《快速原型制造技术》PPT课件

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1、快速成型与快速模具快速成型与快速模具制造技术及其应用制造技术及其应用复习复习合肥工业大学机械与汽车工程学院张 晔第一章第一章 概论概论_快速制造快速制造 快速制造技术是由快速制造技术是由 计算机辅助设计计算机辅助设计（CAD）、 逆向工程逆向工程（Reverse Engineering，简称简称RE）、 快速成形快速成形（Rapid Prototyping，简称简称RP，或或Rapid Prototyping and Manufacturing，简称简称RP&M）、 快速制模快速制模（Rapid Tooling，简称简称RT）一一起起在在信信息息互互联联网网支支持持下下，形形成成的的一一套套快

2、快速速制制造造系统的技术。系统的技术。快快速速制制造造技技术术经经过过十十几几年年的的发发展展，在在快快速速设设计计、逆逆向向工工程程、快快速速成成形形、快快速速制制模模等等各各方方面面都都有了长足的进步。有了长足的进步。 第一章第一章 概论概论_快速制造快速制造 逆逆 向向 工工 程程 （RE） 、 快快 速速 成成 形形 技技 术术（RP&M）和和快快速速制制模模技技术术（RT）是是先先进进制制造技术和设计技术中相当重要的部分。造技术和设计技术中相当重要的部分。RE、RP&M、RT在在产产品品设设计计与与制制造造中中的的应应用用使使得得产产品品以以优优良良的的品品质质、低低廉廉的的制制造造

3、成成本加速进入市场。本加速进入市场。第一章第一章 概论概论_逆向工程体系逆向工程体系逆向工程的流程：逆向工程的流程：RP（Rapid Prototyping）技术是一种离散技术是一种离散/ /堆积的加工堆积的加工技术，其基本过程是首先将零件的三维实体沿某一坐标轴技术，其基本过程是首先将零件的三维实体沿某一坐标轴进行分层处理，得到每层截面的一系列二维截面数据，按进行分层处理，得到每层截面的一系列二维截面数据，按特定的成形方法（特定的成形方法（LOMLOM、SLSSLS、FDMFDM、SLASLA等）每次只加工一等）每次只加工一个截面，然后自动叠加一层成形材料，这一过程反复进行个截面，然后自动叠加

4、一层成形材料，这一过程反复进行直到所有的截面加工完毕生成三维实体原型。直到所有的截面加工完毕生成三维实体原型。 液态光敏树脂固化液态光敏树脂固化(SLA(SLA，StereolithgraphyStereolithgraphy Apparatus) Apparatus) 熔融沉积成形（熔融沉积成形（FDMFDM，Fused Deposition ModelingFused Deposition Modeling） 选择性激光烧结（选择性激光烧结（SLSSLS） 分层实体制造（分层实体制造（LOMLOM）实体磨削固化实体磨削固化（SGCSGC，Solid Ground CuringSolid G

5、round Curing） 快速模具快速模具(Rapid Tooling，RT)技术指利用快速原型技术指利用快速原型(Rapid Prototyping，RP)技术制造快速模具，即技术制造快速模具，即RP+RT三维三维CAD实体模型的获得篇实体模型的获得篇 三坐标测量仪即是坐标测量（三坐标测量仪即是坐标测量（CoordinateMeasuringMachine，CMM），），三个方向同时可以测量，具有三坐标测量功能，也就是长、宽、高。以图三个方向同时可以测量，具有三坐标测量功能，也就是长、宽、高。以图学来讲，即前视图（学来讲，即前视图（FrontView）、）、上视图（上视图（TopView）

6、、）、侧视图侧视图（SideView）合起来为三视图变成一立体图。合起来为三视图变成一立体图。测量的方法有很多，如图所示。测量的方法有很多，如图所示。 数据获取方法数据获取方法非接触方法非接触方法接触方法接触方法光学光学声学声学磁学磁学三角形法三角形法距离法距离法结构光法结构光法图象分析法图象分析法机械手机械手坐标测量机坐标测量机干涉测量法干涉测量法接触式测量系统接触式测量系统三坐标测量仪三坐标测量仪 (CMM) 是接触式测量的代表，它是一种发展较为成熟的接触式是接触式测量的代表，它是一种发展较为成熟的接触式测量设备，具有噪声低、精度高（可达测量设备，具有噪声低、精度高（可达0.5m）、重复性

7、好等优点，但测量）、重复性好等优点，但测量速度慢、效率低，对软体对象难以做精密测量，需要对测头表面损伤和测头速度慢、效率低，对软体对象难以做精密测量，需要对测头表面损伤和测头半径进行补偿，测量数据的特点是高精度低密度。半径进行补偿，测量数据的特点是高精度低密度。早期三坐标测量仪的是早期三坐标测量仪的是使用手动或使用手动或 CNC 利用一个可以做多方向感测指示的球利用一个可以做多方向感测指示的球形电子测头，沿着形电子测头，沿着 X、Y、Z，3 轴移动以进行测量。测量时，测头与工件表轴移动以进行测量。测量时，测头与工件表面保持切线接触，达到特定压力时，即可触发信号，撷取测头的面保持切线接触，达到特

8、定压力时，即可触发信号，撷取测头的 X、Y、Z 方向相对基准点的坐标。经计算机计算处理，可得测头与真实尺寸的关系，方向相对基准点的坐标。经计算机计算处理，可得测头与真实尺寸的关系，进而纪录点资料并作为后续逆向工程或相关工作做用。进而纪录点资料并作为后续逆向工程或相关工作做用。将将 CMM 应用在逆向工程物体应用在逆向工程物体 3D 点资料撷取方面作曲面的点资料测量时，点资料撷取方面作曲面的点资料测量时，测量人员必须先沿着曲面的外型的测头碰触这些点，获得曲面的表面点坐标，测量人员必须先沿着曲面的外型的测头碰触这些点，获得曲面的表面点坐标，如果规划的点数不多，则可以用人工的方式逐点进行测量，但如果

9、需要点数如果规划的点数不多，则可以用人工的方式逐点进行测量，但如果需要点数很密集的资料，则人工的方式就不适合了，则需以很密集的资料，则人工的方式就不适合了，则需以 CNC 方式加以辅助。方式加以辅助。使用接触式时，有这样一些参数需要考虑：使用接触式时，有这样一些参数需要考虑：探头型状、大小、扫描间隔、步探头型状、大小、扫描间隔、步进距离，允许误差，扫描速度，扫描方向，扫描模态（固定速率或变化速率，进距离，允许误差，扫描速度，扫描方向，扫描模态（固定速率或变化速率，单向或往复）单向或往复）等。一般扫描方向与模型陡峭面成正交为佳。由于工件形状的等。一般扫描方向与模型陡峭面成正交为佳。由于工件形状的

10、不同，所以常常要将模型分成不同的区域以不同参数扫描。不同，所以常常要将模型分成不同的区域以不同参数扫描。非接触式测量系统非接触式测量系统非接触式测量系统是利用非接触式测量系统是利用LED或激光光源，经聚光透镜直射待测工件或激光光源，经聚光透镜直射待测工件物体，反射光线经传感器可以测得到位置坐标值，由于传统的接触式物体，反射光线经传感器可以测得到位置坐标值，由于传统的接触式测量测头较易变形、几何复杂、微小的工件有测量的因难，因此非接测量测头较易变形、几何复杂、微小的工件有测量的因难，因此非接触式测量系统的使用正逐渐增加。触式测量系统的使用正逐渐增加。 根据物理作用方式的不同，非接触式测量法可分为

11、光学法、工业根据物理作用方式的不同，非接触式测量法可分为光学法、工业CT、超声波法和磁共振（超声波法和磁共振（MRI）等。等。在逆向工程中，光学测量法应用最为广泛。典型的光学测量法有在逆向工程中，光学测量法应用最为广泛。典型的光学测量法有基于基于三角测量原理三角测量原理的主动式结构光编码测量和的主动式结构光编码测量和基于图象分析基于图象分析的被动式断层的被动式断层测量。根据编码光的结构，主动式结构光编码的三角测量法可分为单测量。根据编码光的结构，主动式结构光编码的三角测量法可分为单激光点扫描法、光切法（激光点扫描法、光切法（Light Sectioning）和投影光栅法等。和投影光栅法等。其中

12、，单激光点扫描法测量精度高，速度最低。相比之下，投影光栅其中，单激光点扫描法测量精度高，速度最低。相比之下，投影光栅法精度较低但数据获取速度最高，而光切法的测量精度和速度都较理法精度较低但数据获取速度最高，而光切法的测量精度和速度都较理想。想。基于三角测量原理的基于三角测量原理的非接触式测非接触式测量系统量系统 三坐标测量机的类型三坐标测量机的类型 (1)按自动化程度分按自动化程度分(a)数显示及打印型数显示及打印型 (b)带小型计算机的测量机带小型计算机的测量机 (c)计算机数字控制计算机数字控制(CNC)型型(2)按结构形式与运动关系分类按结构形式与运动关系分类移动桥式、龙门式、悬臂式、水

13、平臂式、坐标镗床、卧镗式和仪器台式移动桥式、龙门式、悬臂式、水平臂式、坐标镗床、卧镗式和仪器台式等。等。(3)按测量范围分类按测量范围分类(a)小型坐标测量机小型坐标测量机 (b)中型坐标测量机中型坐标测量机(c)大型坐标测量机大型坐标测量机(4)按精度分类按精度分类低精度测量机的单轴最大测量不确定度大体在低精度测量机的单轴最大测量不确定度大体在110-4L左右，而空间最大左右，而空间最大测量不确定度为测量不确定度为(23)l0-4L，其中其中L为最大量程；中等精度的其单轴与为最大量程；中等精度的其单轴与空间最大测量不确定度分别约为空间最大测量不确定度分别约为110-5L和和(23)10-5L

14、；精密度的则分精密度的则分别小于别小于110-6L和和(23)10-6L。(5)按测量探头是否和零件表面接触分类按测量探头是否和零件表面接触分类三坐标测量机按测量探头是否和零件表面接触可分为接触式、非接触式。三坐标测量机按测量探头是否和零件表面接触可分为接触式、非接触式。非接触式又可分为激光式、光学式等。非接触式又可分为激光式、光学式等。 三坐标测量的应用三坐标测量的应用 3D扫描的应用扫描的应用医学医学质量管理质量管理CAD/CAM其它其它几何造型几何造型1、CNC模具与零件加工模具与零件加工2、电极制作、电极制作3、RP实体模型实体模型检测检测立体定位手术立体定位手术人体测量人体测量1动画

15、动画 2电影电影3广告广告 4虚拟世界虚拟世界美容美容服装设计服装设计化妆化妆三坐标测量机的典型应用三坐标测量机的典型应用(1)应用行业应用行业模具及机加工具模具及机加工具 汽车制造汽车制造 玩具玩具 兵器兵器 航空航天航空航天 造船造船 家用电器家用电器 医学医学整形整形 乐器乐器 考古考古 动画设计动画设计(2)应用部门应用部门产品设计部门产品设计部门柔性三坐标测量柔性三坐标测量 逆向（反向）设计逆向（反向）设计 设计改进设计改进 快速设计快速设计 快速模具快速模具 零零部件存档部件存档 修改存档修改存档 产品性能仿真及计算机辅助工程产品性能仿真及计算机辅助工程CAE生产车间及设备检修部门

16、生产车间及设备检修部门现场测量现场测量 重大物体测量重大物体测量 在线检测在线检测 模具修改存档模具修改存档 设备检修设备检修品质保证部门品质保证部门快速测量快速测量 在线检测在线检测 质量检测质量检测 配套零部件质量监控配套零部件质量监控管理部门管理部门制造过程优化制造过程优化 运行风险控制运行风险控制 运行成本控制运行成本控制 第三章第三章 光学照相法柔性测量系统光学照相法柔性测量系统 ATOS II XL简介COMET Vari Zoom简介第四章第四章 激光式柔性柔性测量系统激光式柔性柔性测量系统 Flex ME简介（美.CIMCORE新科.3000i柔性测量臂+PERCEPTRON普

17、赛.激光扫描测头）KonacaMinolta Vivid 9i（日本.美能达）ROMER_G-SCAN（比利时.Metris）FARO+Kreon激光扫描系统（美.FARO法如.关节臂+法.Kreon.激光扫描头）第五章第五章 逆向技术概述逆向技术概述 测量数据的三维实体重构是目前逆向工程领域研究的测量数据的三维实体重构是目前逆向工程领域研究的“瓶瓶颈颈”。工程实际中原型往往不是由一张简单曲面构成，而是由大量初等工程实际中原型往往不是由一张简单曲面构成，而是由大量初等解析曲面（如平面、圆柱面、圆锥面、球面、圆环面等）及部分解析曲面（如平面、圆柱面、圆锥面、球面、圆环面等）及部分自由曲面组成，故

18、自由曲面组成，故三维实体重构的任务三维实体重构的任务是：是：将测量数据按实物原型的几何特征进行分割，将测量数据按实物原型的几何特征进行分割，针对不同数据块采用不同的曲面建构方案（如初等解析曲面、针对不同数据块采用不同的曲面建构方案（如初等解析曲面、B-spline曲面、曲面、Bezier曲面、曲面、NURBS曲面等）进行造型，曲面等）进行造型，将这些曲面块拼接成实体。将这些曲面块拼接成实体。目前比较流行的复杂曲面重构软件有美国目前比较流行的复杂曲面重构软件有美国IMAGEWARE公司的公司的Surface，法国法国MATRA公司的公司的Equlid styler，英国英国DELCAM公司公司的

19、的CopyCAD等，它们大都具有等，它们大都具有“点云点云”数据处理、曲线曲面构造、数据处理、曲线曲面构造、曲面拼接、重构质量分析等功能。曲面拼接、重构质量分析等功能。实体造型还需借助通用实体造型还需借助通用CAD软件，如软件，如Pro/E、UG、CATIA、Cimatron以及以及Strim等。初等解析曲面的造型相对比较成熟，等。初等解析曲面的造型相对比较成熟，自由自由曲面的曲面的CAD建模是逆向工程的关键技术之一建模是逆向工程的关键技术之一。 1.数据预处理技术数据预处理技术测量资料的预处理分为两个部分：一般点数据预测量资料的预处理分为两个部分：一般点数据预处理及特征曲线的萃取。处理及特征

20、曲线的萃取。点数据预处理。点数据预处理。主要有点资料乱点排序、点重组、重主要有点资料乱点排序、点重组、重新取点、点资料的分隔、方向重组、乱点滤除、平滑新取点、点资料的分隔、方向重组、乱点滤除、平滑化等，可将扫描过程中所产生的乱点或噪声予以抑除，化等，可将扫描过程中所产生的乱点或噪声予以抑除，得到一较正确且易处理的资料点，以利于曲面重建。得到一较正确且易处理的资料点，以利于曲面重建。特征曲线的萃取。特征曲线的萃取。对于激光扫描点数据的边界分隔则对于激光扫描点数据的边界分隔则是非常重要，由于激光扫描系统是采平行扫描的方式，是非常重要，由于激光扫描系统是采平行扫描的方式，因此点资料并不能依照工件的几

21、何形状分布，必须经因此点资料并不能依照工件的几何形状分布，必须经过特征曲线的萃取以辅助扫描点数据的重新分布。过特征曲线的萃取以辅助扫描点数据的重新分布。对测量数据进行预处理的主要内容对测量数据进行预处理的主要内容1噪声去除2数据匀化(数据补全)3数据压缩4曲线曲面的光顺处理2.2.特征提取与数据分块技术特征提取与数据分块技术 特征提取特征提取主要针对平面、柱面、球面、锥面等二次曲主要针对平面、柱面、球面、锥面等二次曲面的识别与点云数据分块，其主要方法可大致分为三面的识别与点云数据分块，其主要方法可大致分为三种种：基于边的方法（Edge-Based Method）基于面的方法(Surface-B

22、ased Method)混合法（Hybrid Method）。数据分块数据分块是指将点云数据划分成互不重叠、特征单一是指将点云数据划分成互不重叠、特征单一的连通区域。的连通区域。由区域分割的定义不难看出，数据分块与特征提取具有其内在的联系，两者密不可分，属“蛋”与“鸡”的问题。通过数据分块进行曲面重建是逆向工程建模的基本方法。 特征提取的方法特征提取的方法基于边的方法：主要针对图象数据的几何特征提取与区域分割。分割特征包括：尖边（Crease Edge）、跳跃边（Jump Edge）、光顺边（Smooth Edge,Virtual Edge）三种边界上的点及曲面上的点，根据边界数据点曲率的特殊

23、性（极值点，不连续点）识别Crease edge与Jump edge上的点，然后利用边界数据点将图像数据分割成互不连通的独立区域。正象所有的基于边的区域分割方法一样，这种方法不能识别Smooth Edge，而且识别的边界通常不封闭，因此该方法很难获得良好结果。基于面的方法：主要应用二次曲面法矢、曲率(平均曲率和高斯曲率)具有一定规律的特性进行区域分割。基于面的方法又可细分为基于二次曲面曲率特殊性的方法和拟合误差控制的方法。误差控制和几何约束求解：多数产品零件外形含有大量二次曲面，并且它们之间一般满足一定的位置约束关系，而在以往的特征曲面拟合算法中只以单一曲面的拟合误差最小作为优化条件。实际上复

24、杂的逆向工程建模提出了要求满足一定几何约束关系的特征曲面整体优化计算与特征分离问题。3.3.曲面重构技术曲面重构技术 在逆向工程的技术发展中有一重要课题，即是建立产品的CAD模型，并由此可再进一步的到CAM处理或CAE的分析，而仿制出产品的外型。CAD模型是由许多不同的几何形状所组合而成，而每一种几何形状皆有其特性。曲面重构是逆向工程的最重要的一步，也是反求工程CAD建模的主要目的之一。曲面重构曲面重构是以所测量的CMM或扫描点资料为输入资料来重新建构曲面模型。得到产品的数据资料后，用逆向工程软件进行点资料的处理，经过分门别类、群组区隔、点线面与实体误差的比对后，在重新建构曲面模型，产生CAD

25、资料，制造或NC加工或RP制作。重构曲面的品质和精度直接影响最终产品的CAD模型的优劣。 曲面重构的步骤曲面重构的步骤(1)构思分割曲面在建立曲面前，应先了解曲面变化的情况，也就是了解如何利用各种特征曲线去制造出所须的曲面，并规划出如何分割曲面，并且还要注意面与面之间必须一致，视其曲面的形状及走向来决定曲线。曲面重构的方法很多，可以由点资料所组成的图素中截取所要的特征曲线，加以铺设曲面。也可以利用加工路径的原理，设定刀具，设定精度，设定加工方式，对图素作加工的仿真，取得各种加工路径成为曲面重建的工作图素，(2)选取特征曲线利用刀具路径的方法取得的3D曲线后，再利用2D设计图的轮廓线，进行曲面分

26、割。(3)曲面光顺处理利用完成的曲面，产生triangle格式，并着色检查其表面的品质。通过对经线（lat）、纬线（lon）的向量的调整可进行光顺处理，若曲面变化不大则可减少经线（lat）及纬线（lon）的数量，并且也可利用轮廓线来修整曲面边界。4.4.反求工程反求工程CAD造型软件造型软件 随着反求工程技术的不断发展和应用，商业化的反求工程软件也不断涌现并日渐成熟。目前较为成熟的通用反求工程软件有：SurfacerImagewareGeomagicDelcamCimatronStrim 反求模型文件输出格式反求模型文件输出格式计算机辅助设计软件产生的模型文件输出格式有多种，其中常用的有IGE

27、S、HPGL、STEP、DSF、STL等。（1）IGES（International Graphics Exchange Standard）是大多数CAD系统采用的一种美国标准，可支持不同文件格式间的转化；（2）HPGL（HP Graphics Language）是HP公司开发的一种用来控制自动绘图机的语言格式，它已被广泛地接受，成为一种事实标准。这种表达格式的基本构成是描述图形的矢量，用X和Y坐标来表示矢量的起点和终点，以及绘图笔相应的抬起和放下。一些快速成形系统也用HPGL来驱动它们的成形头；（3）STEP（Standard for The Exchange of Product）是一种正

28、在逐步国际标准化的产品数据交换标准。目前，典型的CAD系统都能输出STEP格式文件，有些快速成形技术的研究工作者正试图借助STEP格式，不经STL格式的转化，直接对三维CAD模型进行切片处理，以便提高快速成形的精度；（4）DXF是用于AutoCAD输出的一种格式，它已广泛地为其它PC系统所采用；（5）STL（StereoLithography interface specification）是快速成形机常采用的一种格式。RP系统的基本工作原理系统的基本工作原理 RP系统可以根据零件的形状，每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截面，然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体的零件。整个

29、过程是在计算机的控制下，由快速成形系统自动完成的。不同公司制造的RP系统所用的成形材料不同，系统的工作原理也有所不同，但其基本原理都是一样的，那就是“分层制造、逐层迭加”。这种工艺可以形象地叫做“增长法”或“加法”。每个截面数据相当于医学上的一张CT像片整个制造过程可以比喻为一个“积分”的过程。 RP技术的应用技术的应用 RP系统可在未实际生产制造产品之前，制作出与实际产品的模型，分送各个部门做正确的评估。在逆向工程中RP样件可以:1设计评估（DesignReview）RP原型可作为设计过程所用的概念模型（ConceptModel），它比图面或计算机图形更能表达设计者的概念，且更能让非专业人员

30、一目了然地评估产品。2设计确认（DesignVerification）RP原型是依据CAD模型制造出来。任何复杂的机构或形状的工件都可以不须经过任何机械加工，由RP系统制造，进而设计或组装测试。CAD可提供迅速修改设计的能力，再搭配RP系统快速制造，节省加工程序设计之花费，避免设计错误或修改所造成的成本浪费。3评估加工制造特性（Manufacturability）制造部门可依据RP工件仿真加工方法及流程，在末实际加工前，找出加工限制，提供设计者做为修改设计的依据，从而降低制造成本，加强产品品质。4可作为各式模具的样模（PatternsforMould）RP原型可作为翻砂铸造、脱腊铸造、压铸、射

31、出模，真空成型或硅胶模的原型。由RP原型翻制模具只须几天的时间，而不需耗上数周或数月的时间。5产品展示（Presentation）RP工件可提供客户在买卖前对产品进行深入的评估。若客户认为产品应做某些修正，RP系统也可在短时间内依据修改后的资料，重新制作产品模型，满足客户的需求。RP技术的发展状况技术的发展状况 据统计，目前世界上已有数百所大学、研究机构和企业正在研究和开发RP技术。国外RP技术的研究和应用主要集中在美国、欧洲和日本。从技术、材料和应用等方面比较来看，总的情况是美国领先于欧洲和日本，欧洲和日本平分秋色。我国在这方面的发展起步较晚，但发展迅速，据美国Wohlers Associa

32、tes咨询公司称，2002年中国RP设备台数仅次于美国和日本，居世界第三位。 RP技术应用发展很快，一个显著的指标是RP服务机构的数量和收入的快速递增。90年代中后期，国外RP服务的数量以每年59%的速度递增，可以说，国外已经从对RP工艺的熟悉、观望、尝试性应用阶段进入了将RP真正作为产品开发的重要环节，提高产品开发质量、加快产品开发速度的阶段。RP与相关技术的关系与相关技术的关系 RP集成了机械工程、计算机控制、机械工程、计算机控制、CADCAD、数控技数控技术、检测技术、激光材料术、检测技术、激光材料等各种学科的前沿技术，是一种典型的高新技术。(1)RP与CAD技术的关系(2)RP技术与材

33、料科学的关系(3)RP与数控技术的关系(4)RP与激光技术的关系(5)RP与其它相关技术的关系总之，总之，RPRP技术是多学科的技术集成，它是各门技术是多学科的技术集成，它是各门学科协调发展的结果，同时，又为各门学科的学科协调发展的结果，同时，又为各门学科的发展增添了新的研究内容。发展增添了新的研究内容。RPRP技术的发展趋势技术的发展趋势(a)采用金属材料等高强度材料直接成形是RP重要发展方向(b)不同制造目标相对独立发展(c)向大型制造与微型制造进军(d)追求RP的更快的制造速度、更高的制造精度、更高的可靠性(e)更广泛地和其它科学相交融，形成交叉学科(f)RP设备将日趋人性化和智能化第六

34、章第六章 快速原型制造的前处理快速原型制造的前处理快速成形的全过程可归纳为三个步骤：快速成形的全过程可归纳为三个步骤：1）前处理前处理包包括括工工件件的的三三维维模模型型的的构构造造、三三维维模模型型的的近近似似处处理理、模型成形方向的选择和三维模型的切片处理。模型成形方向的选择和三维模型的切片处理。2）分层叠加成形分层叠加成形是是快快速速成成形形的的核核心心，包包括括模模型型截截面面轮轮廓廓的的制制作作与与截截面轮廓的叠合。面轮廓的叠合。3）后处理后处理包包括括工工件件的的剥剥离离、后后固固化化、修修补补、打打磨磨、抛抛光光和和表表面强化处理等。面强化处理等。快速原型制造前处理的内容快速原型

35、制造前处理的内容快速原型制造的前处理问题，包括：快速原型制造的前处理问题，包括：样件的三维模型的构造样件的三维模型的构造确定成形方向（确定成形方向（Orientation）必要时建立支撑结构（必要时建立支撑结构（Support）切片处理切片处理3. 3. 接口转换（接口转换（Interface）与）与STL格式文件格式文件RP系统无法直接读取三维CAD模型文件，要经过转换接口处理。接口的好坏与加工时扫描路径有密切的关系。在计算加工轨迹时，需求出物体每一层的轮廓，轮廓必须是连续的，不能有破洞或空隙，才能判别轮廓内外何者为须扫描的区域。 最常见的方法是：先将三维CAD模型转换成STL格式模型再对S

36、TL格式模型进行切片处理STL格式已广为RP系统使用，许多CAD系统都将它纳入成为系统的一部份，一般在CAD系统中只要先设定适当精度，就可由STL接口将CAD实体转为许多小三角形平面。多数反求软件也可直接将处理过的点群转为STL格式。STL就是STereo Lithography的缩写，它是将三维模型的表面近似将三维模型的表面近似表达为小三角形平面的组合表达为小三角形平面的组合，非常相似于有限元分析中的三结点平面单元。STL格式文件包括许多三角形平面的顶点坐标及法线向量。STL文件的格式文件的格式 STL文件的主要优势在于表达简单清晰，文件中只包含相互衔接的三角形片面节点坐标及其外法向量，属于

37、“中性”文件。STL数据格式的实质是用许多细小的空间三角形面空间三角形面来逼近还原CAD实体模型，这类似于实体数据模型的表面有限元网格划分。STL模型的数据是通过给出三角形法向量的三个分量三角形法向量的三个分量及三角形的三个顶点坐标三角形的三个顶点坐标来实现的。STL文件记载了组成STL实体模型的所有三角形面，它有二进制(BINARY)和文本文件(ASCll)两种形式。ASCII文件格式的特点能被人工识别并被修改，但是由于该格式的文件占用空间太大(一般6倍于BINARY形式存储的STL文件)，因此主要用来调试程序。 STL文件的精度文件的精度 STL文件的数据格式是采用小三角形来近似逼近三维实

38、体模型的外表面，小三角形数量的多少直接影响着近似逼近的小三角形数量的多少直接影响着近似逼近的精度精度。显然，精度要求越高，选取的三角形应该越多。STL文件是面向快速成型制造的，过高的精度要求也是不必要的。所以，从CADCAM软件输出STL文件时，选取的精度指标和控制精度指标和控制参数参数应该根据CAD模型的复杂程度以及快速成型精度要求的高低进行综合考虑。 不同的CADCAM系统输出STL格式文件的精度控制参数是不一致的，但最终反映STL文件逼近CAD模型的精度指标表面上是小三角形的数量，实质上是三角形平面逼近曲三角形平面逼近曲面时的弦差的大小面时的弦差的大小。弦差指的是，近似三角形的轮廓边与曲

39、面之间的径向距离。 STL文件的基本规则文件的基本规则 (1)取向规则取向规则。(2)点点规则点点规则。每一个合理的实体面至少应有 1.5 条边，因此应该满足三个约束条件：1) 面必须是偶数的；2) 边必须是 3 的倍数；3) 2边 = 3 面。 (3)取值规则取值规则。STL文件中所有的顶点坐标必须是正的，零和负数是错的。STL文件不包含任何刻度信息，坐标的单位是随意的。很多快速成型前处理软件是以实体反映出来的绝对尺寸值来确定尺寸的单位。STL文件中的小三角形通常是以Z增大的方向排列的，以便于切片软件的快速解算。(4)合法实体规则合法实体规则。STL文件不得违反合法实体规则，即在三维模型的所

40、有表面上，必须布满小三角形平面，不得有任何遗漏(即不能有裂缝或孔洞)，不能有厚度为零的区域，外表面不能从其本身穿过等。 常见的常见的STL文件错误文件错误 遗漏正确的STL文件所含有的点、边、面和构成的实体数量必须满足欧拉公式：F-E+V=2-2H,其中，F(Face)、E(Edge)、V(Vertix)、H(Hole)分别指面数、边数、点数和实体中穿透的孔洞数。如果一个STL文件中的数据不符合上述的欧拉公式，则该STL文件就有漏洞，在切片软件进行运算时就会产生某一边不封闭的后果，直接造成在快速成型制造中激光束或是刀具行走时漏过该边。出现遗漏的原因：一是两个小三角形片面在空间的交差（实体布尔运

41、算出错）二是在两个连接表面三角形化时不匹配造成的。退化面退化的面不会造成快速成型加工过程的失败。主要包括以下2种类型：(1)点共线。不共线的面在数据转换过程中形成了三点共线的面。(2)点重合。在数据转换运算时造成这种结果。退化面的数据要占据空间，而且这些数据有可能使快速成型前处理的分析算法失败，并且使后续的工作量加大和造成困难。模型错误由CADCAM系统中原始模型的错误造成，将在快速成型制造过程中表现出来。错误法矢面进行STL格式转换时，会因未按正确的顺序排列构成三角形的顶点而导致计算所得法向量的方向相反。STL文件浏览和编辑文件浏览和编辑 目前，已有多种用于观察和编辑(修改)STL格式文件的

42、专用软件：软软 件件 名名 称称开开 发发 商商功功 能能网网 页页Rapid Rapid Prototyping Prototyping ModuleModuleImagewareImageware CorpCorp (USA)(USA)观观察察，侦侦错错，修修 改改 ， STLSTL文文件剖分等件剖分等http:/http:/ /RapldRapld Editor EditorDeskArtesDeskArtes Oy(FinlandOy(Finland) )观观察察，侦侦错错，修改修改http:/http:/WWW.deskartes.fiWWW.deskartes.fi/ /Solid

43、ViewSolidView/RP /RP MasterMasterSolidConcept(USASolidConcept(USA) )观观察察，测测量量，编辑编辑http:/http:/www,solidconcepts.com/ /STL ToolkitSTL ToolkitSTL EditorSTL EditorFloating Floating Point Point SolutionsSolutions观观察察，打打印印，编辑和转换编辑和转换http:/http:/WWW.FWWW.F /STL/ViewSTL/ViewCompunixCompunix lnclnc. .图形显示图形

44、显示http:/www.cadcam- )观观察察，测测量量，变变换换，修修改改，加支撑等加支撑等http:/http:/www.Materialise.cwww.Mom/ /3DView 3.03DView 3.0ActifvActifv观察，测量等观察，测量等http:/http:/ /4.4.三维模型的切片处理及切片软件三维模型的切片处理及切片软件快速成型属于分层实体制造，故在快速成型系统中，切片处理及切片软件是极为重要的。切片的目的是要将模型以片层方式来描述。通过这种描述，无论零件多么复杂，对每一层来说却是很简单的平面。切片处理是将计算机中的几何模型变成轮廓线来表述。这些轮廓线代表了片

45、层的边界，是用一个以Z轴正方向为法向的数学平面与模型相交计算而得的，交点的计算方法与输入的几何形状有关，计算后得到的输出数据是统一的文件格式。轮廓线是由一系列的环路来组成的，由许多点来组成一个环路。切片软件的主要任务是接受正确的切片软件的主要任务是接受正确的STL文件，并生成文件，并生成指定方向的截面轮廓线和网格扫描线。指定方向的截面轮廓线和网格扫描线。切片方法切片方法 1STL切片(1) 直接STL切片 只要求得切片平面与所有与该平面相交的小三角形平面的交线就能求得切片平面内成形件的廓线，这就将问题转化成简单的求两平面的交线问题，然后再将求得的交线端点按外环反时针、内环顺时针排序，就可得到切

46、片平面内成形件的内外廓线，供快速成形机进行数控加工（固化、切割或涂覆、烧结）。精度损失（曲面小平面，曲线折线）。(2) 容错切片(3) 定层厚切片 (4) 适应性切片 2直接切片 直接从CAD模型中获取截面描述信息。在加工高次曲面时，直接切片(Direct Slicing)明显优于STL方法。 快速原型制造的过程快速原型制造的过程 1准备工件（准备工件（PartPreparation）A.分层（Slice）分层处理软件是读取STL资料，根据加工方式设定分层厚度（约0.10.25mm）及截面路径（Hatch）间距后，算出边界路径（Border）与截面路径（X，YHatch）。分层厚度视加工方式而

47、定，有开环控制与闭环控制之分。对于LOM型一般是闭环的，也就是根据当前层迭的材料厚度确定下一层的层高。对于其它加工类型一般是固定厚度（约0.1250.25mm）。B.加工参数要设定的加工参数（PrePare，Merge）视加工方式不同而不同。如SLA的主要加工参数树脂硬化深度（CureDepth）、液面水平调整参数（RecoatingParameter）等。树脂硬化深度比分层厚度大，这样各层间才会相互重迭，结合为一体，液面水平之调整是靠上下移动之浮筒（Plunger）调整液面高度，以前后移动之刮板（Recoater）抹平液面。LOM的主要加工参数包括激光切割时的功率和速度、激光切割废料网格的功

48、率和速度、工件边框的参数等。2加工（加工（build）例如：SLA的加工程序有液面水平调整及激光扫描。激光扫描速度是根据树脂硬化深度自动算出，激光直径约为0.25mm，扫描间距约为0.25mm。LOM的加工程序有覆加材料、加热加压、测定当前层高、按截面形状切割等。 1. 立体印刷立体印刷(SLA，Stereolithgraphy Apparatus)成形技术成形技术 成形材料成形材料：液态光敏树脂；：液态光敏树脂；制件性能制件性能：相当于工程塑料或蜡模；：相当于工程塑料或蜡模；主要用途主要用途：高精度塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。：高精度塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。基本工作原理基本工作原

49、理：用紫外激光在光敏树脂表面扫描，令其有规律地固化，由点到线，再到面，完成一个层面的建造，每次产生零件的一层。在扫描的过程中，只有激光的曝光量超过树脂固化所需的阈值能量的地方，液态树脂才会发生聚合反应形成固态。每一层固化完毕之后，升降工作台移动一个层片厚度的距离，然后将树脂涂在前一层上，再建造一个层。如此反复，每形成新的一层均粘附到前一层上，直到制作完零件的最后一层，成为一个三维实体。这样零件就堆积完毕，再对零件进行一些必要的后处理，整个制做过程就完成了。后处理，整个制做过程就完成了。主要优点主要优点：操作环境干净、安全可在办公室环境下 进行，制造速度快，材料的质感与ABS相近，材料缩小率低（

50、约在0.0050.008之间）。适于快速制造小齿轮（尤其是具有小齿者）、小功能件、薄壁小件、造模的用缩小比例件。 SLA的特点的特点优点：成形过程自动化程度高表面质量优良可以制作结构十分复杂的模型缺点：成形过程中伴随物理和化学变化，制作较易弯曲，需要支撑设备运转及维护成本较高可作用的材料种类较少液态树脂有气味和毒性，且需要避光保护需要二次固化液态树脂固化后的性能不如常用的工业塑料，较脆，易断裂，不便进行机加工SLA的后处理的后处理原型叠层制作结束后，工作台升出液面，停留510min（晾干）将原型和工作台一起斜放景干，并将其浸入丙酮、酒精等清洗液中，搅动并刷掉残留的气泡，45min后放入水池中清

51、洗工作台由外向内从工作台上取下原型，并去除支撑结构再次清洗后置于紫外烘箱中进行整体后固化。SLA的支撑结构的支撑结构常用的有：斜支撑直支撑单腹板双腹板十字壁板SLA的材料、变形及控制的材料、变形及控制材料：自由基光固化树脂阳离子光固化树脂混杂型光固化树脂变形成型过程中树脂收缩产生变形零件后固化时收缩产生变形变形的控制选择合适的扫描轨迹和扫描间距以减少残存的液态树脂改进树脂的配方，在收缩性树脂中引入适当量的膨胀型单体SLA的应用的应用汽车航空医学最早公开上市的SLA系统（美国3DSystems公司），其机型有四种形式：SLA-190、SLA-251、SLA-400、SLA-500，数字所代表的意

52、义为可加工之工件的大约宽度，单位为mm。 2. 熔融沉积成形（熔融沉积成形（FDM，Fused Deposition Modeling） 成形材料成形材料：固体丝状工程塑料；：固体丝状工程塑料；制件性能制件性能：相当于工程塑料或蜡模；：相当于工程塑料或蜡模；主要用途主要用途：塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。：塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。基本工作原理基本工作原理：将热熔性材料（ABS、尼龙或蜡）通过加热器熔化，在移动头的运动过程中挤压喷出细丝，按零件的截面形状沉积成一薄层，这样逐层堆积制成一个零件。在沉积过程中，喷头受水平分层数据的控制沿XY移动，同时半流动融丝从FDM喷头中挤压出来，必须精

53、确控制从挤压头孔流出的材料数量和喷头的移动速度，当它和前一层相粘结时很快就会固化，整个零件是在一个活塞上制作的。该活塞可以上下移动，当制作完一层后活塞下降，为下一层制作留出层厚所需的空间。FDM可以使用很多种材料，任何有热塑特性的材料均可作为其候选材料。 主要优点主要优点：操作环境干净、安全可在办公室环境下进行，制造速度快，材料的质感与ABS相近，材料缩小率低（约在0.0050.008之间）。适于快速制造小齿轮（尤其是具有小齿者）、小功能件、薄壁小件、造模的用缩小比例件。FDM的特点的特点优点：系统原理和简单，运行安全，可以使用无毒材料成形速度快可用蜡成型用于失蜡铸造成型过程中无化学变化，变形

54、小原材料利用率高无需清洗缺点：表面有较明显的条纹沿成型轴垂直方向的强度比较弱需要设计与制作支撑结构需要对整个截面进行扫描涂覆，成型时间长原材料价格较贵FDM的后处理的后处理将制件从工作台上取下打磨、喷漆、电镀、拋光FDM的材料的材料材料：成型材料：ABS，医学专用ABSi、MABS塑料丝、蜡丝、聚烯烃树脂丝、尼龙丝、聚酰胺丝等支撑材料各种能够承受一定高温、与成型材料不浸润、具有水溶性或酸溶性、具有较低的熔融温度、流动性好的材料FDM的应用的应用汽车机械航空航天家电通讯电子建筑医学外观评估，方案选择、装配检查、功能测试、看样订货、开模前校验等主要的系统有美国sratasys公司的FDM系统。 3

55、. 选择性激光烧结（选择性激光烧结（SLS，Selective Laser Sintering） 成形材料成形材料：工程塑料粉末；：工程塑料粉末；制件性能制件性能：相当于工程塑料、蜡模、砂型；：相当于工程塑料、蜡模、砂型；主要用途主要用途：塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。：塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。基本工作原理基本工作原理：利用红外激光光束所提供的热量熔化热塑性材料以形成三维零件。在制作区域均匀铺上一薄层热塑性粉末材料，然后用激光在粉末表面扫描零件的截面形状，激光扫描到的地方粉末烧结形成固体，激光未扫描到的地方仍是粉末，可以作为下一层的支撑并能在成形完成后去掉，上一层制作完毕后，再铺平一

56、层粉末，继续扫描下一层。SLS使用的原料有蜡、聚碳酸酯、尼龙、纤细尼龙、合成尼龙和金属材料等。主要优点主要优点：可快速交货（依成品大小区分，一般约在24天）。不需支撑。可直接制造出金属件，可作为塑料注塑成形模具。 SLS的特点的特点优点：可采用多种材料（加热时粘度降低即可）制造工艺简单高精度（原料颗粒为0.1mm以下时能达到1%）材料利用率高，价格便宜，成本低无需支撑结构缺点：能量消耗高原型表面粗糙、疏松多孔SLS的材料的材料材料：各类粉末：金属、陶瓷、石蜡、聚合物尼龙、覆裹尼龙的玻璃粉、聚碳酸脂粉、聚酰胺粉、蜡粉、金属粉、覆裹热凝树脂的细砂、覆蜡陶瓷粉、复蜡金属粉等粉末粒度一般在0.0500

57、.125mm之间SLS的应用的应用直接制作快速模具复杂金属零件的快速无模具铸造此类系统此类系统主要有美国DTM公司的SLS系统及德国EOS公司之Stereos系统等 4. 4. 分层实体制造（分层实体制造（LOM，Laminated object Manufacturing） 成形材料成形材料：涂敷有热敏胶的纤维纸；：涂敷有热敏胶的纤维纸；制件性能制件性能：相当于高级木材；：相当于高级木材；主要用途主要用途：快速制造新产品样件、模型或铸造用木模。：快速制造新产品样件、模型或铸造用木模。基本工作原理基本工作原理：用激光按该层零件的轮廓剪切，零件轮廓以外的部分用激光剪切成网格状碎片以便零件制作完毕

58、之后移去。每一层箔材之间涂有热溶胶，通过加热和加压粘到前一层上，层层的箔材逐层粘成一个固体块。当所有的层被粘结并进行剪切之后，整个零件就埋置在一大块支撑材料中，去掉支撑碎片，就获得所需的三维实体。这里所说的箔材可以是涂覆纸（涂有粘接剂覆层的纸）、涂覆陶瓷箔、金属箔或其它材质的箔材。主要优点主要优点：系统购置成本低，可在办公室环境下使用，适用于设计确认模型、翻砂铸造用母模等。LOM的特点的特点优点：原型精度高制件以承受高达200度的温度，有较高的硬度和较好的力学性能，可进行各种切削加工无须后固化处理废料易剥离可制作尺寸大的制件原材料价格便宜，制作成本低设备可靠性高，安全，可长时间连续运行缺点：不

59、能直接制作塑料件抗拉强度和弹性不够好易吸湿膨胀表面有台阶纹理，其高度等于材料的厚度LOM的后处理的后处理原型叠层制作结束后，从工作台上取下制件去除废料后置处理修补、打磨、抛光、表面涂覆LOM的材料、误差及控制的材料、误差及控制材料：纸塑料薄膜金属箔误差每一层与上、下层的不一致约束导致内应用，产生变形成型功率控制不当（过大烧焦、切透）废料网格尺寸控制不当（废料去除的难易及成形精度工艺参数不稳定（温度、压力、功率、速度）成形后环境变化（热变形、湿变形）后处理不当（剥件、打磨、抛光、表面涂覆）误差的控制适当的成型方向废料网格尺寸的多样化加压下冷却，冷却后剥件，及时进行表面处理LOM的应用的应用结构件

60、模型制鞋业砂型铸造快速模具主要的系统有美国Helisys公司LOM系统、日本Kira公司的SolidCenter系统、新加坡精技公司的ZIPPY系统等。其中Kira公司的系统可采普通纸，且以特殊刀片切割形状，使用更为方便且价格低廉。 5. 实体磨削固化实体磨削固化(SGC，Solid Ground Curing) 成形材料成形材料：光固化光固化树树脂脂；制件性能制件性能：相当于工程塑料或蜡模；：相当于工程塑料或蜡模；主要用途主要用途：塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。：塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。基本工作原理基本工作原理：采用掩膜版技术使一层光固化树脂整体一次成形,不像SLA设备那样逐层逐点

61、照射成形。UV射线通过玻璃罩照射在一薄层液态光敏树脂表面，玻璃罩上透光部分与零件截面形状相同，零件截面形状部分被固化，其余部分仍为液态树脂，将其吸掉，然后用蜡代替它。下一层零件就可以在此基础上进行制做，当零件的所有层均制做完成后，整个零件就被埋置在一大块蜡之中。可以通过熔化将蜡去除掉，剩下的就是由完全固化的树脂形成的零件。优点优点：不需另增支撑，整层一次成型，精度较好（约为0.01mm左右），最适用于需要多件原型时、需 翻制模具时、大型件。 6其它较为成熟其它较为成熟的的RP技术技术 (1)(1)3DP3DP（Three-Dimensional PrintingThree-Dimensiona

62、l Printing）工艺工艺：即三即三维维印刷或三印刷或三维维打印打印, ,它采用逐点它采用逐点喷喷洒粘洒粘结剂结剂来粘来粘结结粉末材料来制造原型；粉末材料来制造原型；优优点点：不不需需支支撑撑（SanderSander需需要要支支撑撑），工工作作环环境境可可适适用用于于办办公公室室，最最适适于于设计确认、评估产品性能等。设计确认、评估产品性能等。(2)(2)BPMBPM（Ballistic Particle ManufacturingBallistic Particle Manufacturing）工艺工艺：即即弹弹道道粒粒子子制制造造，它它采采用用具具有有五五轴轴自自由由度度的的喷喷头头

63、喷喷射射熔熔融融材材料料的的方方法法来来制制造原型；造原型；(3)(3)PCMPCM（PatternlessPatternless Casting Manufacturing Casting Manufacturing）工艺工艺：即即无无木木模模铸铸造造，它它采采用用逐逐点点喷喷洒洒粘粘结结剂剂和和催催化化剂剂的的方方法法来来实实现现铸铸造造沙沙粒粒间间的粘的粘结结，这这一技一技术术由清由清华华大学开大学开发发成功；成功；(4)(4)MJS(Multiple Jet Solidification)MJS(Multiple Jet Solidification)工艺工艺：亦亦称称为为多多相相喷喷

64、射射固固化化，它它采采用用活活塞塞挤挤压压熔熔融融材材料料使使其其连连续续地地挤挤出出喷喷嘴嘴方方法法来堆来堆积积成形；成形；(5)(5)CC(Contour Craft)CC(Contour Craft)工艺工艺：亦亦称称为为轮轮廓廓成成形形工工艺艺, ,它它采采用用堆堆积积轮轮廓廓和和浇浇铸铸熔熔融融材材料料相相结结合合的的方方法法来来制制造造原型，这种工艺在堆积轮廓时采用了简单的模具等。原型，这种工艺在堆积轮廓时采用了简单的模具等。 快速原型制造方式的选用原则快速原型制造方式的选用原则 在选择快速原型制造方式时，要考虑制件的用途、制件可选用的材质、制件的大小、制件批量与制造成本等诸多因素

65、。 成型方法成型方法成型速度成型速度原型精度原型精度制造过程制造过程制件大小制件大小使用材料使用材料立体印刷成型立体印刷成型较快较快较高较高中等中等中、小件中、小件热固性光敏材料热固性光敏材料层合实体制造层合实体制造快快低低简单或中等简单或中等中、大件中、大件纸、金属箔带、塑料膜纸、金属箔带、塑料膜选域激光烧结选域激光烧结较慢较慢较低较低复杂复杂中、小件中、小件石蜡、塑料、金属、陶瓷等石蜡、塑料、金属、陶瓷等粉末粉末熔融沉积造型熔融沉积造型较慢较慢较低较低中等中等中、小件中、小件石蜡、塑料、低熔点金属石蜡、塑料、低熔点金属快速制模快速制模(RT)篇篇 RT(快速模具制造技术)简介快速制模的方法

66、 直接RT和间接RT 直接RT技术和间接RT技术的比较 快速原型+快速模具技术的发展趋势 RT(快速模具制造技术快速模具制造技术)简介简介 快速模具技术（RapidTooling，简称RT）是应用快速成形方法（RPM），快捷、方便地制作工具或模具的一种新兴技术。RT一直受到产品开发商和模具界的广泛重视，可以说，RT是传统快速模具技术与现代先进制造技术相结合的典范。RT的显著特点是：模周期短、工艺简单、易于推广、制模成本低，精度和寿命能满足特定的功能需要，综合经济效益良好，特别适用于新产品开发试制、工艺验证和功能验证以及多品种小批量生产。目前，RT已被广泛应用到汽车制造、航空航天、军工、电子、医

67、学和家电等领域。 RT(快速模具制造技术快速模具制造技术)简介简介RT技术是一种用高新制造技术改造传统制造技术技术是一种用高新制造技术改造传统制造技术的技术，包括：的技术，包括：用硅橡胶、金属粉、环氧树脂粉、低熔点合金等方法将用硅橡胶、金属粉、环氧树脂粉、低熔点合金等方法将RP原形准确地复制成模具，这些简易模具的寿命是原形准确地复制成模具，这些简易模具的寿命是501000件，适宜产品试制阶段。件，适宜产品试制阶段。由原形翻制三维研具，用研具研磨整体石墨电极，再用由原形翻制三维研具，用研具研磨整体石墨电极，再用电极在电火花机床上加工长寿命的钢模具。这一工艺的电极在电火花机床上加工长寿命的钢模具。

68、这一工艺的特点是快速高效，耗时仅为传统制造的特点是快速高效，耗时仅为传统制造的1/5，精度也有，精度也有所提高。所提高。以以RP生成的实体模型作模芯或模套，结合精铸、生成的实体模型作模芯或模套，结合精铸、粉末烧结或电极研磨等技术可以快速制造出企业粉末烧结或电极研磨等技术可以快速制造出企业生产所需要的功能模具或工装设备，其制造周期生产所需要的功能模具或工装设备，其制造周期较之传统的数控切削方法可缩短较之传统的数控切削方法可缩短30%40%以上，以上，而成本却下降而成本却下降35%70%。模具的几何复杂程度。模具的几何复杂程度愈高，这种效益愈显着。愈高，这种效益愈显着。利利用用RP原原型型制制作作

69、模模具具的的流流程程框框基于基于RP+RT技术制作模具与传统技术制作模具与传统机加工法制作模具的比较机加工法制作模具的比较 制模方法制模方法制作成本美元制作成本美元制作周期周制作周期周模具寿命件模具寿命件硅橡胶浇注法硅橡胶浇注法5 52 23030金属树脂浇注法金属树脂浇注法9 94 45 5300300电弧热喷涂法电弧热喷涂法25256 67 710001000镍蒸发沉积法镍蒸发沉积法30306 67 750005000传统机加工方法传统机加工方法606016161818250000250000快速模具的制造方法快速模具的制造方法快速模具制造一般分为直接制模法和间接制模法，主要用于制造塑料模

70、、冲压模和铸模等。把精密铸造、中间软模过渡法以及金属喷涂、电火花加工、研磨等先进模具制造技术和快速原型制造结合起来，就可以快速地制造出各种简易模具和钢模具来。 快速模具的典型工艺路线快速模具的典型工艺路线对于不同的制造批量，有三种典型的工艺路线。对于不同的制造批量，有三种典型的工艺路线。单件、小批量产品单件、小批量产品制造，可采用制造，可采用硅橡胶模硅橡胶模(批量批量50件以件以下下)，可以利用快速原型技术和真空注塑技术，直接制，可以利用快速原型技术和真空注塑技术，直接制造造环氧树脂模具环氧树脂模具(数百件以下数百件以下)；对于对于3000件以下中等批量件以下中等批量的注塑零件的生产，可利用快

71、的注塑零件的生产，可利用快速制造的原型，采用喷涂技术制造速制造的原型，采用喷涂技术制造金属冷喷模金属冷喷模；对于对于5000件以上的大批量件以上的大批量零件的模具生产，可先利用快零件的模具生产，可先利用快速原型技术制造石墨电极，再通过电火花加工速原型技术制造石墨电极，再通过电火花加工钢模钢模。 直接直接RT技术技术由RP直接制造出使用模具的技术称之为直接RT技术。快速原型技术可精确制作模具的型芯和型腔，可直接用于注射成型过程制作塑料样件，也可以直接制造钢模具、铸造砂型和熔模铸造的型壳。直接成型的金属模具往往是低密度的多孔状结构，可将低熔点相的金属渗入后直接形成金属模具。 间接间接RT技术技术采

72、用快速原型技术，结合精密铸造、金属喷涂制模、采用快速原型技术，结合精密铸造、金属喷涂制模、硅橡胶等制造软模、电极研磨、粉末烧结等技术就硅橡胶等制造软模、电极研磨、粉末烧结等技术就能间接快速制造出模具。能间接快速制造出模具。间接间接RT技术是指利用快速原型制造技术首先制作模技术是指利用快速原型制造技术首先制作模芯，然后用此模芯复制硬模具芯，然后用此模芯复制硬模具(如铸造模具如铸造模具)，或采，或采用喷涂金属法获得轮廓形状，或者制作母模复制软用喷涂金属法获得轮廓形状，或者制作母模复制软模具等。模具等。对快速原型制造技术得到的原型表面进行特殊处理后代替木模，直接制造石膏型或陶瓷型，或是由原型经硅橡胶

73、模过渡转换得到石膏型或陶瓷型，再由石膏型或陶瓷型制造金属模具。其方法则根据零件生产批量大小而不同。常用的有：硅橡胶模(批量50件以下)、环氧树脂(数百件以下)、金属冷喷涂模(3000件以下)、快速制作EDM电极加工钢模(5000件以上)等。 直接直接RT技术和间接技术和间接RT技术的比较技术的比较 直接快速模具制造具有其独特的直接快速模具制造具有其独特的优点优点：制造环节简单，能够较充分地发挥RP技术的优势，特别是与计算机技术密切结合，快速完成模具制造，对于那些需要复杂形状的内流道冷却的模具与零件，采用直接RT有着其它方法不能替代的独特优势。 目前能够直接制造金属模具的目前能够直接制造金属模具

74、的RP工艺包括工艺包括激光选区烧激光选区烧结结(SLS)、三维打印三维打印(3D-P)、形状沉积制造形状沉积制造(SDM)和和三三维焊接维焊接(3D-Welding)等。等。直接直接RTRT技术在技术在模具精度模具精度和和性能控制性能控制方面比较困难，特方面比较困难，特殊的后处理设备与工艺使成本提高较大，模具的殊的后处理设备与工艺使成本提高较大，模具的尺寸尺寸也受到较大的限制。也受到较大的限制。 堆积金属堆积金属( (黑色金属、有色金属及其合金等黑色金属、有色金属及其合金等) )的难度决的难度决定了直接定了直接RTRT技术在未来的五六年内无法在技术在未来的五六年内无法在RTRT领域中占领域中占

75、据统治地位。据统治地位。直接直接RT技术和间接技术和间接RT技术的比较技术的比较间接快速模具制造通过快速原型技术与传统的模具翻间接快速模具制造通过快速原型技术与传统的模具翻制技术相结合制造模具，优点是：制技术相结合制造模具，优点是：由于模具翻制技术的成熟、多样性，可以根据不同的应用要求，选择不同复杂程度和成本的工艺，一方面可以较好地控制模具的精度、表面质量、机械性能与使用寿命，另一方面也可以满足经济性的要求。因此，因此，目前间接目前间接RT技术占统治地位技术占统治地位。这类技术包括这类技术包括喷涂模具喷涂模具、中低熔点合金模具中低熔点合金模具、表面沉表面沉积模具积模具、电铸模电铸模、铝颗粒增强

76、环氧树脂模具铝颗粒增强环氧树脂模具、硅胶模硅胶模以及以及快速精密铸造模具快速精密铸造模具等。等。间接间接RT技术制成的模具的同样要进行后处理，而且通技术制成的模具的同样要进行后处理，而且通过原型转换将过原型转换将损失精度损失精度，使精度的补偿控制复杂化；，使精度的补偿控制复杂化；另外间接另外间接RT生产的模具生产的模具寿命寿命往往较低，这也是它在竞往往较低，这也是它在竞争中处于不利地位的一个原因争中处于不利地位的一个原因。快速原型快速原型+快速模具技术的发展趋势快速模具技术的发展趋势 工具和模具具有一个巨大的市场，世界范围内已经达到650亿美元产值的水平。这个市场对于模具的要求是全面的，如精度

77、、材料、寿命、尺寸、形状复杂程度以及快速性。由于市场全球化以及竞争的加剧，模具市场对于每一种模具技术最首要的、带有先决性的要求是其快速性，即从设计到进入市场的时间(LeadingTime)，这就是RP+RT技术产生的根本原因。RTRT的外部竞争是高速数控铣削技术的外部竞争是高速数控铣削技术(High Speeds Machining(High Speeds Machining，HSM)HSM)。离散堆积的原理同时也限制了离散堆积的原理同时也限制了RTRT当前的精度和表面粗糙度，使其在与当前的精度和表面粗糙度，使其在与HSMHSM的竞争中还有很多技术难题要解决。的竞争中还有很多技术难题要解决。许

78、多快速模具公司同时采用许多快速模具公司同时采用RTRT和和HSMHSM两种技术，正是利用了它们两种技术，正是利用了它们之间相辅相成的特点。之间相辅相成的特点。从制造科学发展的根本方向来说，离散堆积成形必然会在许多方从制造科学发展的根本方向来说，离散堆积成形必然会在许多方面取代去除成形，面取代去除成形，RTRT技术将得到更加快速的发展。技术将得到更加快速的发展。第八章第八章 用快速成型件制作软模具用快速成型件制作软模具所所谓软谓软模具模具(SoftTooling)，是指用硅橡胶、是指用硅橡胶、环环氧氧树树脂、聚氨脂等材料制作的模具。脂、聚氨脂等材料制作的模具。用快速成形件作母模，用快速成形件作母

79、模，浇浇注上述材料可形成注上述材料可形成软软型腔，型腔，形成形成软软模具。模具。这这是一种是一种间间接制模方法接制模方法。软软模具模具制造成本低制造成本低，制作周期短制作周期短，因而在新，因而在新产产品开品开发过发过程中作程中作为为产产品功品功能能检测检测和投入市和投入市场试场试运行，以运行，以及国防、般空等及国防、般空等领领域域单单件、小批量件、小批量产产品的生品的生产产方面方面受到高度重受到高度重视视，尤其适用于批量小、品种多、改型，尤其适用于批量小、品种多、改型快的快的现现代制造模式。代制造模式。目前的目前的软软模具制造方法主要有模具制造方法主要有硅橡胶硅橡胶浇浇注法注法、金属金属喷喷涂

80、法涂法、树树脂脂浇浇注法注法等。等。软模具生产制品的数量一般为软模具生产制品的数量一般为105000件。件。 一、硅橡胶制模技术一、硅橡胶制模技术硅橡胶制模技术硅橡胶制模技术 硅硅橡橡胶模的制造胶模的制造工艺过程工艺过程为：为：制作原型，对原型表面处理，使其具有较好的制作原型，对原型表面处理，使其具有较好的表面粗糙度，固定放置原型，对原型表面施脱表面粗糙度，固定放置原型，对原型表面施脱模剂，在抽真空装置中抽去硅橡胶混合体中的模剂，在抽真空装置中抽去硅橡胶混合体中的气泡，浇注硅橡胶混合体得到硅橡胶模具，硅气泡，浇注硅橡胶混合体得到硅橡胶模具，硅橡胶固化，取出原型。如发现模具具有少数的橡胶固化，取

81、出原型。如发现模具具有少数的缺陷，可用新调配的硅橡胶修补。缺陷，可用新调配的硅橡胶修补。硅橡胶模具材料的类型硅橡胶模具材料的类型目前，制模用硅橡胶为双组分液体硅橡胶，分为缩合型目前，制模用硅橡胶为双组分液体硅橡胶，分为缩合型和加成型两类，都已在国内外许多行业获得了广泛应用。和加成型两类，都已在国内外许多行业获得了广泛应用。缩合型模具硅橡胶缩合型模具硅橡胶主要组分包括：端基和部分侧基为羟基的聚硅氧烷主要组分包括：端基和部分侧基为羟基的聚硅氧烷( (生胶生胶) )、填料、填料、交联剂和硫化促进剂。交联剂和硫化促进剂。加成型模具硅橡胶加成型模具硅橡胶主要组分包括：端基和部分侧基为乙烯基的聚硅氧烷主要

82、组分包括：端基和部分侧基为乙烯基的聚硅氧烷( (生胶生胶) )、含、含氢硅油氢硅油( (交联剂交联剂) )、铂触媒、铂触媒( (催化剂催化剂) )、白炭黑、白炭黑( (填料填料) )。基于基于RP原型的硅橡胶模具制作工艺原型的硅橡胶模具制作工艺流程图流程图 由于由于RP技术生产出来的原型材料与硅橡胶不发生技术生产出来的原型材料与硅橡胶不发生反应，制造过程中没有经过变形，也不会产生褶反应，制造过程中没有经过变形，也不会产生褶皱，能够生产出与精密塑料件一样的表面质量。皱，能够生产出与精密塑料件一样的表面质量。 RP原型原型真空真空脱泡脱泡硅胶硅胶计量计量型框型框制作制作取出取出母模母模刀剖刀剖开模

83、开模硬化硬化注入注入硅胶硅胶完成完成基于基于RP原型的硅橡胶模具制作工艺过程原型的硅橡胶模具制作工艺过程(1)(1)原型表面处理。原型表面处理。(2)(2)制作型框和固定原型。制作型框和固定原型。(3)(3)硅橡胶计量、混合并真空脱泡。硅橡胶计量、混合并真空脱泡。(4)(4)硅橡胶浇注及固化。硅橡胶浇注及固化。(5)拆除型框、刀剖开模并取出原型。拆除型框、刀剖开模并取出原型。(6)(6)如发现模具具有少数的缺陷，可用新调配的如发现模具具有少数的缺陷，可用新调配的硅橡胶修补硅橡胶修补硅橡胶模制作的若干问题硅橡胶模制作的若干问题 在翻制硅橡胶模具在翻制硅橡胶模具时时，硅橡胶模具的成本、寿命及尺寸精

84、度，硅橡胶模具的成本、寿命及尺寸精度是硅胶模制作是硅胶模制作过过程中需重点考程中需重点考虑虑的因素。的因素。(1)(1)型框尺寸型框尺寸。(2)(2)为为了脱模方便，了脱模方便，应应合理合理选选取分型面取分型面。(3)(3)对于较高的薄壁件，如果壁厚尺寸要求精确，在选择分型面时要注对于较高的薄壁件，如果壁厚尺寸要求精确，在选择分型面时要注意意将薄壁整体置于同一半模中将薄壁整体置于同一半模中，以减小因合模或模具捆绑时引起薄壁，以减小因合模或模具捆绑时引起薄壁型腔的变形而导致壁厚尺寸误差。型腔的变形而导致壁厚尺寸误差。(4)(4)型框型框一般做成长方形或正方形，但是对于一些特殊结构的零件，为一般做

85、成长方形或正方形，但是对于一些特殊结构的零件，为了节省硅胶，降低成本，可按其形状搭建型框。了节省硅胶，降低成本，可按其形状搭建型框。(5)(5)对于存在大面积平面形状的原型，当贴好分型面后，应对于存在大面积平面形状的原型，当贴好分型面后，应合理选定浇合理选定浇道的位置及方向道的位置及方向。(6)在刀剖开模的时候，手术刀的行走路线是刀尖走直线，刀尾走曲线，在刀剖开模的时候，手术刀的行走路线是刀尖走直线，刀尾走曲线，使硅胶模的分模面形状不规则使硅胶模的分模面形状不规则，这样可以确保上下模合模时准确定位，这样可以确保上下模合模时准确定位，避免避免 因合模错位引起的误差。因合模错位引起的误差。 经济型

86、硅橡胶模制作的一种工艺方法经济型硅橡胶模制作的一种工艺方法 硅橡胶材料的成本较高，占据着硅橡胶模具制作小批量样件的大部分成本，尤其是尺寸较大单件制品的制作。为此，人们一直在努力研究在该类技术方法中如何能够节省硅橡胶材料的用量，而同样也能够制作出满足要求的样件来。下面介绍一种通过与石膏混合制作硅橡胶模具的工通过与石膏混合制作硅橡胶模具的工艺方法艺方法：原型或样件原型或样件分型处理分型处理贴粘土或橡皮泥贴粘土或橡皮泥配石配石膏浆膏浆石膏造型石膏造型去粘土去粘土浇注硅橡胶浇注硅橡胶修型修型试制产品。试制产品。 经济型硅橡胶模制作的工艺过程经济型硅橡胶模制作的工艺过程 (1)(1)安放原型。安放原型。

87、对原型进行必要的清理和处理后放置到平板上固定好，制作并固定模框，使原型周围距模框的距离均匀，在模框平板内表面上涂刷脱模剂(2)(2)贴粘土和浇石膏背衬。贴粘土和浇石膏背衬。在原型表面贴粘土或橡皮泥，如图b所示。然后将配好的石膏浆浇注到模框中，待石膏浆固化后，再去掉粘土或橡皮泥层，粘在原型上的粘土或橡皮泥要清洗干净，以免影响模具的表面质量。(3)(3)硅橡胶浇注。硅橡胶浇注。根据去掉的粘土层的体积，计算所需调配的硅橡胶体积，再加上一定的损耗，进行硅橡胶的调配。调配均匀后，放入抽真空装置中排除硅橡胶混合体中的气泡。脱泡后进行硅橡胶浇注。(4)(4)硅橡胶固化。硅橡胶固化。将浇注好的硅橡胶模具在室温

88、下固化或加热固化。待硅橡胶不粘手后，取出原型，继续在室温下或加热使硅橡胶充分固化。(5)(5)修型。修型。取出原型后，如果发现模具有少量缺损，可以用新调配的硅橡胶修补，并经固化处理即可，如图f所示。 硅橡胶模具浇注树脂件硅橡胶模具浇注树脂件对于批量不大的注塑件生产，可以采用RP原型快速翻制的硅橡胶模具通过树脂材料的真空注型来实现，这样，能够显著缩短产品的制造时间，降低成本，提高效率。对于没有细筋、小孔的一般零件，采用硅橡胶模具浇注树脂件可制作制品达到50件。 清洗清洗胶模胶模树脂树脂计量计量组合组合胶模胶模喷离喷离型剂型剂取注取注型品型品硬化硬化真空真空铸型铸型脱泡脱泡混合混合完成完成采用硅橡

89、胶模具进行树脂材料真空注型的采用硅橡胶模具进行树脂材料真空注型的工艺流程图工艺流程图(1)(1)清理硅胶模，预热模具。清理硅胶模，预热模具。(2)(2)喷洒离型剂，组合硅胶模具。喷洒离型剂，组合硅胶模具。(3)(3)计量树脂。计量树脂。(4)(4)脱泡混合，真空注型。脱泡混合，真空注型。(5)(5)温室硬化，取出制件。温室硬化，取出制件。(6)(6)制件后处理。制件后处理。二、环氧树脂快速模具二、环氧树脂快速模具环氧树脂快速制模即借用金属浇注方法，将已准备好的浇注原料环氧树脂快速制模即借用金属浇注方法，将已准备好的浇注原料(液态的环氧树脂与有机或无机材料复合而成的基体材料液态的环氧树脂与有机或

90、无机材料复合而成的基体材料)注入一注入一定的型腔中使其固化定的型腔中使其固化(完成聚合或缩聚反应完成聚合或缩聚反应)，从而制得模具的方，从而制得模具的方法。法。树树脂脂浇浇注法工注法工艺简单艺简单、成本低廉，、成本低廉，树树脂型模脂型模传热传热性能好、性能好、强强度高，度高，且型面不需加工，适于注塑模、薄板拉伸模、吹塑膜及且型面不需加工，适于注塑模、薄板拉伸模、吹塑膜及发发泡成型泡成型模等。模等。 工艺过程工艺过程为：为：制作原型制作原型表面处理表面处理设计、制作模框设计、制作模框选择、设计分型面选择、设计分型面在在原型表面、分型面刷脱模剂原型表面、分型面刷脱模剂刷胶衣树脂刷胶衣树脂浇注凹模浇

91、注凹模浇注凸模。浇注凸模。当凹模制造完成后，倒置，同样需要在原型表面及分型面上均匀涂脱模剂当凹模制造完成后，倒置，同样需要在原型表面及分型面上均匀涂脱模剂及胶衣树脂，分开模具。及胶衣树脂，分开模具。在常温下浇注的模具，一般在常温下浇注的模具，一般12天基本固化定型，即能分模。与天基本固化定型，即能分模。与传统注塑模相比，成本只有传统方法的几分之一，生产周期大大传统注塑模相比，成本只有传统方法的几分之一，生产周期大大减少。减少。模具寿命不及钢模，但比硅胶模高。模具寿命不及钢模，但比硅胶模高。环氧树脂制模工艺流程环氧树脂制模工艺流程(1)(1)模型准备模型准备(2)(2)底座制作并固定原型底座制作

92、并固定原型(3)(3)涂脱模剂涂脱模剂(4)(4)浇注树脂浇注树脂(5)(5)去除底座并进行另一半模的制作去除底座并进行另一半模的制作(6)(6)树脂硬化并脱模树脂硬化并脱模(7)(7)模具修整并组装模具修整并组装第九章第九章 用快速成型件制作硬模具用快速成型件制作硬模具所所谓谓硬模具（硬模具（HardtoolingHardtooling）是指是指金属模具金属模具、陶瓷模具陶瓷模具、石膏模具石膏模具等。等。硬模具的硬模具的制作方法有两种：制作方法有两种：直接制模直接制模和和间间接制模接制模。硬模具可用于砂型铸造、消失模的压型制作、硬模具可用于砂型铸造、消失模的压型制作、注塑模以及简易非钢质拉深

93、模等。注塑模以及简易非钢质拉深模等。 快速制造金属模具的工艺路线快速制造金属模具的工艺路线 设设计计模模型型原型原型原型原型原型原型原型原型原型原型复制被复制被加工原型加工原型复制石墨电极复制石墨电极复制陶瓷型复制陶瓷型复制消失型复制消失型直接成形直接成形熔射、电极熔射、电极金金属属模模具具铸造铸造FDMFDM一、间接一、间接RT技术制作硬模具技术制作硬模具可分为可分为金属面硬背衬模具金属面硬背衬模具用熔模铸造法制作的金属模用熔模铸造法制作的金属模用芯模铸造法制作的金属模用芯模铸造法制作的金属模 等种类。等种类。主要为主要为金属面硬背衬模具金属面硬背衬模具，即以快速成形件作母模，用电弧喷镀法在

94、母模表面喷镀形成1.66.4mm的金属壳体，然后移去母模，在壳的背面注入金属基合成材料（液态金属）或环氧树脂，形成所谓金属面、硬背衬模具。 1. 电弧喷涂快速制模技术电弧喷涂快速制模技术电弧喷涂制模技术是将两根带电的制模专用金属丝通过导电弧喷涂制模技术是将两根带电的制模专用金属丝通过导管不断地向前输送，金属丝在喷枪前端相交形成电弧，金管不断地向前输送，金属丝在喷枪前端相交形成电弧，金属丝经电弧熔化，在压缩空气的作用下，将熔化的金属雾属丝经电弧熔化，在压缩空气的作用下，将熔化的金属雾化成金属微粒，并以一定的速度喷射到样模表面，一层一化成金属微粒，并以一定的速度喷射到样模表面，一层一层地相互叠加堆

95、积而形成高密度、高结合强度的金属喷涂层地相互叠加堆积而形成高密度、高结合强度的金属喷涂层，即模具型腔的壳体层，即模具型腔的壳体(或实体或实体)。这层壳体的内壁形状与。这层壳体的内壁形状与样模表面完全吻合，从而形成了所需的模具型腔。喷涂形样模表面完全吻合，从而形成了所需的模具型腔。喷涂形成的金属壳体与其他基体材料填充加固，结合成一整体，成的金属壳体与其他基体材料填充加固，结合成一整体，再配以其他部件，即组成一付完整的模具。再配以其他部件，即组成一付完整的模具。这种制模方法类似于电铸制模，但又不完全相似。它制模这种制模方法类似于电铸制模，但又不完全相似。它制模工艺简单，容易掌握，模具制作周期短，费

96、用低，对比制工艺简单，容易掌握，模具制作周期短，费用低，对比制作同一形状尺寸的钢模，制模周期和模具费用均可降低作同一形状尺寸的钢模，制模周期和模具费用均可降低60以上。以上。 电弧喷涂快速制模优点电弧喷涂快速制模优点加工生加工生产产塑料用模具的方法通常有：机械加工、金属塑料用模具的方法通常有：机械加工、金属铸铸造、造、锻锻造造成型、数控仿形、真空蒸成型、数控仿形、真空蒸镀镍镀镍壳等方法。同其他几种方法相比，壳等方法。同其他几种方法相比，电电弧弧喷喷涂制模技涂制模技术术具有如下具有如下优优点点：(1)(1)不不论论原模的材料是金属、木材、或塑料制品，所得到的模具型腔原模的材料是金属、木材、或塑料

97、制品，所得到的模具型腔线线条条轮轮廓清晰，外形尺寸不廓清晰，外形尺寸不变变，因，因喷喷涂涂时时原模的表面温度一般不超原模的表面温度一般不超过过60C60C，因此因此没有没有热应热应力引起的力引起的变变形形问题问题。(2)(2)制模效率高，大大制模效率高，大大缩缩短制模周期。短制模周期。(3)(3)尺寸不受限制，小至硬尺寸不受限制，小至硬币币的尺寸，大至制造汽的尺寸，大至制造汽车车内内顶顶蓬真空成型模具蓬真空成型模具(4)(4)使塑料生使塑料生产线产线能迅速更改能迅速更改产产品的品种，符合市品的品种，符合市场场的的变变化要求。化要求。(5)(5)设备设备投投资资小，小，经济经济效益好。随着加工效

98、益好。随着加工时间时间的增加，用此方法加工模具的的增加，用此方法加工模具的成本成本优势优势就越就越显显著。同其他方法相比，此方法成本可著。同其他方法相比，此方法成本可节节省省220220倍。倍。电弧喷涂制模是一种典型的快速制模技术，具有电弧喷涂制模是一种典型的快速制模技术，具有制模工艺简单、制模工艺简单、制作周期短、制作周期短、型腔表面及其精型腔表面及其精细细花花纹纹一次同一次同时时形成形成、模具成本低、模具成本低等显著特点，特别适用于小批量、多品种的生产使用。等显著特点，特别适用于小批量、多品种的生产使用。国内外国内外节节水灌水灌溉溉用滴用滴头头就是采用就是采用这这种制造技种制造技术术来来实

99、现实现的。的。 电弧喷涂快速制模技术电弧喷涂快速制模技术金属喷涂法工艺简单、周期短，型腔及其表面精金属喷涂法工艺简单、周期短，型腔及其表面精细花纹可一次同时成型，耐磨性能好，尺寸精度细花纹可一次同时成型，耐磨性能好，尺寸精度高。高。存在的问题：存在的问题：在制作过程中要注意解决好涂层与原型表面的贴合和在制作过程中要注意解决好涂层与原型表面的贴合和脱离间题。脱离间题。目前该技术目前该技术主要用于塑料模具主要用于塑料模具上，少量应用于上，少量应用于粉粉末射出成型模具末射出成型模具及及铸造用射蜡模具铸造用射蜡模具。电弧喷涂制模原理和工艺流程电弧喷涂制模原理和工艺流程 电弧喷涂制模的工序电弧喷涂制模的

100、工序(1)(1)模型准备模型准备( (清理模型表面、刷脱模剂清理模型表面、刷脱模剂) )。(2)(2)在模型上喷涂金属。在模型上喷涂金属。(3)(3)制作模具框架。制作模具框架。(4)(4)浇浇注模具的填充材料。注模具的填充材料。(5)(5)脱模、加工处理。脱模、加工处理。按制作上半模的程序制作下半模。按制作上半模的程序制作下半模。在制模中还会涉及到其他一些问题，如喷涂规在制模中还会涉及到其他一些问题，如喷涂规范，浇注时是否需加冷却水管，是否需加镶嵌范，浇注时是否需加冷却水管，是否需加镶嵌等，都应根据实际情况而定。等，都应根据实际情况而定。 电弧喷涂设备电弧喷涂设备 电弧喷涂工作系统一般由喷涂

101、电源、送丝机构、喷枪和压缩气体等系统组成。 电弧喷涂材料电弧喷涂材料 用于电弧喷涂制模的材料，在满足低熔点、低收缩率的情况下，应尽可能具有较好的力学性能和较致密的涂层组织。选择电弧喷涂材料时，既要考虑所得到的涂层具有足够高的硬度，良好的抗压、抗弯等力学性能，可以在实际中应用；又要兼顾涂层材料的熔点不要太高。 通过对涂层的显微组织分析，对涂层的硬度、抗拉、抗弯强度等力学性能的测试，常采用Al、Zn基丝材做为喷涂材料。目前市场提供的电弧喷涂用丝材有铝、锌、铜、镍、不锈钢、铝青铜、巴氏合金、复合丝等许多品种。 电弧喷涂用丝材电弧喷涂用丝材目前市场提供的电弧喷涂用丝材有铝、锌、铜、镍、不锈钢、铝青铜、

102、巴氏合金、复合丝等许多品种。高熔点金属，如钢、镍、铜等在喷涂时涂层收缩率、热应力、孔隙率都比较大，涂层容易开裂、翘曲、剥落。目前只有低熔点的锌、铝丝材适合用于模具制造。 电弧喷涂丝材直径的选择电弧喷涂丝材直径的选择 国内电弧喷涂中采用的喷涂丝材直径主要有两个系列，一个是2mm系列，另一个为3mm系列。喷涂丝材直径不同，对送丝机构和喷枪设计将有不同要求，同时也将影响到喷涂和涂层性能。3mm3mm丝材适用于大面积的电弧喷涂作业中。丝材适用于大面积的电弧喷涂作业中。同种材料丝材，2mm丝材的喷涂规范要比3mm丝材宽，同一种规范条件下，2mm丝材的表面更致密、更光滑。2mm丝材在小电流时仍能正常喷涂，

103、且涂层表面光洁、抛光性能好。小电流下喷涂，涂层热输入量小，因而涂层残余热应力减小，这正是电弧喷涂制模及零件修复工艺所要求的。2mm管管状状丝丝材材在在喷喷涂涂中中显显示示出出更更大大的的优优势势。这是因为丝材越细，管状丝里面的药粉混合得就越均匀，喷涂时药粉熔化和冶金反应进行得就越充分，涂层质量越好。电弧喷涂模具的基本结构电弧喷涂模具的基本结构 电电弧弧喷喷涂涂模模具具的的基基本本结结构构可可分分为为三三部部分分，即即金金属属喷涂层喷涂层、背衬层背衬层和和钢结构钢结构部分。部分。从从上上述述分分析析可可见见，电电弧弧喷喷涂涂模模具具表表层层由由喷喷涂涂层层( (如如锌锌合合金金) )、内内部部由

104、由背背衬衬层层( (如如铋铋锡锡合合金金) )构构成成，因因此此能能够够合合理理利利用用各各种种性性能能材材料料，从从外外到到内内，材材料呈梯度分布。这是传统制模方法所不能做到的。料呈梯度分布。这是传统制模方法所不能做到的。喷涂母模的预处理喷涂母模的预处理 要成功地将低熔点金属喷涂到非常精细的母模模型表面上，很大程度取决于对温度敏感的母模模型材料。对母模模型材料要求清洁无污、气密性好，模型材料应易于抛光。喷涂前，先用清洁剂去掉模型表面油污，再涂上薄薄的防护剂，干燥后即可进行喷涂。 型腔表面材料型腔表面材料预处理方法预处理方法预处理材料预处理材料注意事项注意事项金属金属磨光、机加工磨光、机加工清

105、洁剂、表面防护剂清洁剂、表面防护剂充分预热磨光面充分预热磨光面木面木面密封面抛光密封面抛光清洁剂、表面防护剂清洁剂、表面防护剂表面不应有渗透现象表面不应有渗透现象硅橡胶硅橡胶涂表面防护剂涂表面防护剂石膏石膏密封面磨光密封面磨光皮革皮革对皮革粒面进行处理对皮革粒面进行处理清洁剂、表面防护剂清洁剂、表面防护剂用软肥皂在其表面印一下，用软肥皂在其表面印一下，观察肥皂表面的粒度观察肥皂表面的粒度热固性树脂热固性树脂用一般方法稍微处理，用一般方法稍微处理，光滑自然光滑自然清洁剂、表面防护剂清洁剂、表面防护剂热塑成型热塑成型用一般方法稍微处理，用一般方法稍微处理，光滑自然光滑自然清洁剂、表面防护剂清洁剂、

106、表面防护剂检查成型品有无缺陷，较检查成型品有无缺陷，较薄的壳体需采取保护措施薄的壳体需采取保护措施粘土粘土光滑自然光滑自然表面防护剂表面防护剂对母模的对母模的其它预处理其它预处理在在实实施施电电弧弧喷喷涂涂之之前前，还还应应注注意意对对母母模模进进行行必必要要的其它预处理：的其它预处理：1)1)放置金属辅助嵌件。放置金属辅助嵌件。2)2)喷涂前清洁处理。喷涂前清洁处理。3)3)侧面开孔。侧面开孔。4)4)浇口和流道。浇口和流道。5)5)支承架。支承架。6)6)支承材料。支承材料。7)7)模具排气。模具排气。8) )除尘。除尘。脱模剂的选用脱模剂的选用 利用电弧喷涂技术制作模具，既要求金属微粒均

107、匀致密地贴敷到样模表面，又要求形成壳体后能顺利、完整地从样模上分离下来，而且在喷涂过程中要保护好样模，使其表面花纹能经得起喷涂金属微粒的冲击。常用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡、硅油、聚乙烯醇等。其中，聚乙烯醇最适合于电弧喷涂制模工艺 型腔壳体的电弧喷涂的控制因素型腔壳体的电弧喷涂的控制因素1)1)对喷涂环境的控制。对喷涂环境的控制。2)2)喷涂层厚度的控制。喷涂层厚度的控制。3)3)喷涂均匀性的控制。喷涂均匀性的控制。4)4)母模表面温度的控制。母模表面温度的控制。模具基体填充材料制备与浇注模具基体填充材料制备与浇注 填填充充基基体体必必须须具具有有易易成成型型的的特特点点，要要有有一一定定的

108、的耐耐热热性性，同同时时导导热热性性及及热热胀胀系系数应与金属喷涂层相近，特别是当模具工作温度较高时更应注意。数应与金属喷涂层相近，特别是当模具工作温度较高时更应注意。 1)1)环氧树脂、固化剂与铝粉的配比计算。环氧树脂、固化剂与铝粉的配比计算。2)2)模具基体填充材料的制备与浇注。模具基体填充材料的制备与浇注。环氧树脂增多，固化后的填料的抗压强度会提高，并且表现韧性断裂特征，环氧树脂增多，固化后的填料的抗压强度会提高，并且表现韧性断裂特征，试样只有压缩变形，没有断裂破坏，但热导率会降低；金属粉含量增多，填试样只有压缩变形，没有断裂破坏，但热导率会降低；金属粉含量增多，填充材料的抗压强度降低，

109、并表现脆性断裂特征，试详呈斜面剪切破坏，但填充材料的抗压强度降低，并表现脆性断裂特征，试详呈斜面剪切破坏，但填充材料热导率提高。充材料热导率提高。电弧喷涂制模的关键技术电弧喷涂制模的关键技术快速成型和电弧喷涂相结合的模具快速制造方法其步骤为：快速成型和电弧喷涂相结合的模具快速制造方法其步骤为：1)1)激光快速成型机快速成型零件原型。激光快速成型机快速成型零件原型。2)2)用电弧喷涂方法在原型零件表面喷涂用电弧喷涂方法在原型零件表面喷涂l l一一3mm3mm厚的金属壳。厚的金属壳。3)3)在金属壳背后用环氧树脂等材料加固。在金属壳背后用环氧树脂等材料加固。4)4)取出原型零件即得到表面为金属的模

110、具。取出原型零件即得到表面为金属的模具。原型零件成型原型零件成型、喷涂喷涂和和金属喷涂层加固金属喷涂层加固是关键。是关键。1)RP1)RP原型制作原型制作a)提高产品3D模型的建模精度。b)对RP原型进行后处理，包括对原型表面进行修整、打磨、抛光。2)2)硅胶模和过渡模的制作硅胶模和过渡模的制作电弧喷涂时金属微滴温度很高，直接在RP原型上喷涂会损坏原型(一般要保存原型)，因此要制作能精确复制原型模样的硅胶模，再用硅胶模翻制耐高温的过渡基模，在过渡基模上喷涂金属层。过渡基模在硅胶模上翻制，要求具有一定的强度、耐热性和较好的溃散性。常用的材料有水泥、石膏、石墨、陶瓷、金属等，制作时要防止过渡基模变

111、形和开裂。3)3)金属壳的制作金属壳的制作4)4)喷涂工艺参数选择喷涂工艺参数选择电弧喷涂制模的工艺参数控制电弧喷涂制模的工艺参数控制 采用合理的电弧喷涂工艺参数，可获得良好的喷涂效果，使涂层具有较高的结合强度、微观硬度、宏观硬度和耐磨性及较小的孔隙率。电电弧弧喷喷涂涂工工艺艺参参数数主主要要有有电电压压、雾雾化化气气压压、喷喷涂涂距距离离和和喷喷枪枪移移动动速度速度等。等。电弧喷涂模具的注塑应用电弧喷涂模具的注塑应用 应该针对金属喷涂模具的特点，适当地调整注塑工艺参数。应该针对金属喷涂模具的特点，适当地调整注塑工艺参数。(1)(1)注射压力注射压力(2)(2)锁模力锁模力(3)(3)模具温度

112、控制模具温度控制(4)(4)保压压力和保压时间保压压力和保压时间2. 2. 电铸制模法电铸制模法 电铸电铸模是一种模是一种结结合快速原型和合快速原型和传统电铸传统电铸的快速模具技的快速模具技术术，原理和制造原理和制造过过程与金属程与金属喷喷涂法比涂法比较类较类似，似，采用电化学原理，采用电化学原理，通过电解液使金属沉积在原型表面上，再背衬其他充填材通过电解液使金属沉积在原型表面上，再背衬其他充填材料来制作模具的方法。料来制作模具的方法。基本基本过过程程为为：首先首先对对RPRP原型表面原型表面进进行必要的行必要的处处理，如打磨、抛光、涂敷理，如打磨、抛光、涂敷导电层导电层等；等；然后置人然后置

113、人电铸电铸槽中，通槽中，通过电过电解液使金属沉解液使金属沉积积在原型表面在原型表面获获得金属得金属壳壳层层，该该壳壳层层的内表面精确地复制出了的内表面精确地复制出了RPRP原型的外表面；原型的外表面；通通过过中高温中高温烧结烧结去除金属壳内的原型；去除金属壳内的原型；最后在模具框和金属壳外最后在模具框和金属壳外侧侧之之间浇铸间浇铸低熔点合金或低熔点合金或铝铝粉一粉一树树脂混脂混合材料背合材料背衬衬，即可得到，即可得到电铸电铸模。模。电铸制模法制作的模具复制性好且尺寸精度高，适合于精电铸制模法制作的模具复制性好且尺寸精度高，适合于精度要求较高、形态均匀一致和形状花纹不规则的型腔模具，度要求较高、

114、形态均匀一致和形状花纹不规则的型腔模具，如人物造型模具、儿童玩具和鞋模等。如人物造型模具、儿童玩具和鞋模等。 3. 沉积技术制造的模具沉积技术制造的模具 美国的爱达荷国家工程与环境实验室(Idaho National Engineeringand Environmental Laborratory，INEEL)研制的RSP(Rapid Solidification Process)快速制模技术的原理：采用普通的工具合金(如P20、H13与D2工具钢或其它合金)粉末，通过沉积技术在RP原型的表面形成一层具有足够厚度的沉积层。在增压的作用下，熔融金属液体进入喷头，在高速气体的带动下，金属微粒甚至可

115、以以增原子的方式沉积在表面上，能够把RP原型表面极细微的特征复制下来。表面粗糙度可以达到3Llm、沉积率为227kgh，适用于此项工艺的材料不仅有金属，而且包括陶瓷、聚合物等各类材料。 4. 4. 间接金属粉末激光烧结制模间接金属粉末激光烧结制模 间接金属粉末激光烧结制模工艺间接金属粉末激光烧结制模工艺RapidToolTM方法的工艺过程原理：方法的工艺过程原理：首先利用首先利用C02激光照射外层包有粘结剂的金属粉末而使粉末粘结成型；激光照射外层包有粘结剂的金属粉末而使粉末粘结成型；将成型完成后未经任何处理的制件放入充以将成型完成后未经任何处理的制件放入充以70氮气和氮气和30氦气的加热炉内，

116、氦气的加热炉内，并在适当位置摆设铜砖，升温至并在适当位置摆设铜砖，升温至300400将粘结剂烧掉，此时由于粘结剂将粘结剂烧掉，此时由于粘结剂的挥发所得到的制件含有大量的孔隙，当炉温继续升高至的挥发所得到的制件含有大量的孔隙，当炉温继续升高至700时，金属粉末时，金属粉末开始熔化烧结而粘结在一起，当温度继续升高至开始熔化烧结而粘结在一起，当温度继续升高至1120时，制品下面的铜砖时，制品下面的铜砖开始熔化并因毛细管现象渗入制品中因粘结剂蒸发所遗留开始熔化并因毛细管现象渗入制品中因粘结剂蒸发所遗留F来的空隙中，得来的空隙中，得到无孔隙的致密制品；到无孔隙的致密制品；再将此制品进行一些后处理的工作（

117、如加工入料孔、冷却水孔、顶出孔等）再将此制品进行一些后处理的工作（如加工入料孔、冷却水孔、顶出孔等）然后直接安装在模座上，便可以在注射成型机上进行批量制品的生产。然后直接安装在模座上，便可以在注射成型机上进行批量制品的生产。该方法所得到的模芯用该方法所得到的模芯用60的钢和的钢和40的铜所组成，材料力学性能优于的铜所组成，材料力学性能优于A17075，寿命可超过寿命可超过50000件。件。该方法的该方法的优点优点为：为：(1)制作过程快速制作过程快速(约约515工作日工作日)。(2)模具型芯中含有模具型芯中含有40或或45的铜，因此注射模具的冷却效果好，不时间可的铜，因此注射模具的冷却效果好，

118、不时间可大大缩短。大大缩短。(3)模具寿命长。模具寿命长。(4)可使用传统工具进行机加工。可使用传统工具进行机加工。该快速模具工艺方法的缺点是在该快速模具工艺方法的缺点是在1120渗铜时会因高温导致制件变形。渗铜时会因高温导致制件变形。 5. 铝颗粒增强环氧树脂模具铝颗粒增强环氧树脂模具 铝颗粒增强环氧树脂模具采用环氧树脂作为模具主要材料，铝颗粒增强环氧树脂模具采用环氧树脂作为模具主要材料，以以RP原型为母模，在原型表面涂一层环氧树脂，再在后原型为母模，在原型表面涂一层环氧树脂，再在后面填充混有铝粒面填充混有铝粒(或者全部为金属颗粒或者全部为金属颗粒)的环氧树脂作为背的环氧树脂作为背衬，脱模得

119、到铝基环氧树脂模。衬，脱模得到铝基环氧树脂模。主要用作注塑模，其寿命一般为主要用作注塑模，其寿命一般为5002000件。件。工艺步骤工艺步骤为：为：制作制作RP母模；母模；画出分型线；画出分型线；设计制造套装夹具设计制造套装夹具(通常为木制通常为木制)；固定固定RP原型，木制夹具被切割成几块原型，木制夹具被切割成几块(固定复杂的原型要切割成固定复杂的原型要切割成1015块块)；将石蜡灌注到切割间隙或裂缝中；将石蜡灌注到切割间隙或裂缝中；然后将然后将35的环氧树脂和的环氧树脂和65的增强铝颗粒混合后涂抹于原型的的增强铝颗粒混合后涂抹于原型的表面上；表面上；固化后进行修整制成铝颗粒增强环氧树脂模具

120、。固化后进行修整制成铝颗粒增强环氧树脂模具。 6. 硅胶硅胶陶瓷型橡胶模陶瓷型橡胶模 将将RPRP原型翻制的硅胶型，通过涂层转移获得原型翻制的硅胶型，通过涂层转移获得精密陶瓷型精密陶瓷型，浇铸铸铝或黑色金属，可以制作子午线轮胎模等。浇铸铸铝或黑色金属，可以制作子午线轮胎模等。过程过程: :快速成型制作母模快速成型制作母模浇浇注硅橡胶注硅橡胶环环氧氧树树脂构成脂构成软软模模移去母模移去母模在在软软模中模中浇浇注化学粘注化学粘结结陶瓷陶瓷(CBC(CBC陶瓷基合成材料陶瓷基合成材料) )型腔型腔在在205205下固化下固化CBCCBC型腔型腔型腔表面抛光型腔表面抛光加入加入浇浇注系注系统统和冷却系

121、和冷却系统统生生产产注射模。注射模。 也可采用类似于此工艺的使用也可采用类似于此工艺的使用石膏型石膏型的工艺路线快速制造的工艺路线快速制造模具。模具。由由CAD模型制造出模型制造出LOM的模具原型的模具原型由由RP原型翻制硅胶型原型翻制硅胶型通过涂层转移获得精密石膏型，增压振动进行浇铸，得到轮毂的模通过涂层转移获得精密石膏型，增压振动进行浇铸，得到轮毂的模具。具。 7. 陶瓷壳砂型陶瓷壳砂型 过程过程: :用快速成型机制作母模；用快速成型机制作母模；在母模上工作面粘贴薄层材料在母模上工作面粘贴薄层材料( (蜡片蜡片) )，其厚度等于所需，其厚度等于所需陶瓷壳的厚度陶瓷壳的厚度(mm)(mm)；

122、将母模置于砂型中浇注陶瓷砂浆；将母模置于砂型中浇注陶瓷砂浆；移去母模及粘贴材料；移去母模及粘贴材料；将母模置于砂型中；将母模置于砂型中；浇注陶瓷砂浆浇注陶瓷砂浆 移去母模；移去母模；固化陶瓷壳；固化陶瓷壳；加入浇注系统构成陶瓷壳砂型。加入浇注系统构成陶瓷壳砂型。 8. 8. 纸质母模复制成硬拉深模纸质母模复制成硬拉深模其其制作过程制作过程为为: :快速成型制作母模；快速成型制作母模；浇注软模；浇注软模；移去母模；移去母模；在软模中浇注混凝土；在软模中浇注混凝土；表面打磨；表面打磨；表面涂覆耐磨材料表面涂覆耐磨材料( (玻璃砂玻璃砂) )；表面抛光；表面抛光；制成拉深模制成拉深模. . 9. 9

123、. 快速精密铸造模具快速精密铸造模具 采用快速精密铸造的方式得到快速模具有许多方法。采用快速精密铸造的方式得到快速模具有许多方法。QuickCastingQuickCasting是美国是美国3DSystems3DSystems公司推出的一种公司推出的一种工艺工艺。利用立体光刻(SLA)工艺获得零件模具的半中空RP原型；在原型的表面挂浆，得到有一定厚度和粒度的陶瓷层，它紧紧地包裹在原型的外面；放人高温炉中烧掉SLA半中空原型，得到中空的陶瓷型壳，即可用于精密铸造；浇铸后得到的金属模具还要进行必要的机加工，使得其表面质量和尺寸精度达到要求。该方法的优点是用该方法的优点是用SLASLA原型代替原来精

124、密铸造中的蜡型，原型代替原来精密铸造中的蜡型，大大提高铸造原型的精度，大大加快制造速度。大大提高铸造原型的精度，大大加快制造速度。使用此种制造过程较适合少量精密产品（铸件）之场合，使用此种制造过程较适合少量精密产品（铸件）之场合，其最大好处则是可以省去制作金属模的时间及成本，也因其最大好处则是可以省去制作金属模的时间及成本，也因此，大幅降低整体铸件成本及开发时间。此，大幅降低整体铸件成本及开发时间。 10. 10. 粉末金属浇注模具粉末金属浇注模具 粉末金属模具粉末金属模具(PowderedMetalTooling)是一种成本较低的钢是一种成本较低的钢制快速模具制造方法，其突出优点是低耗快速。

125、由该工艺制制快速模具制造方法，其突出优点是低耗快速。由该工艺制作的模具可以和钢制模具生产的工件质量一样高，但模具成作的模具可以和钢制模具生产的工件质量一样高，但模具成本只有钢制模具成本的本只有钢制模具成本的13，制作时间由几个月减少到几天。，制作时间由几个月减少到几天。此外，由于注射压力较高，可以复制非常精致的细节和薄壁此外，由于注射压力较高，可以复制非常精致的细节和薄壁零件。该快速模具制作过程的核心技术是采用零件。该快速模具制作过程的核心技术是采用Keltool方法方法制作模具型腔。制作模具型腔。粉末金属快速模具的粉末金属快速模具的工艺流程工艺流程如图所示。粉末金属浇注方法如图所示。粉末金属

126、浇注方法制作的模具尺寸精度比软质模具高，模具寿命可以达到制作的模具尺寸精度比软质模具高，模具寿命可以达到3000次注射，甚至更多。次注射，甚至更多。粉末金属浇注模具粉末金属浇注模具 Keltool方法进行型芯和型腔制作的工艺原理Keltool方法的工艺流程 a)原型b)浇注硅胶c)浇注金属粉d)烧结并渗铜等e)金属模具 二、直接二、直接RT技术制作硬模具技术制作硬模具直接用快速成型件作为模具直接用快速成型件作为模具形状沉积制造形状沉积制造(SDM)(SDM)工艺工艺直接注射热塑性塑料制模直接注射热塑性塑料制模直接金属粉末激光烧结制模直接金属粉末激光烧结制模三维打印三维打印(3D-P)(3D-P

127、)工艺工艺LENSLENS工艺工艺DSPCDSPC工艺工艺1. 直接用快速成型件作为模具将快速成型件，经表面金属电弧喷镀和抛光后形成金属模。 2. 形状沉积制造(SDM)工艺Prinz(1998)等采用SDM工艺直接制造出含复杂内流道的多组元材料注射模，经过一定的后处理，模具的尺寸精度与表面粗糙度均达到要求。这种注射模由于包含其它方法所不能做到的内流道，注射时的冷却效果非常好，因此受到人们的重视。 3. 直接注射热塑性塑料制模直接注射热塑性塑料制模 直接注射热塑性塑料制模缩称为DirectAIM(DirectAcesInjectionMoulding)，是一种使用传统的工程塑料加热注射到直接由

128、光固化方法制作的树脂模具型腔中的制模方法。 此工艺制作模具速度快，且无需后处理。由于模具型芯和型腔直接由CAD模型产生而不是特定母模的翻制品，因此模具型腔制作精度高，其精确度只取决于SLA工艺过程，型腔尺寸可以得到005mm的精确度。但是此工艺造价高，与其他塑料模具快速制造工艺相比，对于较大尺寸的ACES模具，成本相对较高，强度相对较弱，模具容易脆碎。 4. 4. 直接金属粉末激光烧结制模直接金属粉末激光烧结制模 直接金属粉末激光烧结制模(DirectMetalLaserSinteringDMLS，DirectToollM)是利用SLS设备系统直接进行金属模具的制造。德国快速成型设备开发商EO

129、S公司开发的SLS设备EOSINTM能够直接制作250mmX250mmXl00mm的金属模具，精度可以达到0.1mm。粉末材料为瑞典Electrolux公司开发的青铜和镍合金粉末，具体成分为75青铜(Cu90一Snl0)、20镍及5的磷铜。在选择性激光烧结过程中，相变产生的体积膨胀可以补偿粉末在烧结过程中引起的收缩。即便烧结的金属模具没有产生明显的尺寸收缩，烧结后仍然存在超过20的孔隙。但是，因青铜的熔点为900C，低于Cu的熔点1083，浸铜是不可以的。实践证明，浸环氧树脂也同样可以得到比较好的效果。通过浸环氧树脂，可以使模具的强度提高到400MPa左右，而且可以得到十分理想的表面质量。 5

130、三维打印(3D-P)工艺采用3D-P工艺直接制造金属模具的例子有ProMetal工艺，它是3D-P工艺专利拥有者美国麻省理工学院(MIT)推出的，设备的型号为RTS一300。该方法采用粉沫材料选择性粘结的方法，材料为金属粉。6LENS工艺美国的OptomecDesign公司自1997年起集中力量开发LaserEngineeredNet Shaping(LENS)工艺。这是一种直接由CAD实体模型直接制造金属模具的工艺，它将Nd：YAG激光束聚焦于金属粉末注射形成层的表面，使焦点处金属粉末熔化。通过激光束的扫描运动，使金属粉末材料逐点逐层熔化堆积，最终形成复杂形状的模具，而整个装置处于惰性气体保

131、护之下。OptomecDesign公司于1998和1999年分别推出了LENS-50、LENS-1500机型，其生产的金属零件强度超过了传统方法生产的金属零件，但表面光洁程度较差，相当于砂型铸件的表面光洁度。 7DSPC工艺美国SELIGEN公司的DSPC(direct shell production casting)是使用陶瓷粉末，用喷头在需要粘结的地方喷出粘结剂，将该层成型，成型后的成品需经过烧结处理。烧结后的陶壳可用来作精密铸造，可省去在传统精密铸造中沾浆、淋砂的步骤。这种设备可用于快速生成金属类成品，节省脱蜡铸造程序中制作蜡型的时间。 8其它工艺方法其它工艺方法 采用直接制模方法还可

132、以直接制造注塑模、型腔模。一些塑料杯、包装盒之类真空吸塑模，其吸塑成型温度在一些塑料杯、包装盒之类真空吸塑模，其吸塑成型温度在7510075100。真空成型模。真空成型模由立体印刷成型后，本身就可以作为由立体印刷成型后，本身就可以作为真空吸塑模，若批量不大更为合适。，若批量不大更为合适。European Engineering Action公司与公司与Rover集团合作，研究快速原型制件直接做注集团合作，研究快速原型制件直接做注塑模的可能性，具体是用各种快速原型工艺直接制作塑模的可能性，具体是用各种快速原型工艺直接制作Rover座椅调节手轮的注塑模座椅调节手轮的注塑模嵌块，背后衬以环氧树脂铝粉

133、以增加模具强度和改善散热性能，然后将其安装在嵌块，背后衬以环氧树脂铝粉以增加模具强度和改善散热性能，然后将其安装在模架中，装配好的模具放在注塑机上生产聚丙烯零件。模架中，装配好的模具放在注塑机上生产聚丙烯零件。 利用快速原型技术制造的原型直接作为利用快速原型技术制造的原型直接作为模具型腔，用电化学原理，通过电解液使，用电化学原理，通过电解液使金属沉积在原型表面，背衬其它填充材料而制成的模具，具有复制性好，尺寸精金属沉积在原型表面，背衬其它填充材料而制成的模具，具有复制性好，尺寸精度高，适宜于形状花纹不规则的型腔模具，如人物造型；极不容易加工的奇特形度高，适宜于形状花纹不规则的型腔模具，如人物造

134、型；极不容易加工的奇特形状的塑料模型腔等，如玩具和鞋模。状的塑料模型腔等，如玩具和鞋模。利用原型直接作为气化模或替代蜡模进行熔模铸造。可以简化制模工序、节省制模时间。可以简化制模工序、节省制模时间。用原型代替木模制造砂型。不仅可以降低制模成本，还可以提高模具的精度，而且由于原型能采用较好的材不仅可以降低制模成本，还可以提高模具的精度，而且由于原型能采用较好的材料，其更好的力学性能使模具在受压、受热时不易翘曲和变形。料，其更好的力学性能使模具在受压、受热时不易翘曲和变形。应用与开发（应用与开发（A&DA&D）篇篇 一般来说，产品逆向工程包括形状反求、工艺一般来说，产品逆向工程包括形状反求、工艺反

135、求和材料反求等几个方面，在工业领域的实反求和材料反求等几个方面，在工业领域的实际应用中，主要包括以下几个内容：际应用中，主要包括以下几个内容：(1)(1)新零件的设计，主要用于产品的改型或彷型设新零件的设计，主要用于产品的改型或彷型设计。计。(2)(2)已有零件的复制，再现原产品的设计意图。已有零件的复制，再现原产品的设计意图。(3)(3)损坏或磨损零件的还原。损坏或磨损零件的还原。(4)(4)数字化模型的检测，例如检验产品的变形分析、数字化模型的检测，例如检验产品的变形分析、焊接质量等，以及进行模型的比较。焊接质量等，以及进行模型的比较。逆向工程技术为快速设计和制造提供了很好的逆向工程技术为快速设计和制造提供了很好的技术支持，它已经成为制造业信息传递的重要技术支持，它已经成为制造业信息传递的重要而简洁途径之一。而简洁途径之一。