先進(jìn)制造技術(shù)第四章快速原型技術(shù)

先進(jìn)制造技術(shù)第四章快速原型技術(shù)第1頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月快速原型制造簡介快速原型制造——RAPIDPROTOTYPING簡稱RP九十年代發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)。RP技術(shù)是在現(xiàn)代CAD/CAM技術(shù)、激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、精密伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及新材料技術(shù)的基礎(chǔ)上集成發(fā)展起來的RP技術(shù)在不需要任何刀具、模具及工裝卡具的情況下，可將任意復(fù)雜形狀的設(shè)計(jì)方案快速轉(zhuǎn)換為三維的實(shí)體模型或樣件，這就是RP技術(shù)所具有的潛在的革命意義。第2頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月RP技術(shù)的基本原理快速成形是一種離散/堆積的加工技術(shù)，其基本過程是首先將計(jì)算機(jī)生成的零件三維實(shí)體沿某一坐標(biāo)軸進(jìn)行分層處理（離散），得到每層截面的一系列二維截面數(shù)據(jù)，按特定的成形方法（LOM、SLS、FDM、SLA等）每次只加工一個(gè)截面，然后自動(dòng)疊加（堆積）一層成形材料，這一過程反復(fù)進(jìn)行直到所有的截面加工完畢生成三維實(shí)體原型。步驟：

（1）CAD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）將三維模型沿一定方向（通常為Z向）離散成一系列有序的二維層片（習(xí)慣稱為分層）；（3）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；（4）成形機(jī)制造一系列層片并自動(dòng)將它們堆積起來，得到三維物理實(shí)體。第3頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月RP技術(shù)的基本原理三維CAD模型分層切片各層截面的輪廓激光器（或噴嘴）按各層截面輪廓切割、固化或燒結(jié)微小厚度的片狀實(shí)體逐層堆積三維模型或樣件第4頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月快速原型制造特點(diǎn)（1）成形全過程的快速性，適合現(xiàn)代激烈的產(chǎn)品市場；（2）可以制造任意復(fù)雜形狀的三維實(shí)體；（3）用CAD模型直接驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與制造高度一體化，其直觀性和易改性為產(chǎn)品的完美設(shè)計(jì)提供了優(yōu)良的設(shè)計(jì)環(huán)境；（4）成形過程無需專用夾具、模具、刀具，既節(jié)省了費(fèi)用，又縮短了制作周期。（5）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，也是對它們的綜合應(yīng)用，帶有鮮明的高新技術(shù)特征。第5頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月快速原型制造作用1.設(shè)計(jì)方案快速轉(zhuǎn)換為三維的實(shí)體模型或樣件。2.

提高了新產(chǎn)品開發(fā)的一次成功率，提高了產(chǎn)品在市場上的競爭力和企業(yè)對市場的快速反應(yīng)能力3.為技術(shù)人員之間，以及技術(shù)人員與企業(yè)決策者、產(chǎn)品的用戶等非技術(shù)人員之間提供了一個(gè)更加形象、完整、方便的工程交流工具。4.支持同步（并行）工程的實(shí)施5.支持技術(shù)創(chuàng)新、改進(jìn)產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)。6.用RP技術(shù)制做模具7.逆向工程（反求）第6頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月快速原型制造的應(yīng)用快速成形法主要適合于新產(chǎn)品開發(fā)，快速單件及小批量零件制造，復(fù)雜形狀零件的制造，模具與模型設(shè)計(jì)與制造，也適合于難加工材料的制造，外形設(shè)計(jì)檢查，裝配檢驗(yàn)和快速反求工程等第7頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月快速原型服務(wù)領(lǐng)域

工業(yè)造型、模具、家電、電子儀表、輕工、塑料、玩具、航空航天、軍工、機(jī)械、汽車、摩托車、內(nèi)燃機(jī)、建筑規(guī)劃及模型、科研、醫(yī)療等。頭骨模型(SLA)機(jī)械零件(SLA)LOM空調(diào)零件第8頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月快速原型制造種類1.材料累加法（MaterialIncreaseManufacturing）2.材料去除法:三維雕刻機(jī)（MaterialIncreaseManufacturing）

成型工藝加工能量（1）Laserbeam(激光束)RP（2）Lamp(光照)RP（3）Heatenergy(熱能)RP（4）Mechanicalenergy(機(jī)械能)RP第9頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月快速原型制造方法激光束RP可分為：立體光刻(SLA:Stereolithography)、選擇激光沉積(SLS:SelectiveLaserSintering)分層制造(LOM:LaminatedObjectManufacturing)形狀沉積制造(SDM:ShapeDepositionManufacturing)機(jī)械能RPM又可分為沖擊顆粒制造(BPM:BallisticParticleManufacturing)三維打印(3DPrinting)熔化沉積造型(FDM:FusedDepositionModelling)第10頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月主要方法及比較1.光固化立體造型

(SL--Stereolithography)2.分層實(shí)體制造

(LOM—LaminatedObjectManufacturing)3.選擇性激光燒結(jié)

(SLS—SelectedLaserSintering)4.熔融沉積造型

(FDM—FusedDepositionModeling)第11頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月主要方法及比較1.光固化立體造型(SL—Stereolithography)

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。第12頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月激光切割系統(tǒng)按照計(jì)算機(jī)提取的橫截面輪廓線數(shù)據(jù)，將背面涂有熱熔膠的紙用激光切割出工件的內(nèi)外輪廓。切割完一層后，送料機(jī)構(gòu)將新的一層紙疊加上去，利用熱粘壓裝置將已切割層粘合在一起，然后再進(jìn)行切割，這樣一層層地切割、粘合，最終成為三維工件。LOM常用材料是紙、金屬箔、塑料膜、陶瓷膜等，此方法除了可以制造模具、模型外，還可以直接制造結(jié)構(gòu)件或功能件。特點(diǎn)是原材料價(jià)格便宜、成本低。主要方法及比較2.分層實(shí)體制造(LOM—LaminatedObjectManufacturing)第13頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月主要方法及比較3.選擇性激光燒結(jié)(SLS—SelectedLaserSintering)對于由粉末鋪成的有好密實(shí)度和平整度的層面，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)層面并與原層面熔結(jié)或粘接，如此層層疊加為一個(gè)三維實(shí)體。第14頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月主要方法及比較4.熔融沉積造型(FDM—FusedDepositionModeling)將熱熔性材料（ABS、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)層面熔結(jié)在一起，如此層層堆積而獲得一個(gè)三維實(shí)體。第15頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月RP系統(tǒng)的成形原理比較成形系統(tǒng)成形材料制件性能主要用途掃描路徑光固化立體造型（SL）液態(tài)光敏樹脂相當(dāng)于工程塑料或蠟?zāi)８呔人芰霞㈣T造用蠟?zāi)?、樣件或模型截面輪廓線所包圍的區(qū)域分層實(shí)體制造（LOM）涂敷有熱敏膠的纖維紙相當(dāng)于高級木材快速制造新產(chǎn)品樣件、模型或鑄造用木模截面輪廓線選擇性激光燒結(jié)（SLS）工程塑料粉末相當(dāng)于工程塑料、蠟?zāi)?、砂型塑料件、鑄造用蠟?zāi)?、樣件或模型截面輪廓線所包圍的區(qū)域熔融沉積造型（FDM）固體絲狀工程塑料相當(dāng)于工程塑料或蠟?zāi)Ｋ芰霞?、鑄造用蠟?zāi)！蛹蚰Ｐ徒孛孑喞€所包圍的區(qū)域第16頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月RP工藝優(yōu)缺點(diǎn)比較技術(shù)類型精度表面質(zhì)量材料價(jià)格材料利用率運(yùn)行成本生產(chǎn)效率設(shè)備費(fèi)用市場占有率(%)SL好好較貴接近100%較高高較貴78LOM一般較差較便宜較差較低高較便宜7.3SLS一般一般較貴接近100%較高一般較貴6.0FDM較差較差較貴接近100%一般較低較便宜6.1第17頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月RP常用材料材料形態(tài)液態(tài)固態(tài)粉末固態(tài)片材固態(tài)絲材材料品種光固化樹脂蠟粉

尼龍粉

覆膜陶瓷粉鋼粉

覆膜鋼粉覆膜紙

覆膜塑料

覆膜陶瓷箔

覆膜金屬箔蠟絲

ABS絲

快速成形材料種類第18頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月RP發(fā)展趨勢1.不同制造目標(biāo)相對獨(dú)立發(fā)展

從制造目標(biāo)來說