第5章_快速原型制造

1、 第第5 5章章 快速原型制造快速原型制造基本要求基本要求 了解快速原型制造技術(shù)產(chǎn)生的背景及概念；掌握快速原了解快速原型制造技術(shù)產(chǎn)生的背景及概念；掌握快速原型制造技術(shù)的原理及應(yīng)用型制造技術(shù)的原理及應(yīng)用 。教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容 5.1 5.1 背景背景 5.2 RPM 5.2 RPM 技術(shù)技術(shù) 的原理的原理 5.3 RPM 5.3 RPM 技術(shù)的主要方法技術(shù)的主要方法 5.4 RPM 5.4 RPM 技術(shù)的工藝裝備、材料及軟件技術(shù)的工藝裝備、材料及軟件 5.5 RPM 5.5 RPM 技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用 5.6 RPM 5.6 RPM 技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)5.1 5.1 背景背景 隨著全球

2、市場一體化的形成，制造業(yè)的競爭十分激烈，產(chǎn)品隨著全球市場一體化的形成，制造業(yè)的競爭十分激烈，產(chǎn)品的開發(fā)速度日益成為競爭的主要矛盾。同時(shí)，制造業(yè)需要滿足日的開發(fā)速度日益成為競爭的主要矛盾。同時(shí)，制造業(yè)需要滿足日益變化的用戶需求，又要求制造技術(shù)有較強(qiáng)的靈活性，能夠以小益變化的用戶需求，又要求制造技術(shù)有較強(qiáng)的靈活性，能夠以小批量甚至單件生產(chǎn)而不增加產(chǎn)品的成本。因此，產(chǎn)品開發(fā)的速度批量甚至單件生產(chǎn)而不增加產(chǎn)品的成本。因此，產(chǎn)品開發(fā)的速度和制造技術(shù)的柔性變得十分關(guān)鍵。和制造技術(shù)的柔性變得十分關(guān)鍵。 快速原型制造技術(shù)（快速原型制造技術(shù)（Rapid Prototyping ManufacturingRapi

3、d Prototyping Manufacturing）就是在這樣的社會(huì)背景下產(chǎn)生的。八十年代后期，就是在這樣的社會(huì)背景下產(chǎn)生的。八十年代后期，RPMRPM技術(shù)在美技術(shù)在美國首先產(chǎn)生并商品化。從那時(shí)起，國首先產(chǎn)生并商品化。從那時(shí)起，RPMRPM技術(shù)就一直以離散堆積原技術(shù)就一直以離散堆積原理為基礎(chǔ)和特征。由于工藝過程無需專用工具，工藝規(guī)劃步驟簡理為基礎(chǔ)和特征。由于工藝過程無需專用工具，工藝規(guī)劃步驟簡單，總的來說，制造速度比傳統(tǒng)方法快的多。單，總的來說，制造速度比傳統(tǒng)方法快的多。 RPMRPM技術(shù)涉及技術(shù)涉及CADCAD技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、測(cè)試傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、測(cè)試傳感技

4、術(shù)、激光技術(shù)等多種機(jī)械電子技術(shù)，材料技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件技技術(shù)、激光技術(shù)等多種機(jī)械電子技術(shù)，材料技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，是各種高科技技術(shù)的有機(jī)綜合、交叉應(yīng)用。術(shù)，是各種高科技技術(shù)的有機(jī)綜合、交叉應(yīng)用。5.2 RPM5.2 RPM技術(shù)的原理技術(shù)的原理 1 1快速成形技術(shù)的基本過程：快速成形技術(shù)的基本過程：（1 1）由）由CADCAD軟件設(shè)計(jì)出所需零件的計(jì)算機(jī)三維曲面或?qū)嶓w模型；軟件設(shè)計(jì)出所需零件的計(jì)算機(jī)三維曲面或?qū)嶓w模型；（2 2）將三維模型沿一定方向（通常為）將三維模型沿一定方向（通常為Z Z向）離散成一系列有序的向）離散成一系列有序的二維層片（習(xí)慣稱為分層）；二維層片（習(xí)慣稱為分層）；（3 3）根

5、據(jù)每層輪廓信息，進(jìn)行工藝規(guī)劃，選擇加工參數(shù)，自動(dòng)）根據(jù)每層輪廓信息，進(jìn)行工藝規(guī)劃，選擇加工參數(shù)，自動(dòng)生成數(shù)控代碼；生成數(shù)控代碼；（4 4）成形機(jī)制造一系列層片并自動(dòng)將它們聯(lián)接起來，得到三維）成形機(jī)制造一系列層片并自動(dòng)將它們聯(lián)接起來，得到三維物理實(shí)體。物理實(shí)體。5.2 RPM5.2 RPM技術(shù)的原理技術(shù)的原理 2 2RPMRPM技術(shù)的實(shí)現(xiàn)流程：技術(shù)的實(shí)現(xiàn)流程： 5.2 RPM5.2 RPM技術(shù)的原理技術(shù)的原理 3 3RPMRPM技術(shù)的特點(diǎn)技術(shù)的特點(diǎn)（1 1）高度柔性，可以制造任意復(fù)雜形狀的三維實(shí)體；）高度柔性，可以制造任意復(fù)雜形狀的三維實(shí)體；（2 2）CADCAD模型直接驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)制造高度一體化

6、；模型直接驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)制造高度一體化；（3 3）成形過程無需專用夾具或工具；）成形過程無需專用夾具或工具；（4 4）無需人員干預(yù)或較少干預(yù)，是一種自動(dòng)化的成形過程；）無需人員干預(yù)或較少干預(yù)，是一種自動(dòng)化的成形過程；（5 5）成形全過程的快速性，適合現(xiàn)代激烈的產(chǎn)品市場；）成形全過程的快速性，適合現(xiàn)代激烈的產(chǎn)品市場；（6 6）技術(shù)的高度集成性，既是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物，）技術(shù)的高度集成性，既是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物，也是對(duì)它們的綜合應(yīng)用，帶有鮮明的高新技術(shù)特征。也是對(duì)它們的綜合應(yīng)用，帶有鮮明的高新技術(shù)特征。 5.3 RPM5.3 RPM技術(shù)的主要方法技術(shù)的主要方法 1.1.選擇性液體固化選

7、擇性液體固化選擇性液體固化的原理是：將激光聚集到液態(tài)光固化材料（如光固化選擇性液體固化的原理是：將激光聚集到液態(tài)光固化材料（如光固化樹脂）表面，令其有規(guī)律地固化，由點(diǎn)到線到面，完成一個(gè)層面的建樹脂）表面，令其有規(guī)律地固化，由點(diǎn)到線到面，完成一個(gè)層面的建造，而后升降移動(dòng)一個(gè)層片厚度的距離，重新覆蓋一層液態(tài)材料，再造，而后升降移動(dòng)一個(gè)層片厚度的距離，重新覆蓋一層液態(tài)材料，再建造一個(gè)層面，由此層層迭加成為一個(gè)三維實(shí)體。該方法的典型工藝建造一個(gè)層面，由此層層迭加成為一個(gè)三維實(shí)體。該方法的典型工藝有立體光刻有立體光刻(SL(SL，Stereo lithography)Stereo lithography

8、)2. 2. 選擇性層片粘接選擇性層片粘接 采用激光或刀具對(duì)箔材進(jìn)行切割。首先切割出工藝邊框和原型的邊緣采用激光或刀具對(duì)箔材進(jìn)行切割。首先切割出工藝邊框和原型的邊緣輪廓線，而后將不屬于原型的材料切割成網(wǎng)格狀。通過升降平臺(tái)的移輪廓線，而后將不屬于原型的材料切割成網(wǎng)格狀。通過升降平臺(tái)的移動(dòng)和箔材的送給可以切割出新的層片并將其與先前的層片粘接在一起，動(dòng)和箔材的送給可以切割出新的層片并將其與先前的層片粘接在一起，這樣層層迭加后得到下一個(gè)塊狀物，最后將不屬于原型的材料小塊剝這樣層層迭加后得到下一個(gè)塊狀物，最后將不屬于原型的材料小塊剝除，就獲得所需的三維實(shí)體。層片添加的典型工藝是分層實(shí)體制造除，就獲得所需

9、的三維實(shí)體。層片添加的典型工藝是分層實(shí)體制造LOMLOM，Laminated Object ManufacturingLaminated Object Manufacturing5.3 RPM5.3 RPM技術(shù)的主要方法技術(shù)的主要方法 3. 3. 選擇性粉末熔結(jié)選擇性粉末熔結(jié)/ /粘接粘接 對(duì)于由粉末鋪成密實(shí)和平整的層面，有選擇地直接或間接將粉末熔化對(duì)于由粉末鋪成密實(shí)和平整的層面，有選擇地直接或間接將粉末熔化或粘接，形成一個(gè)層面，鋪粉壓實(shí)，再熔結(jié)或粘接成另一個(gè)層面并與或粘接，形成一個(gè)層面，鋪粉壓實(shí)，再熔結(jié)或粘接成另一個(gè)層面并與原層面熔結(jié)或粘接，如此層層疊加為一個(gè)三維實(shí)體。其典型工藝有選原層面熔

10、結(jié)或粘接，如此層層疊加為一個(gè)三維實(shí)體。其典型工藝有選擇性激光燒結(jié)擇性激光燒結(jié)(SLS(SLS，Selective Laser Sintering)Selective Laser Sintering)和三維印刷（和三維印刷（3DP3DP，3D Printing3D Printing）等。）等。5.3 RPM5.3 RPM技術(shù)的主要方法技術(shù)的主要方法 4. 4. 擠壓成形擠壓成形 將熱熔性材料（將熱熔性材料（ABSABS、尼龍或蠟）通過加熱器熔化，擠壓噴出并堆積一、尼龍或蠟）通過加熱器熔化，擠壓噴出并堆積一個(gè)層面，然后將第二個(gè)層面用同樣的方法建造出來，并與前一個(gè)層面?zhèn)€層面，然后將第二個(gè)層面用同樣的

11、方法建造出來，并與前一個(gè)層面熔結(jié)在一起，如此層層堆積而獲得一個(gè)三維實(shí)體。其典型工藝為熔融熔結(jié)在一起，如此層層堆積而獲得一個(gè)三維實(shí)體。其典型工藝為熔融沉積成型（沉積成型（FDMFDM，F(xiàn)used Deposition ModelingFused Deposition Modeling）5.3 RPM5.3 RPM技術(shù)的主要方法技術(shù)的主要方法 5. 5. 噴墨印刷噴墨印刷 噴墨印刷噴墨印刷Ink-Jet PrintingInk-Jet Printing是指將固體材料熔融，采用噴墨打印原理是指將固體材料熔融，采用噴墨打印原理（汽泡法和晶體振蕩法）將其有序地噴出，一個(gè)層面又一個(gè)層面地堆（汽泡法和晶體振

12、蕩法）將其有序地噴出，一個(gè)層面又一個(gè)層面地堆積建造而形成一個(gè)三維實(shí)體積建造而形成一個(gè)三維實(shí)體。5.3 RPM5.3 RPM技術(shù)的主要方法技術(shù)的主要方法 5.4 RPM技術(shù)的工藝裝備、材料及軟件技術(shù)的工藝裝備、材料及軟件 1. RPM1. RPM工藝設(shè)備工藝設(shè)備 1. RPM1. RPM工藝設(shè)備工藝設(shè)備 5.4 RPM技術(shù)的工藝裝備、材料及軟件技術(shù)的工藝裝備、材料及軟件 2. RPM2. RPM成形材料成形材料 5.4 RPM技術(shù)的工藝裝備、材料及軟件技術(shù)的工藝裝備、材料及軟件 3. RPM3. RPM用軟件的開發(fā)用軟件的開發(fā) 軟件是軟件是RPMRPM系統(tǒng)的靈魂。其中作為系統(tǒng)的靈魂。其中作為CA

13、DCAD到到RPMRPM接口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和接口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理軟件是其關(guān)鍵之一。處理軟件是其關(guān)鍵之一。 由于由于CADCAD與與RPMRPM的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口軟件開發(fā)的困難性和相對(duì)獨(dú)立的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口軟件開發(fā)的困難性和相對(duì)獨(dú)立性，國外涌現(xiàn)了很多作為性，國外涌現(xiàn)了很多作為CADCAD與與RPMRPM系統(tǒng)之間橋梁的第三方軟件。系統(tǒng)之間橋梁的第三方軟件。這些軟件一般都以常用的數(shù)據(jù)文件格式作為輸入輸出接口。輸入這些軟件一般都以常用的數(shù)據(jù)文件格式作為輸入輸出接口。輸入的數(shù)據(jù)文件格式有的數(shù)據(jù)文件格式有STLSTL、IGESIGES、DXFDXF、HPGLHPGL、CTCT層片文件等，而輸層片文件等，而輸出的數(shù)據(jù)文

14、件一般為出的數(shù)據(jù)文件一般為CLICLI。5.4 RPM技術(shù)的工藝裝備、材料及軟件技術(shù)的工藝裝備、材料及軟件 4. 4. 我國幾種典型我國幾種典型RPMRPM系統(tǒng)系統(tǒng) 5.4 RPM技術(shù)的工藝裝備、材料及軟件技術(shù)的工藝裝備、材料及軟件 5.5 RPM技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用 1. RPM1. RPM的應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用領(lǐng)域 工程應(yīng)用工程應(yīng)用 概念模型概念模型 視覺造型視覺造型 組裝組裝 驗(yàn)證與最佳化驗(yàn)證與最佳化 功能測(cè)試功能測(cè)試 小批量製造小批量製造 快速模具快速模具科學(xué)應(yīng)用科學(xué)應(yīng)用 古生物學(xué)模型古生物學(xué)模型 生物模型生物模型 考古研究模型考古研究模型醫(yī)學(xué)應(yīng)用醫(yī)學(xué)應(yīng)用 人工骨頭製作人工骨頭製作 手術(shù)規(guī)劃

15、手術(shù)規(guī)劃 齒模製作齒模製作 義耳製作義耳製作5.5 RPM技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用 2. 2. 產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用快速產(chǎn)品開發(fā)快速產(chǎn)品開發(fā)RPDRPD 5.5 RPM技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用 3. Rapid Tooling3. Rapid Tooling （快速工具）（快速工具） 5.5 RPM技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用 4. 4. 其它相關(guān)圖片資料其它相關(guān)圖片資料 5.5 RPM技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用 4. 4. 其它相關(guān)圖片資料其它相關(guān)圖片資料 5.6 RPM5.6 RPM技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 1. 1. 不同制造目標(biāo)相對(duì)獨(dú)立發(fā)展不同制造目標(biāo)相對(duì)獨(dú)立發(fā)展 從制造目標(biāo)來說，從制造目標(biāo)來說，RPMRPM主要用于主要用于快速概念設(shè)計(jì)原型制造，快速概念設(shè)計(jì)原型制造，快速模具原型制造，快速模具原型制造，快速功能測(cè)試原型制造，快速功能測(cè)試原型制造，快速功能快速功能零件制造。零件制造。 2. 2.