《快速成形方法簡介》PPT課件.ppt

1、2020/7/29,1,第六章 快速成形方法簡介,本章學(xué)習的根本目的是掌握快速成形的基本工作原理及主要成形方法的工藝過程。 了解SLA、SLS、FDM、LOM等工藝過程、 特點及應(yīng)用； 了解快速成形的設(shè)備。,2020/7/29,2,一、RP技術(shù)簡介,快速原型制造技術(shù)（又叫快速成形技術(shù)），（簡稱RP技術(shù)）；快速成型（RP）技術(shù)是20世紀90年代發(fā)展起來的一項先進制造技術(shù)，是為制造業(yè)企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)服務(wù)的一項關(guān)鍵共性技術(shù)， 對促進企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品競爭力有積極的推動作用。 自該技術(shù)問世以來，已經(jīng)在發(fā)達國家的制造業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，并由此產(chǎn)生一個新興的技術(shù)領(lǐng)域。,2020/7/

2、29,3,RP技術(shù)是在現(xiàn)代CAD/CAM技術(shù)、激光技術(shù)、計算機數(shù)控技術(shù)、精密伺服驅(qū)動技術(shù)以及新材料技術(shù)的基礎(chǔ)上集成發(fā)展起來的。不同種類的快速成型系統(tǒng)因所用成形材料不同，成形原理和系統(tǒng)特點也各有不同。 但是，其基本原理都是一樣的，那就是“分層制造，逐層疊加”， 類似于數(shù)學(xué)上的積分過程。 形象地講，快速成形系統(tǒng)就像是一臺“立體打印機”。,2020/7/29,4,RP技術(shù)的優(yōu)越性：,它可以在無需準備任何模具、刀具和工裝 卡具的情況下，直接接受產(chǎn)品設(shè)計（CAD）數(shù) 據(jù)，快速制造出新產(chǎn)品的樣件、模具或模型。 因此，RP技術(shù)的推廣應(yīng)用可以大大縮短新產(chǎn)品 開發(fā)周期、降低開發(fā)成本、提高開發(fā)質(zhì)量。 由傳統(tǒng)的“去

3、除法”到今天的“增長法”，由 有模制造到無模制造，這就是RP技術(shù)對制造業(yè) 產(chǎn)生的革命性意義。,2020/7/29,5,二、快速成形的原理,2020/7/29,6,2020/7/29,7,它可以在沒有任何刀具、模具及 工裝卡具的情況下，快速直接地實現(xiàn) 零件的單件生產(chǎn)。根據(jù)零件的復(fù)雜程 度，這個過程一般需要17天的時間。 換句話說，RP技術(shù)是一項快速直接地 制造單件零件的技術(shù)。,2020/7/29,8,整個過程是在計算機的控制下，由快速 成形系統(tǒng)自動完成的。不同公司制造的RP 系統(tǒng)所用的成形材料不同，系統(tǒng)的工作原理 也有所不同，但其基本原理都是一樣的， 那就是“分層制造、逐層疊加”。 這種工藝可以

4、形象地叫做“增長法”或“加法”。每個截面數(shù)據(jù)相當于醫(yī)學(xué)上的一張CT像 片；整個制造過程可以比喻為一個“積分”的 過程。,2020/7/29,9,2020/7/29,10,自美國3D公司1988年推出第一臺商品 SLA快速成形機以來，已經(jīng)有十幾種不同的 成形系統(tǒng)，其中比較成熟的有SLA、SLS、 LOM和FDM等方法。,2020/7/29,11,2020/7/29,12,（1）SLA快速成形系統(tǒng)的成形原理,SLA：立體印刷成形 成形材料：液態(tài)光敏樹脂； 制件性能：相當于工程塑料或蠟?zāi)＃?主要用途：高精度塑料件、鑄造用蠟 模、樣件或模型。,2020/7/29,13,（2）SLS快速成形系統(tǒng)的成形原

5、理,SLS：選域激光燒結(jié)（選擇性激光燒結(jié)） 成形材料：塑料粉末、蠟、陶瓷粉末、金屬 粉末等； 制件性能：相當于工程塑料、蠟?zāi)?、砂型?主要用途：塑料件、鑄造用蠟?zāi)?、樣?或模型。,2020/7/29,14,（3）LOM快速成形系統(tǒng)的成形原理,LOM ：層合實體制造（分層實體成形） 成形材料：涂敷有熱敏膠的纖維紙； 制件性能：相當于高級木材； 主要用途：快速制造新產(chǎn)品樣件、模型或 鑄造用木模。,2020/7/29,15,（4）FDM快速成形系統(tǒng)的成形原理,FDM： 熔融沉積制模（熔融沉積成形） 成形材料：固體絲狀工程塑料、蠟絲等； 制件性能：相當于工程塑料或蠟?zāi)＃?主要用途：塑料件、鑄造用蠟?zāi)！?/p>

6、樣件 或模型。,2020/7/29,16,三、應(yīng)用RP技術(shù)的重要意義,1. 大大縮短新產(chǎn)品研制周期，確保新產(chǎn)品上市時間 模型或模具的制造時間縮短數(shù)倍甚至數(shù)十倍。 2. 提高了制造復(fù)雜零件的能力 使復(fù)雜模型的直接制造成為可能。,2020/7/29,17,3.顯著提高新產(chǎn)品投產(chǎn)的一次成功率可以及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計的錯誤，做到早找錯、早更改，避免更改后續(xù)工序所造成的大量損失。 4.支持同步（并行）工程的實施使設(shè)計、交流和評估更加形象化，使新產(chǎn)品設(shè)計、樣品制造、市場定貨、生產(chǎn)準備、等工作能并行進行。,2020/7/29,18,5.支持技術(shù)創(chuàng)新、改進產(chǎn)品外觀設(shè)計 有利于優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，這對工業(yè)外觀設(shè)計尤為重要

7、。 6.成倍降低新產(chǎn)品研發(fā)成本 節(jié)省了大量的開模費用,2020/7/29,19,總之，RP技術(shù)是上世紀90年代世界先進制造技術(shù)和新產(chǎn)品研發(fā)手段。在工業(yè)發(fā)達國家，企業(yè)在新產(chǎn)品研發(fā)過程中采用RP技術(shù)確保研發(fā)周期、提高設(shè)計質(zhì)量已成為一項重要的策略。 當前，市場競爭愈演愈烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代加速，要保持產(chǎn)品在國內(nèi)外市場的競爭力，迫切需要在加大新產(chǎn)品開發(fā)投入力度、增強創(chuàng)新意識的同時，積極采用先進的創(chuàng)新手段。,2020/7/29,20,用RP技術(shù)快速制造出的的模型或樣件可直接用于新產(chǎn)品設(shè)計驗證、功能驗證、外觀驗證、工程分析、市場訂貨等，有利于優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，從而大大提高新產(chǎn)品開發(fā)的一次成功率，提高產(chǎn)品的市場競爭

8、力，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。,2020/7/29,21,四、設(shè)備介紹,1.HRPL系列 （SLA）光固化 快速成形系統(tǒng),2020/7/29,22,工作原理,立體平板印刷（光固化）技術(shù)使用光敏樹脂作為加工材料，工作臺浸在光敏樹脂液相槽中。當光源掃過液體表面時，觸發(fā)聚合反應(yīng)，在工作臺上形成一個聚合態(tài)二維截面和輔助支撐，然后工作臺下降，液態(tài)樹脂自動流向聚合物表面，再由刮板刮平，在工作臺上形成一個厚度均勻的新液態(tài)樹脂層，至此完成一個加工周期。 重復(fù)以上過程，新加工的表面總是與已加工層聚合在一起。加工完成后，制件還沒有完全固化，一般要經(jīng)過后續(xù)處理才能使用。,2020/7/29,23,系統(tǒng)特點：,硬件

9、系統(tǒng)采用國際著名廠家生產(chǎn)的元器件，保證了整機的高可靠性和高性能。1）掃描系統(tǒng)采用國際知名公司產(chǎn)品，具有高速度和高精度的特點。2）激光器采用國外公司半導(dǎo)體泵浦紫外激光器，具有光束模式質(zhì)量高、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性好的特點。3）配備有溫度自動控制系統(tǒng)、激光功率實時反饋系統(tǒng)、振鏡零漂實時補償系統(tǒng)和溢流系統(tǒng)等裝置，可靠地保證了制件的精度。,2020/7/29,24,功能強大的HRP2002軟件，具有易于操作的友好圖形用戶界面，開放式的模塊化結(jié)構(gòu)，國際標準輸入輸出接口。 1）獨有的STL文件容錯切片技術(shù)，不需另配糾錯軟件和人工糾錯，提高了工作效率 2）自適應(yīng)切片功能，根據(jù)制件切片截面形狀自動調(diào)整切片高度，在減

10、小臺階效應(yīng)，提高制件質(zhì)量的同時，大幅度提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。 3）新的STL文件壓縮數(shù)據(jù)存儲格式，使STL文件的大小壓縮至原來的1/21/3。 4）原型制作實時動態(tài)仿真。 5）操作簡單，極大地簡化了操作過程和降低了對操作人員的要求。,2020/7/29,25,系統(tǒng)應(yīng)用：,1）可直接制作各種樹脂功能件，用作結(jié)構(gòu)驗證和功能測試。 2）制件精度很高，適合于制造精細結(jié)構(gòu)的零件。 3）表面質(zhì)量好，可直接制造塑料件，制件可呈透明狀，非常美觀。 4）制作出來的原型件可快速翻制各種模具，如硅橡膠模、金屬冷噴模、陶瓷模、合金模、電鑄模、環(huán)氧樹脂模和氣化模等。,2020/7/29,26,2.HRP系列(LOM)薄材

11、疊層快速成形系統(tǒng),2020/7/29,27,工作原理：,薄層材料（紙、塑料薄膜或復(fù)合材料）單面涂敷 一層熱熔膠，通過熱壓裝置使材料表面達到一定 溫度，薄層之間粘合在一起。隨后位于其上方的 激光器按照CAD模型切片分層所獲得的數(shù)據(jù)，將 薄層材料切割出零件該層的內(nèi)外輪廓。 激光每加工完一層后，工作臺下降相應(yīng)的高 度，然后再將新的一層薄層材料疊加在上面，重 復(fù)前述過程。如此反復(fù)，逐層堆積生成三維實體。 非原型實體部分被切割成網(wǎng)格，保留在原處，起支 撐和固定作用，制件加工完畢后，可用工具將其剝 離。,2020/7/29,28,系統(tǒng)應(yīng)用：,1）可直接制作紙質(zhì)功能件，用作結(jié)構(gòu)驗證和功能測試。 2）成形速度

12、快，精度較高，運行費用比較低。 3）經(jīng)過技術(shù)創(chuàng)新，不僅可制作尺寸較大的制件，也可制作復(fù)雜薄壁件,工業(yè)應(yīng)用面廣； 4）可以直接制作翻砂用模型，替代傳統(tǒng)木模。 5）可以用轉(zhuǎn)移涂料技術(shù)制造鑄造用金屬模。 6）制作出來的原型件可快速翻制各種模具，如硅橡膠模、金屬冷噴模、石膏模、合金模、電鑄模、環(huán)氧樹脂模和氣化模等。,2020/7/29,29,3.HRPS系列(SLS)粉末燒結(jié),2020/7/29,30,工作原理：,選擇性激光燒結(jié)，是使用粉狀固體材料（如石蠟，聚碳酸脂，石英砂，合金粉等）進行加工的一種快速成型方法。它在儲料缸中存放加工原料，在工作缸中完成原型加工。制件加工時，儲料缸首先上升一個層厚，通常

13、為0.1到0.3毫米，工作缸下降一個層厚，鋪粉機構(gòu)把粉狀材料從儲料缸鋪向工作缸，再由激光在工作缸中選擇性掃描整個二維截面，激光掃描過的部分粘接成一個整體，沒有掃描過的部分仍然保持粉狀結(jié)構(gòu)。截面完成后，再進行下一個工作周期，直到制件加工完成。,2020/7/29,31,系統(tǒng)應(yīng)用,1）可直接制作各種高分子材料功能件，用作結(jié)構(gòu)驗證和功能測試，并可用于裝配樣機。 2）可用的粉末材料多樣化，如多種高分子粉末、金屬粉末、陶瓷粉末和復(fù)膜砂等，不同材料的制件具有不同的物理性能，滿足不同的需要。 3）制件可直接用作精密鑄造用蠟?zāi)：蜕靶?、型?4）該成形方法無需支撐，材料利用率高。 5）制作出來的原型件可快速翻制

14、各種模具，如硅橡膠模、金屬冷噴模、陶瓷模、合金模、電鑄模、環(huán)氧樹脂模和氣化模等。,2020/7/29,32,4SLA立體光固化成形系統(tǒng),2020/7/29,33,立體光固化成形是最早發(fā)展的快速成形技術(shù)。自從1988年3D SYSTEM INC公司最早推出SLA商品化快速成形機以來，SLA已成為最為成熟而廣泛應(yīng)用的RP典型技術(shù)之一。SLA快速成形技術(shù)是根據(jù)某些材料在特定波長的激光照射下具有可固化性的特點，采用紫外（UV）激光為光源，計算機按分層信息精密控制掃描振鏡組，精確定位、掃描，在光敏樹脂液面聚合、固化形成一個固化層面，順序逐層掃描固化，直至完成整個零件的成形。,2020/7/29,34,5

15、SLS快速自動成形系統(tǒng),2020/7/29,35,SLS激光快速自動成形系統(tǒng)的臺面尺寸300400mm 大件可拼裝SLS激光快速自動成形系統(tǒng)的優(yōu)點及工作原理SLS方法是由美國The University of Texas Austin大學(xué)發(fā)明，并由美國DTM公司首先推向市場。 其實現(xiàn)過程如下圖所示：,2020/7/29,36,2020/7/29,37,設(shè)備成形特點與主要用途,1）成形零件的復(fù)雜程度高由于SLS系統(tǒng)的原料是固體粉末，成形時，未燒結(jié)的松散粉末作了自然支架，因此特別適合于制造含有懸壁結(jié)構(gòu)、中空結(jié)構(gòu)以及槽中套槽結(jié)構(gòu)的零件。 2）材料范圍寬、成本低目前AFS-300系統(tǒng)的原料已包括ABS

16、、PS及蠟粉三種。另外，在制件成型之后，未燒結(jié)的粉末還可回收利用，因此大大提高了材料的利用率，從而降低了制件的成本。,2020/7/29,38,3）應(yīng)用范圍廣,由于成型材料的多樣化，使得AFS-300系統(tǒng)適用于多種領(lǐng)域，如設(shè)計驗證、模具母模、精鑄熔模、鑄造型殼和芯等。,2020/7/29,39,6LOM快速自動成形系統(tǒng),2020/7/29,40,成形材料象其它RP方法一樣，LOM也是用分層制造逐層疊加的方法來制造三維實體模型或樣件，其使用的原材料為預(yù)涂覆熱敏膠的纖維紙，厚度有0.1mm和0.2mm兩個規(guī)格，其制件的強度相當于優(yōu)質(zhì)木材的強度。正在開發(fā)中的材料還有塑料、復(fù)合材料以及金屬材料。,20

17、20/7/29,41,數(shù)據(jù)處理過程,三維CAD實體模型及部分逆向工程測量數(shù)據(jù)可通過stl 格式文件將產(chǎn)品數(shù)據(jù)直接傳遞給快速成型系統(tǒng)。 LOM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞流程見圖：,2020/7/29,42,后處理工藝,制件完成后，LOM系統(tǒng)自動停機。這時需用人工方法將制件從工作臺上取下。去掉邊框后，仔細將廢料剝離就得到所需的制件。然后拋光、涂漆，以防零件吸潮變形，同時也得到了一個美觀的外表。,2020/7/29,43,六、應(yīng)用實例,實例一為了滿足新的排放法規(guī)，長安汽車公司研制電噴發(fā)動機方案，為此設(shè)計了幾種不同的進氣歧管方案，并選定了最佳方案。之后，按照長安廠的通知將最佳方案的三維CAD模型數(shù)據(jù)通過Inter

18、net網(wǎng)傳到對方指定的模具廠進行模具的加工。整個過程不超過一個月。長安公司通過應(yīng)用RP技術(shù)使新產(chǎn)品的設(shè)計方案得到了設(shè)計驗證、裝配驗證、功能驗證和方案優(yōu)化，而且大大縮短了新品的研制周期。下面是一個應(yīng)用效益對比表：,2020/7/29,44,對比項目 RP方法 傳統(tǒng)方法 研制周期 一個月 四個月 成本核算 相當 相當 精 度 高 低 風 險 無 大 長安公司用本中心的RP系統(tǒng)制做了兩個方案的制件僅花費1萬余元，卻使其新產(chǎn)品的上市時間提前了約3個月，其帶來的效益自然是相當可觀的。,2020/7/29,45,實例二,天津愛德科技實業(yè)公司正在開發(fā)一款電動自行車，需要對塑料覆蓋件進行仔細的設(shè)計和驗證,中心

19、先用三維CAD軟件協(xié)助產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)人員完成了細致的設(shè)計和無紙裝配驗證；然后用快速成型系統(tǒng)制作了一套樣件，僅用4天時間，花費不過幾千元。愛德公司技術(shù)開發(fā)人員用此套樣件進行了設(shè)計驗證、外觀驗證和實物裝配驗證，不僅提高了設(shè)計質(zhì)量、縮短了研發(fā)周期，更為重要的是降低了開模風險，可確保一次開模成功。,2020/7/29,46,實例三,天大天財股份有限公司計劃新開發(fā)一種稅控收款機，用RP技術(shù)制做了收款機的外殼一套，僅用了一周的時間，花費不過幾千元。從而確保了新產(chǎn)品上市的一次成功率；公司銷售部門用此首版樣件提前進行了市場宣傳，使并行工程的實施落到了實處。更為重要的是這項新技術(shù)的應(yīng)用改變了新產(chǎn)品研發(fā)人員的傳統(tǒng)的

20、開發(fā)模式和時間概念。,2020/7/29,47,實例四,某韓國著名企業(yè)新近開發(fā)了一種可視電話，原先的快速成形都是在其本國進行，這次的項目非常緊迫，稍有耽擱就有被其它企業(yè)的新產(chǎn)品所替代的危險，為節(jié)儉成本，加快研制速度，縮短開發(fā)周期，公司遂將快速成形工藝轉(zhuǎn)移至中國來做，結(jié)果取得了意想不到的結(jié)果。,2020/7/29,48,實例五,為了跟上信息時代的飛速發(fā)展，摩托羅拉公司加緊對新產(chǎn)品的開發(fā)，正是運用了快速成形工藝，才使得五彩紛呈的新款手機在很短的時間內(nèi)孕育而生，為搶先占領(lǐng)市場贏得了寶貴的時間，并將在美國本土進行的快速成形手版樣件驗證工作移到中國來進行，大大縮短了開發(fā)周期。,2020/7/29,49,實例六,用LOM激光快速成形系統(tǒng)為某研究所柴油機研究室制造了新開發(fā)的四缸高速車用柴油機曲軸一件,從三維CAD實體造型到得到該曲軸的實體模型僅用三天時間，縮短了新產(chǎn)品開發(fā)周期，為提前上市創(chuàng)造了條件。,2020/7/29,50,2020/7/29,51,快速成形技術(shù)發(fā)展趨勢,如今的快速成形技術(shù)已經(jīng)作為一種基本方法被