快速原型技术课件

1、 本节要点快速原型制造的工作原理快速原型制造的工艺过程典型的RPM方法：SLA，SLS，LOM，FDM，3D-Printing快速原型制造技术Rapid Prototyping Manufacturing 快速原型技术定义：快速原型技术是用离散分层的原理制作产品原型的总称，其原理为：产品三维CAD模型分层离散按离散后的平面几何信息逐层加工堆积原材料生成实体模型， 简称 RP 。RP技术的基本原理图三维CAD模型分层切片各层截面的轮廓激光器（或喷嘴）按各层截面轮廓切割、固化或烧结微小厚度的片状实体逐层堆积三维模型或样件RPM技术原理 -成形学与离散堆积原理成形（Forming）：将物体有序地组织

2、成具有确定外形和一定功能的三维实体。包括三个基本要素：物质的提取，序的建立，完成（形状、功能）三维实体。成形学（Shaping）：从方法论高度系统地研究成形的科学，着重研究成形三要素及其之间的相互作用。成形方式：1.去除成形（Dislodge Forming）运用分离的方法，把一部分材料有序地从基体上分离出去而成形的方法。Turning, Milling, Grinding, Boring etc. 2.堆积成形（Stacking Forming） 运用合并与连接的方法，把材料（气、液、固相）有序地合并堆积起来的成形方法。RPM。3.受迫成型（Forced Forming） 利用材料的可成形性

3、（如塑性）在特定外围约束（边界约束或外力约束)下的成形方法。Extrude，Cast， Powder metallurgy。4.生长成形（Growth Forming) 利用材料的活性进行成形的方法。自然系统中生物个体发育，人为系统中还没有。 RPM属于离散/堆积成形。RPM技术是采用软件离散材料堆积的原理实现零件的成形过程。通过离散获得堆积的路径、顺序、限制和方式，通过堆积材料“叠加”起来形成三维实体。RPM作业过程：CAD模型建立。STL文件生成。分层切片。快速堆积成型。RPS分层切片STL文件CAD模型三维数字化仪等CAD造型系统RP技术是在现代 CAD/CAM 技术、激光技术、计算机数

4、控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。RP 技术在不需要任何刀具、模具及工装卡具的情况下，可将任意复杂形状的设计方案快速转换为三维的实体模型或样件，这就是 RP 技术所具有的潜在的革命意义。快速原型技术的意义快速原型制造作用1.不需要任何刀具，模具及工装卡具的情况下，可将任意复杂形状的设计方案快速转换为三维的实体模型或样件。2.模型或样件可直接用于新产品设计验证、功能验证、外观验证、工程分析、市场订货以及企业的决策等，提高了产品在市场上的竞争力和企业对市场的快速反应能力。3.为技术人员之间，以及技术人员与企业决策者、产品的用户等非技术人员之间提供了一个更加形象、完整、方

5、便的工程交流工具。4.支持同步（并行）工程的实施5.支持技术创新、改进产品外观设计6.用 RP 技术制做模具7.逆向工程（反求）快速原型服务领域 工业造型、模具、家电、电子仪表、轻工、塑料、玩具、航空航天、军工、机械、汽车、摩托车、内燃机、建筑规划及模型、科研、医疗等。快速模具技术 快速模具技术(Rapid tooling，简称RT)：是随着 RP 技术的发展而迅速发展起来的一门新技术。主要是运用RP生产的原型来做模具。 RT模具种类：软模具：腊模、硅橡胶模、环氧树脂模、聚氨脂模等硬模具：环氧树脂、石膏、陶瓷、低熔点金属、金属基复合材料等。RPRT用 RP 技术直接制做模具：用 LOM 系统制

6、做的制件经表面处理，其强度比一般木材还要高，可直接用作铸造木模；用 SLS 等方法则可直接制造熔模铸造用的蜡模。 RPRT 用 RP 系统制造的原型作母模快速复制简易模具；用快速原型制件作母模可复制出腊模、硅橡胶模、环氧树脂模或聚氨脂模等软模具；据此软模具又可浇铸出环氧树脂、石膏、陶瓷、低熔点金属、金属基复合材料等硬模具。这些简易模具可用作各种铸造模、注塑模、腊模的成型模以及拉伸模等，实现塑料件或金属件的小批量生产。快速原型技术分类1.材料累加法（Material Increase Manufacturing）2.材料去除法:三维雕刻机（Material Increase Manufactur

7、ing） 成型工艺加工能量（1）Laser beam(激光束)RP（2）Lamp(光照)RP（3）Heat energy(热能)RP（4）Mechanical energy(机械能)RP激光束RP可分为：1.立体光刻(SLA: Stereolithography)2.选择激光沉积(SLS: Selective Laser Sintering)3.分层制造(LOM: Laminated Object Manufacturing)4.形状沉积制造(SDM: Shape Deposition Manufacturing)机械能RPM又可分为1.冲击颗粒制造(BPM: Ballistic Partic

8、le Manufacturing)2.三维打印(3D Printing)3.熔化沉积造型(FDM: Fused Deposition Modeling)SLA光敏液相固化法FDM熔丝沉积成形法SLS选区激光烧结法LOM选区片层粘接法优点 (1) 成形速度极快，成形精度、表面质量高；(2) 适合做小件及精细件。 (1) 成形材料种类较多，成形样件强度好，能直接制作ABS塑料；(2) 尺寸精度较高，表面质量较好，易于装配；(3) 材料利用率高；(4) 操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。 (1) 有直接金属型的概念，可直接得到塑料、蜡或金属件；(2) 材料利用率高；造型速度较快。 (1) 成形

9、精度较高；(2) 只须对轮廓线进行切割，制作效率高，适合做大件及实体件；(3) 制成的样件有类似木质制品的硬度，可进行一定的切削加工。 缺点 (1) 成形后要做进一步固化处理；(2) 光敏树脂固化后较脆，易断裂，可加工性不好；(3) 工作温度不能超过100，成形件易吸湿膨胀，抗腐蚀能力不强。 (1) 成形时间较长；(2) 做小件和精细件时精度不如SLA。 (1) 成形件强度和表面质量较差，精度低。(2) 在后处理中难于保证制件尺寸精度，后处理工艺复杂，样件变型大，无法装配。 (1) 不适宜做薄壁原型；(2) 表面比较粗糙，工件表面有明显的台阶纹，成型后要进行打磨；(3) 易吸湿膨胀，成形后要尽

10、快做表面防潮处理；(4) 工件强度差，缺少弹性。 SLA光敏液相固化法FDM熔丝沉积成形法SLS选区激光烧结法LOM选区片层粘接法设备购置费用高昂 低廉 高昂 中等 维护和日常使用费用 激光器有损耗，光敏树脂价格昂贵，运行费用很高。无激光器损耗，材料的利用率高，原材料便宜，运行费用极低。 激光器有损耗，材料利用率高，原材料便宜，运行费用居中。 激光器有损耗，材料利用率很低，运行费用较高。 发展趋势稳步发展飞速发展稳步发展渐趋淘汰应用领域复杂、高精度、艺术用途的精细件塑料件外形和机构设计铸造件设计实心体大件1.光敏液相固化法 Stereo Lithography Apparatus ，SLA S

11、LA工艺于1984年获美国专利，1988年美国3D System公司推出的商品化样机SLA-1，是世界上第一台快速原型技术成形机。 这种方法的代表还有日本和德国。光敏液相固化法的基本原理SLA工艺成形的产品特点1.SLA工艺成形的零件精度较高，可达0.1mm；可形成任意复杂形状的零件；材料利用率高，性能可靠，产品透明美观，可直接做力学实验。2.局限性：需要支撑，设备昂贵，树脂收缩导致精度下降，光固化树脂价格昂贵，有一定的毒性且产品不能溶解，不利于环保 。鼠标外壳激 光树脂原型照相机激光树脂原型选区片层粘结法的基本原理 （1）使用胶纸作为成型材料，成本低，原材料易于获得，无交变，无热应力，形状和

12、尺寸精度稳定 ； （2）成型后的模型需密封保存以免吸潮；（3）由于无须进行化学反应，成型件尺寸可以制得很大； （4）Z向精度比SLA和SLS要低； （5）纸张上有交叉格，便于成型后去除模型周边的废料，但剥离费时； （6）模型有类木纹的纹理； （7）适合于航空、汽车等行业中体积较大的制件，但由于适应面较窄， 渐趋淘汰。 LOM的特点 美国德克萨斯大学奥斯汀分校于1989年研制成功，已被美国DTM公司商品化，推出SLS Model125成形机。 德国EOS公司和我国的北京隆源自动成形系统有限公司也分别推出了各自的SLS工艺成形机。 3.选择性激光烧结法（Selective Laser Sinter

13、ing，SLS）选择性激光烧结的基本原理选择性激光烧结（SLS）的产品特点1.材料适应面广。能制造塑料零件，陶瓷、蜡、尼龙等材料的零件。能制造出直接使用的金属零件。2.不需加支撑。3.精度不高。平均精度为0.150.2mm，表面粗糙度不好，不宜做薄壁件。 1988年研制成功，由美国Stratasys公司推出商品化的3D Modeler1000和FDM1600等规格的系列产品。最新产品是制造大型ABS原型的FDM8000等型号的产品。 4.熔丝沉积成形法 （Fused Deposition Modeling，FDM）熔丝沉积成形的基本原理5. 三维印刷（Three Dimensional Printing,3D-P）RPM技术的研究和应用全球RP设备装机量医学新产品快速开发制造快速模具快速铸造快速原型制造在新产品快速开发中的应用 利用加工样品，找出新产品外观&结构设计缺陷，完善设计。 车辆零件开发与试制 消费类产品开发与试制 玩具产品开发与试制 电子产品开发与试制 利用加工的样品可以进行装