铸造、快速模具制造、小批与传统方法相结合，可实现快速铸造、快速模具制造、小批量零件生产等功能，为传统制造方法注入新的活力。量零件生产等功能，为传统制造方法注入新的活力。快速原型技术快速原型技术 3.2 快速原型的软件系统快速原型的软件系统快速原型快速原型的软件系的软件系统统CAD造型软件：造型软件：分层处理软件：分层处理软件：成形控制软件：成形控制软件：进行零件的三维设计进行零件的三维设计进行分层计算以获取层进行分层计算以获取层片信息片信息进行加工参数设定、生成进行加工参数设定、生成数控代码、控制实时加工数控代码、控制实时加工快速原型技术快速原型技术 3.2.1 产品三维模型构造及其近

8、似处理产品三维模型构造及其近似处理1产品的三维模型构造产品的三维模型构造n 根据产品的要求在根据产品的要求在CAD软件平台设计三维模型软件平台设计三维模型n 根据二维图样构建三维模型根据二维图样构建三维模型n 采用逆向工程技术构建三维模型采用逆向工程技术构建三维模型快速原型技术快速原型技术 3.2.1 产品三维模型构造及其近似处理产品三维模型构造及其近似处理2三维模型的近似处理三维模型的近似处理n用一系列小三角平面来逼近模型上的自由曲面，每一个用一系列小三角平面来逼近模型上的自由曲面，每一个小三角形由三个顶点和一个法矢量来表示，三角形的大小三角形由三个顶点和一个法矢量来表示，三角形的大小可以选

9、择，从而得到不同的曲面近似精度。小可以选择，从而得到不同的曲面近似精度。n经近似处理的三维模型文件格式为经近似处理的三维模型文件格式为STL，典型的商品，典型的商品化化CAD系统都有系统都有STL文件输出的数据接口文件输出的数据接口快速原型技术快速原型技术 4.2.1 产品三维模型构造及其近似处理产品三维模型构造及其近似处理STL输出的误差输出的误差在在Pro/E中输出中输出STL文件文件快速原型技术快速原型技术 3.2.2 分层处理软件分层处理软件n由于快速原型是按一层层截面轮廓来进行成形，因此，加工由于快速原型是按一层层截面轮廓来进行成形，因此，加工前必须从三维模型上，沿成形的高度方向，每

10、隔一定的间隔前必须从三维模型上，沿成形的高度方向，每隔一定的间隔进行分层切片处理，以获得截面的轮廓。进行分层切片处理，以获得截面的轮廓。n分层间隔选取的范围为分层间隔选取的范围为0.05mm0.5mm，常用的是，常用的是0.1mm左右。间隔愈小，精度愈高，但成形时间愈长。左右。间隔愈小，精度愈高，但成形时间愈长。n各种快速原型系统都带有分层处理软件，能将各种快速原型系统都带有分层处理软件，能将CAD模型以片模型以片层方式来描述，这样，无论零件多么复杂，对于每一层来说，层方式来描述，这样，无论零件多么复杂，对于每一层来说，都是简单的平面。都是简单的平面。快速原型技术快速原型技术 3.2.3 成型

11、控制软件成型控制软件n成形控制软件根据所选的数控系统将分层处理软件生成的二成形控制软件根据所选的数控系统将分层处理软件生成的二维层片信息即轮廓与填充的路径生成维层片信息即轮廓与填充的路径生成NC代码，与工艺紧密代码，与工艺紧密相连，是一个工艺规划过程。相连，是一个工艺规划过程。n快速原型扫描路径规划的主要内容包括刀具尺寸补偿和扫描快速原型扫描路径规划的主要内容包括刀具尺寸补偿和扫描路径选择，其核心算法包括二维轮廓偏置算法和填充网格生路径选择，其核心算法包括二维轮廓偏置算法和填充网格生成算法。算法的要求是合理性、完善性和鲁棒性，算法的好成算法。算法的要求是合理性、完善性和鲁棒性，算法的好坏直接影

12、响数据处理效率，生成结果则直接决定成形加工效坏直接影响数据处理效率，生成结果则直接决定成形加工效率。率。快速原型技术快速原型技术 3.3 SLA工艺工艺 SLA工艺于工艺于1984年由年由Charles Hull提出并获美国专利。提出并获美国专利。1988年美国年美国3D Systems公司推出世界上第一台商品化公司推出世界上第一台商品化RP设备设备SLA-250。它以光敏树脂为原料，通过计算机控制紫。它以光敏树脂为原料，通过计算机控制紫外激光使其固化成形，自动制作出各种加工方法难以制作外激光使其固化成形，自动制作出各种加工方法难以制作的复杂立体形状，在制造领域具有划时代的意义。目前的复杂立体

13、形状，在制造领域具有划时代的意义。目前SLA工艺已成为世界上研究最深入、技术最成熟、应用最工艺已成为世界上研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的一种快速原型方法。广泛的一种快速原型方法。 快速原型技术快速原型技术 3.3 SLA工艺工艺3.3.1 SLA系统组成系统组成 3.3.2 成形工艺过程成形工艺过程 3.3.3 SLA材料材料3.3.4 SLA工艺特点工艺特点3.3.5 SLA工艺应用案例工艺应用案例快速原型技术快速原型技术 3.3.1 SLA系统组成系统组成CPS250B快速原型机快速原型机 SLA工艺原理工艺原理 快速原型技术快速原型技术 3.3.1 SLA系统组成系统组成n 液槽液

14、槽 n 控制系统控制系统 n 紫外激光器紫外激光器l 氦氦-镉激光器：输出功率镉激光器：输出功率15mW50mW，波长，波长325nml氩激光器：输出功率氩激光器：输出功率100mW500mW，波长，波长351nm365nmn 激光束扫描装置激光束扫描装置l 电流计驱动式的扫描镜方式电流计驱动式的扫描镜方式l X-Y绘图仪方式绘图仪方式l 主要由工控机、分层处理软件和控制软件等组成主要由工控机、分层处理软件和控制软件等组成 快速原型技术快速原型技术 3.3.2 成形工艺过程成形工艺过程1. 模型及支撑设计模型及支撑设计n在成形中，未被激光束照射的部分材料仍为液态，它不能使制件在成形中，未被激光

15、束照射的部分材料仍为液态，它不能使制件上的孤立和悬臂轮廓定位。因此，必须设计和制作支撑结构。上的孤立和悬臂轮廓定位。因此，必须设计和制作支撑结构。n工件底部也要加支撑，以使工件成形后顺利从工作台取下。工件底部也要加支撑，以使工件成形后顺利从工作台取下。n成形完毕后应小成形完毕后应小心除去支撑，从心除去支撑，从而得到最终所需而得到最终所需的工件。的工件。快速原型技术快速原型技术 3.3.2 成形工艺过程成形工艺过程2. 分层处理分层处理采用分层软件对采用分层软件对CAD模型的模型的STL格式文件进行分层处理，得到格式文件进行分层处理，得到每一层截面图形及其有关的网格矢量数据，用于控制激光束的扫描

16、每一层截面图形及其有关的网格矢量数据，用于控制激光束的扫描轨迹。分层处理还包括层厚、建立模式、固化深度、扫描速度、网轨迹。分层处理还包括层厚、建立模式、固化深度、扫描速度、网格间距、线宽补偿值、收缩补偿因子的选择与确定。格间距、线宽补偿值、收缩补偿因子的选择与确定。3. 原型制作原型制作液态光敏树脂逐层固化而形成原型件。液态光敏树脂逐层固化而形成原型件。4. 后处理后处理原型制作完毕，需进行剥离，以便去除废料和支撑结构，有原型制作完毕，需进行剥离，以便去除废料和支撑结构，有时还需进行后固化、修补、打磨、抛光、表面涂覆、表面强化处时还需进行后固化、修补、打磨、抛光、表面涂覆、表面强化处理等，这些

17、工序统称为后处理。理等，这些工序统称为后处理。快速原型技术快速原型技术 3.3.3 SLA材料材料nSLA原型材料是液态光敏树脂，如环氧树脂、乙烯酸树原型材料是液态光敏树脂，如环氧树脂、乙烯酸树脂、丙烯酸树脂等。脂、丙烯酸树脂等。 n光敏树脂材料中主要包括齐聚物、反应性稀释剂、光引光敏树脂材料中主要包括齐聚物、反应性稀释剂、光引发剂。发剂。 n由于树脂固化过程中产生收缩，不可避免地会使模型材由于树脂固化过程中产生收缩，不可避免地会使模型材料内部产生应力，引起模型变形。开发收缩系数小、固料内部产生应力，引起模型变形。开发收缩系数小、固化速度快或无需后固化、强度高的光敏树脂材料是其发化速度快或无需

18、后固化、强度高的光敏树脂材料是其发展趋势。展趋势。 快速原型技术快速原型技术 3.3.4 SLA工艺特点工艺特点SLA工艺优点如下：工艺优点如下：n尺寸精度高，可达尺寸精度高，可达0.1mm，是，是RP技术中最高的；技术中最高的；n原型表面质量优良；原型表面质量优良；n可以制作结构复杂、细小的模型；可以制作结构复杂、细小的模型；n系统非常稳定，成形过程自动化程度高；系统非常稳定，成形过程自动化程度高；n可以直接制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失型。可以直接制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失型。快速原型技术快速原型技术 3.3.4 SLA工艺特点工艺特点SLA工艺缺点：工艺缺点：n成

19、形过程中伴随着材料的物理和化学变化，产生收缩，并成形过程中伴随着材料的物理和化学变化，产生收缩，并且会因材料内部的应力导致制件较易翘曲、变形；且会因材料内部的应力导致制件较易翘曲、变形；n需要支撑；需要支撑；n设备运转及维护成本高；设备运转及维护成本高；n需要二次固化；需要二次固化；n液态树脂固化后在性能上不如常用的工业塑料，一般较脆、液态树脂固化后在性能上不如常用的工业塑料，一般较脆、易断裂。易断裂。快速原型技术快速原型技术 3.3.5 SLA工艺应用案例工艺应用案例nSLA工艺自诞生以来，在概念设计的交流、单件小批量精密工艺自诞生以来，在概念设计的交流、单件小批量精密铸造、产品模型、快速工

20、模具及直接面向产品的模具等方面铸造、产品模型、快速工模具及直接面向产品的模具等方面广泛应用于汽车、航空、电子、消费品、娱乐以及医疗等行广泛应用于汽车、航空、电子、消费品、娱乐以及医疗等行业。业。采用采用SLA工艺制作工艺制作RP原型，原型，然后翻制成硅橡胶模具，最然后翻制成硅橡胶模具，最后进行低压注塑，得到所需后进行低压注塑，得到所需的操作手柄。产品开发周期的操作手柄。产品开发周期仅为传统方式的仅为传统方式的1/10，费用，费用仅为传统方式仅为传统方式1/3。 快速原型技术快速原型技术 3.3.5 SLA工艺应用案例工艺应用案例快速原型技术快速原型技术 3.3.5 SLA工艺应用案例工艺应用案

21、例快速原型技术快速原型技术 3.3.5 SLA工艺应用案例工艺应用案例快速原型技术快速原型技术 3.4 LOM工艺工艺 LOM工艺方法和设工艺方法和设备于备于1991年问世，由于年问世，由于该工艺大多使用纸为原该工艺大多使用纸为原料，材料成本低，而且料，材料成本低，而且激光只要切割每一层片激光只要切割每一层片的轮廓，成形效率高，的轮廓，成形效率高，在制作中、大原型件时在制作中、大原型件时有较大优势，因此近年有较大优势，因此近年来发展迅速。来发展迅速。快速原型技术快速原型技术 3.4 LOM工艺工艺3.4.1 LOM系统组成系统组成 3.4.2 成形工艺过程成形工艺过程 3.4.3 LOM材料材

22、料3.4.4 LOM工艺特点工艺特点3.4.5 SLA工艺应用案例工艺应用案例快速原型技术快速原型技术 3.4.1 LOM系统组成系统组成快速原型技术快速原型技术 3.4.2 成形工艺过程成形工艺过程1. 制作基底制作基底2. 原型制作原型制作3. 去除余料去除余料4. 后处理后处理 余料去除以后，为提高原型表面状况和机械强度，保证其余料去除以后，为提高原型表面状况和机械强度，保证其尺寸稳定性、精度等方面的要求，需对原型进行后置处理，比尺寸稳定性、精度等方面的要求，需对原型进行后置处理，比如防水、防潮、加固和使其表面光滑等，通常采用的后置处理如防水、防潮、加固和使其表面光滑等，通常采用的后置处

23、理工艺包括修补、打磨、抛光、表面涂覆等。工艺包括修补、打磨、抛光、表面涂覆等。 快速原型技术快速原型技术 3.4.3 LOM材料材料nLOM技术使用薄层材料，如纸、金属箔、塑料薄膜、陶瓷技术使用薄层材料，如纸、金属箔、塑料薄膜、陶瓷膜等，除了可以制造模型外，还可以直接制造结构件或功膜等，除了可以制造模型外，还可以直接制造结构件或功能件。能件。n目前目前LOM成形材料多采用纸。纸材在激光切割过程中一直成形材料多采用纸。纸材在激光切割过程中一直保持固态，不发生状态变化，因此翘曲变形小。所成形的制保持固态，不发生状态变化，因此翘曲变形小。所成形的制件经过表面涂覆处理后不吸水，有良好的稳定性且坚如硬木

24、，件经过表面涂覆处理后不吸水，有良好的稳定性且坚如硬木，表面光滑。表面光滑。nLOM材料涉及到三方面的问题：薄层材料、粘结剂和涂材料涉及到三方面的问题：薄层材料、粘结剂和涂布工艺。布工艺。快速原型技术快速原型技术 3.4.4 LOM工艺特点工艺特点LOM工艺优点如下：工艺优点如下：n生产效率比其它生产效率比其它RP工艺高，非常适合于制作中、大型实心工艺高，非常适合于制作中、大型实心原型件；原型件；n无需设计和制作支撑结构；无需设计和制作支撑结构；n后处理工艺简单，成形后废料易于剥离，且不需后固化处后处理工艺简单，成形后废料易于剥离，且不需后固化处理；理；n原材料价格便宜，原型制作成本低；原材料

25、价格便宜，原型制作成本低；n制件能承受高达制件能承受高达200的高温，有较高的硬度和较好的力的高温，有较高的硬度和较好的力学性能，可以进行各种切削加工。学性能，可以进行各种切削加工。快速原型技术快速原型技术 3.4.4 LOM工艺特点工艺特点LOM工艺缺点：工艺缺点：n工件（尤其是薄壁件）的抗拉强度和弹性不够好；工件（尤其是薄壁件）的抗拉强度和弹性不够好；n工件易吸湿膨胀，因此成形后应尽快做表面防潮处理；工件易吸湿膨胀，因此成形后应尽快做表面防潮处理；n不能直接制作塑料工件；不能直接制作塑料工件；n工件表面有台阶，其高度等于材料厚度，因此，成形后需工件表面有台阶，其高度等于材料厚度，因此，成形

26、后需进行表面打磨。进行表面打磨。快速原型技术快速原型技术 3.4.5 LOM工艺应用案例工艺应用案例nLOM工艺虽然在精细产品和类塑料件制作方面不及工艺虽然在精细产品和类塑料件制作方面不及SLA工艺，工艺，但是在比较厚重的结构件模型、实物外观模型、制鞋业、砂但是在比较厚重的结构件模型、实物外观模型、制鞋业、砂型铸造、快速模具母模等方面的应用有其独特的优越性。型铸造、快速模具母模等方面的应用有其独特的优越性。快速原型技术快速原型技术 3.4.5 LOM工艺应用案例工艺应用案例奥迪轿车刹车钳体精铸母模的奥迪轿车刹车钳体精铸母模的LOM原型原型 奥迪轿车刹车钳体精铸件奥迪轿车刹车钳体精铸件 n汽车工

27、业中很多形状复杂的零汽车工业中很多形状复杂的零部件均由精铸直接制得，如何部件均由精铸直接制得，如何高精度、高效率、低成本地制高精度、高效率、低成本地制造这些精铸母模是关键。采用造这些精铸母模是关键。采用传统的木模工手工制作，对于传统的木模工手工制作，对于曲面形状复杂的母模，效率低、曲面形状复杂的母模，效率低、精度差；采用数控加工制作，精度差；采用数控加工制作，则成本太高。则成本太高。n采用采用LOM工艺制造汽车零部件工艺制造汽车零部件精铸母模，生产效率高，尺寸精铸母模，生产效率高，尺寸精度高。精度高。快速原型技术快速原型技术 3.4.5 LOM工艺应用案例工艺应用案例汽车发动机排气管的精铸母模

28、汽车发动机排气管的精铸母模快速原型技术快速原型技术 3.5 SLS工艺工艺 SLS工艺由美国得克萨斯大学奥汀分校的工艺由美国得克萨斯大学奥汀分校的C.R.Dechard于于1989年研制成功，并首先由美国年研制成功，并首先由美国DTM公司商品化，它利用粉公司商品化，它利用粉末状材料（金属粉末或非金属粉末）在激光照射下烧结的原理，末状材料（金属粉末或非金属粉末）在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下层层堆积成形。在计算机控制下层层堆积成形。SLS的原理与的原理与SLA十分相象，十分相象，主要区别在于所使用的材料及其状态。主要区别在于所使用的材料及其状态。SLA使用液态光敏树脂，使用液态光敏树脂，

29、而而SLS则使用各种粉末状材料。则使用各种粉末状材料。快速原型技术快速原型技术 3.5 SLS工艺工艺3.5.1 SLS系统组成系统组成 3.5.2 成形工艺过程成形工艺过程 3.5.3 SLS材料材料3.5.4 SLS工艺特点工艺特点3.5.5 SLS工艺应用案例工艺应用案例快速原型技术快速原型技术 3.5.1 SLS系统组成系统组成AFS-320成形机基本性能参数成形机基本性能参数 激激 光光 器器类型类型射频射频CO2波长波长10.6m最大功率最大功率50W光路及扫描系统光路及扫描系统焦平面光斑焦平面光斑0.4mm同光路指示同光路指示670nm红光红光成成 形形 室室一次成形尺寸一次成形

30、尺寸320320440mm分层厚度分层厚度0.080.3mm成形材料成形材料精铸模料、工程塑料、树脂精铸模料、工程塑料、树脂砂砂控控 制制 系系 统统工控机工控机即时主流配置即时主流配置控制软件控制软件AFS Win v2.0快速原型技术快速原型技术 3.5.2 成形工艺过程成形工艺过程1. 成形参数选择成形参数选择2. 原型制作原型制作n分层参数：零件加工方向、分层参数：零件加工方向、分层厚度、扫描间距和扫描分层厚度、扫描间距和扫描方式。方式。n成形烧结参数：扫描速度、成形烧结参数：扫描速度、激光功率、预热温度、铺粉激光功率、预热温度、铺粉参数等。参数等。 快速原型技术快速原型技术 3.5.

31、2 成形工艺过程成形工艺过程3. 后处理后处理n刚刚成形的树脂原型密度和强度较低，需作强化处理，将液刚刚成形的树脂原型密度和强度较低，需作强化处理，将液体可固化树脂浸渗到烧结零件中，将其保温、固化，得到增体可固化树脂浸渗到烧结零件中，将其保温、固化，得到增强的零件；强的零件；n对于陶瓷原型，需将其放在加热炉中烧除粘接剂，烧结陶瓷对于陶瓷原型，需将其放在加热炉中烧除粘接剂，烧结陶瓷粉；粉；n当原型材料为金属与粘结剂的混合粉时，成形需将制件置于当原型材料为金属与粘结剂的混合粉时，成形需将制件置于加热炉中，烧去其中的粘结剂，烧结金属粉，然后进行渗铜加热炉中，烧去其中的粘结剂，烧结金属粉，然后进行渗铜

32、处理，以得到高密度的金属件。处理，以得到高密度的金属件。 快速原型技术快速原型技术 3.5.3 SLS材料材料nSLS工艺使用粉末材料，它来源较为广泛，原则上讲所有工艺使用粉末材料，它来源较为广泛，原则上讲所有受热能相互粘结的粉末材料或表面附有热固（塑）性粘结受热能相互粘结的粉末材料或表面附有热固（塑）性粘结剂的粉末都可用作剂的粉末都可用作SLS材料；材料；n用蜡可以制造精密铸造用蜡模，用热塑性塑料可以制造消失用蜡可以制造精密铸造用蜡模，用热塑性塑料可以制造消失模，用陶瓷可以制造铸造壳型、型芯和陶瓷构件，用金属可模，用陶瓷可以制造铸造壳型、型芯和陶瓷构件，用金属可以制造金属结构件和模具。以制造

33、金属结构件和模具。n目前目前SLS材料主要有塑料粉、蜡粉、金属粉、表面附有材料主要有塑料粉、蜡粉、金属粉、表面附有粘结剂的覆膜陶瓷粉、覆膜金属粉及覆膜砂等；粘结剂的覆膜陶瓷粉、覆膜金属粉及覆膜砂等；快速原型技术快速原型技术 3.5.4 SLS工艺特点工艺特点SLS工艺优点如下：工艺优点如下：n可以采用多种材料，特别是可以直接制造金属零件，这使可以采用多种材料，特别是可以直接制造金属零件，这使SLS工艺颇具吸引力；工艺颇具吸引力；n无需设计和制作支撑结构；无需设计和制作支撑结构；n制件具有较好的机械性能，可直接用作功能测试或小批量制件具有较好的机械性能，可直接用作功能测试或小批量使用的产品；使用

34、的产品；n材料利用率高，未烧结的粉末可以重复利用。材料价格便材料利用率高，未烧结的粉末可以重复利用。材料价格便宜、成本低。宜、成本低。快速原型技术快速原型技术 3.5.4 SLS工艺特点工艺特点SLS工艺缺点：工艺缺点：n成形速度较慢；成形速度较慢；n成形精度和表面质量稍差，因此在成形要求精细结构和清成形精度和表面质量稍差，因此在成形要求精细结构和清晰轮廓的制件时不及晰轮廓的制件时不及SLA工艺处理；工艺处理；n成形过程能量消耗高。成形过程能量消耗高。快速原型技术快速原型技术 3.5.5 SLS工艺应用案例工艺应用案例n采用采用SLS工艺，可以直接将工艺，可以直接将CAD文件转换成经久耐用的、

35、功文件转换成经久耐用的、功能性的塑料或金属零件或模具，所需时间只是传统加工和制能性的塑料或金属零件或模具，所需时间只是传统加工和制模时间的很少一部分。这样就可以在很短时间（几天）内，模时间的很少一部分。这样就可以在很短时间（几天）内，快速制造小批量的塑料或金属零件，而不需要制造模具，大快速制造小批量的塑料或金属零件，而不需要制造模具，大大降低了成本，缩短了周期。对于大批量的零件生产，在一大降低了成本，缩短了周期。对于大批量的零件生产，在一两天内就可以制造出复杂的金属模具工作零件，具有更高的两天内就可以制造出复杂的金属模具工作零件，具有更高的效益。效益。快速原型技术快速原型技术 3.5.5 SL

36、S工艺应用案例工艺应用案例采用采用SLS工艺小批量工艺小批量生产航空、航天、军生产航空、航天、军工等行业的产品，既工等行业的产品，既减少了投资，又赢得减少了投资，又赢得了时间。了时间。小批量战斗机控制手柄小批量战斗机控制手柄 快速原型技术快速原型技术 3.5.5 SLS工艺应用案例工艺应用案例采用采用SLS工艺制作的高尔夫球头模具及产品工艺制作的高尔夫球头模具及产品 快速原型技术快速原型技术 3.5.5 SLS工艺应用案例工艺应用案例快速原型技术快速原型技术 3.5.5 SLS工艺应用案例工艺应用案例快速原型技术快速原型技术 3.5.5 SLS工艺应用案例工艺应用案例快速原型技术快速原型技术

37、3.6 FDM工艺工艺 FDM工艺由美国学者工艺由美国学者Scott Crump博士于博士于1988年研制成年研制成功，并于功，并于1991年由美国的年由美国的Stratasys公司率先推出商品化设备。公司率先推出商品化设备。FDM工艺利用热塑性材料的热熔性、粘结性，在计算机控制下工艺利用热塑性材料的热熔性、粘结性，在计算机控制下层层堆积成形。由于该工艺无需激光系统，因此使用、维护简层层堆积成形。由于该工艺无需激光系统，因此使用、维护简单，成本低，近年来得到迅速发展和广泛应用，是单，成本低，近年来得到迅速发展和广泛应用，是RP技术领技术领域的后起之秀。域的后起之秀。快速原型技术快速原型技术 3

38、.6 FDM工艺工艺3.6.1 FDM系统组成系统组成 3.6.2 成形工艺过程成形工艺过程 3.6.3 FDM材料材料3.6.4 FDM工艺特点工艺特点3.6.5 FDM工艺应用案例工艺应用案例快速原型技术快速原型技术 3.6.1 FDM系统组成系统组成MEM-300快速原型机快速原型机 快速原型技术快速原型技术 3.6.1 FDM系统组成系统组成MEM-300主要工艺参数主要工艺参数材料材料ABS塑料塑料成形温度成形温度220230分层厚度分层厚度0.15mm扫描速度扫描速度080mm/s成形空间成形空间300mm（长）（长）260mm（宽）（宽）300mm（高）（高）精度精度0.2mm/

39、100mm主机尺寸主机尺寸820mm（长）（长）730mm（宽）（宽）1220mm（高）（高）快速原型技术快速原型技术 3.6.1 FDM系统组成系统组成1. 喷头喷头2. 送丝机构送丝机构3. 运动机构运动机构n单喷头技术：零件和支撑采用同种材料，支撑去除麻烦；单喷头技术：零件和支撑采用同种材料，支撑去除麻烦；n双喷头技术：一个用来喷模型材料制造零件，另一个用来喷双喷头技术：一个用来喷模型材料制造零件，另一个用来喷支撑材料做支撑，两种材料的特性不同，去除支撑容易。支撑材料做支撑，两种材料的特性不同，去除支撑容易。nX-Y轴的联动完成喷头对截面轮廓的平轴的联动完成喷头对截面轮廓的平面扫描，面扫

40、描，Z轴则带动工作台实现高度方轴则带动工作台实现高度方向的进给。向的进给。 4. 控制系统：运动控制、温度控制控制系统：运动控制、温度控制 5 . 软件系统：分层处理软件、成形控制软件软件系统：分层处理软件、成形控制软件快速原型技术快速原型技术 3.6.2 成形工艺过程成形工艺过程1. 三维模型设计及三维模型设计及STL文件输出文件输出2. 分层处理分层处理1）启动）启动Daphne快速原型技术快速原型技术 3.6.2 成形工艺过程成形工艺过程2）确定加工方向及加工位置）确定加工方向及加工位置3）添加基底）添加基底快速原型技术快速原型技术 3.6.2 成形工艺过程成形工艺过程4）添加支撑）添加

41、支撑快速原型技术快速原型技术 3.6.2 成形工艺过程成形工艺过程5）分层计算）分层计算快速原型技术快速原型技术 3.6.2 成形工艺过程成形工艺过程3. 原型制作原型制作1）开机后，成形材料及成形室预热零件）开机后，成形材料及成形室预热零件2）启动控制软件，读入分层后的加工模型）启动控制软件，读入分层后的加工模型 快速原型技术快速原型技术 3.6.2 成形工艺过程成形工艺过程3）数控初始化）数控初始化快速原型技术快速原型技术 3.6.2 成形工艺过程成形工艺过程4）挤出旧丝及出丝检测）挤出旧丝及出丝检测快速原型技术快速原型技术 3.6.2 成形工艺过程成形工艺过程5）工作台对高）工作台对高快

42、速原型技术快速原型技术 3.6.2 成形工艺过程成形工艺过程6）加工参数设置）加工参数设置快速原型技术快速原型技术 3.6.2 成形工艺过程成形工艺过程7）成形加工）成形加工快速原型技术快速原型技术 3.6.2 成形工艺过程成形工艺过程3 原型后处理原型后处理n加工完毕，零件保温，之后用小铲子小心取出原型加工完毕，零件保温，之后用小铲子小心取出原型n小心去除支撑，用砂纸打磨台阶效应较明显处，用小刀处理多余小心去除支撑，用砂纸打磨台阶效应较明显处，用小刀处理多余部分，用填补液处理台阶效应造成的缺陷，用上光液把原型表面部分，用填补液处理台阶效应造成的缺陷，用上光液把原型表面上光上光nFDM工艺需要

43、有支撑，当支撑与原型材料相同时，手工去除支撑工艺需要有支撑，当支撑与原型材料相同时，手工去除支撑需要一定的技巧，复杂、细小特征处的支撑剥离效果较差，影响需要一定的技巧，复杂、细小特征处的支撑剥离效果较差，影响原型件的精度和表面质量原型件的精度和表面质量n采用双喷头和双材料技术，成形时，一个喷头用于挤喷模型材料，采用双喷头和双材料技术，成形时，一个喷头用于挤喷模型材料，一个喷头用于挤喷支撑材料，而支撑可以选择水溶材料、低于模一个喷头用于挤喷支撑材料，而支撑可以选择水溶材料、低于模型材料熔点的热熔材料等。成形之后，支撑很容易去掉，留下光型材料熔点的热熔材料等。成形之后，支撑很容易去掉，留下光滑、清

44、洁、精确的原型件，没有刮痕和擦伤，细小的特征会保留滑、清洁、精确的原型件，没有刮痕和擦伤，细小的特征会保留得完整无缺。得完整无缺。快速原型技术快速原型技术 3.6.3 FDM材料材料nFDM工艺中使用的材料是线材，分为成形材料和支撑材料。工艺中使用的材料是线材，分为成形材料和支撑材料。对于成形材料，要求其熔融温度低、粘度低、粘结性好、对于成形材料，要求其熔融温度低、粘度低、粘结性好、收缩率小；收缩率小；n目前使用的材料主要包括目前使用的材料主要包括ABS及医学专用的及医学专用的ABSi、MABS、石蜡、聚烯烃树脂、尼龙、聚酰胺、低熔点金、石蜡、聚烯烃树脂、尼龙、聚酰胺、低熔点金属和陶瓷等；属和

45、陶瓷等；n对支撑材料的要求是能够承受一定的高温、与成形材料对支撑材料的要求是能够承受一定的高温、与成形材料不浸润、具有水溶性或酸溶性、具有较低的熔融温度、不浸润、具有水溶性或酸溶性、具有较低的熔融温度、流动性好等。流动性好等。快速原型技术快速原型技术 3.6.4 FDM工艺特点工艺特点FDM工艺优点如下：工艺优点如下：n无需激光系统，设备结构简单、运行安全、操作维护简便，无需激光系统，设备结构简单、运行安全、操作维护简便，成本低，其设备成本为成本低，其设备成本为SLA设备的设备的1/5；n可以在办公室环境下使用；可以在办公室环境下使用；n原材料在成形过程中无化学变化，制件翘曲变形小；原材料在成

46、形过程中无化学变化，制件翘曲变形小；n当使用水溶性支撑材料时，支撑去除方便快捷，且效果极当使用水溶性支撑材料时，支撑去除方便快捷，且效果极好。好。快速原型技术快速原型技术 3.6.4 FDM工艺特点工艺特点FDM工艺缺点：工艺缺点：n成形精度较；成形精度较；n也需要对整个截面进行扫描，成形时间较长；也需要对整个截面进行扫描，成形时间较长；n沿沿Z轴方向，制件强度较弱。轴方向，制件强度较弱。快速原型技术快速原型技术 3.6.4 FDM工艺特点工艺特点指标指标SLALOMSLSFDM成形速度成形速度较快较快快快较慢较慢较慢较慢原型精度原型精度较高较高较高较高较低较低较低较低制造成本制造成本高高较低

47、较低较低较低低低原型复杂程度原型复杂程度复杂复杂中等中等较复杂较复杂中等中等零件大小零件大小中小件中小件大件大件中小件中小件中小件中小件四种工艺的对比四种工艺的对比快速原型技术快速原型技术 3.6.5 FDM工艺应用案例工艺应用案例nFDM工艺已广泛应用于汽车、机械、航空航天、家电、通信、工艺已广泛应用于汽车、机械、航空航天、家电、通信、电子、建筑、医学、玩具等产品的设计开发过程，如产品外电子、建筑、医学、玩具等产品的设计开发过程，如产品外观评估、方案选择、装配检查、功能测试、用户看样订货、观评估、方案选择、装配检查、功能测试、用户看样订货、以及少量产品制造等。以及少量产品制造等。快速原型技术

48、快速原型技术 3.6.5 FDM工艺应用案例工艺应用案例快速原型技术快速原型技术 3.6.5 FDM工艺应用案例工艺应用案例使用使用FDM工艺制作医学模工艺制作医学模型，有助于改善外科手术型，有助于改善外科手术方案，并有效地进行医学方案，并有效地进行医学诊断，大大减少手术前、诊断，大大减少手术前、中和后的时间和费用中和后的时间和费用采用采用FDM工艺制作的人工艺制作的人体骨骼模型体骨骼模型快速原型技术快速原型技术 3.6.5 FDM工艺应用案例工艺应用案例快速原型技术快速原型技术 3.6.5 FDM工艺应用案例工艺应用案例快速原型技术快速原型技术 3.6.5 FDM工艺应用案例工艺应用案例快速

49、原型技术快速原型技术 3.7 RP技术的应用技术的应用 RP技术自出现以来，技术自出现以来，以其显著的时间效益和以其显著的时间效益和经济效益受到制造业的经济效益受到制造业的广泛关注，并已在航空广泛关注，并已在航空航天、汽车外形设计、航天、汽车外形设计、玩具、电子仪表与家用玩具、电子仪表与家用电器塑料件制造、人体电器塑料件制造、人体器官制造、建筑美工设器官制造、建筑美工设计、工艺装饰设计制造、计、工艺装饰设计制造、模具设计制造等领域展模具设计制造等领域展现出良好的应用前景。现出良好的应用前景。 051015202530军事领域军事领域其他其他宇航业宇航业学术机构学术机构医疗领域医疗领域机械设备机

50、械设备汽车行业汽车行业日用消费品日用消费品需求量（需求量（%）对对RP原型需求的行业原型需求的行业快速原型技术快速原型技术 3.7 RP技术的应用技术的应用对对RP原型需求的目的原型需求的目的模具制造可视化模具制造可视化0510152025其他其他直接模具直接模具人体研究人体研究建议和讨论模型建议和讨论模型金属铸造母模金属铸造母模快速模具母模快速模具母模工程设计可视化工程设计可视化装配检验装配检验功能模型功能模型需求目的和用途量（需求目的和用途量（%）快速原型技术快速原型技术 3.7 RP技术的应用技术的应用3.7.1 RP技术在新产品开发中的应用技术在新产品开发中的应用 3.7.2 基于基于

51、RP的快速模具技术的快速模具技术 3.7.3 RP技术在医学领域中的应用材料技术在医学领域中的应用材料3.7.4 RP技术在铸造领域中的应用技术在铸造领域中的应用快速原型技术快速原型技术 3.7.1 RP技术在新产品开发中的应用技术在新产品开发中的应用 采用采用RP技术之后，从产品设计的最初阶段开始，设计技术之后，从产品设计的最初阶段开始，设计者、制造者、推销者和用户都能在第一时间拿到实实在在的者、制造者、推销者和用户都能在第一时间拿到实实在在的样品甚至小批量生产的产品，因而可以及早地、充分地进行样品甚至小批量生产的产品，因而可以及早地、充分地进行评价、测试和反复修改，并且对制造工艺过程及其所

52、需的工评价、测试和反复修改，并且对制造工艺过程及其所需的工具、模具的设计进行校核，因此可以大大减少失误和不必要具、模具的设计进行校核，因此可以大大减少失误和不必要的返工，从而能以最快的速度、最低的成本、最好的品质和的返工，从而能以最快的速度、最低的成本、最好的品质和最低的风险投入市场。最低的风险投入市场。 快速原型技术快速原型技术 3.7.1 RP技术在新产品开发中的应用技术在新产品开发中的应用nRP系统相当于一台系统相当于一台三维打印机三维打印机，能迅速地将设计的，能迅速地将设计的CAD模型高精度地模型高精度地“打印打印”出来，为设计者和产品评审决策出来，为设计者和产品评审决策者提供直接、准

53、确的模型，大大提高产品设计和决策的者提供直接、准确的模型，大大提高产品设计和决策的可靠性。可靠性。1. 设计模型可视化及设计评价设计模型可视化及设计评价n在新产品设计中，利用在新产品设计中，利用RP技术制作产品样件，一般只需技术制作产品样件，一般只需传统样件制作工时的传统样件制作工时的30%50%和成本的和成本的20%35%，而其精确性却是传统方法无法媲美的。而其精确性却是传统方法无法媲美的。RP样件是产品从样件是产品从设计到商品化各个环节中进行交流的有效手段，可作为设计到商品化各个环节中进行交流的有效手段，可作为新产品展示，进行市场调研、市场宣传和供货询价。新产品展示，进行市场调研、市场宣传

54、和供货询价。快速原型技术快速原型技术 3.7.1 RP技术在新产品开发中的应用技术在新产品开发中的应用n进行装配校核和干涉检查对新产品开发，尤其是在有限进行装配校核和干涉检查对新产品开发，尤其是在有限空间内的复杂、昂贵系统（如卫星、导弹）的可制造性空间内的复杂、昂贵系统（如卫星、导弹）的可制造性和可装配性检验尤为重要。如果一个产品的零件多而且和可装配性检验尤为重要。如果一个产品的零件多而且复杂就需要作总体装配校核。在投产之前，先用复杂就需要作总体装配校核。在投产之前，先用RP技术技术制作出全部零件原型，进行试安装，验证设计的合理性制作出全部零件原型，进行试安装，验证设计的合理性和安装工艺与装配

55、要求，若发现有缺陷，便可以迅速、和安装工艺与装配要求，若发现有缺陷，便可以迅速、方便地进行纠正，使所有问题在投产之前得到解决。方便地进行纠正，使所有问题在投产之前得到解决。2. 装配校核装配校核快速原型技术快速原型技术 3.7.1 RP技术在新产品开发中的应用技术在新产品开发中的应用n快速原型除了可以进行设计评价和装配校核之外，还可快速原型除了可以进行设计评价和装配校核之外，还可以直接用于性能和功能参数试验与相应的研究，如机构以直接用于性能和功能参数试验与相应的研究，如机构运动分析、流动分析、应力分析、流体和空气动力学分运动分析、流动分析、应力分析、流体和空气动力学分析等。采用析等。采用RP技

56、术可以严格地按照设计将模型迅速制造技术可以严格地按照设计将模型迅速制造出来进行实验测试，对各种复杂的空间曲面更能体现出来进行实验测试，对各种复杂的空间曲面更能体现RP技术的优势。如通过风扇、凤毂等设计的功能检验和性技术的优势。如通过风扇、凤毂等设计的功能检验和性能参数确定，可获得最佳扇叶曲面、最低噪声的结构。能参数确定，可获得最佳扇叶曲面、最低噪声的结构。如果用传统的方法制造原型，这种测试与比较几乎是不如果用传统的方法制造原型，这种测试与比较几乎是不可能的。可能的。3. 功能验证功能验证快速原型技术快速原型技术 3.7.1 RP技术在新产品开发中的应用技术在新产品开发中的应用n由于由于RP技术

57、彻底摒弃了传统的加工模式，其加工难易程技术彻底摒弃了传统的加工模式，其加工难易程度与产品复杂程度无关，其加工成本与批量无关，其加度与产品复杂程度无关，其加工成本与批量无关，其加工过程与刀具、夹具、模具无关，从而使得原来过于复工过程与刀具、夹具、模具无关，从而使得原来过于复杂无法加工的结构变得不存在加工难度，原来追求个性杂无法加工的结构变得不存在加工难度，原来追求个性化而带来的小批量、高成本的问题迎刃而解，原来不合化而带来的小批量、高成本的问题迎刃而解，原来不合理的设计结构和装配结构变得合理。理的设计结构和装配结构变得合理。4. RP技术给产品设计带来革命技术给产品设计带来革命 快速原型技术快速

58、原型技术 3.7.1 RP技术在新产品开发中的应用技术在新产品开发中的应用nRP技术将复杂的三维加工简化为一系列二维加工的叠加，技术将复杂的三维加工简化为一系列二维加工的叠加，因此，原则上讲，任意复杂程度的零件都可以成形，不因此，原则上讲，任意复杂程度的零件都可以成形，不再会因为零件复杂而增加加工难度；再会因为零件复杂而增加加工难度；1）设计中可以不再考虑产品的复杂程度和批量）设计中可以不再考虑产品的复杂程度和批量nRP技术类似于技术类似于“三维打印三维打印”的加工模式带来加工的极大的加工模式带来加工的极大柔性，加工成本对产品批量的敏感性几乎为零，复杂产柔性，加工成本对产品批量的敏感性几乎为零

59、，复杂产品的单件小批量生产是它的特长。这就为产品设计者追品的单件小批量生产是它的特长。这就为产品设计者追求设计独创性和产品使用者追求个性化提供了有力的支求设计独创性和产品使用者追求个性化提供了有力的支持。持。快速原型技术快速原型技术 3.7.1 RP技术在新产品开发中的应用技术在新产品开发中的应用2）加工工艺性概念的变革）加工工艺性概念的变革n这一产品结构虽不复杂，但采用传这一产品结构虽不复杂，但采用传统的加工方法是无法制作。统的加工方法是无法制作。n采用采用RP技术的技术的FDM工艺，通过合理工艺，通过合理设定分层参数和加工参数，成形时设定分层参数和加工参数，成形时不用支撑，顺利制作出该零件

60、，得不用支撑，顺利制作出该零件，得到的制件形状完美，表面光洁，无到的制件形状完美，表面光洁，无需任何后续处理工序。需任何后续处理工序。快速原型技术快速原型技术 3.7.1 RP技术在新产品开发中的应用技术在新产品开发中的应用3）装配结构的改变简化了设计和制造过程）装配结构的改变简化了设计和制造过程这是仅由一个这是仅由一个零件组成的零件组成的整体扳手整体扳手n设计过程得以简化，设计中不再考虑传统的加工工艺性问题；设计过程得以简化，设计中不再考虑传统的加工工艺性问题；n制造工艺得以简化，避免了采用分体加工时诸多的加工工序以及后续制造工艺得以简化，避免了采用分体加工时诸多的加工工序以及后续的装配过程

61、；的装配过程；n产品质量得以改善，避免了由于装配过程带来的装配误差和装配痕迹，产品质量得以改善，避免了由于装配过程带来的装配误差和装配痕迹，从而提高产品精度和外观质量，增加局部强度，采用这一技术成形有从而提高产品精度和外观质量，增加局部强度，采用这一技术成形有密封要求的部位，可以做到绝对防渗漏。密封要求的部位，可以做到绝对防渗漏。快速原型技术快速原型技术 3.7.2 基于基于RP的快速模具技术的快速模具技术 采用基于采用基于RP的快速模具技术，从模具的概念设计到的快速模具技术，从模具的概念设计到制造完毕仅为传统加工方法所需时间的制造完毕仅为传统加工方法所需时间的1/3左右，使模具左右，使模具制

62、造在提高质量、缩短研制周期、提高制造柔性等方面取制造在提高质量、缩短研制周期、提高制造柔性等方面取得了明显的效果。在得了明显的效果。在RP技术领域中，目前发展最迅速，技术领域中，目前发展最迅速，产值增长最明显的应属快速模具技术产值增长最明显的应属快速模具技术。快速原型技术快速原型技术基于基于基于基于RPRP的快速模具技术的快速模具技术的快速模具技术的快速模具技术 快速原型技术快速原型技术 3.7.2 基于基于RP的快速模具技术的快速模具技术1. 直接快速模具制造直接快速模具制造nSLS工艺制模工艺制模nAIM快速制模工艺快速制模工艺n形状沉积制造形状沉积制造(SDM)工艺工艺n三维打印（三维打

63、印（3DP）工艺直接制造金属模具）工艺直接制造金属模具快速原型技术快速原型技术 3.7.2 基于基于RP的快速模具技术的快速模具技术2. 间接快速模具制造间接快速模具制造n喷涂模具喷涂模具n中低熔点合金模具中低熔点合金模具n电铸模电铸模n硅胶模硅胶模n熔模铸造法熔模铸造法n陶瓷型精铸法陶瓷型精铸法快速原型技术快速原型技术 3.7.2 基于基于RP的快速模具技术的快速模具技术基于基于RP的陶瓷型精铸子午线轮胎活络模的陶瓷型精铸子午线轮胎活络模 快速原型技术快速原型技术 3.7.2 基于基于RP的快速模具技术的快速模具技术大型汽车覆盖件模具大型汽车覆盖件模具 快速原型技术快速原型技术 3.7.2

64、基于基于RP的快速模具技术的快速模具技术金属喷涂快速模具制造金属喷涂快速模具制造快速原型技术快速原型技术3.7.2 基于基于RP的快速模具技术的快速模具技术快速原型技术快速原型技术3.7.2 基于基于RP的快速模具技术的快速模具技术冰箱内饰件的快速原型件、硅胶模具及塑料件冰箱内饰件的快速原型件、硅胶模具及塑料件快速原型技术快速原型技术3.7.3 RP技术在医学领域的应用技术在医学领域的应用 人体骨骼和内部器官结构极其复杂，要真实地复制人体内人体骨骼和内部器官结构极其复杂，要真实地复制人体内部的器官构造，反应病变特征，部的器官构造，反应病变特征，RP几乎是唯一的方法。几乎是唯一的方法。n首先，首

65、先，RP原型可以作为硬拷贝数据提供视觉和触觉的信息，作原型可以作为硬拷贝数据提供视觉和触觉的信息，作为诊断和治疗的文件，它能够促进医生和医生之间、医生与病为诊断和治疗的文件，它能够促进医生和医生之间、医生与病人之间的沟通；人之间的沟通；n其次，其次，RP原型可以作为外科手术模拟的模型，有助于快速制定原型可以作为外科手术模拟的模型，有助于快速制定复杂外科手术的计划。复杂外科手术的计划。n第三，第三，RP原型能够直接制造成植入物，植入人体，基于原型能够直接制造成植入物，植入人体，基于RP制制造的植入体具有相当准确的适配度，能够提高美观度、缩短手造的植入体具有相当准确的适配度，能够提高美观度、缩短手

66、术时间、减少术后并发症。术时间、减少术后并发症。快速原型技术快速原型技术3.7.3 RP技术在医学领域的应用技术在医学领域的应用根据患者的人体根据患者的人体CT数据制作的骨盆数据制作的骨盆RP原型原型快速原型技术快速原型技术3.7.3 RP技术在医学领域的应用技术在医学领域的应用手术模型手术模型 快速原型技术快速原型技术3.7.4 RP技术在铸造领域的应用技术在铸造领域的应用 RP技术自出现以来，一直在铸造领域有着比较活跃的应技术自出现以来，一直在铸造领域有着比较活跃的应用，在典型铸造工艺和熔模铸造中，为单件或小批量铸件的生用，在典型铸造工艺和熔模铸造中，为单件或小批量铸件的生产带来了显著的经

67、济效益。在制造业特别是航空、航天、国防、产带来了显著的经济效益。在制造业特别是航空、航天、国防、汽车等重点行业，其基础的核心部件一般均为结构精细、复杂汽车等重点行业，其基础的核心部件一般均为结构精细、复杂的金属零件，其生产方式常为铸造，铸造环节复杂、周期长、的金属零件，其生产方式常为铸造，铸造环节复杂、周期长、耗资大，略有失误有时甚至要全部返工，风险很大。如果借助耗资大，略有失误有时甚至要全部返工，风险很大。如果借助RP 技术，使技术，使RP 技术与传统工艺相结合，扬长避短，可收到技术与传统工艺相结合，扬长避短，可收到事半功倍的效果。事半功倍的效果。 快速原型技术快速原型技术3.7.4 RP技

68、术在铸造领域的应用技术在铸造领域的应用采用快速铸造生产的四缸发动机蜡模及零件采用快速铸造生产的四缸发动机蜡模及零件 快速原型技术快速原型技术 3.8 RP技术的发展趋势技术的发展趋势3.8.1 RP产业面临的困难产业面临的困难 3.8.2 RP技术的发展趋势技术的发展趋势 3.8.3 RP技术的未来技术的未来快速原型技术快速原型技术 3.8.1 RP产业面临的困难产业面临的困难n 价格偏高价格偏高 n 材料的限制材料的限制n 成形精度有限成形精度有限n 成形速度方面的不足成形速度方面的不足快速原型技术快速原型技术 3.8.2 RP技术的发展趋势技术的发展趋势n十余年来，十余年来，RP技术已经步

69、入初成熟期，已经从早期的原技术已经步入初成熟期，已经从早期的原型制造发展出包含多种功能、多种材料、多种应用的许多型制造发展出包含多种功能、多种材料、多种应用的许多工艺，在概念上正在从工艺，在概念上正在从Rapid Prototyping转变为转变为Rapid Manufacturing，在功能上从完成原型制造向批量定制发，在功能上从完成原型制造向批量定制发展。基于这个基本趋势，展。基于这个基本趋势，RP设备向概念型、生产型和专设备向概念型、生产型和专用成形设备分化。用成形设备分化。快速原型技术快速原型技术 3.8.2 RP技术的发展趋势技术的发展趋势n概念模型概念模型RP设备是指利用设备是指利

70、用RP工艺制造用于产品设计、测工艺制造用于产品设计、测试或者装配等的原型。所成形的零件主要在于形状、色彩试或者装配等的原型。所成形的零件主要在于形状、色彩等外观表达功能，对材料的性能要求较低。这种设备的当等外观表达功能，对材料的性能要求较低。这种设备的当前发展总的趋势是：成形速度快；产品可具有连续变化的前发展总的趋势是：成形速度快；产品可具有连续变化的多彩色（多材料）；普通微机控制，通过标准接口进行通多彩色（多材料）；普通微机控制，通过标准接口进行通信；体积小，是一种桌面设备；价格低；绿色制造方式，信；体积小，是一种桌面设备；价格低；绿色制造方式，无污染、无噪声。无污染、无噪声。 快速原型技术

71、快速原型技术 3.8.2 RP技术的发展趋势技术的发展趋势n生产型设备是指能生产最终零件的生产型设备是指能生产最终零件的RP设备。与概念原型设备。与概念原型设备相比，这种设备一般对产品有较高的精度、性能和成设备相比，这种设备一般对产品有较高的精度、性能和成形效率要求，设备和材料价格较昂贵形效率要求，设备和材料价格较昂贵 。 n应用于生物医学制造领域的专用成形设备是今后发展的趋应用于生物医学制造领域的专用成形设备是今后发展的趋势。势。RP设备能够生产任意复杂形状、高度个性化的产品，设备能够生产任意复杂形状、高度个性化的产品，能够同时处理多种材料，实现产品的材料梯度和结构梯度。能够同时处理多种材料

72、，实现产品的材料梯度和结构梯度。这些特点正好满足生物医学领域，特别是组织工程领域的这些特点正好满足生物医学领域，特别是组织工程领域的一些产品的成形要求。一些产品的成形要求。 快速原型技术快速原型技术 3.8.3 RP技术的未来技术的未来 RP技术基于离散/堆积原理，采用多种直写技术控制单元材料状态，将传统上相互独立的材料制备和材料成形过程合一，建立了从零件成形信息及材料功能信息数字化到物理实现数字化之间的直接映射，实现了从材料和零件的设计思想到物理实现的一体化。 1材料成形和材料制备材料成形和材料制备快速原型技术快速原型技术 3.8.3 RP技术的未来技术的未来2直写技术直写技术 直写技术用来

73、创造一种由活的细胞、蛋白、直写技术用来创造一种由活的细胞、蛋白、DNA片段、片段、抗体等组成的三维工程机构，将在生物芯片、生物电气装置、抗体等组成的三维工程机构，将在生物芯片、生物电气装置、探针探测、更高柔性的探针探测、更高柔性的RP工艺、柔性电子装置、生物材料工艺、柔性电子装置、生物材料加工和操纵自然生命系统、培养变态和癌细胞等方面中具有加工和操纵自然生命系统、培养变态和癌细胞等方面中具有不可估量的作用。其最大的作用在于他用制造的概念和方法不可估量的作用。其最大的作用在于他用制造的概念和方法完成活体成形，突破了千百年来禁锢人们思想的枷锁完成活体成形，突破了千百年来禁锢人们思想的枷锁-制制造与

74、生长无关；跨越了不可逾越的界限造与生长无关；跨越了不可逾越的界限-制造与生长之界制造与生长之界限。限。快速原型技术快速原型技术 3.8.3 RP技术的未来技术的未来2直写技术直写技术n开发新的直写技术，扩大适用于RP技术的材料范围，进入到细胞等活性材料领域。n控制更小的材料单元，提高控制的精度，解决精度和速度的矛盾。n对RP工艺进行建模、计算机仿真和优化，从而提高RP技术的精度、实现真正的净成形。n随着RP技术进入到如生物材料的功能性材料的成形，材料在直写过程中的物理化学变化尤其应得到重视；快速原型技术快速原型技术 3.8.3 RP技术的未来技术的未来3生物制造和生长成形生物制造和生长成形n首

75、先，“生物零件”应该为每个个体的人设计和制造，而RP能够成形任意复杂的形状，提供个性化服务；n其次，快速原型能够直接操纵材料状态，使材料状态与物理位置匹配；n另外，RP技术可以直接操纵数字化的材料单元，为信息直接转换为物理实现提供了最快的方式。快速原型技术快速原型技术 3.8.3 RP技术的未来技术的未来4计算机外设和网络制造计算机外设和网络制造nRP技术是全数字化的制造技术，RP设备的三维成形功能和普通打印机具有共同的特性。小型的桌面RP设备有潜力作为计算机的外设而进入艺术和设计工作室、学校和教育机构甚至家庭，成为设计师检验设计概念、学校培养学生创造性的设计思维、家庭进行个性化设计的工具。快

76、速原型技术快速原型技术 3.8.3 RP技术的未来技术的未来5快速原型与微纳米制造快速原型与微纳米制造n微纳米制造是制造科学中的一个热点问题，根据RP的原理和方法制造MEMS是一个有潜力的方向。目前，常用的微加工技术方法从加工原理上属于通过去除材料而“由大到小”的去除成形工艺，难于加工三维异形微结构，深宽比的进一步增加受到了限制。而快速原型根据离散/堆积的降维制造原理，能制造任意复杂形状。另外，RP对异质材料的控制能力也可以制造复合材料或功能梯度的微机械。快速原型技术快速原型技术习题：快速原型技术的基本原理快速原型技术的基本原理 ？快速原型技术的典型方法快速原型技术的典型方法 ？快速原型的软件系统快速原型的软件系统 ？快速原型技术快速原型技术