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1、快速成型技术及应用绪论n1快速成形与快速制模技术简介快速成形与快速制模技术简介 随着现代经济和科学技术的发展，市场随着现代经济和科学技术的发展，市场竞争日趋激烈，这在汽车、电子、家电、竞争日趋激烈，这在汽车、电子、家电、轻工及模具制造等领域尤为明显。轻工及模具制造等领域尤为明显。 因此，缩短新产品的设计、开发周期，因此，缩短新产品的设计、开发周期，降低研制成本，已成为企业关注的焦点和降低研制成本，已成为企业关注的焦点和面临的迫切问题。面临的迫切问题。 绪论n 20世纪世纪80年代中期，在工业发达国家出年代中期，在工业发达国家出现了一项高新制造技术激光快速原型制现了一项高新制造技术激光快速原型制
2、造技术，简称快速成形技术，该技术可以造技术，简称快速成形技术，该技术可以将三维将三维CAD模型迅速转化为实物模型，被模型迅速转化为实物模型，被认为是继认为是继NC技术后制造业的又一次革命。技术后制造业的又一次革命。经过十余年的发展，现在已经产生了经过十余年的发展，现在已经产生了10余余种基于快速原型制造原理的工艺方法。种基于快速原型制造原理的工艺方法。快速成形的分类快速成形的分类n较常见的有四种：较常见的有四种：n1 液态光敏聚合物选择性固化液态光敏聚合物选择性固化n2 薄型材料选择性切割薄型材料选择性切割n3 丝状材料选择性熔覆丝状材料选择性熔覆n4 粉末材料选择性烧结粉末材料选择性烧结快速
3、成型制品快速制模技术n 快速制模技术基于快速成形技术发展起来快速制模技术基于快速成形技术发展起来的一种快速制造模具的技术。的一种快速制造模具的技术。n有两层含义：有两层含义：n1 直接利用快速成形技术来制造模具直接利用快速成形技术来制造模具 利用四种快速成形方法来制作模具，包括利用四种快速成形方法来制作模具，包括注塑模、冲压模。注塑模、冲压模。n2 利用各种方法把快速成形技术得到的实物利用各种方法把快速成形技术得到的实物原型转换成模具原型转换成模具快速成形工作室快速模具实例学习内容和学习要求学习内容和学习要求n1 学习本课程的目的学习本课程的目的 了解制造业最前沿的动态了解制造业最前沿的动态(
4、快速成型技术）快速成型技术） 拓宽知识面拓宽知识面n2 本课程要掌握和了解的主要内容：本课程要掌握和了解的主要内容：n需要掌握的内容：需要掌握的内容：n（1）掌握快速成形原理；）掌握快速成形原理；n（2）掌握四大快速成形技术的基本原理和工艺过）掌握四大快速成形技术的基本原理和工艺过程；程；n（3）掌握一些快速制模技术的原理）掌握一些快速制模技术的原理学习内容学习内容n需要了解的内容：需要了解的内容：（1）了解快速成形系统的组成以及各部件的）了解快速成形系统的组成以及各部件的作用作用（2）了解快速成形用材料）了解快速成形用材料（3）了解四大快速成形技术的优缺点）了解四大快速成形技术的优缺点学习要
5、求学习要求n1 记必要的笔记记必要的笔记n2 按时上课按时上课n3 认真完成作业认真完成作业第一章快速成形制造技术概论快速成形制造技术概论快速成形技术产生的背景快速成形技术产生的背景一 快速成形技术产生的背景 快速成形（快速成形（Rapid Prototyping，简称，简称RP）技术）技术是伴随着制造业的发展而发展起来的。是伴随着制造业的发展而发展起来的。50506060年代年代 规模效益第一规模效益第一70708080年代年代 价格竞争第一9090年代年代市场响应速度第一时间因素被提到了首要地位传统设计的缺陷去除法快速成形技术快速成形技术RP技术技术 叠加法快速成形技术产生的历史快速成形技
6、术产生的历史n1.RP技术最早出现在制造业并不发达的技术最早出现在制造业并不发达的19世纪，世纪，早在早在1892年，年，Blanthre主张用三维方法制造三维主张用三维方法制造三维地图模型；地图模型；n2.1979年，日本东京大学的中川威雄教授，利用年，日本东京大学的中川威雄教授，利用分层技术制造了金属冲裁模、成形模和注塑模；分层技术制造了金属冲裁模、成形模和注塑模；n3.20世纪年代末到世纪年代末到80年代初期，美国年代初期，美国3M公司的公司的Alanj.Hebert、日本的小玉秀男、美国、日本的小玉秀男、美国UVP公司公司的的Charles W.Hull和日本的丸骨洋二各自提出了和日本
7、的丸骨洋二各自提出了RP的概念；的概念； 快速成形技术产生的历史快速成形技术产生的历史n4.Charles W.Hull在在UVP公司的支持下，完公司的支持下，完成了一个能自动制造零件的完整系统，称成了一个能自动制造零件的完整系统，称为为Stero lithography Apparatus（SLA），），并于并于1986年获得了专利，这是年获得了专利，这是RP发展史上发展史上的一个里程碑。同年，的一个里程碑。同年，Charles W.Hull和和UVP的一些股东一起建立了的一些股东一起建立了3D Systerm公公司，随后许多关于快速成形的概念和技术司，随后许多关于快速成形的概念和技术在在3
8、D Systerm发展成熟；发展成熟；快速成形技术产生的历史快速成形技术产生的历史n5. 1984年，年，Michael Feygin 提出了分层实体制提出了分层实体制造的方法，称为造的方法，称为Laminated Object Manufacturing（LOM），），1985年组建年组建Helisys公司，并在公司，并在1990年前后开发出了第一台商业机型年前后开发出了第一台商业机型LOM1015；n6. 1986年，美国年，美国Texas大学的研究生大学的研究生C. Deckaed提出了提出了slective Laser Sintering（SLS）的思想，）的思想，随后组建成随后组建成
9、DTM公司，并于公司，并于1992年开发出了基于年开发出了基于SLS的商业成型机的商业成型机Sinteration。 快速成形技术产生的历史快速成形技术产生的历史n7. ScottCrump在在1988年提出了年提出了Fused Deposition Modeling（FUM）的思想，）的思想，1992年开发了第一台商业机型年开发了第一台商业机型3DMoldeler。n8. 此后，还出现了此后，还出现了3DP，SDM，SGC等等，等等，但是都不成熟，目前但是都不成熟，目前SLA、LOM、SLS、FUM四种技术比较成熟。四种技术比较成熟。快速成形技术分布快速成形技术分布快速成形技术分布快速成形技
10、术分布快速成形技术在我国的发展快速成形技术在我国的发展n我国最早在快速成型技术方面开展工作的有我国最早在快速成型技术方面开展工作的有清华大学、西安交通大学、华中科技大学和清华大学、西安交通大学、华中科技大学和北京隆源自动成形系统有限公司。北京隆源自动成形系统有限公司。n 这些单位早期在开发系统设备方面各有侧重。这些单位早期在开发系统设备方面各有侧重。其中，其中， 清华大学以清华大学以FDM 和和LOM 为主为主, 西安西安交通大学则是交通大学则是SLA ，北京隆源自动成形系统，北京隆源自动成形系统有限公司为有限公司为SLS ，而华中理工大学主要为，而华中理工大学主要为LOM。快速成形技术在我国
11、的发展快速成形技术在我国的发展n此外此外, 南京航天大学、上海交通大学、华北南京航天大学、上海交通大学、华北工学院等在该领域也做了许多工作。工学院等在该领域也做了许多工作。n国内的家电行业是对快速成形技术反应最为国内的家电行业是对快速成形技术反应最为敏捷的行业，广东的美的、华宝、江苏的春敏捷的行业，广东的美的、华宝、江苏的春兰、小天鹅，青岛的海尔等，都先后采用快兰、小天鹅，青岛的海尔等，都先后采用快速成形系统来开发新产品速成形系统来开发新产品, 收到了很好的效收到了很好的效果果.快速成形定义及原理快速成形定义及原理其基本原理为：其基本原理为： 1.先由先由CAD软件设计出所需件的计软件设计出所
12、需件的计算机三维曲面或实体模型，如右算机三维曲面或实体模型，如右图（图（a）；）； 2.根据工艺要求，把三维模型按一根据工艺要求，把三维模型按一定厚度进行切片得到二维信息，定厚度进行切片得到二维信息，并将分层后的二维信息转换成数并将分层后的二维信息转换成数控代码，如右图（控代码，如右图（b） ； 3.将数控代码传到快速自动成型机将数控代码传到快速自动成型机中去，类似于计算机向打印机传中去，类似于计算机向打印机传递打印信息，形成各个截面轮廓，递打印信息，形成各个截面轮廓，同时逐步累积，直到完成整个零同时逐步累积，直到完成整个零件，如右图（件，如右图（c）、（）、（b） 。快速成形技术：快速制造新
13、产品样件的技术快速成形技术：快速制造新产品样件的技术快速成形技术：快速制造新产品样件的技术快速成形技术：快速制造新产品样件的技术 。快速成形原理快速成形原理n 简单的说，快速成形就是由三维转换成简单的说，快速成形就是由三维转换成二维二维(用软件将三维模型离散化用软件将三维模型离散化)，再由二，再由二维到三维维到三维(材料堆积材料堆积)的工作过程的工作过程。快速成形技术理论基础快速成形技术理论基础CAD/CAM 技术激光技术数控技术新材料技术RP技术技术n快速成型技术建立的理论基础？快速成型技术建立的理论基础？n新材料技术、计算机技术、数控技术和新材料技术、计算机技术、数控技术和激光技术激光技术
14、快速成形的特点快速成形的特点 n1.快速性：从快速性：从CAD设计到原型零件制成，设计到原型零件制成，一般只需几个小时至几十个小时，速度比一般只需几个小时至几十个小时，速度比传统的成形方法快得多，使快速成型技术传统的成形方法快得多，使快速成型技术尤其适合于新产品的开发与管理；尤其适合于新产品的开发与管理； n2.自由性：一是指可以根据零件的形状，无自由性：一是指可以根据零件的形状，无需专用工具的限制而自由地成形，可以大需专用工具的限制而自由地成形，可以大大缩短新产品的试制时间；二是指不受零大缩短新产品的试制时间；二是指不受零件形状复杂程度限制，零件的复杂程度和件形状复杂程度限制，零件的复杂程度
15、和生产批量与制造成本基本无关；生产批量与制造成本基本无关； 快速成形的特点快速成形的特点n3.高度柔性：仅需改变高度柔性：仅需改变CAD模型，重新调模型，重新调整和设置参数即可生产出不同形状的零件整和设置参数即可生产出不同形状的零件模型；模型；n4.设计制造一体化：快速成型由于采用了离设计制造一体化：快速成型由于采用了离散堆积的加工工艺，使得散堆积的加工工艺，使得CAD和和CAM能够能够很好地结合；很好地结合；快速成形的特点快速成形的特点n5.材料的广泛性：快速成型技术可以制造树材料的广泛性：快速成型技术可以制造树脂类、塑料类原型，还可以制造出纸类、脂类、塑料类原型，还可以制造出纸类、石蜡类、
16、复合材料以及金属材料和陶瓷材石蜡类、复合材料以及金属材料和陶瓷材料的原型。料的原型。n6.技术的高度集成性：技术的高度集成性：RP技术是计算机、技术是计算机、数控、激光、材料的综合集成，只有在计数控、激光、材料的综合集成，只有在计算机技术、数控技术、激光器件和功率控算机技术、数控技术、激光器件和功率控制技术高度发展的今天才可能诞生，因此制技术高度发展的今天才可能诞生，因此快速成型技术带有鲜明的时代特征。快速成型技术带有鲜明的时代特征。快速成形技术在快速成形技术在产品设计和制造中的应用产品设计和制造中的应用 n1.可以及时的校核产品的设计缺陷以及性能。可以及时的校核产品的设计缺陷以及性能。 传统
17、的制件方法从概念构思到设计图纸，传统的制件方法从概念构思到设计图纸，到制造出第一个制件时才能发现设计的缺到制造出第一个制件时才能发现设计的缺点，并且要修改的话，必须回到设计图纸点，并且要修改的话，必须回到设计图纸这一步，这往往要经历数天或者数月，大这一步，这往往要经历数天或者数月，大大耗费人力和物力。大耗费人力和物力。 而快速成形从概念构思到原形制造出来只而快速成形从概念构思到原形制造出来只要几个小时至几十小时，而且整个过程可要几个小时至几十小时，而且整个过程可以实现无纸化生产，即使发现缺陷也可以以实现无纸化生产，即使发现缺陷也可以及时在计算机中修改。及时在计算机中修改。快速成形技术在快速成形
18、技术在产品设计和制造中的应用产品设计和制造中的应用n2.利用RP技术可以快速制造产品样品 RP技术制造产品样品，只需传统方法的3050的工时，2035的成本，快速成形的制品在尺寸上和真实零件是一样的，并可以供客户直观的判断。快速成形技术在快速成形技术在产品设计和制造中的应用产品设计和制造中的应用快速成形技术在快速成形技术在产品设计和制造中的应用产品设计和制造中的应用n3.在模具制造中的应用在模具制造中的应用 利用快速成形件直接用作模具，或者用快利用快速成形件直接用作模具，或者用快速成形件作母模，翻制模具。速成形件作母模，翻制模具。快速成形技术在快速成形技术在产品设计和制造中的应用产品设计和制造
19、中的应用n4.在矫形医学中的应用在矫形医学中的应用 医学应用是快速成形很重要的一个应用方医学应用是快速成形很重要的一个应用方向。除了应用于医疗器械的设计开发方面，向。除了应用于医疗器械的设计开发方面，快速成形已经运用于器官（如骨骼，心脏快速成形已经运用于器官（如骨骼，心脏等），种植体（如人工关节等）的原型制等），种植体（如人工关节等）的原型制作。利用作。利用CT、MRI、B超等技术，对人体局超等技术，对人体局部扫描可获得截面图像，再对器官进行计部扫描可获得截面图像，再对器官进行计算机三维建模。这些数据传到快速成形系算机三维建模。这些数据传到快速成形系统用以建造实体器官模型。统用以建造实体器官模型。 快速成形技术在快速成形技术在产品设计和制造中的应用产品设计和制造中的应用
