先進制造技術——快速成型技術ppt課件.ppt

1、快速成形技術,概述： 快速成形技術（Rapid Prototyping，簡稱RP）20世紀80年代發(fā)展起來的，它綜合了機械工程、CAD、數控技術、激光技術及材料科學技術，可以自動、直接、快速、精確地將設計思想轉變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵瑥亩蟠罂s短產品的研制周期。因而，被認為是近20來制造領域的一個重大突破。影響力與數控技術相當。,發(fā)展： 我國在90年代先后有武漢華中科技大學快速制造中心、西安交大先進制造技術研究所、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程研究中心等在快速成形工藝研究、設備開發(fā)、數據處理及控制軟件、新材料的研發(fā)等方面做了大量有成效的工作。,基本思路：

2、CAD模型建立 STL文件生成 分層切片 快速堆積成形,分類： 光敏樹脂液相固化成形、選擇性激光粉末燒結成形、薄片分層疊加成形和熔絲堆積成形等4種。,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Charles Hul發(fā)明并于1984年獲得專利，1988年美國3D系統公司推出商品化的世界上第一臺快速成形機。,基本原理： SL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迅速發(fā)生光聚合反應，相對分子量急劇增大，材料也由液態(tài)變成固態(tài)。,特點： 精度高、表面質量好、原材料利用率將近

3、100%，能制造出形狀特別復雜（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，可快速翻制各種模具。 不足點：材料昂貴，具有一定的毒性。,應用： 1、可直接制作樹脂功能件，用作結構驗證和功能測試 2、可制作比較精細和復雜零件 3、可制造出有透明效果的制件 4、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。,復雜件：RenShape SL 7800是一種具有高抗沖擊強度的光敏聚合物 。,透明件,復雜件,選擇性激光粉末燒結成形,選擇性激光燒結成形（SLSSelected Laser Sintering)，又稱選

4、區(qū)激光燒結）。由美國德克薩斯大學奧汀分校的C.R.Dechard于1989年研制成功。,基本原理： SLS工藝是利用粉末材料（金屬粉末或非金屬粉末）在激光照射下燒結的原理，在計算機控制下層層堆積成形。,SLS原理圖,工作臺上均勻鋪上一層很薄（0.10.2mm）的粉末，激光束在計算機的控制下按照零件分層輪廓有選擇性地進行燒結，一層完成后再進行下一層燒結。全部燒結完成后去掉多余的粉末，再進行打磨、烘干等處理便獲得零件。,特點： 材料應用面廣，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。 無需加支撐，因為沒有被燒結的粉末起到支撐作用。因此可以燒結制造空心、多層鏤空的復

5、雜零件。 成形材料： 蠟粉及高分子塑料粉（早期）、金屬或陶瓷粉（為了提高原型的強度)。任何受熱粘結的粉末都有被用作SLS原材料的可能性。,應用： 1、可直接制作樹脂功能件，用作結構驗證和功能測試，并可用于裝配樣機。 2、制造出來的原型可以翻制各種模具。 3、制件可直接作熔模鑄造用的蠟模和砂型、型芯。,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（LOMLaminated Object Manufacturing)，又稱層疊實體制造或分層實體制造）。由美國Helisys于1986年研制成功，并

6、推出商品化的機器。,基本原理： LOM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，用CO2或刀在計算機控制下按照CAD分層模型軌跡切割片材，然后通過熱滾壓，是當前層與下面已成形的工件層粘結，從而堆積成形。,LOM原理圖,特點： 1、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。 2、零件的精度較高。 3、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。 成形材料： 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。,應用： 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

7、原型樣件。,紙：抗?jié)裥浴⒎€(wěn)定性、涂膠浸潤性、抗拉強度。 熱熔膠：保證層與層之間的粘結強度。,熔融沉積快速成型工藝,一、熔融沉積工藝的基本原理,二、熔融沉積工藝的特點,三、熔融沉積成型材料與支撐材料,四、熔融沉積成型應用實例,一、基本原理,熔融沉積快速成型（Fused Deposition Modeling，簡稱FDM），是繼SLA和LOM后的一種應用比較廣泛的快速成型工藝，并以美國Stratasys公司開發(fā)的FDM制造系統應用最為廣泛。 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，層層堆

8、積而成。 主要適用于模具行業(yè)新產品開發(fā)和醫(yī)療、考古等基于數字成像技術的三維實體模型制造。,FDM工藝由美國學者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。 國內的清華大學與北京殷華公司較早地進行了FDM工藝商品化系統的研制工作，并推出熔融擠壓制造設備MEM250等。,FDM 原理圖,二、特點,優(yōu)點： 1、采用熱熔擠壓頭專利技術，系統結構原理和操作簡單，且使用無毒的原材料，設備可安裝在辦公環(huán)境中。 2、成型速度快。不需要SLA中的刮板工序。

9、3、用蠟成型的零件原型，可以直接用于熔模鑄造。 4、可以成型任意復雜程度的零件。如復雜的內腔、孔等。 5、原材料在成型過程中無化學變化，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： 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、需要設計制件支撐結構。 4、需要對整個截面進行掃描涂覆，成型時間較長。 5、原材料價格昂貴。,三、材料,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、粘結性（影響零件強度）。 4、收縮率。,3.1 成型材料,結論： 粘度低、熔融溫度低、粘結性好、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： 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