先進制造技術(shù)快速成型技術(shù)

1、快速成形技術(shù)快速成形技術(shù)概述：概述： 快速成形技術(shù)（快速成形技術(shù)（Rapid Prototyping，簡稱，簡稱RP）2020世紀世紀8080年代發(fā)展起來的，它綜合了機械工程、年代發(fā)展起來的，它綜合了機械工程、CAD、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)及材料科學(xué)技術(shù)，可以自動、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)及材料科學(xué)技術(shù)，可以自動、直接、快速、精確地將設(shè)計思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üχ苯印⒖焖佟⒕_地將設(shè)計思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵瑥亩蟠罂s短產(chǎn)品的研能的原型或直接制造零件，從而大大縮短產(chǎn)品的研制周期。因而，被認為是近制周期。因而，被認為是近2020來制造領(lǐng)域的一個重來制造領(lǐng)域的一個重大突破。影響力與數(shù)控技術(shù)相

2、當(dāng)。大突破。影響力與數(shù)控技術(shù)相當(dāng)。發(fā)展：發(fā)展： 我國在我國在9090年代先后有武漢華中科技大學(xué)快速制年代先后有武漢華中科技大學(xué)快速制造中心、西安交大先進制造技術(shù)研究所、北京殷華造中心、西安交大先進制造技術(shù)研究所、北京殷華實業(yè)有限公司、陜西省激光快速成形與模具制造工實業(yè)有限公司、陜西省激光快速成形與模具制造工程研究中心等在快速成形工藝研究、設(shè)備開發(fā)、數(shù)程研究中心等在快速成形工藝研究、設(shè)備開發(fā)、數(shù)據(jù)處理及控制軟件、新材料的研發(fā)等方面做了大量據(jù)處理及控制軟件、新材料的研發(fā)等方面做了大量有成效的工作。有成效的工作。基本思路：基本思路： CAD模型建立模型建立 STL文件生成文件生成 分層切片分層切片

3、快速堆積成形快速堆積成形分類：分類： 光敏樹脂液相固化成形、選擇性激光粉末燒結(jié)光敏樹脂液相固化成形、選擇性激光粉末燒結(jié)成形、薄片分層疊加成形和熔絲堆積成形等成形、薄片分層疊加成形和熔絲堆積成形等4 4種。種。光敏樹脂液相固化成形光敏樹脂液相固化成形 光敏樹脂液相固化成形（光敏樹脂液相固化成形（SLStereo Lithography) )，又稱光固化立體造型或立體光刻）。最早由又稱光固化立體造型或立體光刻）。最早由Charles Hul發(fā)明并于發(fā)明并于19841984年獲得專利，年獲得專利，19881988年美國年美國3D3D系統(tǒng)公司推出系統(tǒng)公司推出商品化的世界上第一臺快速成形機。商品化的世界

4、上第一臺快速成形機?；驹恚夯驹恚?SLSL工藝是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作。工藝是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作。這種液態(tài)材料在一定波長和功率的紫外線的照射下能這種液態(tài)材料在一定波長和功率的紫外線的照射下能迅速發(fā)生光聚合反應(yīng)，相對分子量急劇增大，材料也迅速發(fā)生光聚合反應(yīng)，相對分子量急劇增大，材料也由液態(tài)變成固態(tài)。由液態(tài)變成固態(tài)。特點：特點： 精度高、表面質(zhì)量好、原材料利用率將近精度高、表面質(zhì)量好、原材料利用率將近100%100%，能制造出形狀特別復(fù)雜（如空心零件）、特別精細能制造出形狀特別復(fù)雜（如空心零件）、特別精細（如首飾、裝飾品等）的零件。制造出來的原型件，（如首飾、裝飾品

5、等）的零件。制造出來的原型件，可快速翻制各種模具。可快速翻制各種模具。 不足點：材料昂貴，具有一定的毒性。不足點：材料昂貴，具有一定的毒性。應(yīng)用：應(yīng)用： 1 1、可直接制作樹脂功能件，用作結(jié)構(gòu)驗證和功能、可直接制作樹脂功能件，用作結(jié)構(gòu)驗證和功能測試測試 2 2、可制作比較精細和復(fù)雜零件、可制作比較精細和復(fù)雜零件 3 3、可制造出有透明效果的制件、可制造出有透明效果的制件 4 4、制造出來的原型可以翻制各種模具、制造出來的原型可以翻制各種模具頭盔：新材料Somos 9420 EP-White是一種基于環(huán)氧樹脂的光敏聚合物。 復(fù)雜件：RenShape SL 7800是一種具有高抗沖擊強度的光敏聚合

6、物 。透明件復(fù)雜件選擇性激光粉末燒結(jié)成形選擇性激光粉末燒結(jié)成形 選擇性激光燒結(jié)成形（選擇性激光燒結(jié)成形（SLSSelected Laser Sintering) )，又稱選區(qū)激光燒結(jié)）。由美國德克薩斯大，又稱選區(qū)激光燒結(jié)）。由美國德克薩斯大學(xué)奧汀分校的學(xué)奧汀分校的C.R.Dechard于于19891989年研制成功。年研制成功?；驹恚夯驹恚?SLSSLS工藝是利用粉末材料（金屬粉末或非金屬粉末）工藝是利用粉末材料（金屬粉末或非金屬粉末）在激光照射下燒結(jié)的原理，在計算機控制下層層堆積在激光照射下燒結(jié)的原理，在計算機控制下層層堆積成形。成形。SLSSLS原理圖原理圖 工作臺上均勻鋪上工作臺

7、上均勻鋪上一層很薄（一層很薄（0.10.10.2mm0.2mm）的粉末，激光束在計算的粉末，激光束在計算機的控制下按照零件分機的控制下按照零件分層輪廓有選擇性地進行層輪廓有選擇性地進行燒結(jié)，一層完成后再進燒結(jié)，一層完成后再進行下一層燒結(jié)。全部燒行下一層燒結(jié)。全部燒結(jié)完成后去掉多余的粉結(jié)完成后去掉多余的粉末，再進行打磨、烘干末，再進行打磨、烘干等處理便獲得零件。等處理便獲得零件。特點：特點： 材料應(yīng)用面廣，不僅能夠制造塑料零件，還能制材料應(yīng)用面廣，不僅能夠制造塑料零件，還能制造陶瓷、石蠟等材料的零件。特別是可制造金屬零件。造陶瓷、石蠟等材料的零件。特別是可制造金屬零件。 無需加支撐，因為沒有被燒

8、結(jié)的粉末起到支撐作無需加支撐，因為沒有被燒結(jié)的粉末起到支撐作用。因此可以燒結(jié)制造空心、多層鏤空的復(fù)雜零件。用。因此可以燒結(jié)制造空心、多層鏤空的復(fù)雜零件。成形材料：成形材料： 蠟粉及高分子塑料粉蠟粉及高分子塑料粉（早期）（早期）、金屬或陶瓷粉、金屬或陶瓷粉（為了提高原型的強度為了提高原型的強度) )。任何受熱粘結(jié)的粉末都有被。任何受熱粘結(jié)的粉末都有被用作用作SLSSLS原材料的可能性。原材料的可能性。應(yīng)用：應(yīng)用： 1 1、可直接制作樹脂功能件，用作結(jié)構(gòu)驗證和功能、可直接制作樹脂功能件，用作結(jié)構(gòu)驗證和功能測試，并可用于裝配樣機。測試，并可用于裝配樣機。 2 2、制造出來的原型可以翻制各種模具。、制

9、造出來的原型可以翻制各種模具。 3 3、制件可直接作熔模鑄造用的蠟?zāi)：蜕靶汀⑿托?。、制件可直接作熔模鑄造用的蠟?zāi)：蜕靶?、型芯?采用霧化法制取金屬粉末，有離心霧化和氣采用霧化法制取金屬粉末，有離心霧化和氣體霧化。主要原理：使金屬熔融，高速將金屬液體霧化。主要原理：使金屬熔融，高速將金屬液滴甩出并急冷、隨后形成粉末顆粒。滴甩出并急冷、隨后形成粉末顆粒。薄片分層疊加成形薄片分層疊加成形 薄片分層疊加成形（薄片分層疊加成形（LOMLaminated Object Manufacturing) )，又稱層疊實體制造或分層實體制造）。，又稱層疊實體制造或分層實體制造）。由美國由美國Helisys于于19

10、861986年研制成功，并推出商品化的機器。年研制成功，并推出商品化的機器?；驹恚夯驹恚?LOMLOM工藝是利用薄片材料，如紙、塑料薄膜等作為工藝是利用薄片材料，如紙、塑料薄膜等作為成形材料，片材表面事先涂覆上一層熱熔膠。加工時，成形材料，片材表面事先涂覆上一層熱熔膠。加工時，用用COCO2 2或刀在計算機控制下按照或刀在計算機控制下按照CADCAD分層模型軌跡切割分層模型軌跡切割片材，然后通過熱滾壓，是當(dāng)前層與下面已成形的工片材，然后通過熱滾壓，是當(dāng)前層與下面已成形的工件層粘結(jié)，從而堆積成形。件層粘結(jié)，從而堆積成形。LOMLOM原理圖原理圖特點：特點： 1 1、只需在片材上切割出零件

11、截面的輪廓，而不用、只需在片材上切割出零件截面的輪廓，而不用掃描整個截面。因此易于制造大型、實體零件。掃描整個截面。因此易于制造大型、實體零件。 2 2、零件的精度較高。、零件的精度較高。 3 3、無需加支撐。工件外框與截面輪廓之間的多余、無需加支撐。工件外框與截面輪廓之間的多余材料起到支撐作用。材料起到支撐作用。成形材料：成形材料： 常用成卷的紙，紙的一面事先涂覆一層熱熔膠。常用成卷的紙，紙的一面事先涂覆一層熱熔膠。偶爾也用塑料薄膜。偶爾也用塑料薄膜。 應(yīng)用：應(yīng)用： 紙價格相對便宜，可以用來做汽車發(fā)動機曲軸、連紙價格相對便宜，可以用來做汽車發(fā)動機曲軸、連桿、各類箱體、蓋板等零部件的原型樣件。

12、桿、各類箱體、蓋板等零部件的原型樣件。 紙紙：抗?jié)裥?、穩(wěn)定性、涂膠浸潤性、抗拉強抗?jié)裥?、穩(wěn)定性、涂膠浸潤性、抗拉強度。度。 熱熔膠熱熔膠：保證層與層之間的粘結(jié)強度。：保證層與層之間的粘結(jié)強度。熔融沉積快速成型工藝熔融沉積快速成型工藝 一、熔融沉積工藝的基本原理一、熔融沉積工藝的基本原理 二、熔融沉積工藝的特點二、熔融沉積工藝的特點 三、熔融沉積成型材料與支撐材料三、熔融沉積成型材料與支撐材料 四、熔融沉積成型應(yīng)用實例四、熔融沉積成型應(yīng)用實例 一、基本原理一、基本原理 熔融沉積快速成型（Fused Deposition Modeling，簡稱FDM），是繼SLA和LOM后的一種應(yīng)用比較廣泛的快速

13、成型工藝，并以美國Stratasys公司開發(fā)的FDM制造系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛。 又稱熔絲沉積，它是將絲狀的熱熔性材料加熱融化，通過帶有一個微細噴嘴的噴頭擠噴出來。噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運動，擠出的材料迅速固化并與周圍材料粘結(jié)，層層堆積而成。 主要適用于模具行業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)和醫(yī)療、考古等基于數(shù)字成像技術(shù)的三維實體模型制造。 FDM工藝由美國學(xué)者Dr.Scott Crump于1988年研制成功，并由美國Stratasys公司推出商品化的機器。1993年開發(fā)第一臺FDM1650機型后，先后推出FDM2000、FDM3000、FDM8000等。 國內(nèi)的清華大學(xué)與北京殷華公司較早地進行了FDM工藝商品化

14、系統(tǒng)的研制工作，并推出熔融擠壓制造設(shè)備MEM250等。FDM FDM 原理圖原理圖 二、特點二、特點優(yōu)點優(yōu)點： 1、采用熱熔擠壓頭專利技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理和操作簡單，且使用無毒的原材料，設(shè)備可安裝在辦公環(huán)境中。 2、成型速度快。不需要SLA中的刮板工序。 3、用蠟成型的零件原型，可以直接用于熔模鑄造。 4、可以成型任意復(fù)雜程度的零件。如復(fù)雜的內(nèi)腔、孔等。 5、原材料在成型過程中無化學(xué)變化，制件的翹曲變形小。 6、原材料利用率高。 7、支撐去除簡單。缺點缺點： 1、成型件的表面有較明顯條紋。 2、沿成型軸垂直方向的強度比較弱。 3、需要設(shè)計制件支撐結(jié)構(gòu)。 4、需要對整個截面進行掃描涂覆，成型時間較

15、長。 5、原材料價格昂貴。 三、材料三、材料成型材料的特性要求：成型材料的特性要求：1、材料的粘度（影響材料的擠出過程）。2、材料熔融溫度。3、粘結(jié)性（影響零件強度）。4、收縮率。3.1 成型材料 結(jié)論結(jié)論：粘度低、熔融溫度低、粘結(jié)性好、收縮率小。 FDM工藝常用ABS工程塑料絲作為成形材料。3.2 支撐材料支撐材料的特性要求：支撐材料的特性要求：1、能承受一定高溫，一般100即可。2、與成型材料不浸潤，便于后處理。3、具有水溶性或者酸溶性。4、具有較低的熔融溫度。5、流動性要好。步驟步驟：1、通過三維軟件建立模型，以STL格式保存。2、在Insight軟件中進行分層、設(shè)置支撐和刀具路徑等前處理工作。3、在FDM Control Cen