《快速制造技术及应用》全套教学课件

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快速制造技术及应用全套可编辑PPT课件第1章快速制造技术入门第8章快速制造技术的发展第2章快速成形技术的应用第9章企业典型案例第3章基于固化快速成形技术的产品制作第4章基于分层实体制造快速成形技术的产品制作第5章基于选择性激光烧结快速成形技术的产品制作第6章基于熔融沉积快速成形技术的产品制作第7章基于三维打印快速成形技术的产品制作163第1章

快速制造技术入门1.1快速成形技术入门1.2快速模具制造技术入门1.3快速成形技术的发展现状1.1快速成形技术入门过渡页

TRANSITIONPAGE1.1快速成形技术入门1.1.1快速成形技术的含义

快速成形技术，是一种借助于计算机辅助设计，或者实体反求方法采集得到有关原形或零件的几何形状、结构和材料的组合信息，从而获得目标原形的概念并以此建立数字化描述模型，然后将这些信息输入到计算机控制的光、机、电集成的快速成形制造系统，通过逐点、逐面进行材料的“三维堆积”成形，再经过必要的后处理，使其在外观、强度和性能等方面达到设计要求，达到快速、准确地制造原形或实际零件、部件，而无需传统的机械加工和模具的技术。1．快速成形技术1.1快速成形技术入门1.1.1快速成形技术的含义

快速原形是能基本代表零部件性质和功能的试验件，其表面质量、色彩等方面可具有零部件的特征，但不具备或者不完全具备零部件的功能。原形一般数量较少，主要用于实体观察、分析、实验、校核、展示、直接或间接制造模具。

原形制造是设计、建造原形的过程。原形可以由两种方法得到：一种是利用已有的知识和技术，按目标要求进行设计、加工，或由设计者利用CAD/CAM系统，通过构想在计算机上建立原形的三维数字模型并加工成实物；另一种则是通过反求技术实现，即由用户提供一个实物样品，原封不动或经过局部修改后得到这个样品的复制品或仿制品。2．快速原形1．成形方法的分类

去除成形是利用分离的方法，按照要求把一部分材料有序地从机体上分离出去而成形的加工方式。传统的车、铣、刨、磨等加工方式都属于去除成形。去除成形是目前制造业最主要的成形方式。

受迫成形是利用材料的可成形性，在特定的外围约束下成形的方法。传统的铸造、锻造、注塑和粉末冶金等均属于受迫成形。目前，受迫成形还未完全实现计算机控制，多用于毛坯成形和特种材料成形等。

添加成形是利用各种机械的、物理的、化学的等手段通过有序地添加材料来得到零件设计要求的方法。它可以快速制造出任意复杂程度的零件，是一种非常有前景的新型制造技术。

生长成形是利用生物材料的活性进行成形的方法，自然界中生物个体的发育均属于生长成形，“克隆”技术是在人为系统中的生长方式。随着活性材料、仿生学、生物化学、生命科学的发展，它将会得到很大的发展和应用。去除成形受迫成形添加成形生长成形1.1.2快速成形技术的原理表1-1各种成形方法比较项目去除成形受迫成形添加成形材料利用率产生切屑，材料利用率低产生工艺废料，如浇冒口、飞边等材料利用率高，大多数工艺可达100%产品精度与性能通常为最终成形，精度高多用于毛坯制造，属于近净成形范畴属于净成形范畴，精度较好制造零件的复杂程度受刀具或模具等形状限制，无法制造太复杂的曲面和异形深孔等受模具等工具的形状限制，无法制造太复杂的曲面可制造任意复杂形状的零件

快速成形技术属于添加成形，是一种材料累加法的制造技术。这种材料累加制造技术从制造的全过程可以描述为离散/堆积。通过离散可获得堆积的顺序和方式，通过堆积可将材料构成三维实体。通俗地说，快速成形技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成形机，将一层层的材料堆积成实体原形。

首先需要设计一个三维CAD模型输入到计算机，或者通过三维反求得到一个三维实体模型直接输入到计算机；

然后计算机处理系统将得到的三维模型以一定的高度分层，得到每层二维平面图形的信息（离散）；

计算机控制系统把从模型中获得的几何信息与成形参数信息相结合，转换为控制成形机工作的数控（简称NC）代码，加工得到不同层的平面样件，同时将二维平面样件有规律地、精确地叠加起来（堆积），从而构成三维实体零件。2．快速成形技术的原理

快速成形的工艺过程可以归纳为以下三步，如图1-1所示。图1-1快速成形工艺流程图前处理1产品三维模型的构建利用CAD直接构建利用逆向工程构造三维模型三维模型的面型化处理ASCII明码格式二进制格式三维模型的切片处理间隔越小，成形精度越高，但成形时间就越长，效率就会越低分层叠加成形2扫描各截面轮廓信息将各层黏结得到原形产品后处理3取出原形件进行工件的等处理，降低表面粗糙度进一步提高其强度剥离、后固化、修补、打磨、抛光、涂挂或放入高温炉进行烧结1.1快速成形技术入门1.1.3快速成形技术的特点及分类

快速成形技术与传统的加工方法相比，快速成形技术具有如下特点：

高度柔性。成形过程无需专用工具和夹具，可以制造任意复杂形状的三维实体。

CAD模型直接驱动，CAD/CAM一体化，无需人员干预或较少干预，是一种自动化的成形过程。

成形过程中信息过程和材料过程一体化，可成形非均质并具有功能梯度的材料。

成形快速，适合于现代激烈竞争的产品市场。

技术高度集成。快速成形是计算机、数控、激光、新材料等技术的高度集成。1．快速成形技术的特点1.1快速成形技术入门1.1.3快速成形技术的特点及分类2．常见快速成形技术（1）立体光固化成形

立体光固化（简称SLA）又称液态光敏聚合物选择性固化。该技术是目前世界上研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的快速成形实用化技术。它以光敏树脂为原材料，计算机控制紫外激光按零件的各分层截面信息在光敏树脂表面进行逐点扫描，使被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成一个模型的薄层。一层固化完毕后，工作台下移一个距离，以使在原先固化好的表面再敷上一层新的液态树脂，然后进行下一层的扫描加工。新固化的一层牢固地黏结在前一层上，如此反复直到整个原形制造完毕。（1）立体光固化成形

SLA技术的常用原料是热固性光敏树脂，主要用于制造各种模具和模型等。还可以通过在光敏树脂中加入其他的材料成形，用制造出的原形代替熔模精密铸造中的蜡模等。这种方法的优点是精度高，一般可达±0.1mm甚至更高，表面质量好，原材料利用率将近100%，能制造形状特别复杂、精细的零件。缺点是成形材料较脆，加工零件时需制作支撑。另外，成形过程中材料发生相变，因此不可避免地使聚合物收缩产生内应力，从而引起制件的翘曲和其他变形。（2）分层实体制造

分层实体制造（简称LOM）又称薄型材料选择性切割。采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等，片材表面事先涂覆上一层热熔胶。加工时，首先在基板上铺一层薄形材料（如纸），然后用一定功率的CO2激光器在计算机的控制下按分层信息切出轮廓，同时将非零件部分按一定的网格形状切成碎片以便去除，加工完一层后，再铺上一层薄形材料，用热辊碾压，使新铺上的一层在黏接剂的作用下黏在已成形体上，再切割该层的形状，如此反复直至加工完毕。最后去除切碎的多余部分，便可得到完整的零件。（2）分层实体制造

这种方法的优点是无需制作支撑，激光只做轮廓扫描，成形效率高，运行成本低；在成形过程中无相变，残余应力小，不存在收缩和残余变形，制件的几何尺寸稳定性好。缺点是材料利用率低，表面质量不是很好，后处理难度大，尤其是中空零件的内部残余废料不易去除。（3）选择性激光烧结

选择性激光烧结（简称SLS）采用CO2激光器，使用的材料为粉末材料。加工时，首先将粉末预热到稍低于其熔点的温度，然后在刮平辊子的作用下将粉末铺平。CO2激光束在计算机控制下根据分层截面信息进行有选择地烧结，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就可以得到一个烧结好的零件。

这种方法的优点是无需支撑，成形的零件机械性能好，强度高。缺点是粉末比较松散，烧结后精度不高，尤其是成形高度方向的精度较难控制。（4）丝状材料选择性熔覆

丝状材料选择性熔覆（简称FDM）这是一种不使用激光器的方法，技术关键在于喷头的设计。在计算机控制下，喷头沿零件形状和轮廓轨迹运动，同时将融化的材料挤出，材料迅速凝固，并与周围的材料凝结。

这种方法的优点是成形零件的机械性能好，有一定强度，成形材料便宜，无气味。缺点是精度不高，精细结构不易制作。（5）三维打印技术

三维打印技术（简称3DP）又称为三维印刷。采用三维立体成形，如陶瓷粉末、金属粉末、石膏粉末等粉末材料及一些热熔或者光固化树脂等。通过喷头用黏结剂将零件的截面打印在材料粉末上面，或者将成形树脂一层一层喷出，分别固化黏结成形，其成形过程是将各个二维截面重叠黏结成为一个三维实体。

这种方法速度快，适合制造复杂形状的零件，可用于制造复合材料或非均匀材料的零件，可制造小批量零件，也可制造复杂形状零件，无污染。3DP是目前快速成形技术研究的热点之一，应用前景十分广阔。1.1快速成形技术入门1.1.3快速成形技术的特点及分类

除了以上常见的几种快速成形技术之外，市场上还有以下几种：

掩膜光刻成形技术

弹道微粒制造技术

三维焊接成形技术

数码累积成形技术

除此之外，还有热致聚合，全息干涉制造、光束干涉固化等技术都有一定的应用。3．其他快速成形技术

掩膜光刻成形技术（也称立体光刻，简称SGC）用激光束或X射线通过一个光掩膜，照射树脂成形。光掩膜上的图形是掩膜机在模型片层参数的控制下，利用电传照相技术在平板玻璃上调色或静电喷涂制成的原形零件截面图形，激光或X射线可透过掩膜。SGC法采用2kW高能紫外激光器，成形速度快，可省去支撑结构，SGC法的精度可达到±0.1%。（1）掩膜光刻成形技术（2）弹道微粒制造技术

弹道微粒制造技术（简称BPM）成形原理如图1-3所示。它用一个压电喷射系统来沉积熔化了的热塑性塑料的微小颗粒，BPM的喷头安装在一个5轴的运动机构上，对于零件中悬臂部分，可以不加支撑，而“不联通”的部分要加支撑。图1-3弹道微粒制造工艺原理（3）三维焊接成形技术

三维焊接成形技术（简称TDW，又称熔化成形）采用现有各种成熟的焊接技术和焊接设备，用逐层堆焊的方法制造出全部由金属组成的零件。

数码累积成形技术（简称DBL，又称喷粒堆积）利用计算机分割三维造型体而得到空间一系列一定尺寸的有序点阵，借助三维制造系统按照指定路径在相应的位置喷出可迅速凝固的流体或布置固体单元，逐点、线、面完成黏结并进行后处理完成原形制造。（4）数码累积成形技术1.2快速模具制造技术入门过渡页

TRANSITIONPAGE1.2快速模具制造技术入门快速模具制造技术快速模具的分类及特点1.2.11.2.2

快速成形技术（RP）制作的原形在很多情况下由于材料的限制，还不能替代最终的真实产品。例如，在新产品功能检验、投放市场试运行以及小批量生产等，仍需要由实际材料制造的产品。因此，便产生了利用快速原形作母模来翻制模具并生产实际材料产品的方法，这就是基于快速成形的快速模具制造技术（简称RT，又称快速制模技术）。1.2.1快速模具制造技术1.2.1快速模具制造技术

多品种小批量的现代生产模式要求模具制造能保证新产品快速生产，快速经济的模具显得越来越重要。与传统的数控加工模具方法相比，用RT技术制造模具的周期和费用都降低约1/3～1/10，经济效益显著。

目前，由于传统模具制作过程复杂、耗时长、费用高，由于基于快速成形技术的快速模具制造技术具有明显的优势，已经发展成为新产品研发的主要技术手段之一。

利用快速成形技术得到的快速原形，结合硅橡胶模具、金属冷喷涂、精密铸造、电铸、离心铸造等方法生产产品模具，从而快速得到最终产品零件。也可利用快速原形直接或间接制得EDM电极，用电火花生产产品模具。在有些情况下，快速原形也可以直接作为模具使用。

基于RP的快速模具方法如图1-4所示，基于RP原形母模一次转换浇筑方法制作样件或成形模具的工艺流程如图1-5所示。1.2.1快速模具制造技术图1-4基于快速原形的快速模具制造方法图1-5基于RP原形的一次转换浇注法制模工艺流程间接制模法直接制模法快速模具制造方法

直接制模法是直接采用快速成形技术制作模具，在各种快速成形技术中能够直接制作金属模具的是选择性激光烧结法（SLS法）。用这种方法制造的钢铜合金注射模，寿命可达5万件以上。但此法在烧结过程中材料发生较大收缩且不易控制，故难以快速得到高精度的模具。

目前，基于快速成形技术快速制造模具的方法多采用间接制模法。间接制模法指利用快速原形间接地翻制模具。依据材质不同，间接制模法生产的模具一般分为软质模具和硬质模具两大类。1.2.2快速模具的分类及特点

软质模具因其所使用的软质材料（如硅橡胶、环氧树脂等）有别于传统的钢质材料而得名，由于其制造成本低和制作周期短，因而在新产品开发过程中作为产品功能检测和市场试运行以及国防、航空等领域的单件、小批量生产方面受到高度重视，尤其适合于批量小、品种多、改型快的产品生产。目前，软质模具制造方法主要有硅橡胶快速制模法、金属电弧喷涂快速制模法、金属树脂快速制模法等。

软质模具生产制品的数量一般为50～5000件，对于上万件乃至几十万件的产品，仍然利用传统的钢质模具进行生产。硬质模具指的就是钢质模具，利用快速原形技术制作钢质模具的主要方法有熔模铸造法、电火花加工法、陶瓷型精密铸造法等。光固化快速模具粉末材料选择性烧结快速模具激光粉末熔覆近净成形快速模具分层实体制造快速模具三维打印快速模具其他方法直接制模法

直接制模法不用RP原形样件，也不依赖于传统的模具制作工艺，直接用快速原形件作为模具。其优点是工艺流程短，模具成形更加快捷，工艺过程更易控制，直接制造金属模具成为最被看好的现代制造技术，是快速模具制造技术所追求的目标。直接制模法的缺点是单件模具制造成本较高，适用于样件制作。目前常用的直接制模法有：SLA、SLS、LENS、LOM、3DP、DMLS等制模方法。Q

②ACES。ACES是一种以环氧树脂基光敏树脂为原料在SLA设备上成形的方法。ACES用密集激光束过量扫描待成形表面，即激光束扫描间距很小，甚至部分重合，同时照射非常均匀，从而使得制作的成形件精度和表面质量在目前所有RP方法中是最好的，因此常用ACES制造模具所用的母模。用ACES直接制造注射模的型腔或型芯，也达到了非常好的效果，可用于注射多种热塑性的塑料，甚至可注射研磨性的塑料，寿命达200件，造价也不高，制造周期一般在2周左右。

①光固化快速原形。在目前已有的快速原形制造方法中，光固化快速原形（SLA）的尺寸精度和表面质量是最高的。在光固化快速原形设备上采用专门材料可以直接制造模具，可用常温固化的热固性塑料浇注成形、石蜡模型成形和部分聚合物注射成形。基本方法是根据制品结构设计出模具的CAD模型，按照快速原形制造方法制造模具。（1）光固化快速模具

直接金属激光烧结（简称DMLS）工艺是德国EOS公司基于SLS工艺开发的一种新型模具直接制造技术，不用中间黏结剂而直接烧结金属粉末，所制造出的模具密度接近纯合金材料的密度。DMLS模具不必再进行后期的高温烧结和渗铜，但需在表面渗入一层高温环氧树脂，目前模具的精度达0.05mm，用于注射模能注射出高达1.5万件的塑件，用于压铸模可以铸造几百件金属零件。

快速模具直接制造最成功的快速成形工艺是粉末材料选择性烧结（SLS）。首先用高能激光选择性地将粉末烧结为层片，逐层烧结后，将未烧结的松散粉末除去，然后再经过高温烧结及渗铜后即可作为模具使用。该方法在小型注射模和吹塑模上已成功应用。（2）粉末材料选择性烧结快速模具

不过，由于热应力的影响和缺乏支撑材料，制造的模具在表面粗糙度值和尺寸精度方面尚不能满足大部分模具的要求，限制了LENS工艺在模具制造领域的应用。

激光粉末熔覆近净成形（简称LENS）是一种基于激光熔覆技术的快速金属零件和模具制造工艺，成形零件组织致密，具有明显的快速熔凝特征，力学性能高，并可实现非均质和梯度材料零件和模具的制造。（3）激光粉末熔覆近净成形快速模具

由于金属片的黏结温度和环境温度难以协调和控制，金属片经过加热、黏结和冷却很容易发生扭曲，模具成形质量不是很高。

分层实体制造（LOM）工艺是用加热辊和激光束对背面涂有热熔胶的薄片材料（纸、塑料、金属等）进行逐层黏结和切割，以形成模具的各层截面轮廓，最终制成模具。（4）分层实体制造快速模具

三维打印（3DP）工艺利用黏结剂喷头有选择地喷涂黏结剂，使金属粉末如不锈钢、碳化钨等黏结成截面轮廓，一层层黏结形成三维形状，这种低密度的成形件再经过高温烧结和渗铜处理，便可得到致密度达92%以上的金属实体，对其表面进行抛光打磨处理后就可作为模具零件使用。（5）三维打印快速模具

形状沉积制造（简称SDM）快速成形工艺，结合了材料增长和材料去除两种成形方法。首先微滴金属液根据CAD模型的二维层片信息沉积为实体层片，然后通过数控加工形成精确尺寸和形状的层片，每一层的制作过程都是一个结合微型铸造和数控加工的工艺过程，这种生产工艺在大型模具快速制造方面有广阔的发展前景。

快速模具直接制造的工艺还有激光选区熔化（简称SLM）、电子束选区熔化（简称EBSM）、电子束自由成形（简称EBF）等，这些工艺都是利用高能量使粉末材料选择性熔化而形成金属零件的。（6）其他方法硬质模具软质模具间接制模法

间接制模法是以快速成形件作母模或过渡模具，通过传统的模具制造方法来制造模具。将RP原形作为母模用于传统的模具制造工艺，可明显提高生产率。依据材质不同，间接制模法生产出来的模具一般分为软质模具和硬质模具两大类。尽管直接快速制模法的工序少，但是模具精度和性能很难满足要求，而间接制造方法是快速原形和传统成形工艺的结合，可以根据模具的应用要求选择不同复杂程度和成本的配合工艺，模具的精度、表面质量、材质要求和力学性能等更接近实际应用情况，因此目前多使用快速模具间接制造方法。软质模具硅橡胶浇注法

硅橡胶浇注法制作的模具由于具有良好的柔性和弹性，能够制作出结构复杂、花纹精细、无拔模斜度或倒拔模斜度以及具有深凹槽的零件，因而备受关注。硅橡胶软质模具的寿命一般为20～50件。树脂浇注法

硅橡胶模具仅仅适用于较少数量零件的生产，如果零件数量较大时，则可用快速原形翻制环氧树脂模具。树脂浇注法制作模具工艺简单、成本低、模具本身传热性能好、强度高并且型面不用加工，适用于注塑模、板料拉深模、吸塑模及聚氨酯发泡成形模等。环氧树脂模具的寿命不小于300件。金属喷涂法

金属喷涂法是以RP原形作基体样模将合金或低熔点合金喷涂到样模表面上形成金属薄壳，然后背衬充填复合材料而快速制作模具的方法。金属喷涂法工艺简单、周期短，型腔及其表面精细花纹可一次成形，耐磨性好，尺寸精度高。电铸制模法

电铸制模法的原理、过程与金属喷涂法类似。它是采用电化学原理，通过电解液使金属沉积在原形表面，背衬其他填充材料来制作模具的方法。电铸法制作的模具复制性好而且尺寸精度高，适合精度要求较高、形态均匀一致和形状花纹不规则的型腔模具，如人物造型模具、儿童玩具和鞋模等。陶瓷型精密铸造法电火花加工法熔模精密铸造法

在批量生产钢质模具时可采用熔模精密铸造。几乎所有的快速原形都可以作为熔模精密铸造的母模。

对于单件或小批量钢质模具的生产可采用陶瓷型精密铸造法。其工艺过程为：快速原形作母模→浸挂陶瓷砂浆→在焙烧炉中固化模壳→烧去母模→预热模壳→浇注钢模型腔→型腔表面抛光。

电火花加工法是利用快速原形制作电极，然后利用电火花加工制作钢模，其制作过程一般为：快速原形→三维砂轮→石墨电极→钢模。硬质模具

拉深是一种冲压工艺。用传统切削的加工方法制作拉深模具时周期长、成本高，借助快速成形法制作这种拉深模可以降低成本、缩短周期。拉深模通常由凸模和凹模组成，为了试制或小批量生产大型拉深件，常常采用一些简易非钢质模具。例如低熔点合金模、锌基合金模、聚氨酯橡胶模、环氧树脂模等。

在上述简易非钢质拉深模制作技术的基础上，快速成形进一步发展了拉深模制作方法。常见的有RP基金属面拉深模、RP母体制作环氧树脂拉深模、RP母体制作硬拉深模、用陶瓷砂型浇注金属拉深模、用陶瓷壳砂型浇注金属件直接用作拉深模等。①砂型铸造用模的快速制造。②熔模铸造用模的快速制造③实型铸造用模的快速制造④低熔点金属离心铸造用模的快速制造。其他快速模具制造技术拉深模具的快速制造技术铸造模具的快速制造技术1.3快速成形技术的发展现状过渡页

TRANSITIONPAGE1.3.1快速成形技术在国内外的发展现状1.3快速成形技术的发展现状1.3.2快速模具技术在国内外的发展现状1．快速成形技术在国外的发展2．快速成形技术在国内的发展1．快速模具技术在国外的发展2．快速模具技术在国内的发展010203

快速成形技术是一种用材料逐层或逐点堆积出制件的制造方法。分层制造三维物体的思想雏形，最早出现在制造技术并不发达的19世纪。早在1892年，Blanther主张用分层方法制作三维地图模型。1979年东京大学的中川威雄教授，利用分层技术制造了金属冲裁模、成形模和注塑模。光刻技术的发展对现代RP技术的出现起到了催化作用。20世纪70年代末到80年代初期，美国3M公司的AlanHebert（1978年）、日本的小玉秀男（1980年）、美国UVP公司的CharlesW.Hull（1982年）和日本的丸谷洋二（1983年），在不同的地点各自独立地提出了RP的概念，即利用连续层的选区固化产生三维实体的新思想。CharlesW.Hull在UVP的继续支持下，完成了一个能自动建造零件的完整系统SLA―1，1986年该系统获得专利，这是RP发展的一个里程碑。

同年，CharlesW.Hull和UVP共同建立了3DSystems公司，随后许多关于快速成形的概念和技术在3DSystems公司中发展成熟。与此同时，其他的成形原理及相应的成形机也相继开发成功。1.3.1快速成形技术在国内外的发展现状1．快速成形技术在国外的发展040506

1984年MichaelFeygin提出了分层实体制造（LOM）的方法，并于1985年组建Helisys公司，1990年前后开发了第一台商业机型LOM―1015。1986年，美国Texas大学的Deckard提出了选择性激光烧结（SLS）的思想，稍后组建了DTM公司，于1992年开发了基于SLS的商业成形机。ScottCrump在1988年提出丝状材料选择性熔覆（FDM）的构想并于1992年开发了第一台商业机型3D―Modeler。

自从80年代中期SLA成形技术发展以来到90年代后期，出现了十几种不同的快速成形技术。目前快速成形技术占主导地位的是3DP、SLA、LOM、SLS和FDM五种技术。

三维打印技术（3DP）的学名是增材制造，是指将材料一次性熔聚成形的快速制造技术，它以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印并叠加不同形状的连续层方式来构造三维的任何物体。

目前，美国、欧洲和日本都站在21世纪制造业竞争的战略高度，对快速成形技术投入了大量的研究，使3DP得到了迅速发展。3DP的热潮正席卷全球，受到媒体和资本市场的热捧。目前，人们利用3DP技术成功研制出多种产品，已经可以用3DP技术来制造零件零件。

在精度控制上，目前，3DP已经能够在0.01mm的单层厚度上实现600dpi的精细分辨率，在打印速度上可实现25mm/h的垂直速率，并可实现24位色彩的彩色打印。1.3.1快速成形技术在国内外的发展现状1．快速成形技术在国外的发展

我国RP研究工作起步于20世纪90年代初，早期以技术引进为主。

我国最早在RP技术方面开展工作的单位有清华大学、西安交通大学、华中科技大学和北京隆源自动成形系统有限公司。这些单位早期在开发系统设备方面各有侧重，其中，清华大学以FDM和LOM为主，西安交通大学以SLA为主，北京隆源自动成形系统有限公司以SLS为主，华中科技大学以LOM为主。

从1991年开始，清华大学在国家的支持下开始进行RP技术研究，1994年开发成功LOM样机，到1997年就向市场推出商品化的LOM成形设备。目前，已完成对LOM设备进行的系列化的开发，同时还成功地推出了商品化的SLS设备。该校还利用覆膜技术快速制造铸模，翻制出了铝合金模具和铸铁模块。该校研制的世界上最大的LOM双扫描成形机，已投入使用。研制的多功能快速造型系统MRPMS已打入国际市场；自主开发的大型挤压喷射成形RP设备（SSM21600SSM）成形尺寸已达1600mm×800mm×750mm，居世界之首。

西安交通大学多年来一直致力于SLA的成形材料和设备的国产化，并因此获2000年度国家科技进步二等奖和教育部科技进步一等奖。2．快速成形技术在国内的发展1.3.1快速成形技术在国内外的发展现状

目前，部分国产RP设备已接近或达到美国公司同类产品的水平，我国已初步形成了RP设备和材料的制造体系。

在国家的支持下，我国已在深圳、天津、上海、西安、南京、重庆等地建立了一批向企业提供RP技术的服务机构，推动RP技术在我国的广泛应用，使我国RP技术的发展走上了专业化、市场化的轨道，为国民经济的发展作出了贡献。

同时，国内多所高校开展了3DP技术的自主研发。西安交通大学自主研发的三维打印机喷头和光固化成形系统及相应成形材料，成形精度达到0.2mm；中国科技大学研制的八喷头组合喷射装置，有望在微制造、光电器件领域得到应用。2012年10月，由亚洲制造业协会、北京航空航天大学、清华大学等科研机构和企业共同发起的中国3DP技术产业联盟正式宣告成立。中国3DP技术联盟是目前为止全球首家3DP产业联盟，标志着中国从事3DP技术的科研机构和企业从此改变单打独斗的不利局面，有利于尽快建立行业标准。2．快速成形技术在国内的发展1.3.1快速成形技术在国内外的发展现状3D打印技术有待提高

近年来，在深圳、南京、北京、江苏等地的企业已实现了3D打印机的整机生产和销售，这些企业共同的特点是由海外归国团队建立，规模较小，产品技术与国外厂商同类产品相比尚处于低端。

目前，国产3D打印机在打印精度、打印速度、打印尺寸和软件支持等方面还难以满足商用的需求，技术水平有待进一步提升。在服务领域，我国东部发达城市已有企业应用进口3D打印设备开展商业化的快速成形服务，其服务范围涉及模具制作、样品制作、辅助设计、文物复原等多个领域。2．快速成形技术在国内的发展1.3.1快速成形技术在国内外的发展现状1.3.2快速模具技术在国内外的发展现状日本美国、加拿大

RP技术快速制造模具德国3DP工艺1．快速模具技术在国外的发展

日本三菱商社推出的MRM快速制模系统，能将原形直接转换成模具，尺寸精度高、制模成本低，时间短，所制造的模具主要用于塑料件加工。

美国、加拿大的公司联合，研究将快速成形技术应用于快速模具制造，已成功地生产出锻模、注塑模、钣金冲压模以及精密铸件的铸模。

美国艾奥瓦州立大学提出了一种利用RP技术快速制造模具的新工艺，利用快速成形技术快速制造出一种薄壁壳型，然后浇入熔融的蜡制成实心模用来进行砂型铸造生产异型铜电极，最后用该电极对金属坯料进行电火花加工（简称EDM）加工，从而生产出难以用一般方法生产的高强度钢模。德国EOS公司于1998年推出EOSINTM250型SLS工艺成形系统，可以用来直接烧结金属粉末成形零部件，后来推出的EOSINTM270型快速成形系统可以成形250mm×250mm×215mm的金属模具；而EOSINTM25O型能成形250mm×250mm×185mm的金属模具，其成形速度可达2～20mm3/s。3DP工艺类似喷墨打印机，铺粉装置将一层粉末铺在基底或前一层粉末上面，通过喷头在粉末上喷射固化结合剂，层层堆积形成三维实体，经过烧结、浸渗，得到最终的模具。采用麻省理工学院的3DP技术直接制造的模具零件的密度相当于相应零件普通材料理论密度的60%，强度低于铸件，而且精度和表面质量较差。2．快速模具技术在国内的发展

在基于快速成形技术的快速模具制造技术领域，我国也取得了进展。

西安交通大学开发的石墨电极研磨机（GET―500A），已实现由CAD模型→原形→整体石墨电极→钢质模具的工程服务。上海交通大学开发的铸造模样计算机辅助快速制造系统，已成功应用于汽车行业的模具制造。清华大学开展的大型陶瓷型技术、尺寸凝固模拟技术等的研究工作也取得了进展。北京、深圳的企业建立的RP服务中心可用多种方法为企业制作了精密铸模。此外，深圳的企业引进金属冷喷涂制模机和快速石墨电极研磨机，以原形为母模制作金属模具。谢谢观看PPT模板下载：/moban/

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快速制造技术及应用第1章快速制造技术入门第8章快速制造技术的发展第2章快速成形技术的应用第9章企业典型案例第3章基于固化快速成形技术的产品制作第4章基于分层实体制造快速成形技术的产品制作第5章基于选择性激光烧结快速成形技术的产品制作第6章基于熔融沉积快速成形技术的产品制作第7章基于三维打印快速成形技术的产品制作第2章

快速成形技术的应用2.1常用快速成形系统的比较与选用2.2快速成形技术的应用范围2.1常用快速成形系统的比较与选用过渡页

TRANSITIONPAGE2.1常用快速成形系统的比较与选用常用快速成形系统的比较2.1.12.1.2常用快速成形系统的选用原则2.1.1

常用快速成形系统的比较常用的快速成形系统的比较有：工艺性能比较，如表2-1所示；优点与缺点的比较，如表2-2所示；各个主要生产厂家生产的快速成形机的性能参数，如表2-3所示。工艺性能比较指标工艺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占有率（%）SLA优优较贵约100%较高高较贵78LOM一般较差较便宜较差较低高较便宜7.3SLS一般一般较贵约100%较高一般较贵6.0FDM较差较差较贵约100%一般较低较便宜6.1表2-1典型快速成形工艺的比较快速成形工艺优点缺点SLA技术成熟、应用广泛、成形速度快、精度高、能耗低工艺复杂、需要支撑结构、材料种类有限、激光器寿命低、原材料价格贵LOM对实心部分大的物体成形速度快、支撑结构包含在层面制造中、内应力和扭曲小、同一工件中可包含多种材料和颜色能耗高、对内部孔腔中的支撑物需要清理、材料利用率低、废料剥离困难、易发生翘曲SLS不需要支撑结构、材料利用率高、材料的机械性能比较好、价格便宜、无气味能耗高、表面粗糙、成形原形疏松多孔、对某些材料需要单独处理FDM成形速度快，材料利用率高、能耗低、工件可包含多种材料和颜色表面粗糙、选用材料仅限于低熔点材料TDP材料选用广泛、可以制造陶瓷模具用于金属铸造、支撑结构包含在层面制造中，能耗低表面粗糙、精度低、需处理（去湿或预加热到一定温度）优点与缺点的比较表2-2快速成形工艺的优点和缺点制造公司型号成形方法采用原材料最大制件尺寸/mm3DSystems（美国）SLA-190液态光敏聚合物选择性固化液态光敏聚合物190×190×250SLA-250250×250×250SLA-250HR250×250×250SLA-350350×350×400SLA-350Millennium350×350×400SLA-500508×508×584SLA-5000Millennium508×508×584SLA-7000508×508×584Actua2100ThermojetSolidObjectprinter热塑性材料选择性喷洒热塑性材料250×190×200250×190×200SONY/D-MEC（日本）SCS-300液态光敏聚合物选择性固化液态光敏聚合物300×300×270SCS1000HD液态光敏聚合物选择性固化液态光敏聚合物300×300×270JSC-2000500×500×500JSC-30001000×800×500TejinSeiki（日本）Soliform-250A250×250×250Soliform-250B250×250×250Soliform-300A300×300×300Soliform-500B300×300×300DenkenEngineering（日本）SLP-400R液态光敏聚合物选择性固化液态光敏聚合物200×150×150SLP-5000220×200×225Meiko（日本）LC-5100液态光敏聚合物选择性固化液态光敏聚合物100×100×100LC-315160×120×100Unirapid（日本）URⅡ-HP1501液态光敏聚合物选择性固化液态光敏聚合150×150×150Kira（日本）PLT-A4纸基片材选择性（热割炬）切割复印纸280×190×200PLT-A3400×280×300各个主要生产厂家生产的快速成形机的性能参数表2-3主要快速成形机的特性参数制造公司型号成形方法采用原材料最大制件尺寸/mmSparxAb（瑞典）Hotplot纸基片材选择性（热割炬）切割纸基片材

西安交通大学

（中国）LPS-600液态光敏聚合物选择性固化液态光敏聚合物600×600×500LPS-350350×350×350LPS-250250×250×300CPS-250CPS-350CPS-500250×250×300350×350×350500×500×600华中理工大学

（中国）HPP-ⅢHHP-ⅡAHHP-Ⅳ薄形材料选择性切割纸基片材600×400×500450×350×3501000×600×500Stratasys（美国）FDM-1650丝状材料选择性熔覆塑料丝/蜡254×254×254FDM-2000254×254×254FDM-8000457×457×609FDM-Quantum600×500×6000GenisysXs305×203×203Helisys（美国）LOM-1015Plus薄形材料选择性切割卷材380×250×350LOM-2030H815×550×508DTM（美国）Sinterstation2000粉末材料选择性烧结塑料粉、金属基/陶瓷基粉φ300×380Sinterstation2500380×330×457SandersPrototype（美国）ModelMakerⅡ热塑性材料选择性喷洒热塑性材料300×150×230Aaroflex（美国）SolidImagerTabletopSllidImeger1SllidImeger2SllidImeger3液态光敏聚合物选择性固化液态光敏聚合物φ152×127300×300×300550×550×550φ890×550ZCorporation（美国）Z-402粉末材料选择性黏结塑料粉、金属基/陶瓷基粉203×250×203BPMTehnology（美国）LENS-750LENS-1500粉末材料选择性黏结金属粉300×300×300457×457×610ProMetal（ExtrudeHone）（美国）RTS-300粉末材料选择性黏结金属粉300×300×250MedModelerLLC（美国）MedModeler粉末材料选择性黏结塑料丝250×250×250Cubital（以色列）Solider4600液态光敏聚合物基填蜡选择性固化（SGC）液态光敏聚合物350×350×350Solider5600500×350×350续表2-3主要快速成形机的特性参数制造公司型号成形方法采用原材料最大制件尺寸/mmEOS（德国）STEREOSDESKTOP液态光敏聚合物选择性固化液态光敏聚合物250×250×250STEREOSMAX-400400×400×400STEREOSMAX-600600×600×600EOSINTM-250粉末材料选择性烧结金属基/陶瓷基粉、塑料粉、金属粉等250×250×150EOSINTP-350340×345×590EOSINTS-700720×380×400F&S（德国）LMS液态光敏聚合物选择性固化液态光敏聚合物450×450×350KINERGY（新加坡）ZIPPYⅠ薄形材料选择性切割卷材380×280×340ZIPPYⅡ1180×730×550ZIPPYⅢ750×500×450清华大学（中国）SSM-500薄形材料选择性切割卷材500×400×400MEM-250丝状材料选择性熔覆塑料/蜡丝250×250×250M-RPMS250薄形材料选择切割和丝状材料选择性熔覆卷材、塑料/蜡丝250×250×250

北京隆源自动成形系统有限公司

（中国）AFS-300AFS-320AFS-320MZAFS-320YS粉末材料选择性烧结塑料粉、金属基/陶瓷基粉φ300×400φ350×400

NTTDATACMET（日本）

SOUP-250GH液态光敏聚合物选择性固化液态光敏聚合物250×250×250SOUP-400400×400×400SOUPⅡ-600GS600×600×500SOUP-850PS600×850×500SOUP-1000GS/GA1000×800×500续表2-3主要快速成形机的特性参数2.1.2常用快速成形系统的选用原则

综合各方面的因素，RP系统的选用原则可归纳如图2-1所示。成形效率扫描速度辅助时间材料材料范围材料性能制件质量制件精度表面粗糙度用途要求制作原形制作功能体激光器激光类型激光功率成本1系统购置费材料成本成本2后处理成本运行成本用户的外部环境了解典型RP系统的种类及特点RP系统选用原则图2-1RP系统选用常用快速成形系统的选用原则1．成形件的用途2．成形件的形状3．成形件的尺寸大小4．成本5．技术服务6．用户环境1．成形件的用途（1）检查和核实形状、尺寸用的样品

此项要求比较简单，绝大多数精度较好的快速成形机均满足要求。（2）性能考核用样品

必须考虑所选快速成形机能否直接或间接制作出符合材质和机械性能要求的工件。（3）模具

快速制模是快速成形技术的主要应用之一，主要有两类方法，直接快速制模法和间接快速制模法。（4）小批量和特殊复杂零件的直接生产

对于小批量和复杂的塑料、陶瓷、金属及其复合材料的零部件，可用SLS方法直接快速成形。（5）新材料的研究

这些新材料主要是指复合材料、功能梯度材料、纳米材料、智能材料等新型材料，这些新型材料一般由两种或两种以上的材料组成，其性能优于单一材料的性能。

对于以上用途（1）～（3）中除个别用途外，采用LOM、SLA、SLS和FDM法均可，用途（4）～（5）采用SLS方法最为合适。2．成形件的形状

对于形状复杂、薄壁的小工件，比较适合用SLS、SLA和FDM快速成形机制作；对于厚实的中、大型工件，比较适合用LOM快速成形机制作。3．成形件的尺寸大小

每种型号的快速成形机所能制造的最大制件尺寸有一定的限制。通常，工件的尺寸不能超过上述限制值。然而，对于薄形材料选择性切割快速成形机，由于它制作的纸基工件有较好的黏结性能和机械加工性能，因此，当工件的尺寸超过机器的极限值时，可将工件分割成若干块，使每块的尺寸不超过机器的极限值，分别进行成形，然后再予以黏结，从而拼合成较大的工件。同样，SLS、SLA和FDM制件也可以进行拼接。（1）设备购置成本（2）设备运行成本（3）人工成本

此项成本包括购置快速成形机的费用，以及有关的上、下游设备的费用。对于下游设备除了通用的打磨、抛光、表面喷镀等设备之外，SLA型快速成形机最好配备后固化用紫外箱，SLS型快速成形机往往还需配备烧结炉和渗铜炉。

此项成本包括设备运行时所需的原材料、水、电、房屋、备件和维护费用以及设备折旧费等。对于采用激光作成形光源的快速成形机，必须着重考虑激光器的保证使用寿命和维修价格。例如，紫外激光器的保证使用寿命为2000h，紫外激光管的价格高达上万美元；而CO2激光器的保证使用寿命为20000h，在此期限之后尚可充气，每次充气费用仅为几百美元，原材料是长期、大量的消耗品，对运行成本有很大的影响。一般而言，用聚合物为原料时，由于这些材料不是工业中大批量生产的材料，因此价格比较昂贵而纸基材料比较便宜。然而，用聚合物（液态、粉末状或丝状）成形时，材料利用率高，用纸成形时，材料利用率较低。

此项成本包括操作快速成形机的人员费用，以及前、后处理所需人员的费用。4．成本（1）保修期（2）软件的升级换代（3）技术研发力量5．技术服务

从用户的角度来看，希望保修期越长越好。供应商应能够免费提供软件的更新换代。

由于RP技术是一项正在发展的新技术，用户在使用过程中难免会出现一些新的问题，若供应商的技术研发力量强，则会很快解决这些问题，从而把用户的损失降低到最低程度。6．用户环境

这是一项非常重要却极容易被忽视的原则，因为对大多数企业来说，想迅速应用RP技术尚存在一定障碍，因RP设备技术含量高，购买、运行、维护费用较高，一些效益较好的大中型企业尽管具有经济技术实力，但对适合于不同产品对象的众多RP成形机和单个企业相对狭窄的应用范围及较小的工作量，许多人往往感到无所适从。社会上众多的中小企业一则受经济条件制约，二则自身RP制件工作量小，三则自身RP技术力量薄弱，想上RP设备时心有余而力不足，在这种情况下，有条件、有能力购买RP设备的企业，既要考虑自身的需要，又要考虑本地区用户的需求，为其服务，使设备满负荷运转，充分发挥设备的潜能。总结

总之，用户在使用或购买快速成形机时，要综合各种因素，初步确定所选择的机型，然后对设备的运行状况和制件质量进行实地考察，综合考虑制造商的技术服务和研发力量等各种因素，最后决定购买那家制造商的快速成形系统。2.2快速成形技术的应用范围过渡页

TRANSITIONPAGE2.2.12.2.22.2.32.2.42.2.52.2.62.2.7在产品设计中的应用在快速模具中的应用在精密铸造中的应用在汽车行业中的应用在医学领域的应用在仿生学中的应用在艺术领域的应用2.2快速成形技术的应用范围2.2.1在产品设计中的应用

快速成形制造技术自出现以来，以其显著的时间效益和经济效益得到制造业的广泛关注，并迅速成为高校和研究机构研究的热点，涌现出了多种快速成形制造技术方法和相应的商品化硬件及软件，如三维扫描仪、快速成形机、三维打印机、三坐标测量机、逆向工程软件、点云处理软件、三维检测软件等。近年来以三维打印技术为热点的快速成形制造技术更是成为行业和产业追捧的对象，与此同时也出现了专门从事商品化快速成形设备、快速成形、快速模具制造技术支持与服务的机构，极大地促进了快速成形与快速模具制造技术的推广与应用，为机械行业、汽车行业、电子行业、医疗行业及相关行业带来了显著的经济效益和竞争优势。

据统计，对RP模型需求的行业如图2-2所示。从图2-2可以看出，日用消费品和汽车两大行业对RP的需求占整体需求50%以上。图2-2对RP模型需求的行业

据统计，对RP模型需求的目的如图2-3所示。从图2-3可以看出RP模型的主要需求目的和用途。设计可视化、装配检验与功能模型仍然占据着RP模型的主要需求，而另一主要应用领域就是快速模具母模制造的需求。图2-3对RP模型需求的目的2.2.1在产品设计中的应用

现代产品的设计与制造已经依托于计算机软硬件技术和数控技术与装备进行了CAD/CAM/CAE的高度集成，显著提高了产品开发的效率和质量。然而，从CAD到CAM一直以来都存在着一个缝隙，即产品的CAD总不能在CAM之前尽善尽美。快速成形制造技术的出现，正好填补了产品CAD与CAM之间的这个缝隙，实现了产品设计模型与加工的完美对接，正因为如此，RP模型的早期应用主要集中在产品设计阶段的外观评估、装配与功能检验方面，而且这些方面的应用至今仍然占有较大的比例。

计算机软硬件技术的发展使传统的图纸式设计走向现代化的三维数字概念设计。尽管目前造型软件的功能十分强大，但设计出来的概念模型仍然停留在计算机屏幕上，处于只能看不能摸的状态，概念模型的实物存在感是设计人员修改和完善设计十分渴求而又十分必要的。有人比较形象化地形容，快速成形系统相当于一台三维打印机，能够迅速地将CAD概念设计的物理模型非常高精度地“打印”出来。这样，在概念设计阶段，设计者就有了初步设计的物理模型，借助于物理模型，设计者可以比较直观地进行进一步的优化设计，大大提高了产品设计的效率和质量。如设计者可以进行模型的实际装配和模型的感观评价，根据成形或零件评价设计优劣，并加以修正，如图2-4所示。1．模型、零件的感官评价图2-4模型概念设计可视化

随着人们生活水平的提高，人们对于产品的需求不再停留在使用功能层面，对于物品的审美和艺术感受要求更高，新产品的开发总是从外形设计开始的，外形是否美观和实用往往决定了该产品在市场中的竞争优势。传统加工方法中，二维工程图在设计加工和检测方面起着重要作用。通常是先根据设计师的想法，绘制出效果图及手工模型，经评审后再进行后续详尽设计。但由于二维工程图或三维观感图不够直观，表达效果受到很大限制，而手工制作模型又费时费力，精度又低，也不便于进行修改。

快速成形制造技术能够迅速地将设计师的设计思想变成三维实体模型，既可节省大量的时间，又能精确地体现设计师的设计理念，为产品评审决策工作提供直接、准确的物理模型，减少了决策工作中的不正确因素。1．模型、零件的感官评价

利用快速成形制造技术制作的样件能够使用户直观地了解尚未投入批量生产的产品外观及其性能并及时作出评价，同时对产品的不良之处进行及时改进，大大缩短了产品的开发周期，为产品的销售创造有利条件和避免由于盲目生产造成的损失。同时，投标方在工程投标中采用样品，可以直观、全面地提供评价依据，为中标创造有利条件。2．结构设计验证和装配校核

在产品开发与设计过程中，由于设计手段和其他条件的限制，每一项设计都可能存在着一些人为的设计缺陷。如果未能及早发现，就会影响后续工作，造成不必要的损失，甚至会导致整个设计的失败，并且使产品的设计周期大大延长，失去占领市场的先机。使用快速成形制造技术可以将这种人为的影响减少到最低，大大提高产品的设计质量和设计效率。快速成形制造技术由于成形时间短、精度高，可以在设计的同时制造高精度的模型，及时反映设计者的设计理念，使设计者能够在设计阶段对产品的整体或局部进行装配和综合评价，发现产品潜在的质量缺陷和不合理因素，进而及时修正设计。因此，快速成形制造技术的应用可把产品的设计缺陷消灭在设计阶段，最终提高产品整体的设计质量。

某汽车用于外观评估的经过喷漆等处理的RP模型如图2-5所示。2．结构设计验证和装配校核图2-5某汽车用于外观评估的RP模型

进行装配校核、干涉检查等对新产品开发，尤其是在有限空间内的复杂、昂贵系统（如卫星、导弹）的可制造性和可装配性检验尤为重要。

如果一个产品的零件数量众多而且形状结构复杂就需要做总体装配校核，避免产品的各零件间存在干涉，影响装配或使用性能。在投产之前，先用快速成形制造技术制作出全部零件，进行试装，验证设计的合理性和安装工艺与装配要求，若发现缺陷，便可及时、方便地进行修正，使所有问题在投产之前得到解决。某发动机气缸部件中气缸盖改进设计后制作的用于装配检验的LOM模型如图2-6所示。2．结构设计验证和装配校核图2-6某发动机气缸用于检验的缸盖LOM模型

快速模型除了可以进行设计验证和装配校核外，还可以直接用于性能和功能参数试验与相应的研究分析，如机构运动分析、流动分析、应力分析、强度分析、流体和空气动力学分析等。

采用快速成形制造技术可严格地按照设计要求将模型快速地制造出来并进行实验测试，对各种复杂的空间曲面更能体现快速成形制造技术的优点。如风扇、风毂、齿轮等设计的功能检测和性能参数确定，可获得最佳扇叶曲面、最低噪声的结构和最合理的齿轮啮合参数。如果用传统的方法制造模型，这种测试与评价几乎是不可能的。

为检验电机风叶设计能否实现转动平衡，利用快速成形技术制作的用于转动平衡检测的LOM模型如图2-7所示。将模型通过装机运转检测，再根据检测信息进行数据优化设计，最终获得能够满足运转要求的优化的电机风叶。3．性能和功能测试图2-7用于运动功能测试的风叶模型2.2.2在快速模具中的应用1．用于直接制模

用SLS快速成形机能选择性地熔融包裹热塑性黏结剂的金属粉，构成模具的半成品，烧结金属粉并在孔隙渗入第二种金属（铜）从而制作成金属模。这种金属模作为蜡模的成形模使用，可重复注射100件以上的蜡模。

砂型铸造的木模一直以来依靠传统的手工制作，制造周期长，精度低。快速成形制造技术的出现为快速高精度制作砂型铸造的木模提供了良好的技术手段，尤其是基于CAD设计的复杂形状的木模制作，快速成形制造技具有其突出的优越性，砂型铸造的产品和通过快速成形技术制作的木模如图2-8所示。图2-8砂型铸造产品及模具2.2.2在快速模具中的应用2．用于直接制模

硅橡胶软模由于其材料较软，在小批量制作具有精细花纹和无拔模斜度甚至倒拔模斜度的样件方面具有突出的优越性，几乎所有的RP成形都可以作为硅橡胶模具制作的母模。采用LOM成形翻制硅橡胶模具并进行产品快速制作的例子如图2-9所示。（1）硅橡胶模具的母模图2-9LOM模型作母模翻制的硅橡胶模具及产品2.2.2在快速模具中的应用2．用于直接制模

环氧树脂模具因为成本低廉且制件数量较硅橡胶模具大而适合于小批量产品的试制。环氧树脂模具的制作同样需要RP模型做母模，通过树脂材料及添加材料浇注而成，模具的寿命可以达到数百件，模具的表面质量取决于成形母模的表面质量。环氧树脂模具制作产品的例子如图2-10所示。（2）环氧树脂模具的母模图2-10环氧树脂模具及产品2.2.3在精密铸造中的应用1．直接制造精铸母模

在直接制造精铸母模中熔模铸造技术应用最为广泛。

熔模铸造也称为失蜡铸造，是一种可以由几乎所有的合金材料进行净形制造金属制件的精密铸造工艺，尤其适合于具有复杂结构的薄壁件的制造。快速成形制造技术的出现和发展，为熔模精密铸造消失型的制作提供了的技术保障，使得消失型的制作速度更快、精度更高、结构更复杂。尤其是3DSystemss公司开发的QuickCast工艺，更加突出了RP技术在熔模铸造领域应用的优越性。熔模铸造的工艺过程1、浇注法制作熔模铸造的消失型——蜡模，如图2-11（a）所示。2、将蜡质的标准浇注系统（浇口和浇道）和蜡型组装，如图2-11（b）所示。3、将组装后的蜡型与浇注系统浸入到陶瓷浆中，反复挂砂和干燥形成6～8mm的硬壳，如图2-11（c）所示。图2-11熔模铸造工艺流程

（a）图2-11熔模铸造工艺流程

（b）图2-11熔模铸造工艺流程

（c）熔模铸造的工艺过程4、向硬型壳中通入热水或蒸汽，使蜡型熔化并排出，得到空型壳，如图2-11（d）所示。5、硬型壳高温焙烧，进一步除去残留的蜡，得到可进行浇注熔化金属的高强度陶瓷硬型壳，如图2-11（e）所示。图2-11熔模铸造工艺流程

（d）图2-11熔模铸造工艺流程

（e）熔模铸造的工艺过程6、将陶瓷硬型壳预热至一定温度后，注入熔化金属，如图2-11（f）所示。7、冷却后，除去陶瓷壳，得到工件和浇注系统，再除去浇注系统，便得到了金属制件，如图2-11（g）所示。图2-11熔模铸造工艺流程

（f）图2-11熔模铸造工艺流程

（g）2.2.3在精密铸造中的应用1．直接制造精铸母模

美国Sundstrand公司用快速成形件作母模，进行了大量的熔模铸造，取得了明显的效益，如表2-4所示。由表中的数据可见，采用快速成形制造技术后节省工时43%～70%，节省成本64%～94%。零件名称材料传统加工快速成形工时（周）成本（美元）工时（周）节省率（%）成本（美元）节省率（%）

发电机的进气壳体钢20950006～765～70550094

主发电机控制部件铝20330004～1050～65570083

辅助发电机铝20340009551200065

发电机配电中心铝18240001044640073

变换器铝1821000761760064

变换/稳压器铝1417000843500071

稳压器铝2026000955580078

辅助发电机铝

11

10000

表2-4快速成形用于熔模铸造的效益2.2.3在精密铸造中的应用2．硅橡胶―石膏型精密制造

精密铸造通常用快速成形技术制造金属件。但对低熔点金属件，如铝镁合金件，石膏型铸造效率更高，同时铸件质量也能得到有效的保证，铸件合格率高。在石膏型铸造过程中，快速成形件仍然是可消失模型，然后由此得到石膏模，再加工得到所需要的金属零件。

2.2.3在精密铸造中的应用2．硅橡胶―石膏型精密制造

石膏型铸造的第一步是用快速成形件制作可消失模，然后再将快速成形消失模埋在石膏浆体中得到石膏模，再将石膏模放进焙烧炉内焙烧，将快速成形消失模通过高温分解，最终完全消失，同时石膏模干燥硬化，这个过程一般要两天左右。最后在专门的真空浇铸设备内将熔融的金属铝合金注进石膏模，冷却后，破碎石膏模就得到金属件了。这种生产金属件的方法成本很低，一般只占压铸模生产同样铸件成本的2%～5%。生产周期也很短，一般只需2～3周。石膏型铸件的性能也可与精铸件相比，由于是在真空环境中完成浇注，所以性能甚至更优于普通精密铸造。使用石膏型铸造得到的发动机进气管产品如图2-12所示。图2-12石膏型铸造得到的发动机进气管产品2.2.3在精密铸造中的应用3．制造精铸型壳

直接制造精铸型壳可以利用激光固化成形技术直接成形型壳，其基本工艺是将型壳材料粉末按一定的比例加入到光固化树脂中，然后根据型壳的CAD模型在光固化成形机上成形型坯体，最后焙烧，将其中的树脂去除，粉末烧结成形后得到最终的型壳。其优点是可以不用制作熔模，直接成形制作所需的型壳，而且型壳和型芯可以一次同时成形，节省了时间，减小了装配误差。2.2.3在精密铸造中的应用4．功能零件无模具快速精铸

无模铸型快速制造工艺是将RP理论引进到树脂砂造型工艺中，采用轮廓扫描喷射固化工艺，实现了无模型铸型的快速制造。

首先从零件CAD模型得到铸型CAD模型，由铸型CAD数据得到分层截面轮廓数据，再以层面信息产生控制信息。在计算机的控制下，分别喷射树脂和固化剂的两个喷头在每一层铺好压实的型砂上分别精确地喷射黏接剂和催化剂。黏结剂与催化剂发生交联反应，黏接剂和催化剂共同作用的地方型砂被固化在一起，其他地方型砂仍为颗粒态干砂。固化完一层后再黏接下一层，所有的层黏接完之后就可以得到一个三维实体，原砂在黏接剂没有喷射的地方仍是干砂，比较容易清除。清理出中间未固化的干砂就可以得到一个有一定壁厚的铸型，在砂型的内表面涂敷或浸渍涂料之后就可用于浇铸金属。

该工艺实现了CAD模型直接驱动下的铸型一体化制造和型芯同时成形，可方便地制造含自由曲面的铸型和组合零件，突破了传统工艺的许多约束，具