快速成形技术课件

第十章快速成形技术快速成形技术(RapidProtoyping简称RP)：增材加工法⒈产生和发展：20世纪80年代后发展起来的。综合了机械工程、CAD、数控技术、激光技术和材料科学技术。2001年中国机械工程学会下属的特种加工学会增设了快速成形专业委员会。

1第十章快速成形技术快速成形技术(RapidProtoyp第十二章快速成形技术⒉特点：⑴可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件。⑵产品设计进行快速评估、修改及功能试验，大大缩短了产品的研制周期。⑶快速工装模具制造、快速精铸技术则可实现零件的快速制造。⑷增材加工法⑸综合了机械工程、CAD、数控技术、激光技术和材料科学技术。2第十二章快速成形技术⒉特点：2第十二章快速成形技术⒊代表性的工艺和种类：20多种，众多的快速成形工艺中，具有代表性的工艺是：⑴光敏树脂液相固化成形⑵选择性粉末烧结成形⑶薄片分层叠加成形⑷熔丝堆积成形等4种。3第十二章快速成形技术⒊代表性的工艺和种类：3第十二章

快速成形技术

第一节光敏树脂液相固化成形第二节

选择性激光粉末烧结成形

第三节

薄片分层叠加成形第四节熔丝堆积成形4第十二章快速成形技术第一节光敏树脂液相固化成形4第一节光敏树脂液相固化成形

光敏树脂液相固化成形(SL—Stereolithography)又称光固化立体造型或立体光刻。产生和发展：由CharlesHul发明并于1984年获美国专利。1988年美国3D系统公司推出商品化的世界上第一台快速原型成形机。SL方法是目前RP技术领域中研究得最多的方法，也是技术上最为成熟的方法。目前，SLA系列成形机占据着RP设备市场较大的份额。

5第一节光敏树脂液相固化成形光敏树脂液相固化成形(SL—St第一节光敏树脂液相固化成形⒈光敏树脂液相固化成形——SL工艺原理SL工艺是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。液态材料在一定波长(λ=325nm)和功率(P=30mW)的紫外激光的照射下能迅速发生光聚合反应，分子量急剧增大，材料也就从液态转变成固态。加工：零件分层(层高约0.1mm)→分层固化→整个零件固化完→三维实体原型

分层固化：液态光敏树脂→激光束扫描→液体固化（逐点扫描逐点固化）→一层液态树脂固化完→下一层液态树脂→逐点扫描逐点固化→固化完6第一节光敏树脂液相固化成形⒈光敏树脂液相固化成形——SL工第一节光敏树脂液相固化成形7第一节光敏树脂液相固化成形7第一节光敏树脂液相固化成形⒉特点和成形材料⑴特点：①精度较高、表面质量好精度能达到或小于0.1mm②原材料利用率将近100％③能制造形状特别复杂(如空心零件)、特别精细(如首饰、工艺品等)的零件④制作出来的原型件，可快速翻制各种模具。

8第一节光敏树脂液相固化成形⒉特点和成形材料8第一节光敏树脂液相固化成形

⑵成形材料：SL工艺的成形材料称为光固化树脂(或称光敏树脂)主要包括：①齐聚物②反应性稀释剂③光引发剂

根据引发剂的引发机理，光固化树脂可以分为三类：①自由基光固化树脂②阳离子光固化树脂

③混杂型光固化树脂

9第一节光敏树脂液相固化成形⑵成形材料：9第一节光敏树脂液相固化成形⒊SL光敏树脂液相固化成形设备和应用⑴设备组成：①Z轴升降工作台②X、Y工作台③光学系统④控制系统⑤光敏树脂

华中科技大学清华大学西安交通大学10第一节光敏树脂液相固化成形⒊SL光敏树脂液相固化成形设备和应第一节光敏树脂液相固化成形11第一节光敏树脂液相固化成形11第一节光敏树脂液相固化成形12第一节光敏树脂液相固化成形12第一节光敏树脂液相固化成形⑵应用：①直接制作各种树脂功能件，用作结构验证和功能测试；②可制作比较精细和复杂的零件；③可制造出有透明效果的制件；④制作出来的原型件可快速翻制各种模具。硅橡胶模、金属冷喷模、陶瓷模、合金模、电铸模、环氧树脂模和气化模。

13第一节光敏树脂液相固化成形⑵应用：13第二节选择性激光粉末烧结成形选择性激光粉末烧结成形(SLS—SelectedLaserSintering)工艺又称为选区激光烧结。产生和发展：1989年由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C．R．Dechard研制成功。已被美国DTM公司商品化。⒈选择性激光粉末烧结成形——SLS工艺原理SLS工艺是利用粉末材料(金属粉末或非金属粉末)在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下层层堆积成形。14第二节选择性激光粉末烧结成形选择性激光粉末烧结成形(SL第二节选择性激光粉末烧结成形在工作台上均匀铺上一层很薄(0.1—0.2mm)的粉末，激光束在计算机控制下按照零件分层轮廓有选择性地进行烧结，一层完成后再进行下一层烧结。全部烧结完后去掉多余的粉末，再进行打磨、烘干等处理便获得零件。C02激光器

15第二节选择性激光粉末烧结成形在工作台上均匀铺上第二节选择性激光粉末烧结成形⒉特点和成形材料⑴SLS工艺的特点①材料适应面广。不仅能制造塑料零件，还能制造陶瓷、石蜡等材料的零件。特别是可以直接制造金属零件。②SLS工艺无需加支撑。没有被烧结的粉末起到了支撑的作用。可以烧结制造空心、多层缕空的复杂零件。⑵SLS烧结成形用的材料蜡粉及高分子塑料粉金属或陶瓷粉进行粘接或烧结任何受热粘结的粉末都有被用作SLS原材料的可能性，原则上包括了塑料、陶瓷、金属粉末及它们的复合粉。

16第二节选择性激光粉末烧结成形⒉特点和成形材料16第二节选择性激光粉末烧结成形17第二节选择性激光粉末烧结成形17第二节选择性激光粉末烧结成形金属粉末制取的主要两种雾化方式：①离心雾化法②气体雾化法雾化方法的原理：使金属熔融，高速将金属液滴甩出并急冷，随后形成粉末颗粒。为了提高原型的强度，用于SLS工艺材料的研究转向金属和陶瓷，这正是SLS工艺优越于SL、LOM工艺之处。SLS工艺还可以采用其他粉末，比如聚碳酸酯粉末，当烧结环境温度控制在聚碳酸酯软化点附近时，其线胀系数较小，进行激光烧结后，被烧结的聚碳酸酯材料翘曲较小，具有很好的工艺性能。

18第二节选择性激光粉末烧结成形金属粉末制取的主要两种雾化方第二节选择性激光粉末烧结成形⒊SLS选择性激光粉末烧结成形设备和应用⑴设备组成：①机械结构机架、工作平台、铺粉机构、两个活塞缸、集料箱、加热灯和通风除尘装置。②光路系统激光器、反射镜、扩束聚焦系统、扫描器、光束合成器、指示光源。③控制系统

HRPS型系列激光粉末烧结系统：华中科技大学AFS一300型激光快速成形机：清华大学19第二节选择性激光粉末烧结成形⒊SLS选择性激光粉末烧结成第二节选择性激光粉末烧结成形20第二节选择性激光粉末烧结成形20第二节选择性激光粉末烧结成形21第二节选择性激光粉末烧结成形21第二节选择性激光粉末烧结成形22第二节选择性激光粉末烧结成形22第二节选择性激光粉末烧结成形⑵应用：①直接制作各种高分子粉末材料的功能件，用作结构验证和功能测试，并可用于装配样机。②制件可直接作精密铸造用的蜡模和砂型、型芯，制作出来的原型件可快速翻制各种模具。硅橡胶模、金属冷喷模、陶瓷模、合金模、电铸模、环氧树脂模和气化模等。

23第二节选择性激光粉末烧结成形⑵应用：23第三节薄片分层叠加成形薄片分层叠加成形(LOM—LaminatedObjectManufacturing)工艺又称叠层实体制造分层实体制造纸片叠层法（因为常用纸作原料）产生和发展：1986年由美国Helisys公司研制成功，并推出商品化的机器。

⒈薄片分层叠加成形——LOM工艺原理LOM工艺采用薄片材料（如纸、塑料薄膜等）作为成形材料，片材表面事先涂覆上一层热熔胶。加工时，用CO2激光器(或刀)在计算机控制下按照CAD分层模型轨迹切割片材，然后通过热压辊热压，使当前层与下面已成形的工件层粘接，从而堆积成型。

24第三节薄片分层叠加成形薄片分层叠加成形(LOM—Lam第三节薄片分层叠加成形用CO2激光器在刚粘接的新层上切割出零件截面轮廓和工件外框，并在截面轮廓与外框之间多余的区域内切割出上下对齐的网格；激光切割完成后，工作台带动已成形的工件下降，与带状片材(料带)分离；供料机构转动收料轴和供料轴，带动料带移动，使新层移到加工区域；工作台上升到加工平面；热压辊热压，工件的层数增加一层，高度增加一个料厚；再在新层上切割截面轮廓。如此反复直至零件的所有截面切割、粘接完，得到三维的实体零件。

25第三节薄片分层叠加成形用CO2激光器在刚粘接的新层上切第三节薄片分层叠加成形⒉特点和成形材料⑴特点：①易于制造大型、实体零件。LOM工艺只需在片材上切割出零件截面的轮廓，而不用扫描整个截面。②零件的精度较高(<0．15mm)。③无需加支撑。工件外框与截面轮廓之间的多余材料在加工中起到了支撑作用。

④成形材料纸张较便宜，运行成本和设备投资较低。

26第三节薄片分层叠加成形⒉特点和成形材料26第三节薄片分层叠加成形⑵成形材料：①成卷的纸（常用）纸的一面事先涂覆一层热熔胶。1)对纸材的要求是应具有：抗湿性稳定性涂胶浸润性抗拉强度2)对热熔胶的要求：应保证层与层之间的粘结强度。常用EVA热熔胶：由EVA树脂、增粘剂、蜡类和抗氧剂等组成。②塑料薄膜作为成形材料（偶尔）。

27第三节薄片分层叠加成形⑵成形材料：27第三节薄片分层叠加成形⒊LOM分层叠加成形设备和应用⑴设备组成：①激光系统②走纸机构③X、Y扫描机构④Z轴升降机构⑤加热辊等组成。⑵应用：制作汽车发动机曲轴、连杆、各类箱体、盖板等零部件的原形样件。

28第三节薄片分层叠加成形⒊LOM分层叠加成形设备和应用28第三节薄片分层叠加成形29第三节薄片分层叠加成形29第四节熔丝堆积成形熔丝堆积成形(FDM—FusedDepositionModeling)工艺由美国学者Dr．ScottCrump于1988年研制成功，并由美国Stratasys公司推出商品化的机器。⒈熔丝堆积成形—FDM工艺原理FDM工艺是利用热塑性材料的热熔性、粘结性，在计算机控制下层层堆积成型。30第四节熔丝堆积成形熔丝堆积成形(FDM—第四节熔丝堆积成形

材料先抽成丝状，通过送丝机构送进喷头，在喷头内被加热熔化，喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，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，层层堆积成型。

31第四节熔丝堆积成形材料先抽成丝状，通过送丝机构送第四节熔丝堆积成形⒉特点和成形材料⑴特点：①使用、维护简单，成本较低。②用蜡成形的零件原型，可以直接用于失蜡铸造。③用ABS工程塑料制造的原型因具有较高强度而在产品设计、测试与评估等方面得到广泛应用。⑵成形材料：成形材料支撑材料成形材料是FDM工艺的基础，FDM工艺中使用的材料除成形材料外还有支撑材料。32第四节熔丝堆积成形⒉特点和成形材料32第四节熔丝堆积成形①成形材料常用ABS工程塑料丝作为成形材料。要求：熔融温度低(80-120℃)粘度低粘结性好收缩率小。1)粘度：影响材料