先进制造技术第四章快速原型技术

先进制造技术第四章快速原型技术第一页，共十九页，2022年，8月28日快速原型制造简介快速原型制造——RAPIDPROTOTYPING简称RP九十年代发展起来的一项高新技术。RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、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。第二页，共十九页，2022年，8月28日RP技术的基本原理快速成形是一种离散/堆积的加工技术，其基本过程是首先将计算机生成的零件三维实体沿某一坐标轴进行分层处理（离散），得到每层截面的一系列二维截面数据，按特定的成形方法（LOM、SLS、FDM、SLA等）每次只加工一个截面，然后自动叠加（堆积）一层成形材料，这一过程反复进行直到所有的截面加工完毕生成三维实体原型。步骤：

（1）CAD软件设计出所需零件的计算机三维曲面或实体模型；（2）将三维模型沿一定方向（通常为Z向）离散成一系列有序的二维层片（习惯称为分层）；（3）根据每层轮廓信息，进行工艺规划，选择加工参数，自动生成数控代码；（4）成形机制造一系列层片并自动将它们堆积起来，得到三维物理实体。第三页，共十九页，2022年，8月28日RP技术的基本原理三维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第四页，共十九页，2022年，8月28日快速原型制造特点（1）成形全过程的快速性，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）成形过程无需专用夹具、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。第五页，共十九页，2022年，8月28日快速原型制造作用1.设计方案快速转换为三维的实体模型或样件。2.

提高了新产品开发的一次成功率，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）第六页，共十九页，2022年，8月28日快速原型制造的应用快速成形法主要适合于新产品开发，快速单件及小批量零件制造，复杂形状零件的制造，模具与模型设计与制造，也适合于难加工材料的制造，外形设计检查，装配检验和快速反求工程等第七页，共十九页，2022年，8月28日快速原型服务领域

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。头骨模型(SLA)机械零件(SLA)LOM空调零件第八页，共十九页，2022年，8月28日快速原型制造种类1.材料累加法（MaterialIncreaseManufacturing）2.材料去除法:三维雕刻机（MaterialIncreaseManufacturing）

成型工艺加工能量（1）Laserbeam(激光束)RP（2）Lamp(光照)RP（3）Heatenergy(热能)RP（4）Mechanicalenergy(机械能)RP第九页，共十九页，2022年，8月28日快速原型制造方法激光束RP可分为：立体光刻(SLA:Stereolithography)、选择激光沉积(SLS:SelectiveLaserSintering)分层制造(LOM:LaminatedObjectManufacturing)形状沉积制造(SDM:ShapeDepositionManufacturing)机械能RPM又可分为冲击颗粒制造(BPM:BallisticParticleManufacturing)三维打印(3DPrinting)熔化沉积造型(FDM:FusedDepositionModelling)第十页，共十九页，2022年，8月28日主要方法及比较1.光固化立体造型

(SL--Stereolithography)2.分层实体制造

(LOM—LaminatedObjectManufacturing)3.选择性激光烧结

(SLS—SelectedLaserSintering)4.熔融沉积造型

(FDM—FusedDepositionModeling)第十一页，共十九页，2022年，8月28日主要方法及比较1.光固化立体造型(SL—Stereolithography)

将激光聚集到液态光固化材料（如光固化树脂）表面，令其有规律地固化，由点到线到面，完成一个层面的建造，而后升降移动一个层片厚度的距离，重新覆盖一层液态材料，再建造一个层面，由此层层迭加成为一个三维实体。第十二页，共十九页，2022年，8月28日激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线数据，将背面涂有热熔胶的纸用激光切割出工件的内外轮廓。切割完一层后，送料机构将新的一层纸叠加上去，利用热粘压装置将已切割层粘合在一起，然后再进行切割，这样一层层地切割、粘合，最终成为三维工件。LOM常用材料是纸、金属箔、塑料膜、陶瓷膜等，此方法除了可以制造模具、模型外，还可以直接制造结构件或功能件。特点是原材料价格便宜、成本低。主要方法及比较2.分层实体制造(LOM—LaminatedObjectManufacturing)第十三页，共十九页，2022年，8月28日主要方法及比较3.选择性激光烧结(SLS—SelectedLaserSintering)对于由粉末铺成的有好密实度和平整度的层面，有选择地直接或间接将粉末熔化或粘接，形成一个层面，铺粉压实，再熔结或粘接成另一个层面并与原层面熔结或粘接，如此层层叠加为一个三维实体。第十四页，共十九页，2022年，8月28日主要方法及比较4.熔融沉积造型(FDM—FusedDepositionModeling)将热熔性材料（ABS、尼龙或蜡）通过加热器熔化，挤压喷出并堆积一个层面，然后将第二个层面用同样的方法建造出来，并与前一个层面熔结在一起，如此层层堆积而获得一个三维实体。第十五页，共十九页，2022年，8月28日RP系统的成形原理比较成形系统成形材料制件性能主要用途扫描路径光固化立体造型（SL）液态光敏树脂相当于工程塑料或蜡模高精度塑料件、铸造用蜡模、样件或模型截面轮廓线所包围的区域分层实体制造（LOM）涂敷有热敏胶的纤维纸相当于高级木材快速制造新产品样件、模型或铸造用木模截面轮廓线选择性激光烧结（SLS）工程塑料粉末相当于工程塑料、蜡模、砂型塑料件、铸造用蜡模、样件或模型截面轮廓线所包围的区域熔融沉积造型（FDM）固体丝状工程塑料相当于工程塑料或蜡模塑料件、铸造用蜡模、样件或模型截面轮廓线所包围的区域第十六页，共十九页，2022年，8月28日RP工艺优缺点比较技术类型精度表面质量材料价格材料利用率运行成本生产效率设备费用市场占有率(%)SL好好较贵接近100%较高高较贵78LOM一般较差较便宜较差较低高较便宜7.3SLS一般一般较贵接近100%较高一般较贵6.0FDM较差较差较贵接近100%一般较低较便宜6.1第十七页，共十九页，2022年，8月28日RP常用材料材料形态液态固态粉末固态片材固态丝材材料品种光固化树脂蜡粉

尼龙粉

覆膜陶瓷粉钢粉

覆膜钢粉覆膜纸

覆膜塑料

覆膜陶瓷箔

覆膜金属箔蜡丝

ABS丝

快速成形材料种类第十八页，共十九页，2022年，8月28日RP发展趋势1.不同制造目标相对独立发展

从制造目标来说