快速成型技術(shù)及應(yīng)用PPT全套完整教學(xué)課件

快速成型技術(shù)及應(yīng)用第1章概論.pptx第2章幾種典型的快速成型技術(shù).pptx第3章快速成型材料及設(shè)備.pptx第4章3D建模及數(shù)據(jù)處理.pptx第5章快速成型技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢.pptx第6章快速成型技術(shù)應(yīng)用案例.pptx全套PPT課件第1章概論1.1快速成型技術(shù)（RP）的成型過程1.2快速成型技術(shù)（RP）的技術(shù)體系1.3快速成型技術(shù)（RP）系統(tǒng)分類1.4快速成型技術(shù)的特點1.5快速成型技術(shù)的優(yōu)越性主要內(nèi)容1.6快速成型技術(shù)的應(yīng)用1.7快速成型技術(shù)的發(fā)展趨勢1.1快速成型技術(shù)（RP）的成型過程

快速成型技術(shù)（RP）的成型過程見圖1-2所示。首先建立目標(biāo)件的三維計算機輔助設(shè)計（CAD3D）模型,然后對該實體模型在計算機內(nèi)進(jìn)行模擬切片分層,沿同一方向（比如Z軸）將CAD實體模型離散為一片片很薄的平行平面;把這些薄平面的數(shù)據(jù)信息傳輸給快速成型系統(tǒng)中的工作執(zhí)行部件,將控制成型系統(tǒng)所用的成型原材料有規(guī)律地一層層復(fù)現(xiàn)原來的薄平面,并層層堆積形成實際的三維實體,最后經(jīng)過處理成為實際零件。1.1快速成型技術(shù)（RP）的成型過程1.2快速成型技術(shù)（RP）的技術(shù)體系一個比較完整的快速成型技術(shù)的技術(shù)體系包含CAD造型、反求工程、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、原型制造以及物性轉(zhuǎn)換等基本環(huán)節(jié)。1.三維CAD造型三維造型包括實體造型和曲面造型。利用各種三維CAD軟件進(jìn)行幾何造型,得到零件的三維CAD數(shù)學(xué)模型，這是快速成型制造技術(shù)的重要組成部分，是獲得初始信息的最常用方法，也是制造過程的第一步。1.2快速成型技術(shù)（RP）的技術(shù)體系2.反求工程物理形態(tài)的零件是快速成型制造技術(shù)中零件幾何信息的另一個重要來源。這里既包括天然形成的各種幾何形體，也包括利用各種技術(shù)手段，如鍛造、鍛壓、焊接、車、銑、刨、磨、堆積等傳統(tǒng)工藝加工而成的幾何實體。幾何實體包含了零件的幾何信息,但這些信息必須經(jīng)過反求工程將三維物理實體的幾何信息數(shù)字化,將獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理后,實現(xiàn)三維重構(gòu)而得到CAD三維模型。1.2快速成型技術(shù)（RP）的技術(shù)體系3.數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)換

快速成型系統(tǒng)比繪圖儀、打印機要復(fù)雜得多，同時設(shè)備工藝也具有更大的多樣性，因此利用快速成型系統(tǒng)制造零件并不像使用打印機、繪圖儀那樣簡單，只要將CAD系統(tǒng)的文件發(fā)送過去就行了。三維CAD造型或反求工程得到的數(shù)據(jù)必須進(jìn)行大量處理，才能用于控制RP成型設(shè)備制造零件。數(shù)據(jù)處理的主要過程包括表面離散化，生成STL文件或CFL文件，分層處理生成SLC、CLI、HPGL等層片文件，根據(jù)工藝要求進(jìn)行填充處理，對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗和修正并轉(zhuǎn)換為數(shù)控代碼。1.2快速成型技術(shù)（RP）的技術(shù)體系4.原型制造

即利用快速成型設(shè)備將原材料堆積成為三維物理實體。材料、設(shè)備、工藝是快速原型制造中密切相關(guān)的三個基本方面。不同的工藝要求不同的材料，要求不同的設(shè)備來實現(xiàn)。這里材料問題是一個基本的問題。目前許多制造商可以提供多種快速原形設(shè)備，而且新的工藝設(shè)備也在不斷出現(xiàn)。常見的系統(tǒng)有3DSystems的SLA-250，Helisys的LOM-2030，Stratasys的FDM1650，F(xiàn)DM2000，F(xiàn)DM8000，國內(nèi)清華大學(xué)激光快速成型中心的MRPMS-Ⅱ等。各種設(shè)備具有不同的特點和局限，有著不同的應(yīng)用范圍。1.2快速成型技術(shù)（RP）的技術(shù)體系5.物性轉(zhuǎn)換通過快速原形系統(tǒng)制造的零件的力學(xué)、物理性質(zhì)往往不能直接滿足需要，仍然需要進(jìn)一步的處理，即對其物理性質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。該環(huán)節(jié)是RP&M實際應(yīng)用的一個重要環(huán)節(jié)，包括精密鑄造、金屬噴涂制模、硅膠模鑄造、快速EDM電極、陶瓷型精密鑄造等多項配套制造技術(shù)，這些技術(shù)與RP技術(shù)相結(jié)合，形成快速鑄造、快速模具制造等新技術(shù)。在目前RP制造技術(shù)尚不能直接制造滿足工業(yè)要求的結(jié)構(gòu)和功能零件的情況下，這是RP技術(shù)走向工業(yè)應(yīng)用的重要橋梁。1.3快速成型技術(shù)（RP）系統(tǒng)分類

快速成型技術(shù)的工藝方法目前已有十余種。根據(jù)所使用的材料和建造技術(shù)的不同，目前應(yīng)用比較廣泛的方法有：采用光敏樹脂材料通過激光照射逐層固化的光固化成型法（StereolithographyApparatus，SLA）、采用紙材等薄層材料通過逐層粘接和激光切割的疊層實體制造法（LaminatedObjectManufacturing，LOM）、采用粉狀材料通過激光選擇性燒結(jié)逐層固化的選擇性激光燒結(jié)法（SelectiveLaserSintering，SLS）和熔融材料加熱熔化擠壓噴射冷卻成型的熔融沉積制造法（FusedDepositionManufacturing，F(xiàn)DM）等。1.3快速成型技術(shù)（RP）系統(tǒng)分類1.4快速成型技術(shù)的特點1.自由成型制造2.制造過程快速3.添加式和數(shù)字化驅(qū)動成型方式4.技術(shù)高度集成5.突出的經(jīng)濟(jì)效益6.廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域1.5快速成型技術(shù)的優(yōu)越性1.設(shè)計者受益采用快速成型技術(shù)之后，設(shè)計者在設(shè)計的最初階段,就能拿到實在的產(chǎn)品樣品，在單個零件和裝配部件的級別上，對產(chǎn)品設(shè)計進(jìn)行校驗和優(yōu)化，并可在不同階段快速地修改、重做樣品，甚至做出試制用工具、模具及少量的產(chǎn)品。這將給設(shè)計者創(chuàng)造一個優(yōu)良的設(shè)計環(huán)境，提供一個快捷、有力的物理模擬手段，無需多次反復(fù)思考、修改，即可盡快得到優(yōu)化結(jié)果，從而能顯著地縮短設(shè)計周期和降低成本。1.5快速成型技術(shù)的優(yōu)越性2.制造者受益制造者在產(chǎn)品設(shè)計的最初階段也能拿到實在的產(chǎn)品樣品，甚至試制用的工具、模具及少量產(chǎn)品，這使得他們能及早地對產(chǎn)品設(shè)計提出意見,做好原材料、標(biāo)準(zhǔn)件、外協(xié)加工件、加工工藝和批量生產(chǎn)用工具、模具等的準(zhǔn)備工作，最大限度地減度少失誤和返工，大大節(jié)省工時、降低成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量。1.5快速成型技術(shù)的優(yōu)越性3.推銷者受益推銷者在產(chǎn)品設(shè)計的最初階段也能拿到實在的產(chǎn)品樣品，甚至少量產(chǎn)品，這使得他們能據(jù)此及早、實在地向用戶宣傳和征求意見，以及進(jìn)行比較準(zhǔn)確的市場需求預(yù)測，而不是僅憑抽象的產(chǎn)品描述或圖樣、樣本來推銷。所以快速成型技術(shù)的應(yīng)用可以顯著地降低新產(chǎn)品的銷售風(fēng)險和成本，大大縮短其投放市場的時間和提高競爭能力。1.5快速成型技術(shù)的優(yōu)越性4.用戶受益用戶在產(chǎn)品設(shè)計的最初階段，也能見到產(chǎn)品樣品甚至少量產(chǎn)品，這使得用戶能及早、深刻地認(rèn)識產(chǎn)品，進(jìn)行必要的測試，并及時提出意見，從而可以在盡可能短的時間內(nèi)，以最合理的價格得到性能最符合要求的產(chǎn)品。1.5快速成型技術(shù)的優(yōu)越性1.設(shè)計者受益采用快速成型技術(shù)之后，設(shè)計者在設(shè)計的最初階段,就能拿到實在的產(chǎn)品樣品，在單個零件和裝配部件的級別上，對產(chǎn)品設(shè)計進(jìn)行校驗和優(yōu)化，并可在不同階段快速地修改、重做樣品，甚至做出試制用工具、模具及少量的產(chǎn)品。這將給設(shè)計者創(chuàng)造一個優(yōu)良的設(shè)計環(huán)境，提供一個快捷、有力的物理模擬手段，無需多次反復(fù)思考、修改，即可盡快得到優(yōu)化結(jié)果，從而能顯著地縮短設(shè)計周期和降低成本。1.6快速成型技術(shù)的應(yīng)用1.工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)及樣件試制（1）在國外，快速原型即首版的制作，已成為供應(yīng)商爭取訂單的有力工具。美國Detroit的一家制造商，利用2臺不同型號的快速成型機以及快速精鑄技術(shù)，在接到Nord公司標(biāo)書后的4個工作日內(nèi)生產(chǎn)出了第一個功能樣件，從而拿到了Ford公司年生產(chǎn)總值300萬美元的發(fā)動機缸蓋精鑄件的合同。1.6快速成型技術(shù)的應(yīng)用1.工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)及樣件試制（2）在RP系統(tǒng)中，一些使用特殊材料制作的原型(如光敏樹脂等)可直接進(jìn)行裝配檢驗、模擬產(chǎn)品真實工作狀況的部分功能試驗。Chrysler直接利用RP技術(shù)制造的車體原型進(jìn)行高速風(fēng)洞流體動力學(xué)試驗，節(jié)省成本達(dá)70%。（3）結(jié)合逆向工程、并行工程，RP顯示出了更大的發(fā)展空間。1.6快速成型技術(shù)的應(yīng)用2.快速模具(RapidTooling)制造RP技術(shù)可用于制作注塑模、鑄造模、陶瓷模、硬質(zhì)合金模、鍛模和沖壓模等等，其各種工藝方法都可直接或是間接地用于快速模具制造。例如，LOM法可用于制造下列用途的模具，灌注石蠟鑄造蠟?zāi)５哪＞?、石膏成型模、塑料壓鑄成型模和低熔點合金鑄造模等；SLS法可直接燒結(jié)金屬模具或陶瓷模具，用作注塑、壓鑄、擠塑等塑料成型模及沖壓成型模，SLS制作的模具經(jīng)浸銅后，還可直接用作金屬模具。1.6快速成型技術(shù)的應(yīng)用3.在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

由于醫(yī)學(xué)上一些嚴(yán)重面容畸形的形態(tài)特殊（如先天性唇裂，面容的多發(fā)性骨折等）其周圍解剖關(guān)系復(fù)雜，往往通過二維平面的觀察很難確定病變范圍。這給醫(yī)生制定手術(shù)方案帶來很大的困難。因此，如果在手術(shù)前，利用逆向工程應(yīng)用螺旋CT或MRI獲得缺損骨連續(xù)性缺損三維數(shù)據(jù)模型，在計算機上模擬重建三維圖像，可以直觀地對骨性疾病做出正確的診斷。然后將三維數(shù)據(jù)模型通過快速成型技術(shù)轉(zhuǎn)化為二維仿真生物模型后，為術(shù)者提供了手術(shù)平臺，術(shù)前能夠?qū)€體化實體模型直觀地進(jìn)行分析、測量，并預(yù)演整個手術(shù)過程，明確截骨范圍，熟悉手術(shù)過程，縮短了手術(shù)時間，簡化手術(shù)，從而減少手術(shù)并發(fā)癥狀的發(fā)生。1.7快速成型技術(shù)的發(fā)展趨勢1.新型分層疊加成型方法的研究與開發(fā)口?？焖俪尚偷幕A(chǔ)是分層制造、積分疊加成型，然而，用什么材料進(jìn)行分層疊加，以及如何進(jìn)行分層疊加卻大有文章可做。因此，除了常見的SLA、SLS、LOM、FDM、TDP等方法外，現(xiàn)正在研究開發(fā)一些新的分層疊加成型方法，以便進(jìn)一步改善制件的性能、精度和成型效率。1.7快速成型技術(shù)的發(fā)展趨勢1.新型分層疊加成型方法的研究與開發(fā)口?？焖俪尚偷幕A(chǔ)是分層制造、積分疊加成型，然而，用什么材料進(jìn)行分層疊加，以及如何進(jìn)行分層疊加卻大有文章可做。因此，除了常見的SLA、SLS、LOM、FDM、TDP等方法外，現(xiàn)正在研究開發(fā)一些新的分層疊加成型方法，以便進(jìn)一步改善制件的性能、精度和成型效率。1.7快速成型技術(shù)的發(fā)展趨勢2.快速成型技術(shù)的進(jìn)一步研究和開發(fā)的方向RP技術(shù)雖然有其巨大的優(yōu)越性，但是也有它的局限性，由于可成型材料有限，零件精度低，表面粗糙度高；原型零件的物理性能較差，成型機的價格較高，運行制作的成本高等，所以在一定程度上成為該技術(shù)的推廣普及的瓶頸。1.7快速成型技術(shù)的發(fā)展趨勢3.研究新的成型方法與工藝在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，拓展RP技術(shù)的應(yīng)用，開展新的成型技術(shù)的探索。新的成型方法層出不窮，如三維微結(jié)構(gòu)制造、生物活性組織的工程化制造、激光三維內(nèi)割技術(shù)、層片曝光方式等。對于RP微型制造的研究主要集中于：RP微成型機理與方法、RP系統(tǒng)的精度控制、激光光斑尺寸的控制以及材料的成型特性等方面。目前制作的微零件僅是概念模型，并不能稱之為功能零件，更談不上微機電系統(tǒng)（MEMS），要達(dá)到MEMS還需克服很多的問題，如：隨著尺寸的減小，表面積與體積之比相對增大，表面力學(xué)、表面物理效應(yīng)將起主導(dǎo)作用；微摩擦學(xué)、微熱力學(xué)、微系統(tǒng)的設(shè)計、制造、測試等。1.7快速成型技術(shù)的發(fā)展趨勢4.開發(fā)新的成型材料成型材料是決定快速成型技術(shù)發(fā)展的基本要素之一。加工對象和應(yīng)用方向的側(cè)重點不同，使用的材料不同，與RP制造的4個目標(biāo)(概念型，測試型，模具型、功能零件)相適應(yīng)，對材料的要求也不同。目前應(yīng)用較多的成型材料及其形態(tài)有液態(tài)樹脂類、金屬或陶瓷粉末類、紙、塑料薄膜或金屬片(箔)類等，存在材料成本高、過程工藝要求高、制成成型的表面質(zhì)量與內(nèi)在性能還欠理想等不足。進(jìn)一步的研究課題包括開發(fā)成本與性能更好的新材料、開發(fā)可以直接制造最終產(chǎn)品的新材料、研究適宜快速成型工藝及后處理工藝的材料形態(tài)、探索特定形態(tài)成型材料的低成本制備技本、造型材料新工藝等?？焖俪尚图夹g(shù)及應(yīng)用第2章幾種典型的快速成型技術(shù)2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.3選擇性激光燒結(jié)成型（SLS）技術(shù)2.4三維印刷成型（3DP）技術(shù)2.5分層實體制造（LOM）技術(shù)主要內(nèi)容2.6其他快速成型技術(shù)2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)一個比較完整的快速成型技術(shù)的技術(shù)體系包含CAD造型、反求工程、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、原型制造以及物性轉(zhuǎn)換等基本環(huán)節(jié)。1.三維CAD造型三維造型包括實體造型和曲面造型。利用各種三維CAD軟件進(jìn)行幾何造型,得到零件的三維CAD數(shù)學(xué)模型，這是快速成型制造技術(shù)的重要組成部分，是獲得初始信息的最常用方法，也是制造過程的第一步。2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)2.1.1熔融沉積成型技術(shù)的概念熔融沉積成型（FusedDepositionModeling，F(xiàn)DM）技術(shù)是采用熱熔噴頭，使半流動狀態(tài)的材料按CAD分層數(shù)據(jù)控制的路徑擠壓并沉積在指定的位置凝固成型，逐層沉積、凝固后形成整個原型或零件。這一技術(shù)又稱為熔化堆積法、熔融擠出成模等。熔融沉積成型（FusedDepositionModeling，F(xiàn)DM）技術(shù)是一種不依靠激光作為成型能源，而將各種絲材加熱熔化的成型方法，此技術(shù)通過熔融絲料的逐層固化來構(gòu)成三維產(chǎn)品，比較適合家用電器、辦公用品、模具行業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)，以及用于義肢、醫(yī)學(xué)、醫(yī)療、大地測量、考古等基于數(shù)字成像技術(shù)的三維實體模型制造。以該工藝制造的產(chǎn)品目前的市場占有率約為6.1%。2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)研究熔融沉積成型技術(shù)的公司主要有Stratasys公司和MedModeler公司。美國Stratasys公司開發(fā)的產(chǎn)品制造系統(tǒng)應(yīng)用于FDM-1650機型（見圖2-1）后，先后又推出FDM-2000、FDM-3000和FDM-8000等機型。2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)2.1.2熔融沉積成型技術(shù)的原理熔融沉積又叫熔絲沉積，它是將絲狀的熱熔性材料加熱熔化，通過帶有一個微細(xì)噴嘴的噴頭擠噴出來。噴頭可沿x軸方向移動，而工作臺則沿y軸方向移動。如果熱熔性材料的溫度始終稍高于固化溫度，而成型部分的溫度稍低于固化溫度，就能保證熱熔性材料擠噴出噴嘴后，隨即與前一層面熔結(jié)在一起。一個層面沉積完成后，工作臺按預(yù)定的增量下降一個層的厚度，再繼續(xù)熔噴沉積，直至完成整個實體模型。2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)將實心絲材原材料纏繞在供料輥上，由電動機驅(qū)動輥子旋轉(zhuǎn)，輥子和絲材之間的摩擦力使絲材向噴頭的出口送進(jìn)。在供料輥與噴頭之間有一導(dǎo)向套，導(dǎo)向套采用低摩擦材料制成，以便絲材能順利、準(zhǔn)確地由供料輥送到噴頭的內(nèi)腔。噴頭的前端有電阻絲式加熱器，在其作用下，絲材被加熱熔融，然后通過出口涂覆至工作臺上，并在冷卻后形成界面輪廓。由于受結(jié)構(gòu)的限制，加熱器的功率不可能太大，因此絲材一般為熔點不太高的熱塑性塑料或蠟。絲材熔融沉積的層厚隨噴頭的運動速度而變化，通常最大層厚為0.15～0.25mm。2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)熔融沉積成型工藝在原型制作時需要同時制作支撐，為了節(jié)省材料成制件本和提高沉積效率，新型FDM設(shè)備采用了雙噴頭，如圖2-3所示。一個噴頭用于沉積模型材料，一個噴頭用于沉積支撐材料。一般來說，模型材料絲精細(xì)而且成本較高，沉積的效率也較低；而支撐材料絲較粗且成本較低，沉積的效率也較高。雙噴頭的優(yōu)點除了沉積過程中具有較高的沉積效率和降低模型制作成本以外，還可以靈活地選擇具有特殊性能的支撐材料，以便于后處理過程中支撐材料的去除，如水溶材料、低于模型材料熔點的熱熔材料等。2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)2.1.3熔融沉積成型技術(shù)的工藝過程

和其他幾種快速成型工藝過程類似，熔融沉積成型的工藝過程也可以分為前處理、成型及后處理三個階段。下面以海寶筆筒快速成型為例介紹FDM工藝過程。1.前處理（1）CAD數(shù)字建模通過海寶筆筒的二維圖樣，進(jìn)行三維建模設(shè)計，如圖2-4所示。建模完成后,輸出為STL快速成型需要的文件。2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)（2）載入模型將STL文件讀入專用的分層軟件，如圖2-5所示，視窗中的長方體框架即為所使用的快速成型機的成型空間。2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)（3）STL文件校驗與修復(fù)

快速成型工藝對STL文件的正確性和合理性有較高的要求，主要是要保證STL模型無裂縫、空洞，無懸面、重疊面和交又面，以免造成分層后出現(xiàn)不封閉的環(huán)和歧義現(xiàn)象。一般我們通過CAD系統(tǒng)直接輸出為STL模型時，發(fā)生錯誤的概率較小。圖2-6為校驗無誤顯示的信息。2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)（4）確定擺放方位STL數(shù)據(jù)校驗無誤后，即可調(diào)整模型制作的擺放方位。調(diào)整擺放方位主要遵循以下幾個依據(jù)：第一是考慮模型表面精度，第二是考慮模型強度，第三是考慮支撐材料的施加，第四是考慮成型所需要的時間。其中考慮模型強度在FDM成型中比其他幾種成型工藝都顯得更為重要。擺放方位調(diào)整好后，如果需要同時制作多個模型，還需要對調(diào)整好方位的模型進(jìn)行復(fù)制或者調(diào)入不同的模型對其進(jìn)行擺放方位調(diào)整并排列。綜合考慮海寶筆筒制作時的各種影響因素,確定圖2-7中的第一個方案為最優(yōu)擺放方位。2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)（5）確定分層參數(shù)分層參數(shù)的確定就是對加工路徑的規(guī)劃及支撐材料的施加過程。通常情況下，分層參數(shù)是不需要進(jìn)行改動的，設(shè)備調(diào)試好之后，會保存一個合理的參數(shù)集。如果對成型質(zhì)量有更高的要求，也可以根據(jù)所掌握的參數(shù)設(shè)定經(jīng)驗，進(jìn)行改動。分層參數(shù)包括層厚參數(shù)、路徑參數(shù)及支撐參數(shù)等。層厚影響著模型制作的表面質(zhì)量及制作的時間，F(xiàn)DM成型中層厚范圍相對于其他幾種工藝較寬，通常為0.1～0.4mm。海寶筆筒模型制作的分層參數(shù)如圖2-8所示。2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)（6）存儲分層文件

分層參數(shù)設(shè)定完畢后，可對模型進(jìn)行分層。分層完成后得到一個由層片累積起來的模型文件，存儲為所用快速成型機識別的格式，以進(jìn)行調(diào)用和修改。圖2-9給出的是該海寶筆筒模型各典型層片的輪廓形狀。2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)2.成型首先，打開快速成型機，將設(shè)備與計算機連接起來，并載入前處理生成的切片模型。工作臺清潔后開始系統(tǒng)初始化，也就是x、y、x軸歸零的過程，之后成型室進(jìn)行預(yù)熱，到設(shè)定溫度后便可以執(zhí)行打印模型命令，快速成型機開始自動進(jìn)行疊層制作。剛開始時應(yīng)注意觀察支撐材料的粘接情況，如果發(fā)現(xiàn)支撐材料并沒有很好地粘接在工作臺上，應(yīng)果斷取消打印。模型成型結(jié)束，取出模型，如圖2-10所示。2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)3.后處理FDM工藝成型的模型后處理比較簡單，主要就是去除支撐和打磨。圖2-10（a）為后處理前的模型，圖中深色部分為支撐，白色部分為模型。圖2-10（b）為去除支撐后的海寶筆筒模型。2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)2.1.4熔融沉積成型技術(shù)的優(yōu)缺點1.分層實體制造技術(shù)的優(yōu)點（1）由于采用了熱融擠壓頭的專利技術(shù)，使整個系統(tǒng)構(gòu)造原理和操作簡單，維護(hù)成本低，系統(tǒng)運行安全。（2）可以使用無毒的原材料，設(shè)備系統(tǒng)可在辦公環(huán)境中安裝使用。（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，常用于成型具有很復(fù)雜的內(nèi)腔、孔等零件。（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，且材料壽命長。（7）支撐去除簡單，無需化學(xué)清洗，分離容易。（8）可直接制作彩色原型。2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)2.1.4熔融沉積成型技術(shù)的優(yōu)缺點2.分層實體制造技術(shù)的不足之處（1）成型件的表面有較明顯的條紋。（2）沿成型軸垂直方向的強度比較弱。（3）需要設(shè)計與制作支撐結(jié)構(gòu)。（4）需要對整個截面進(jìn)行掃描涂覆,成型時間較長。（5）原材料價格昂貴。2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)2.1.4熔融沉積成型技術(shù)的優(yōu)缺點1.分層實體制造技術(shù)的優(yōu)點（1）由于采用了熱融擠壓頭的專利技術(shù)，使整個系統(tǒng)構(gòu)造原理和操作簡單，維護(hù)成本低，系統(tǒng)運行安全。（2）可以使用無毒的原材料，設(shè)備系統(tǒng)可在辦公環(huán)境中安裝使用。（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，常用于成型具有很復(fù)雜的內(nèi)腔、孔等零件。（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，且材料壽命長。（7）支撐去除簡單，無需化學(xué)清洗，分離容易。（8）可直接制作彩色原型。2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)2.1.5成型影響因素1.材料性能的影響（1）熱收縮（2）分子取向的收縮2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)2.1.5成型影響因素2.噴頭溫度和成型室溫度的影響噴頭溫度決定了材料的粘接性能、堆積性能、絲材流量以及擠出絲寬度。噴頭溫度太低，則材料粘度加大，擠絲速度變慢，這不僅加重了擠壓系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，極端情況下還會造成噴嘴堵塞，而且材料層間粘接強度降低，還會引起層間剝離；而溫度太高，材料偏向于液態(tài)，粘度變小，流動性強，擠出過快，無法形成可精確控制的絲，制作時會出現(xiàn)前一層材料還未冷卻成型，后一層就加壓于其上，從而使得前一層材料坍塌和破壞。因此噴頭溫度應(yīng)根據(jù)絲材的性質(zhì)在一定范圍內(nèi)選擇，以保證擠出的絲呈熔融流動狀態(tài)。2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)2.1.5成型影響因素3.擠出速度的影響

擠出速度是指噴頭內(nèi)熔融態(tài)的絲從噴嘴擠出的速度，單位時間內(nèi)擠出絲體積與擠出速度成正比。在與填充速度合理匹配范圍內(nèi)，隨著擠出速度增大，擠出絲的截面寬度逐漸增加，當(dāng)擠出速度增大到一定值，擠出的絲黏附于噴嘴外圓錐面，就不能正常加工。2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)2.1.5成型影響因素4.填充速度與擠出速度交互的影響

填充速度應(yīng)與擠出速度匹配。填充速度比擠出速度快，則材料填充不足，出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，難以成型。相反，填充速度比擠出速度慢，熔絲堆積在噴頭上，使成型面材料分布不均勻，表面會有疙瘩，影響原型質(zhì)量。2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)2.1.5成型影響因素5.分層厚度的影響分層厚度是指在成型過程中每層切片截面的厚度。由于每層有一定厚度，會在成型后的實體表面產(chǎn)生臺階現(xiàn)象，這將直接影響成型后實體的尺寸誤差和表面粗糙度。對FDM工藝而言，完全消除臺階現(xiàn)象是不可能的。一般來說，分層厚度越小，實體表面產(chǎn)生的臺階越小，表面質(zhì)量也越高，但所需的分層處理和成型時間會變長，降低了加工效率。相反，分層厚度越大，實體表面產(chǎn)生的臺階也就越大，表面質(zhì)量越差，不過加工效率則相對較高。為了提高成型精度，可在實體成型后進(jìn)行打磨、拋光等后處理。2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)2.1.5成型影響因素6.成型時間的影響每層的成型時間與填充速度、該層的面積大小及形狀的復(fù)雜度有關(guān)。若層的面積小，形狀簡單，填充速度快，則該層成型的時間就短；相反，時間就長。在加工時，控制好噴嘴的工作溫度和每層的成型時間，才能獲得精度較高的成型件。在加工一些截面很小的實體時，由于每層的成型時間太短，往往難以成型，因為前一層還來不及固化成型，下一層就接著再堆，將引起“坍塌”和“拉絲”的現(xiàn)象。2.1熔融沉積成型（FDM）技術(shù)2.1.5成型影響因素7.掃描方式的影響熔融沉積快速成型工藝方法中的掃描方式有多種，有螺旋掃描、偏置掃描及回轉(zhuǎn)掃描等。螺旋掃描是指掃描路徑從制件的幾何中心向外依次擴(kuò)展，偏置掃描是指按輪廓形狀逐層向內(nèi)偏置進(jìn)行掃描，回轉(zhuǎn)掃描是指按x、y軸方向掃描、回轉(zhuǎn)。通常，偏置掃描成型的輪廓尺寸精度容易保證，而回轉(zhuǎn)掃描路徑生成簡單，但輪廓精度較差?？梢圆捎靡环N復(fù)合掃描方式，即外部輪廓用偏置掃描，而內(nèi)部區(qū)域填充用回轉(zhuǎn)掃描，這樣既可以提高表面精度,也可以簡化掃描過程，提高掃描效率。掃描方式與原型的內(nèi)應(yīng)力密切相關(guān)，合適的掃描方式可降低原型內(nèi)應(yīng)力的積累，有效防止零件的翹曲變形。2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.1立體光固化成型技術(shù)的概念

光固化成型技術(shù)，也常被稱為立體光刻成型，英文的名稱為StereoLithography，簡稱SL或SLA（StereoLithographyApparatus），該工藝是由CharlesHull于1984年獲得美國專利，是最早發(fā)展起來的快速成型技術(shù)。自從1988年3DSystems公司最早推出SLA商品化快速成型機SLA-250以來，SLA已成為目前世界上研究最深入、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種快速成型工藝方法。它以光敏樹脂為原料，通過計算機控制紫外激光使其凝固成型。這種方法能簡捷、全自動地制造出表面質(zhì)量和尺寸精度較高、幾何形狀較復(fù)雜的原型。2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.2立體光固化成型技術(shù)的原理

液槽中盛滿液態(tài)光敏樹脂，氦-鎘激光器或氬離子激光器發(fā)出的紫外激光束在控制系統(tǒng)的控制下按零件的各分層截面信息在光敏樹脂表面進(jìn)行逐點掃描，使被掃描區(qū)域的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)而固化，形成零件的一個薄層。一層固化完畢后，工作臺下移一個層厚的距離，以使在原先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂，刮板將粘度較大的樹脂液面刮平，然后進(jìn)行下一層的掃描加工，新固化的一層牢固地粘結(jié)在前一層上，如此重復(fù)直至整個零件制造完畢，得到一個三維實體原型。2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.2立體光固化成型技術(shù)的原理2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.3立體光固化成型技術(shù)的工藝過程

光固化快速原型的制作一般可以分為前處理、原型制作和后處理三個階段。1.前處理前處理階段主要是對原型的CAD模型進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、擺放方位確定、施加支撐和切片分層，實際上就是為原型的制作準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。下面以某一小扳手的制作來介紹光固化原型制作的前處理過程。2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.3立體光固化成型技術(shù)的工藝過程

（1）CAD三維造型三維實體造型是CAD模型的最好表示，也是快速原型制作必須的原始數(shù)據(jù)源。沒有CAD三維數(shù)字模型，就無法驅(qū)動模型的快速原型制作。CAD模型的三維造型可以在UG、Pro/E、Catia等大型CAD軟件以及許多小型的CAD軟件上實現(xiàn)，圖2-13給出的是小扳手在UGNX2.0上的三維造型。2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.3立體光固化成型技術(shù)的工藝過程（2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是對產(chǎn)品CAD模型的近似處理，主要是生成STL格式的數(shù)據(jù)文件。STL數(shù)據(jù)處理實際上就是采用若干小三角形片來逼近模型的外表面，如圖2-14所示。這一階段需要注意的是STL文件生成的精度控制。目前，通用的CAD三維設(shè)計軟件系統(tǒng)都有STL數(shù)據(jù)的輸出。2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.3立體光固化成型技術(shù)的工藝過程（3）確定擺放方位擺放方位的處理是十分重要的，不但影響著制作時間和效率，更影響著后續(xù)支撐的施加以及原型的表面質(zhì)量等，因此，擺放方位的確定需要綜合考慮上述各種因素。2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.3立體光固化成型技術(shù)的工藝過程（4）施加支撐擺放方位確定后，便可以進(jìn)行支撐的施加了。施加支撐是可以有效支撐模型和減少模型的翹曲變形，施加支撐是光固化快速原型制作前處理階段的重要工作。2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.3立體光固化成型技術(shù)的工藝過程（5）切片分層支撐施加完畢后，根據(jù)設(shè)備系統(tǒng)設(shè)定的分層厚度沿著高度方向進(jìn)行切片，生成RP系統(tǒng)需求的SLC格式的層片數(shù)據(jù)文件，提供給光固化快速原型制作系統(tǒng)，進(jìn)行原型制作。圖2-19是手柄的光固化快速原型。2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.3立體光固化成型技術(shù)的工藝過程

2.原型制作光固化成型過程是在專用的光固化快速成型設(shè)備系統(tǒng)上進(jìn)行。在原型制作前，需要提前啟動光固化快速成型設(shè)備系統(tǒng)，使得樹脂材料的溫度達(dá)到預(yù)設(shè)的合理溫度，激光器點燃后也需要一定的穩(wěn)定時間。設(shè)備運轉(zhuǎn)正常后，啟動原型制作控制軟件，讀入前處理生成的層片數(shù)據(jù)文件，如圖2-20。2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.3立體光固化成型技術(shù)的工藝過程3.后處理后處理是指整個零件成型完成后進(jìn)行的輔助處理工藝,包括零件的清洗、支撐去除、打磨、表面涂覆以及后固化等。（1）原型疊層制作結(jié)束后，工作臺升出液面，停留5～10min，以晾干多余的樹脂，如圖2-21所示。2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.3立體光固化成型技術(shù)的工藝過程3.后處理（2）將原型和工作臺一起斜放晾干后浸入丙酮、酒精等清洗液體中，攪動并刷掉殘留的氣泡。持續(xù)45min左右后放入水池中清洗工作臺約5min，如圖2-22所示。2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.3立體光固化成型技術(shù)的工藝過程3.后處理（3）從外向內(nèi)從工作臺上取下原型，并去除支撐結(jié)構(gòu)，如圖2-23所示。2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.3立體光固化成型技術(shù)的工藝過程3.后處理（4）再次清洗后置于紫外烘箱中進(jìn)行整體后固化，如圖2-24所示。2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.4立體光固化成型技術(shù)的優(yōu)缺點1.光固化成型技術(shù)的優(yōu)點

（1）產(chǎn)品生產(chǎn)周期短。模具設(shè)計和產(chǎn)品生產(chǎn)可同步進(jìn)行，幾個小時內(nèi)便可完成傳統(tǒng)加工工藝幾個月的工作量。（2）制作過程智能化，成型速度快，自動化程度高。光固化成型系統(tǒng)極其穩(wěn)定，加工開始后，整個成型過程完全自動化、快速化、連續(xù)化，直至原型制作全部完成。（3）尺寸精度高。原型件真實、準(zhǔn)確完整地反映出所設(shè)計的制件，包括內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外形，使原型更逼近于真實的產(chǎn)品。光固化成型原型的尺寸精度可以達(dá)到土0.1mm（100mm范圍內(nèi)）。（4）表面質(zhì)量優(yōu)良。雖然在每層固化時曲面和側(cè)面可能出現(xiàn)臺階，但是上表面仍然可以得玻璃狀的效果，達(dá)到磨削加工的表面效果。（5）無噪音、無振動、無切削，可以實現(xiàn)生產(chǎn)辦公室化操作。（6）可以直接制作面向熔模精密鑄造的具有中空結(jié)構(gòu)的消失模。（7）可制造任意幾何形狀的復(fù)雜零件。不管多么復(fù)雜的零件，都可以分解成二維數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，所以特別適合于傳統(tǒng)加工工藝難以制造的形狀復(fù)雜的零件。2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.4立體光固化成型技術(shù)的優(yōu)缺點2.光固化成型技術(shù)的不足之處

（1）成型過程中伴隨著物理和化學(xué)變化，所以制件較易翹曲變形，需要添加支撐。（2）設(shè)備運轉(zhuǎn)及維護(hù)成本較高，液態(tài)光敏樹脂材料和激光器的價格都較高。（3）可使用的材料種類較少。目前可用的材料主要為液態(tài)光敏樹脂，并且在大多數(shù)情況下，樹脂固化后較脆、易斷裂，不便進(jìn)行再加工。（4）需要二次固化。在很多情況下，經(jīng)快速成型系統(tǒng)光固化后的原型，樹脂并未完全固化，需要進(jìn)行二次固化。2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.5立體光固化成型技術(shù)的成型影響因素1.幾何數(shù)據(jù)處理造成的誤差在成型過程開始前，必須對實體的三維CAD模型進(jìn)行STL格式化及切片分層處理，以便得到加工所需的一系列的截面輪廓信息，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時會帶來誤差。如圖2-25所示。2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.5立體光固化成型技術(shù)的成型影響因素1.幾何數(shù)據(jù)處理造成的誤差針對幾何數(shù)據(jù)處理造成的誤差，解決措施之一為直接切片。為減小幾何數(shù)據(jù)處理造成的誤差，較好的辦法是開發(fā)對CAD實體模型進(jìn)行直接分層的方法，在商用軟件中，Pro/Engineer具有直接分層的功能，如圖2-26所示。2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.5立體光固化成型技術(shù)的成型影響因素1.幾何數(shù)據(jù)處理造成的誤差

針對幾何數(shù)據(jù)處理造成的誤差，解決措施之一為自適應(yīng)分層。切層的厚度直接影響成型件的表面光潔度。因此，必須仔細(xì)選擇切層厚度，有關(guān)學(xué)者采用不同算法進(jìn)行了自適應(yīng)分層方法的研究，即在分層方向上，根據(jù)零件輪廓的表面形狀，自動地改變分層厚度，以滿足零件表面精度的要求，當(dāng)零件表面傾斜度較大時選取較小的分層厚度，以提高原型的成形精度；反之則選取較大的分層厚度，以提高加工效率，如圖2-27所示。2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.5立體光固化成型技術(shù)的成型影響因素2.成型過程中材料的固化收縮引起的翹曲變形光固化成型工藝中，液態(tài)光敏樹脂在固化過程中都會發(fā)生收縮，收縮會在工件內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，沿層厚從正在固化的層表面向下，隨固化程度不同，層內(nèi)應(yīng)力呈梯度分布。在層與層之間，新固化層收縮時要受到層間粘合力限制。層內(nèi)應(yīng)力和層間應(yīng)力的合力作用致使工件產(chǎn)生翹曲變形。2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.5立體光固化成型技術(shù)的成型影響因素3.樹脂涂層厚度對精度的影響在成型過程中要保證每一層鋪涂的樹脂厚度一致，當(dāng)聚合深度小于層厚時，層與層之間將粘合不好，甚至?xí)l(fā)生分層；如果聚合深度大于層厚時，將引起過固化，而產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，引起翹曲變形，影響成型精度。在掃描面積相等的條件下，固化層越厚，則固化的體積越大，層間產(chǎn)生的應(yīng)力就越大，故而為了減小層間應(yīng)力，就應(yīng)該盡可能地減小單層固化深度，以減小固化體積。解決措施（1）采用二次曝光法，即多次反復(fù)曝光后的固化深度與以多次曝光量之和進(jìn)行一次曝光的固化深度是等效的。（2）減小涂層厚度，提高Z向的運動精度。2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.5立體光固化成型技術(shù)的成型影響因素4.光學(xué)系統(tǒng)對成型精度的影響在光固化成型過程中，成型用的光點是一個具有一定直徑的光斑，因此實際得到的制件是光斑運行路徑上一系列固化點的包絡(luò)線形狀。如果光斑直徑過大，有時會丟失較小尺寸的零件細(xì)微特征，如在進(jìn)行輪廓拐角掃描時，拐角特征很難成型出來，如圖2-28所示。聚焦到液面的光斑直徑大小以及光斑形狀會直接影響加工分辨率和成型精度。2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.5立體光固化成型技術(shù)的成型影響因素

針對光學(xué)系統(tǒng)對成型精度的影響，解決措施有兩種，分別為“光路校正”和“光斑校正”。（1）“光路校正”（2）光斑校正2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.5立體光固化成型技術(shù)的成型影響因素5.激光掃描方式對成型精度的影響掃描方式與成型工件的內(nèi)應(yīng)力有密切關(guān)系，合適的掃描方式可減少零件的收縮量，避免翹曲和扭曲變形，提高成型精度。SLA工藝成形時多采用方向平行路徑進(jìn)行實體填充，即每一段填充路徑均互相平行，在邊界線內(nèi)往復(fù)掃描進(jìn)行填充，也稱為Z字形（Zig-Zag）或光柵式掃描方式，如圖2-32a所示。2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.5立體光固化成型技術(shù)的成型影響因素5.激光掃描方式對成型精度的影響

圖2-32b中采用分區(qū)掃描方式，在各個區(qū)域內(nèi)采用連貫的Zig-Zag掃描方式，激光器掃描至邊界即回折反向填充同一區(qū)域，并不跨越型腔部分；只有從一個區(qū)域轉(zhuǎn)移到另外一個區(qū)域時，才快速跨越。這種掃描方式可以省去激光開關(guān)，提高成型效率，并且由于采用分區(qū)后分散了收縮應(yīng)力，減小了收縮變形，提高了成型精度。2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.5立體光固化成型技術(shù)的成型影響因素6.光斑直徑大小對成型尺寸的影響

在光固化成型中，圓形光斑有一定直徑，固化的線寬等于在該掃描速度下實際光斑直徑大小。如果不采用補償，光斑掃描路徑如圖2-35a所示。成型的零件實體部分外輪廓周邊尺寸大了一個光斑半徑，而內(nèi)輪廓周邊尺寸小了一個光斑半徑，結(jié)果導(dǎo)致零件的實體尺寸大了一個光斑直徑，使零件出現(xiàn)正偏差。為了減小或消除實體尺寸的正偏差，通常采用光斑補償方法，使光斑掃描路徑向?qū)嶓w內(nèi)部縮進(jìn)一個光斑半徑，如圖2-35b所示。從理論上說，光斑掃描按照向?qū)嶓w內(nèi)部縮進(jìn)一個光斑半徑的路徑掃描，所得零件的長度尺寸誤差為零。2.2立體光固化成型（SLA）技術(shù)2.2.5立體光固化成型技術(shù)的成型影響因素6.光斑直徑大小對成型尺寸的影響

2.3選擇性激光燒結(jié)成型（SLS）技術(shù)2.3.1選擇性激光燒結(jié)成型技術(shù)的概念

選擇性激光燒結(jié)成型（SelectedLaserSintering，簡稱SLS）技術(shù)又稱為激光選區(qū)燒結(jié)或粉末材料選擇性激光燒結(jié)。SLS快速成型技術(shù)是利用粉末材料，如金屬粉末、非金屬粉末，采用激光照射的燒結(jié)原理,在計算機控制下進(jìn)行層層堆積，最終加工制作成所需的模型或產(chǎn)品。SLS與SLA的成型原理相似，而所使用的原材料不同，SLA所用的原材料是液態(tài)的光敏可固化樹脂，SLS使用的原材料為粉狀材料。從理論上講，任何可熔的粉末都可以用來制造產(chǎn)品或模型，因此可以選用粉末材料是SLS技術(shù)的主要優(yōu)點之一。2.3選擇性激光燒結(jié)成型（SLS）技術(shù)2.3選擇性激光燒結(jié)成型（SLS）技術(shù)2.3.2選擇性激光燒結(jié)成型技術(shù)的原理

圖2-37所示為SLS快速成型系統(tǒng)的工作原理示意圖。從圖中可以看出，SLS快速成型的基本原理是采用激光器對粉末狀材料進(jìn)行燒結(jié)和固化。首先在工作臺上用刮板或輥筒鋪覆一層粉末狀材料，再將其加熱至略低于其熔化溫度，然后在計算機的控制下，激光束按照事先設(shè)定好的分層截面輪廓，對原型制件的實心部分進(jìn)行粉末掃描，并使粉末的溫度升至熔化點，致使激光束掃描到的粉末熔化，粉末間相互粘結(jié)，從而得到一層截面輪廓。位于非燒結(jié)區(qū)的粉末則仍呈松散狀，可作為工件和下一層粉末的支撐部分。當(dāng)一層截面輪廓成型完成后，工作臺就會下降一個截面層的高度，然后再進(jìn)行下一層的鋪料和燒結(jié)動作。如此循環(huán)往復(fù)，最終形成三維產(chǎn)品或模型。2.3選擇性激光燒結(jié)成型（SLS）技術(shù)2.3.2選擇性激光燒結(jié)成型技術(shù)的原理2.3選擇性激光燒結(jié)成型（SLS）技術(shù)2.3.3選擇性激光燒結(jié)成型技術(shù)的工藝過程1.高分子粉未材料燒結(jié)工藝和其他快速成型工藝方法一樣，高分子粉末材料激光燒結(jié)快速成型制造工藝過程同樣分為前處理、粉層燒結(jié)疊加以及后處理三個階段。下面以某一鑄件的SLS原型在HRPS-IVB設(shè)備上的制作為例，介紹具體的工藝過程。（1）前處理前處理階段主要完成模型的三維CAD造型,并經(jīng)STL數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后輸入到粉末激光燒結(jié)快速成型系統(tǒng)中。圖2-38給出的是某個鑄件的CAD模型。2.3選擇性激光燒結(jié)成型（SLS）技術(shù)2.3選擇性激光燒結(jié)成型（SLS）技術(shù)2.3.3選擇性激光燒結(jié)成型技術(shù)的工藝過程（2）粉層激光燒結(jié)疊加在疊層加工階段，設(shè)備根據(jù)原型的結(jié)構(gòu)特點，在設(shè)定的建造參數(shù)下，自動完成原型的逐層粉末燒結(jié)疊加過程。與LOM和SLA工藝相比較而言，SLS工藝中成型區(qū)域溫度的控制是比較重要的。首先需要對成型空間進(jìn)行預(yù)熱，對于PS高分子材料，一般需要預(yù)熱到100℃左右。在預(yù)熱階段，根據(jù)原型結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行制作方位的確定。當(dāng)擺放方位確定后，將狀態(tài)設(shè)置為加工狀態(tài)，如圖2-39所示。2.3選擇性激光燒結(jié)成型（SLS）技術(shù)2.3.3選擇性激光燒結(jié)成型技術(shù)的工藝過程2.3選擇性激光燒結(jié)成型（SLS）技術(shù)2.3.3選擇性激光燒結(jié)成型技術(shù)的工藝過程（3）后處理激光燒結(jié)后的PS原型件，強度很弱，需要根據(jù)使用要求進(jìn)行滲蠟或滲樹脂等補強處理。由于該原型用于熔模鑄造，所以進(jìn)行滲蠟處理。滲蠟后的該鑄件原型如圖2-40所示。2.3選擇性激光燒結(jié)成型（SLS）技術(shù)2.3.3選擇性激光燒結(jié)成型技術(shù)的工藝過程2.金屬零件間接燒結(jié)工藝在廣泛應(yīng)用的幾種快速成型技術(shù)方法中,只有SLS工藝可以直接或間接地?zé)Y(jié)金屬粉末來制作金屬材質(zhì)的原型或零件。金屬零件間接燒結(jié)工藝使用的材料為混合有樹脂材料的金屬粉末材料，SLS工藝主要實現(xiàn)包裹在金屬粉粒表面樹脂材料的粘接。基于SLS方法金屬零件間接制造工藝過程，如圖2-41所示。由圖2-41可知，整個工藝過程主要分三個階段：一是SLS原型件（“綠件”）的制作，二是粉末燒結(jié)件（“褐件”）的制作，三是金屬熔滲后處理。2.3選擇性激光燒結(jié)成型（SLS）技術(shù)2.3.3選擇性激光燒結(jié)成型技術(shù)的工藝過程2.3選擇性激光燒結(jié)成型（SLS）技術(shù)2.3.3選擇性激光燒結(jié)成型技術(shù)的工藝過程3.金屬零件直接燒結(jié)工藝金屬零件直接燒結(jié)工藝采用的材料是純粹的金屬粉末，是采用SLS工藝中的激光能源對金屬粉末直接燒結(jié)，使其熔化，實現(xiàn)疊層的堆積。其工藝流程如圖2-42所示。2.3選擇性激光燒結(jié)成型（SLS）技術(shù)2.3.4選擇性激光燒結(jié)成型技術(shù)的優(yōu)缺點1.選擇性激光燒結(jié)成型技術(shù)的優(yōu)點（1）可采用多種材料（2）制造工藝比較簡單（3）高精度（4）無需設(shè)計支撐結(jié)構(gòu)（5）材料利用率高（6）工件翹曲變形2.3選擇性激光燒結(jié)成型（SLS）技術(shù)2.3.4選擇性激光燒結(jié)成型技術(shù)的優(yōu)缺點2.選擇性激光燒結(jié)成型技術(shù)的不足之處（1）耗時（2）后處理過程較為復(fù)雜（3）燒結(jié)過程中有異味（4）設(shè)備價格較高2.3選擇性激光燒結(jié)成型（SLS）技術(shù)2.3.5成型影響因素及提高制作精度的措施1.成型影響因素SLS工藝成型質(zhì)量受多種因素影響，包括成型前數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、成型設(shè)備的機械精度、成型過程的工藝參數(shù)以及成型材料的性質(zhì)等。其中最為重要的影響因素是成型過程中燒結(jié)機理以及成型過程的工藝參數(shù)。（1）原理性誤差2.3選擇性激光燒結(jié)成型（SLS）技術(shù)2.3.5成型影響因素及提高制作精度的措施1.成型影響因素（2）工藝性誤差①激光功率②掃描間距③燒結(jié)層厚④制件擺放角度⑤激光掃描方式及掃描速度⑥燒結(jié)制件材料及特性2.3選擇性激光燒結(jié)成型（SLS）技術(shù)2.3.5成型影響因素及提高制作精度的措施2.提高制作精度的措施（1）提高制件表面精度①合理地選取工藝參數(shù)。根據(jù)不同材料的物理化學(xué)性能，合理地選取燒結(jié)加工的工藝參數(shù)。②尋找提高精度的方法。根據(jù)燒結(jié)制件的實際精度需求，從根本上尋求提高精度的方法，即在原有的定層厚切片基礎(chǔ)上，開發(fā)出定精度切片軟件。這樣可以根據(jù)制件的設(shè)計精度反求出激光的燒結(jié)層厚，經(jīng)濟(jì)、合理、高效率地生產(chǎn)制件。2.3選擇性激光燒結(jié)成型（SLS）技術(shù)2.3.5成型影響因素及提高制作精度的措施（2）提高制件尺寸精度①根據(jù)不同材料物理、化學(xué)性能，燒結(jié)加工中合理地選擇激光燒結(jié)功率、激光掃描間距、掃描速度等工藝參數(shù)，再通過修正系數(shù)減少尺寸的收縮。②當(dāng)激光束掃描過后，粉末從熔融狀態(tài)到固相狀態(tài)有一定的固化時間。如果在這個時間段內(nèi)對此再從另一個方向進(jìn)行掃描，則可以改變其固化取向，使變形方向發(fā)生改變，以減少收縮。③掌握好激光燒結(jié)材料的預(yù)熱溫度（一般低于熔融溫度2～3℃），減少溫差；制件燒結(jié)后，降低制件的冷卻速度，減少收縮。④在制件切片及成型時，可以將制件中較大的成型平面放在最底層。2.4三維印刷成型（3DP）技術(shù)2.4.1三維印刷成型技術(shù)的概念

三維印刷成型（ThreeDimensionalPrinting，3DP）技術(shù)可分為三種：粉末粘結(jié)3DP技術(shù)、噴墨光固化3DP技術(shù)、粉末粘結(jié)與噴墨光固化復(fù)合3DP技術(shù)，本節(jié)以粉末粘結(jié)3DP工藝為例進(jìn)行重點介紹。3DP技術(shù)是以某種噴頭作為成型源，其運動方式與噴墨打印機的打印頭類似，相對于工作臺臺面做X-Y平面運動，所不同的是噴頭噴出的不是傳統(tǒng)噴墨打印機的墨水，而是粘結(jié)劑、熔融材料或光敏樹脂等，基于離散/堆積原理的建造模式，實現(xiàn)三維實體的快速成型。2.4三維印刷成型（3DP）技術(shù)2.4.1三維印刷成型技術(shù)的概念

2.4三維印刷成型（3DP）技術(shù)2.4.2三維印刷成型技術(shù)的原理

3DP工藝與SLS工藝類似，采用的成型原料也是粉末狀，區(qū)別是3DP不是將材料熔融,而是通過噴射粘結(jié)劑將材料粘結(jié)起來，其工藝原理如圖2-44所示。噴頭在計算機控制下，按照截面輪廓的信息，在鋪好的一層粉末材料上，有選擇性地噴射粘結(jié)劑，使部分粉末粘結(jié)，形成截面層。一層完成后，工作臺再下降一個層厚，鋪粉，噴射粘結(jié)劑，進(jìn)行下一層的粘結(jié)，如此循環(huán)形成產(chǎn)品原型。用粘結(jié)劑粘結(jié)的原型件強度較低，要置于加熱爐中，作進(jìn)一步的固化或燒結(jié)。2.4三維印刷成型（3DP）技術(shù)2.4.2三維印刷成型技術(shù)的原理

2.4三維印刷成型（3DP）技術(shù)2.4.3三維印刷成型技術(shù)的工藝過程3DP具體工作過程如下：（1）采集粉末原料;（2）將粉末鋪平到打印區(qū)域;（3）打印機噴頭在模型橫截面定位，噴粘結(jié)劑;（4）送粉活塞上升一層，實體模型下降一層以繼續(xù)打印；（5）重復(fù)上述過程直至模型打印完畢;（6）去除多余粉末，固化模型，進(jìn)行后處理操作。2.4三維印刷成型（3DP）技術(shù)2.4.4三維印刷成型技術(shù)的優(yōu)缺點1.分層實體制造技術(shù)的優(yōu)點（1）成本低，體積小。無需復(fù)雜、昂貴的激光系統(tǒng)，設(shè)備整體造價大大降低。噴射結(jié)構(gòu)高度集成化，沒有龐大的輔助設(shè)備，結(jié)構(gòu)緊湊，適合辦公室使用。（2）材料廣泛。根據(jù)使用要求，三維印刷成型使用的材料可以是常用的高分子材料、陶瓷或金屬材料，也可以是石膏粉、淀粉以及各種復(fù)合材料，還可以是梯度功能材料。（3）成型速度快。成型噴頭一般具有多個噴嘴，噴射粘結(jié)劑的速度要比SLS或SLA單點逐線掃描快速得多，完成一個原型制件的成型時間有時只需半小時。（4）高度柔性。不受零件形狀和結(jié)構(gòu)的任何約束，且不需要支撐，未被噴射粘結(jié)劑的成型粉末起到支撐作用，因此尤其適合于做內(nèi)腔復(fù)雜的原型制件。（5）成型過程無污染。成型過程中無大量熱產(chǎn)生，無毒、無污染，環(huán)境友好。（6）可實現(xiàn)彩色打印。彩色3DP可以增強原型件的信息傳遞能力。2.4三維印刷成型（3DP）技術(shù)2.4.4三維印刷成型技術(shù)的優(yōu)缺點2.分層實體制造技術(shù)的不足之處（1）精度和表面質(zhì)量較差。受到粉末材料特性的約束，原型件精度和表面質(zhì)量有待提高，可用于產(chǎn)品概念模型，不適合制作結(jié)構(gòu)復(fù)雜和細(xì)節(jié)較多的薄型制件。（2）原型件強度低。由于粘結(jié)劑從噴頭中噴出，粘結(jié)劑的粘結(jié)能力有限，原型的強度較低，零件易變形甚至出現(xiàn)裂紋，一般需要進(jìn)行后處理。（3）原材料成本高。只能使用粉末材料，由于制造相關(guān)粉末材料的技術(shù)比較復(fù)雜，致使原材料（粉末、粘結(jié)劑）價格高昂。2.4三維印刷成型（3DP）技術(shù)2.4.5三維印刷成型技術(shù)的成型影響因素1.噴頭到粉層的距離2.粉末層厚3.噴射和掃描速度4.輥輪運動參數(shù)5.每層成型時間2.5分層實體制造（LOM）技術(shù)2.5.1分層實體制造技術(shù)的概念

分層實體制造技術(shù)（LaminatedObjectManufacturing，LOM）或疊層實體制造技術(shù)，是采用薄片材料（紙、金屬箔、塑料薄膜等），按照模型每層的內(nèi)、外輪廓線切割薄片材料，得到該層的平面形狀，并逐層堆放成零件原型。在堆放時，層與層之間使用粘結(jié)劑粘牢，因此得到的成型模型無內(nèi)應(yīng)力、無變形，成型速度快，無需支撐，成本低、成型件精度高。制造出來的產(chǎn)品原型具有一些特殊的品質(zhì)（如外在的美感），從而受到了較為廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。2.5分層實體制造（LOM）技術(shù)2.5.1分層實體制造技術(shù)的概念2.5分層實體制造（LOM）技術(shù)2.5.2分層實體制造技術(shù)的原理（1）加工時，熱壓輥熱壓材料，使之與下面已成形的工件粘結(jié)。用CO2激光器在剛粘接的新層上切割出零件截面輪廓和工件外框，并在截面輪廓與外框之間多余的區(qū)城內(nèi)切割出上下對齊的網(wǎng)格。（2）光切割完成后，工作臺帶動已成形的工件下降，與帶狀片材（料帶）分離。供料機構(gòu)轉(zhuǎn)動收料軸和供料軸，帶動料帶移動，使新層移到加工區(qū)域，工作臺上升到加工平面。（3）熱壓輥熱壓，工件的層數(shù)增加一層，高度增加一個料厚；再在新層上切割截面輪廓。如此反復(fù)直至零件的所有截面切割、粘接完，最后將不需要的材料剝離，得到三維實體零件。2.5分層實體制造（LOM）技術(shù)2.5.2分層實體制造技術(shù)的原理2.5分層實體制造（LOM）技術(shù)2.5.3分層實體制造技術(shù)的工藝過程2.5分層實體制造（LOM）技術(shù)2.5.3分層實體制造技術(shù)的工藝過程

1.前處理前處理，即圖形處理階段。想要制造一個產(chǎn)品，需要通過三維造型軟件（如Pro/ENGINEER、UG、SOLIDWORKS）對產(chǎn)品進(jìn)行三維建模，然后把建好的三維模型轉(zhuǎn)換為STL格式，再將STL格式的模型導(dǎo)入切片軟件中進(jìn)行切片，這就完成了產(chǎn)品制造的第一個過程。2.5分層實體制造（LOM）技術(shù)2.5.3分層實體制造技術(shù)的工藝過程

2.分層疊加成型。由于工作臺的頻繁起降，所以在制造模型時，必須將LOM原型的疊件與工作臺牢牢地連在一起，那么這就需要制作基底，通常的辦法是設(shè)置3～5層的疊層作為基底，但有時為了使基底更加牢固，可以在制作基底前對工作臺進(jìn)行加熱。在基底完成之后，快速成型機就可以根據(jù)事先設(shè)定的工藝參數(shù)自動完成原型的加工制作。但是，工藝參數(shù)的選擇與原型制作的精度、速度以及質(zhì)量密切相關(guān)，其中重要的參數(shù)有激光切割速度、加熱輥熱度、激光能量、破碎網(wǎng)格尺寸等。2.5分層實體制造（LOM）技術(shù)2.5.3分層實體制造技術(shù)的工藝過程

3.后處理。后處理包括去除廢料和后置處理。去除廢料即在制作的模型完成打印之后，工作人員把模型周邊多余的材料去除，從而顯示出模型。后置處理即在廢料去除以后,為了提高原型表面質(zhì)量或需要進(jìn)一步翻制模具，需對原型進(jìn)行后置處理。后置處理包括防水、防潮、加固并使其表面光滑等。只有經(jīng)過必要的后置處理，制造出來的原型才會滿足快速原型表面質(zhì)量、尺寸穩(wěn)定性、精度和強度等要求。另外,后置處理中的表面涂覆則是為了提高原型的性能和便于表面打磨。2.5分層實體制造（LOM）技術(shù)2.5.4分層實體制造技術(shù)的優(yōu)缺點1.分層實體制造技術(shù)的優(yōu)點（1）原型制件精度高。薄膜材料在切割成型時，原材料中只有薄薄的一層膠發(fā)生著固態(tài)變?yōu)槿廴跔顟B(tài)的變化，而薄膜材料仍保持固態(tài)不變。因此，形成的LOM制件翹曲變形較小，且無內(nèi)應(yīng)力。制件在Z方向的精度可達(dá)±（0.2～0.3）mm，X和Y方向的精度可達(dá)0.1～0.2mm。（2）原型制件耐高溫，具有較高的硬度和良好的力學(xué)性能。原型制件能承受200℃左右的高溫，可進(jìn)行各種切削加工。（3）成型速度較快。LOM工藝快速成型只需要使激光束沿著物體的輪廓進(jìn)行線掃描無需掃描整個斷面，所以成型速度很快，常用于加工內(nèi)部結(jié)構(gòu)較簡單的大型零件。2.5分層實體制造（LOM）技術(shù)2.5.4分層實體制造技術(shù)的優(yōu)缺點1.分層實體制造技術(shù)的優(yōu)點（4）直接用CAD模型進(jìn)行數(shù)據(jù)驅(qū)動，無需針對不同的零件準(zhǔn)備工裝夾具就可立即開始加工。（5）無需另外設(shè)計和制作支撐結(jié)構(gòu)，加工簡單，易于使用。（6）廢料和余料容易剝離，制件可以直接使用，無需進(jìn)行后矯正和后固化處理。（7）不受復(fù)雜三維形狀及成型空間的影響，除形狀和結(jié)構(gòu)極復(fù)雜的精細(xì)原型外，其他形狀都可以加工。（8）原材料相對比較便宜，可在短時間內(nèi)制作模型，交貨快，費用低。2.5分層實體制造（LOM）技術(shù)2.5.4分層實體制造技術(shù)的優(yōu)缺點2.分層實體制造技術(shù)的不足之處（1）不能直接制作塑料原型。（2）工件（特別是薄壁件）的彈性、抗拉強度差。（3）工件易吸濕膨脹（原材料選用的是紙材），因此需盡快進(jìn)行防潮后處理（樹脂、防潮漆涂覆等）。（4）工件需進(jìn)行必要的后處理。工件表面有臺階紋理，難以構(gòu)建形狀精細(xì)、多曲面的零件，僅限于制作結(jié)構(gòu)簡單的零件，若要加工制作復(fù)雜曲面造型，則成型后需進(jìn)行表面打磨、拋光等后處理。（5）材料利用率低，且成型過程中會產(chǎn)生煙霧。2.5分層實體制造（LOM）技術(shù)2.5.5分層實體制造技術(shù)的成型影響因素1.成型影響因素（1）CAD模型前處理造成的誤差（2）設(shè)備精度誤差（3）成型過程中的誤差（4）成型之后環(huán)境變化引起的誤差2.5分層實體制造（LOM）技術(shù)2.5.5分層實體制造技術(shù)的成型影響因素2.提高疊層實體原型制作精度的措施（1）在保證成型件形狀完整平滑的前提下，在進(jìn)行STL轉(zhuǎn)換時，盡量避免過高的精度。不同的CAD軟件所用的精度范圍也不一樣。（2）原型制作設(shè)備上切片軟件中STL文件擬合精度值的設(shè)定，應(yīng)與STL文件輸出精度的取值相匹配，切片軟件處理STL文件設(shè)定的精度值，不應(yīng)過高或過低于CAD造型軟件輸出STI文件的精度設(shè)定值。一般來說，兩者接近較為合理。不過，也應(yīng)根據(jù)原型結(jié)構(gòu)來適當(dāng)調(diào)整。若原型無細(xì)小結(jié)構(gòu)，可適當(dāng)降低切片軟件處理STL文件的精度值，以提高切割的效率和原型表面的光順程度；若原型存在精細(xì)結(jié)構(gòu)，在CAD造型軟件輸出STI文件時，應(yīng)將精度設(shè)定得高一些，同時切片軟件處理STL文件的精度也相應(yīng)提高，以確保精細(xì)結(jié)構(gòu)的成型。2.5分層實體制造（LOM）技術(shù)2.5.5分層實體制造技術(shù)的成型影響因素2.提高疊層實體原型制作精度的措施（3）模型的成型方向?qū)ぜ焚|(zhì)（尺寸精度、表面粗糙度、強度等）、材料成本和制作時間產(chǎn)生很大的影響。一般而言，無論哪種快速成型方法，由于不易控制工件z方向的翹曲變形等原因，工件的x-y方向的尺寸精度比z方向的更易保證，應(yīng)該將精度要求較高的輪廓（例如，有較高配合精度要求的圓柱、圓孔），盡可能放置在x-y平面。（4）切碎網(wǎng)格的尺寸有多種設(shè)定方法，為提高成型效率，在保證易剝離廢料的前提下，應(yīng)盡可能減小網(wǎng)格線長度，可以根據(jù)不同的零件形狀來設(shè)定。當(dāng)原型形狀比較簡單時，可以將網(wǎng)格尺寸設(shè)大一些，提高成型效率；當(dāng)形狀復(fù)雜或零件內(nèi)部有廢料時，可以采用變網(wǎng)格尺寸的方法進(jìn)行設(shè)定，即在零件外部采用大網(wǎng)格劃分，零件件內(nèi)部采用小網(wǎng)格劃分。（5）對于LOM制件的熱濕變形可以從三個方面來進(jìn)行控制：采用新材料和新涂膠方法，改進(jìn)后處理方法，根據(jù)制件的熱變形規(guī)律預(yù)先對CAD模型進(jìn)行反變形修正。2.6其他快速成型技術(shù)2.6.1彈道微粒制造

彈道微粒制造工藝由美國的BPM技術(shù)公司開發(fā)和商品化。它用一個壓電噴射（頭）系統(tǒng)來沉積熔化了的熱塑性塑料的微小顆粒，如圖2-50所示。BPM的噴頭安裝在一個5軸的運動機構(gòu)上，對于零件中懸臂部分，可以不加支撐；而“不連通”的部分還要加支撐。2.6其他快速成型技術(shù)2.6.1彈道微粒制造

2.6其他快速成型技術(shù)2.6.2數(shù)碼累積成型

數(shù)碼累積成型也稱噴粒堆積或三維馬賽克(3DMosaic)，其原理如圖2-51所示。用計算機分割三維造型體而得到空間一系列一定尺寸的有序點陣，借助三維制造系統(tǒng)按指定路徑在相應(yīng)的位置噴出可迅速凝固的流體或布置固體單元，逐點、線、面完成粘接并進(jìn)行處理后完成原型制造。2.6其他快速成型技術(shù)2.6.2數(shù)碼累積成型

2.6其他快速成型技術(shù)2.6.3無模鑄型制造技術(shù)

無模鑄型制造（PatternlessCastingManufacturing，簡稱PCM）技術(shù)是由清華大學(xué)激光快速成型中心研制成功的，并將該項技術(shù)應(yīng)用到了傳統(tǒng)的樹脂砂鑄造工藝中。圖2-52所示為其工藝原理，首先將三維CAD數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換成鑄型CAD模型；再對鑄型CAD模型的STL文件進(jìn)行分層，獲得一層層二維截面輪廓信息；加工時，第一個噴頭在事先鋪好的型砂上通過計算機控制，精確地噴射出粘結(jié)劑，第二個噴頭沿同樣的路徑噴射出催化劑讓二者發(fā)生膠聯(lián)反應(yīng)，并一層層固化型砂，在粘結(jié)劑和催化劑共同作用的地方型砂就被固化在一起，而其他地方的型砂仍為顆粒態(tài)。一層固化完之后再粘結(jié)下層，如此循環(huán)往復(fù)，直至原型制件加工完畢。粘結(jié)劑沒有噴射的地方的砂仍然是干砂，因此比較容易清除。清理完未固化的干砂之后，就可以得到具有一定壁厚的鑄型件，再在砂型的內(nèi)表面涂敷、浸漬有關(guān)涂料，即可用于澆注金屬制件。2.6其他快速成型技術(shù)2.6.3無模鑄型制造技術(shù)

2.6其他快速成型技術(shù)2.6.4激光凈成技術(shù)

激光凈成技術(shù)是以鋼合金、鋼、鈦鉭合金、鎳鋁合金、鐵鎳合金等為原料，將金屬直接沉積成型。其生產(chǎn)的金屬零件強度大大超過了傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的金屬零件，但表面粗糙度較大，類似于砂型鑄件的表面粗糙度。激光凈成技術(shù)的成型機理基本與SLS成型技術(shù)相似，只是成型工藝所用的設(shè)備不同。激光凈成技術(shù)的最大特點是成型與定位準(zhǔn)確，且成型后激光加熱區(qū)及熔池能快速得以冷卻；加工的成型件表面致密，具有良好的強度與韌性；成型用熔覆材料廣泛且利用率高；加工成本低。近年來，激光凈成技術(shù)已成功應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域大型高強且難熔合金零件的快速制作。2.6其他快速成型技術(shù)2.6.5金屬板料漸進(jìn)快速成型技術(shù)

金屬板料漸進(jìn)快速成型（HDtyperapidprototypingmachineforsheetmetal）技術(shù)是將RP技術(shù)與金屬板料塑性成型技術(shù)相結(jié)合的一種新型的先進(jìn)制造技術(shù)。其原理特點與RP技術(shù)基本相同，即采用快速原型的分層制造，將復(fù)雜的三維CAD數(shù)據(jù)沿Z軸方向進(jìn)行切片分層，再依據(jù)這一層層的截面輪廓數(shù)據(jù)，采用三軸聯(lián)動成型設(shè)備帶動工具頭，按照走等高線的方式對金屬板料進(jìn)行局部的塑性加工。該成型工藝的最大優(yōu)點是，不需要另外制造模具，采用漸進(jìn)成型的方式就能將金屬板料加工成所需要的形狀。2.6其他快速成型技術(shù)2.6.6多種材料組織的熔積成型

1997年，美國CarnegieMellon大學(xué)的L.E.Weiss和Stanford大學(xué)的R.Merz提出了一種多相組織的沉積快速制造方法。這種方法的基本原理是：利用等離子放電對金屬絲進(jìn)行加熱熔化，再將工件逐漸熔積成型。若制作一個多種材料的工件，就需安裝多個噴頭，各噴頭分別噴出不同的材料。在三維CAD數(shù)據(jù)模型的設(shè)計中，首先設(shè)計出一個完整的產(chǎn)品，該產(chǎn)品中的各個零部件可由不同材料組成，分層后的材料信息可在每個層面中體現(xiàn)。在每一層面上，根據(jù)各部分所需的材料，分別進(jìn)行不同材質(zhì)的噴涂，再逐層進(jìn)行加工與制造，即可快速加工出一個由多種材料和零部件組成的產(chǎn)品或模型制件。該技術(shù)也可應(yīng)用于小型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的一次快速成型，而不必進(jìn)行分件加工和裝配，因此這是一個相當(dāng)實用的、材料與結(jié)構(gòu)一體化的快速成型方法。2.6其他快速成型技術(shù)2.6.7直接光成型

近年來，美國德州儀器公司開發(fā)出了一種直接光成型系統(tǒng)。該系統(tǒng)以光固化樹脂作為粘結(jié)劑，采用光照射進(jìn)行光固化樹脂與陶瓷混合物，同時將陶瓷粘結(jié)起來，經(jīng)過逐層固化，最終加工制造出陶瓷制件。這種采用該工藝制作的陶瓷制件需經(jīng)過后處理，即需進(jìn)行焙燒，將樹脂燃燒掉，以形成陶瓷制件。該成型工藝可進(jìn)行陶瓷或粉末冶金零件的快速加工制造，已解決了部分難加工零件的成型問題。2.6其他快速成型技術(shù)2.6.8三維焊接成型

英國Nottingham大學(xué)提出的一種基于三維焊接成型的工藝方法，是利用焊接機器人來加工制造金屬產(chǎn)品或零部件。在以往加工制造金屬零件時，由于液態(tài)金屬的流動性及表面張力的影響，零件層與層之間的連接不牢固，有時會出現(xiàn)裂紋影響零件的力學(xué)性能和物理性能。英國Nottingham大學(xué)采用凸凹結(jié)合的工藝方法進(jìn)行三維焊接成型，提高了層與層之間的粘結(jié)強度。這種工藝方法的最大優(yōu)點是大大提高了金屬制件的強度。2.6其他快速成型技術(shù)2.6.9氣相沉積成型

氣相沉積技術(shù)包括物理氣相沉積（PhysicalVaporDeposition，PVD）技術(shù)和化學(xué)氣相沉積(（ChemicalVaporDeposition，CVD）技術(shù)。物理氣相沉積技術(shù)是采用物理的方法，將成型材料表面汽化成氣態(tài)原子、分子或電離成離子，并通過低壓氣體在基體表面沉積成一種材料薄層，然后再進(jìn)行逐層沉積，制造出相應(yīng)的產(chǎn)品。而化學(xué)氣相沉積技術(shù)是將形成薄膜元素的氣態(tài)或液態(tài)反應(yīng)劑的蒸氣引入反應(yīng)室內(nèi)，使得成型材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成薄層，然后再進(jìn)行逐層沉積,制造出相應(yīng)的產(chǎn)品。2.6其他快速成型技術(shù)2.6.10減式快速成型技術(shù)

減式快速成型技術(shù)就是利用ABS、鋁和銅或聚氨酯、樹脂等各種廉價的材料，對其進(jìn)行銑削加工，去除多余的材料，直至最終加工出產(chǎn)品原型。采用此項技術(shù)加工出來的產(chǎn)品原型具有較高的精度，也無需再進(jìn)行精加工。同時，這些減式快速成型設(shè)備還能通過四軸聯(lián)動控制和交流伺服電動機等提供前饋處理、自動更換刀庫，從而使得工程師的工作效率更高，工作更輕松，并且從粗加工到精加工均可一次自動完成，可實現(xiàn)無人值守的加工運轉(zhuǎn)操作。減式快速成型設(shè)備的典型代表產(chǎn)品是日本Roland公司的MODELAPROMDX-650A工作臺型模具機，其工作范圍是650mm×450mm×155mm，可加工各種材質(zhì)，如銅、鋁等有色金屬，同時支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NC代碼，并隨機附帶一整套功能強大、操作簡便的專業(yè)模具加工軟件。若可選配四軸加工附件,則可成為一臺高性能的四軸控制模具機。2.6其他快速成型技術(shù)從以上所述可以看到:（1）RP技術(shù)正在向著多種材料復(fù)合成型的方向發(fā)展，無需裝配，可一次加工成型出多種材料、復(fù)雜形狀的產(chǎn)品或零部件。這種集材料加工與結(jié)構(gòu)成型一體化的快速成型方法將為開發(fā)復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)雜成型提供新的途徑，相信在電子元器件、電子封裝、傳感器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。（2）RP技術(shù)將向著降低成本、提高效率、簡化加工工藝的方向發(fā)展，其最終目的是擴(kuò)大快速成型的應(yīng)用范圍。（3）RP技術(shù)可提高產(chǎn)品成型件的力學(xué)、性能物理性能、精度和表面質(zhì)量，為進(jìn)一步進(jìn)行模具加工以及功能性實驗提供良好的實物樣件?？焖俪尚图夹g(shù)及應(yīng)用第3章快速成型材料及設(shè)備3.1熔融沉積成型（FDM）材料及設(shè)備3.2立體光固化成型（SLA）材料及設(shè)備3.3選擇性激光燒結(jié)（SLS）材料及設(shè)備

3.4三維印刷成型（3DP）材料及設(shè)備3.5分層實體制造成型（LOM）材料及設(shè)備主要內(nèi)容3.6其他快速成型技術(shù)的材料及設(shè)備3.1熔融沉積成型（FDM）材料及設(shè)備絲狀材料選擇性熔覆快速成型，又稱為融沉積成型技術(shù)，英文名稱FusedDepositionModeling，簡稱FDM。該技術(shù)是利用石蠟或者熱塑性材料的熱熔型、粘結(jié)性，在計算機控制下，按分層路徑擠壓、逐層沉積并凝固成型，是最早開源的3D打印技術(shù)之一。3.1熔融沉積成型（FDM）材料及設(shè)備3.1.1熔融沉積成型（FDM）材料

熔融沉積成型所使用的材料可分為成型材料和支撐材料。1.FDM成型材料的性能要求（1）材料的粘度（2）材料的熔融溫度（3）材料的粘結(jié)性（4）材料的收縮率FDM工藝對成形材料的要求是熔融溫度低、粘度低、粘結(jié)性好且收縮率小。3.1熔融沉積成型（FDM）材料及設(shè)備2.