快速原型制造技术快速成形原理及特点

1、第八章 快速原型制造技术 一、快速成形原理及特点 1、 快速成型原理 2、 快速成型特点 3、 发展过程 快速原型制造技术快速成形原理及特点快速成型技术简介 快速成型制造技术又叫快速原型制造技术；是指由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维物理实体的技术总称。英文：RAPID PROTOTYPING，简称RP， 或 RAPID PROTOTYPING MANUFACTUREING，简称 RPM。 不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。但是，其基本原理都是一样的，那就是“分层制造，逐层叠加“。形象地讲，快速成形系统就像是一台”立体打印机。 快速原型制造技术

2、快速成形原理及特点快速成型的基本过程：首先设计出所需零件的计算机三维模型（数字模型、 CAD模型）按照一定的规律将该模型离散为一系列有序的单元， 通常在Z向将其按一定厚度进行离散（习惯称为分 层），把原来的三维CAD模型变成一系列的层片再根据每个层片的轮廓信息，输入加工参数，自动生 成数控代码最后由成形系统成形一系列层片并自动将它们联接起 来，得到一个三维物理实体。 快速原型制造技术快速成形原理及特点成型过程示意图快速原型制造技术快速成形原理及特点快速成型工艺的优势： -使模型或模具的制造时间缩短数倍甚至数十倍，大大缩 短新产品研制周期； -使复杂模型的直接制造成为可能，提高了制造复杂零件 的

3、能力；-可以及时发现产品设计的错误，做到早找错、早更改， 避免更改后续工序所造成的大量损失，显著提高新产品 投产的一次成功率；-使设计、交流和评估更加形象化，使新产品设计、样品 制造、市场定货、生产准备、等工作能并行进行，支持 同步（并行）工程的实施；-节省了大量的开模费用，成倍降低新产品研发成本。快速原型制造技术快速成形原理及特点自1986年出现至今，短短十几年，世界上已有大约二十多种不同的成型方法和工艺，其中比较成熟的有SLA、SLS、LOM和FDM等方法。其成形原理分别介绍如下： （1）SLA快速成形系统的成型原理： 成形材料：液态光敏树脂； 制件性能：相当于工程塑料或蜡模； 主要用途：

4、高精度塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。 （2）SLS快速成形系统的成型原理： 成形材料：工程塑料粉末； 制件性能：相当于工程塑料、蜡模、砂型； 主要用途：塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。 （3）LOM快速成形系统的成型原理： 成形材料：涂敷有热敏胶的纤维纸； 制件性能：相当于高级木材； 主要用途：快速制造新产品样件、模型或铸造用木模。 （4）FDM快速成形系统的成型原理： 成形材料：固体丝状工程塑料； 制件性能：相当于工程塑料或蜡模； 主要用途：塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。 快速原型制造技术快速成形原理及特点（1）成型全过程的快速性，适合现代激烈的产品市场； （2）可以制造任意复杂形状的三

5、维实体； （3）用CAD模型直接驱动，实现设计与制造高度一体化，其直观性和易改性为产品的完美设计提供了优良的设计环境； （4）成型过程无需专用夹具、模具、刀具，既节省了费用，又缩短了制作周期。 （5）技术的高度集成性，既是现代科学技术发展的必然产物，也是对它们的综合应用，带有鲜明的高新技术 特征。 RP技术将一个实体的复杂的三维加工离散成一系列层片的加工，大大降低了加工难度，具有如下特点：快速原型制造技术快速成形原理及特点二、快速成形的全过程 1. 前处理 它包括工件的三维模型的构造、三维模型的近似处 理、模型成形方向的选择和三维模型的切片处理。 2. 分层叠加成形 它是快速成形的核心，包括模

6、型截面轮廓的制作 与截面轮廓的叠合。 3. 后处理 它包括工件的剥离、后固化、修补、打磨、抛光和 表面强化处理等。快速原型制造技术快速成形原理及特点三、快速成型机及成形方法： 1、快速成形机 快速成形机是分层叠加成形(包括截面轮廓 制作和截面轮廓叠合)的基本设备。 成形机都是基于“增长”成形法原理，即用一层层的小薄片轮廓逐步叠加成三维工件。其差别主要在于薄片采用的原材料类型，由原材料构成截面轮廓的方法，以及截面层之间的连接方式。快速原型制造技术快速成形原理及特点 熔融挤出成型(FDM)工艺的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、PC、尼龙等，以丝状供料。材料在喷头内被加热熔化。喷头沿零件截面轮廓

7、和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速固化，并与周围的材料粘结。每一个层片都是在上一层上堆积而成，上一层对当前层起到定位和支撑的作用。PRINT 3D 快速成型机 快速原型制造技术快速成形原理及特点 随着高度的增加，层片轮廓的面积和形状都会发生变化，当形状发生较大的变化时，上层轮廓就不能给当前层提供充分的定位和支撑作用，这就需要设计一些辅助结构“支撑”，对后续层提供定位和支撑，以保证成形过程的顺利实现。 支撑填充轮廓快速原型制造技术快速成形原理及特点建模载入加工快速原型制造技术快速成形原理及特点建模 载入 加工建模软件： Solid Works Pro/E AutoCAD UG (不能

8、有错误) 另存为 .stl 格式快速原型制造技术快速成形原理及特点建模 载入 加工1. 打开软件。（打开软件前要插入加密锁）快速原型制造技术快速成形原理及特点2. 初始化软件。建模 载入 加工快速原型制造技术快速成形原理及特点建模 载入 加工3. 载入模型。快速原型制造技术快速成形原理及特点建模 载入 加工快速原型制造技术快速成形原理及特点卸载模型载入多个模型快速原型制造技术快速成形原理及特点4. 调整模型。建模 载入 加工快速原型制造技术快速成形原理及特点建模 载入 加工快速原型制造技术快速成形原理及特点快速原型制造技术快速成形原理及特点建模 载入 加工快速原型制造技术快速成形原理及特点选择

9、N3精细快速原型制造技术快速成形原理及特点将填充间隔改为3快速原型制造技术快速成形原理及特点工作台高度为默认值，不要改变快速原型制造技术快速成形原理及特点支撑支撑支撑快速原型制造技术快速成形原理及特点快速原型制造技术快速成形原理及特点快速原型制造技术快速成形原理及特点注意：每次加工完，如果不关机，继续新的加工，要恢复就绪状态。快速原型制造技术快速成形原理及特点加工范围：223mm262mm315mm 过大的形体需要进行拆分，用丙酮作为胶剂粘接。2. 不同表面的成型质量不同，上表面好于下表面，水平面好于垂直面，垂直面好于斜面。选择重要的表面作为上表面。 水平方向精度好于垂直方向的精度，水平面上的

10、圆孔、立柱质量精度最好，垂直面上的较差。如果有较小直径（小于10mm）的立柱、内孔等特征，尽量选择垂直方向成型。水平方向的强度高于垂直方向的强度。如果需要保证强度，选择强度要求高的方向为水平方向。4. 模型表面有平面时，以平行和垂直于大部分平面的方向摆放。减少支撑面积，降低支撑高度。避免出现投影面积小，高度高的支撑面出现。快速原型制造技术快速成形原理及特点2、快速成型方法： 1)、液态光敏聚合物选择性固化 简称SLA（Stereo Lithography Apparatus） 2)、薄形材料选择性切割（Laminated Object Manufacturing，简称LOM ） 3)、丝状材料

11、选择性熔覆 (Fused Deposition Modeling，简称FDM ） 4)、粉末材料选择性烧结(Selected Laser Sintering， 简称SLS ） 5)、粉末材料选择性粘结(Three Dimensional Printing， 简称TDP）快速原型制造技术快速成形原理及特点1）SLA（光固化成型法）快速成形系统的原理用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面,使之由点到线,由线到面顺序凝固,完成一个层面的绘图作业,然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度,再固化另一个层面.这样层层叠加构成一个三维实体. 快速原型制造技术快速成形原理及特点快速原型制造技术快速成形原理及特点 其工艺过程是，首先通过CAD设计出三维实体模型，利用离散程序将模型进行切片处理，设计扫描路径，产生的数据将精确控制激光扫描器和升降台的运动；激光光束通过 数控装置控制的扫描器，按设计的扫描路径 照射到液态光敏树脂表面 ， 使表面特定区域内的一层树脂固化后， 当一层加工完毕后，就生成零件的一个截面；然后 升降台下降一定距离 ， 固化层上覆盖另一层液态树脂，再进行第二层扫描，第二固化层牢固地粘结在前一固化层上，这样一层层叠加而成三维工件原型。将原型从树脂中取出后，进行最终固化，再经打光、电