第四章-快速原型技术

第四章快速(kuàisù)原型技术济南大学(dàxué)机械加工新技术共一百一十九页第4章快速原型(yuánxíng)技术4.1概述4.2快速(kuàisù)原型的软件技术4.3SLA工艺4.4LOM工艺4.5SLS工艺4.6FDM工艺4.7RP技术的应用4.8RP技术的发展趋势共一百一十九页4.1概述快速(kuàisù)原型技术RapidPrototypingRP技术(jìshù)快速成形技术共一百一十九页4.1概述4.1.1快速原型(yuánxíng)技术的基本原理

4.1.2快速原型技术(jìshù)的典型方法

4.1.3快速原型技术的特点共一百一十九页4.1.1快速原型(yuánxíng)技术的基本原理传统(chuántǒng)的零件加工过程是先制造毛坯，然后经切削加工，从毛坯上去除多余的材料得到零件的形状和尺寸，这种方法统称为材料去除制造。快速原型技术彻底摆脱了传统的“去除”加工法，而基于“材料逐层堆积”的制造理念，将复杂的三维加工分解为简单的材料二维添加的组合，它能在CAD模型的直接驱动下，快速制造任意复杂形状的三维实体，是一种全新的制造技术。其成型过程为：逐层堆积制造建立零件的三维CAD模型模型Z向离散（分层）共一百一十九页4.1.1快速原型(yuánxíng)技术的基本原理快速(kuàisù)原型工艺流程共一百一十九页4.1.2快速原型技术的典型(diǎnxíng)方法1．光固化成形(chénɡxínɡ)工艺StereolithographyApparatus，简称SLA，也称立体光刻使用材料：液态光敏树脂共一百一十九页4.1.2快速(kuàisù)原型技术的典型方法2．叠层实体制造(zhìzào)工艺LaminatedObjectManufacturing，简称LOM，也称分层实体制造使用材料：片材，如纸、塑料薄膜等

共一百一十九页4.1.2快速(kuàisù)原型技术的典型方法3．选择性激光烧结(shāojié)工艺SelectiveLaserSintering，简称SLS

，也称选区激光烧结使用材料：粉末状材料共一百一十九页4.1.2快速原型技术的典型(diǎnxíng)方法4．熔融(róngróng)沉积制造工艺FusedDepositionModeling，简称FDM使用材料：塑料丝共一百一十九页4.1.2快速(kuàisù)原型技术的典型方法5．三维印刷(yìnshuā)工艺ThreeDimensionalPrinting，简称3DP其工作过程类似于喷墨打印机3DP工艺原理采用3DP工艺制作的结构陶瓷制品共一百一十九页4.1.3快速(kuàisù)原型技术的特点成型速度(sùdù)快，可迅速响应市场；产品制造过程几乎与零件的复杂程度无关；产品的单价几乎与批量无关，特别适合于新产品开发和单件小批量生产；整个生产过程数字化、柔性化；无切割、噪声和振动等，有利于环保；与传统方法相结合，可实现快速铸造、快速模具制造、小批量零件生产等功能，为传统制造方法注入新的活力。共一百一十九页4.2快速(kuàisù)原型的软件系统快速(kuàisù)原型的软件系统CAD造型软件：分层处理软件：成形控制软件：进行零件的三维设计进行分层计算以获取层片信息进行加工参数设定、生成数控代码、控制实时加工共一百一十九页4.2.1产品(chǎnpǐn)三维模型构造及其近似处理1．产品的三维模型(móxíng)构造根据产品的要求在CAD软件平台设计三维模型根据二维图样构建三维模型采用逆向工程技术构建三维模型共一百一十九页4.2.1产品三维模型构造(gòuzào)及其近似处理2．三维模型(móxíng)的近似处理用一系列小三角平面来逼近模型上的自由曲面，每一个小三角形由三个顶点和一个法矢量来表示，三角形的大小可以选择，从而得到不同的曲面近似精度。经近似处理的三维模型文件格式为STL，典型的商品化CAD系统都有STL文件输出的数据接口共一百一十九页4.2.1产品三维模型构造及其近似(jìnsì)处理STL输出(shūchū)的误差在Pro/E中输出STL文件共一百一十九页4.2.2分层处理软件由于快速原型是按一层层截面轮廓来进行成形(chénɡxínɡ)，因此，加工前必须从三维模型上，沿成形(chénɡxínɡ)的高度方向，每隔一定的间隔进行分层切片处理，以获得截面的轮廓。分层间隔(jiàngé)选取的范围为0.05mm～0.5mm，常用的是0.1mm左右。间隔愈小，精度愈高，但成形时间愈长。各种快速原型系统都带有分层处理软件，能将CAD模型以片层方式来描述，这样，无论零件多么复杂，对于每一层来说，都是简单的平面。共一百一十九页4.2.3成型(chéngxíng)控制软件成形控制软件根据所选的数控系统将分层处理软件生成的二维层片信息即轮廓与填充的路径生成NC代码，与工艺紧密相连，是一个工艺规划(guīhuà)过程。快速原型扫描路径规划的主要内容包括刀具尺寸补偿和扫描路径选择，其核心算法包括二维轮廓偏置算法和填充网格生成算法。算法的要求是合理性、完善性和鲁棒性，算法的好坏直接影响数据处理效率，生成结果则直接决定成形加工效率。共一百一十九页4.3SLA工艺(gōngyì)SLA工艺于1984年由CharlesHull提出并获美国专利。1988年美国3DSystems公司推出世界上第一台商品化RP设备SLA-250。它以光敏树脂为原料，通过计算机控制紫外激光(jīguāng)使其固化成形，自动制作出各种加工方法难以制作的复杂立体形状，在制造领域具有划时代的意义。目前SLA工艺已成为世界上研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的一种快速原型方法。共一百一十九页4.3SLA工艺(gōngyì)4.3.1SLA系统(xìtǒng)组成

4.3.2成形工艺过程

4.3.3SLA材料4.3.4SLA工艺特点4.3.5SLA工艺应用案例共一百一十九页4.3.1SLA系统(xìtǒng)组成CPS250B快速(kuàisù)原型机SLA工艺原理共一百一十九页4.3.1SLA系统(xìtǒng)组成液槽控制系统(kònɡzhìxìtǒnɡ)

紫外激光器氦-镉激光器：输出功率15mW～50mW，波长325nm氩激光器：输出功率100mW～500mW，波长351nm～365nm激光束扫描装置电流计驱动式的扫描镜方式X-Y绘图仪方式主要由工控机、分层处理软件和控制软件等组成共一百一十九页4.3.2成形工艺(gōngyì)过程1.模型及支撑(zhīchēng)设计在成形中，未被激光束照射的部分材料仍为液态，它不能使制件上的孤立和悬臂轮廓定位。因此，必须设计和制作支撑结构。工件底部也要加支撑，以使工件成形后顺利从工作台取下。成形完毕后应小心除去支撑，从而得到最终所需的工件。共一百一十九页4.3.2成形工艺(gōngyì)过程2.分层处理(chǔlǐ)采用分层软件对CAD模型的STL格式文件进行分层处理，得到每一层截面图形及其有关的网格矢量数据，用于控制激光束的扫描轨迹。分层处理还包括层厚、建立模式、固化深度、扫描速度、网格间距、线宽补偿值、收缩补偿因子的选择与确定。3.原型制作液态光敏树脂逐层固化而形成原型件。4.后处理原型制作完毕，需进行剥离，以便去除废料和支撑结构，有时还需进行后固化、修补、打磨、抛光、表面涂覆、表面强化处理等，这些工序统称为后处理。共一百一十九页4.3.3SLA材料(cáiliào)SLA原型材料是液态光敏树脂(shùzhī)，如环氧树脂(shùzhī)、乙烯酸树脂(shùzhī)、丙烯酸树脂(shùzhī)等。光敏树脂材料中主要包括齐聚物、反应性稀释剂、光引发剂。由于树脂固化过程中产生收缩，不可避免地会使模型材料内部产生应力，引起模型变形。开发收缩系数小、固化速度快或无需后固化、强度高的光敏树脂材料是其发展趋势。共一百一十九页4.3.4SLA工艺(gōngyì)特点SLA工艺(gōngyì)优点如下：尺寸精度高，可达±0.1mm，是RP技术中最高的；原型表面质量优良；可以制作结构复杂、细小的模型；系统非常稳定，成形过程自动化程度高；可以直接制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失型。共一百一十九页4.3.4SLA工艺(gōngyì)特点SLA工艺(gōngyì)缺点：成形过程中伴随着材料的物理和化学变化，产生收缩，并且会因材料内部的应力导致制件较易翘曲、变形；需要支撑；设备运转及维护成本高；需要二次固化；液态树脂固化后在性能上不如常用的工业塑料，一般较脆、易断裂。共一百一十九页4.3.5SLA工艺应用(yìngyòng)案例SLA工艺自诞生以来，在概念设计的交流、单件小批量精密铸造、产品模型、快速工模具及直接面向产品的模具等方面(fāngmiàn)广泛应用于汽车、航空、电子、消费品、娱乐以及医疗等行业。采用SLA工艺制作RP原型，然后翻制成硅橡胶模具，最后进行低压注塑，得到所需的10件操作手柄。产品开发周期仅为传统方式的1/10，费用仅为传统方式1/3。共一百一十九页4.3.5SLA工艺应用(yìngyòng)案例共一百一十九页4.3.5SLA工艺(gōngyì)应用案例共一百一十九页4.3.5SLA工艺(gōngyì)应用案例共一百一十九页4.4LOM工艺(gōngyì)LOM工艺方法和设备于1991年问世，由于该工艺大多使用纸为原料，材料成本低，而且激光只要切割(qiēgē)每一层片的轮廓，成形效率高，在制作中、大原型件时有较大优势，因此近年来发展迅速。共一百一十九页4.4LOM工艺(gōngyì)4.4.1LOM系统(xìtǒng)组成

4.4.2成形工艺过程

4.4.3LOM材料4.4.4LOM工艺特点4.4.5SLA工艺应用案例共一百一十九页4.4.1LOM系统(xìtǒng)组成共一百一十九页4.4.2成形(chénɡxínɡ)工艺过程1.制作(zhìzuò)基底2.原型制作3.去除余料4.后处理余料去除以后，为提高原型表面状况和机械强度，保证其尺寸稳定性、精度等方面的要求，需对原型进行后置处理，比如防水、防潮、加固和使其表面光滑等，通常采用的后置处理工艺包括修补、打磨、抛光、表面涂覆等。共一百一十九页4.4.3LOM材料(cáiliào)LOM技术使用薄层材料，如纸、金属箔、塑料薄膜、陶瓷膜等，除了可以制造(zhìzào)模型外，还可以直接制造(zhìzào)结构件或功能件。目前LOM成形材料多采用纸。纸材在激光切割过程中一直保持固态，不发生状态变化，因此翘曲变形小。所成形的制件经过表面涂覆处理后不吸水，有良好的稳定性且坚如硬木，表面光滑。LOM材料涉及到三方面的问题：薄层材料、粘结剂和涂布工艺。共一百一十九页4.4.4LOM工艺(gōngyì)特点LOM工艺(gōngyì)优点如下：生产效率比其它RP工艺高，非常适合于制作中、大型实心原型件；无需设计和制作支撑结构；后处理工艺简单，成形后废料易于剥离，且不需后固化处理；原材料价格便宜，原型制作成本低；制件能承受高达200℃的高温，有较高的硬度和较好的力学性能，可以进行各种切削加工。共一百一十九页4.4.4LOM工艺(gōngyì)特点LOM工艺(gōngyì)缺点：工件（尤其是薄壁件）的抗拉强度和弹性不够好；工件易吸湿膨胀，因此成形后应尽快做表面防潮处理；不能直接制作塑料工件；工件表面有台阶，其高度等于材料厚度，因此，成形后需进行表面打磨。共一百一十九页4.4.5LOM工艺(gōngyì)应用案例LOM工艺虽然在精细产品和类塑料件制作方面不及SLA工艺，但是在比较厚重的结构件模型、实物外观模型、制鞋业、砂型铸造、快速模具母模等方面的应用(yìngyòng)有其独特的优越性。共一百一十九页4.4.5LOM工艺(gōngyì)应用案例奥迪轿车刹车(shāchē)钳体精铸母模的LOM原型奥迪轿车刹车钳体精铸件汽车工业中很多形状复杂的零部件均由精铸直接制得，如何高精度、高效率、低成本地制造这些精铸母模是关键。采用传统的木模工手工制作，对于曲面形状复杂的母模，效率低、精度差；采用数控加工制作，则成本太高。采用LOM工艺制造汽车零部件精铸母模，生产效率高，尺寸精度高。共一百一十九页4.4.5LOM工艺应用(yìngyòng)案例汽车(qìchē)发动机排气管的精铸母模共一百一十九页4.5SLS工艺(gōngyì)SLS工艺由美国得克萨斯大学奥汀分校的C.R.Dechard于1989年研制成功，并首先由美国DTM公司商品化，它利用粉末状材料（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(duījī)成形。SLS的原理与SLA十分相象，主要区别在于所使用的材料及其状态。SLA使用液态光敏树脂，而SLS则使用各种粉末状材料。共一百一十九页4.5SLS工艺(gōngyì)4.5.1SLS系统(xìtǒng)组成

4.5.2成形工艺过程

4.5.3SLS材料4.5.4SLS工艺特点4.5.5SLS工艺应用案例共一百一十九页4.5.1SLS系统(xìtǒng)组成AFS-320成形(chénɡxínɡ)机基本性能参数激光器类型射频CO2波长10.6μm最大功率50W光路及扫描系统焦平面光斑<0.4mm同光路指示670nm红光成形室一次成形尺寸320×320×440mm分层厚度0.08～0.3mm成形材料精铸模料、工程塑料、树脂砂控制系统工控机即时主流配置控制软件AFSWinv2.0共一百一十九页4.5.2成形工艺(gōngyì)过程1.成形参数(cānshù)选择2.原型制作分层参数：零件加工方向、分层厚度、扫描间距和扫描方式。成形烧结参数：扫描速度、激光功率、预热温度、铺粉参数等。共一百一十九页4.5.2成形工艺(gōngyì)过程3.后处理刚刚成形的树脂原型密度和强度较低，需作强化处理，将液体可固化树脂浸渗到烧结零件中，将其保温(bǎowēn)、固化，得到增强的零件；对于陶瓷原型，需将其放在加热炉中烧除粘接剂，烧结陶瓷粉；当原型材料为金属与粘结剂的混合粉时，成形需将制件置于加热炉中，烧去其中的粘结剂，烧结金属粉，然后进行渗铜处理，以得到高密度的金属件。共一百一十九页4.5.3SLS材料(cáiliào)SLS工艺使用粉末材料，它来源(láiyuán)较为广泛，原则上讲所有受热能相互粘结的粉末材料或表面附有热固（塑）性粘结剂的粉末都可用作SLS材料；用蜡可以制造精密铸造用蜡模，用热塑性塑料可以制造消失模，用陶瓷可以制造铸造壳型、型芯和陶瓷构件，用金属可以制造金属结构件和模具。目前SLS材料主要有塑料粉、蜡粉、金属粉、表面附有粘结剂的覆膜陶瓷粉、覆膜金属粉及覆膜砂等；共一百一十九页4.5.4SLS工艺(gōngyì)特点SLS工艺(gōngyì)优点如下：可以采用多种材料，特别是可以直接制造金属零件，这使SLS工艺颇具吸引力；无需设计和制作支撑结构；制件具有较好的机械性能，可直接用作功能测试或小批量使用的产品；材料利用率高，未烧结的粉末可以重复利用。材料价格便宜、成本低。共一百一十九页4.5.4SLS工艺(gōngyì)特点SLS工艺(gōngyì)缺点：成形速度较慢；成形精度和表面质量稍差，因此在成形要求精细结构和清晰轮廓的制件时不及SLA工艺处理；成形过程能量消耗高。共一百一十九页4.5.5SLS工艺(gōngyì)应用案例采用SLS工艺，可以直接将CAD文件转换成经久耐用的、功能性的塑料或金属零件或模具，所需时间只是传统加工和制模时间的很少一部分。这样就可以在很短时间（几天）内，快速制造小批量的塑料或金属零件，而不需要制造模具，大大降低了成本，缩短了周期。对于(duìyú)大批量的零件生产，在一两天内就可以制造出复杂的金属模具工作零件，具有更高的效益。共一百一十九页4.5.5SLS工艺应用(yìngyòng)案例采用SLS工艺(gōngyì)小批量生产航空、航天、军工等行业的产品，既减少了投资，又赢得了时间。小批量战斗机控制手柄共一百一十九页4.5.5SLS工艺(gōngyì)应用案例采用SLS工艺制作的高尔夫球(gāoěrfūqiú)头模具及产品共一百一十九页4.5.5SLS工艺应用(yìngyòng)案例共一百一十九页4.5.5SLS工艺(gōngyì)应用案例共一百一十九页4.5.5SLS工艺应用(yìngyòng)案例共一百一十九页4.6FDM工艺(gōngyì)FDM工艺由美国学者ScottCrump博士于1988年研制成功，并于1991年由美国的Stratasys公司率先推出商品化设备。FDM工艺利用热塑性材料(cáiliào)的热熔性、粘结性，在计算机控制下层层堆积成形。由于该工艺无需激光系统，因此使用、维护简单，成本低，近年来得到迅速发展和广泛应用，是RP技术领域的后起之秀。共一百一十九页4.6FDM工艺(gōngyì)4.6.1FDM系统(xìtǒng)组成

4.6.2成形工艺过程

4.6.3FDM材料4.6.4FDM工艺特点4.6.5FDM工艺应用案例共一百一十九页4.6.1FDM系统(xìtǒng)组成MEM-300快速(kuàisù)原型机共一百一十九页4.6.1FDM系统(xìtǒng)组成MEM-300主要工艺(gōngyì)参数材料ABS塑料成形温度220℃～230℃分层厚度0.15mm扫描速度0～80mm/s成形空间300mm（长）×260mm（宽）×300mm（高）精度±0.2mm/100mm主机尺寸820mm（长）×730mm（宽）×1220mm（高）共一百一十九页4.6.1FDM系统(xìtǒng)组成1.喷头(pēntóu)2.送丝机构3.运动机构单喷头技术：零件和支撑采用同种材料，支撑去除麻烦；双喷头技术：一个用来喷模型材料制造零件，另一个用来喷支撑材料做支撑，两种材料的特性不同，去除支撑容易。X-Y轴的联动完成喷头对截面轮廓的平面扫描，Z轴则带动工作台实现高度方向的进给。4.控制系统：运动控制、温度控制5.软件系统：分层处理软件、成形控制软件共一百一十九页4.6.2成形工艺(gōngyì)过程1.三维模型设计(shèjì)及STL文件输出2.分层处理1）启动Daphne共一百一十九页4.6.2成形(chénɡxínɡ)工艺过程2）确定加工(jiāgōng)方向及加工(jiāgōng)位置3）添加基底共一百一十九页4.6.2成形工艺(gōngyì)过程4）添加(tiānjiā)支撑共一百一十九页4.6.2成形(chénɡxínɡ)工艺过程5）分层计算(jìsuàn)共一百一十九页4.6.2成形工艺(gōngyì)过程3.原型(yuánxíng)制作1）开机后，成形材料及成形室预热零件2）启动控制软件，读入分层后的加工模型

共一百一十九页4.6.2成形工艺(gōngyì)过程3）数控初始化共一百一十九页4.6.2成形(chénɡxínɡ)工艺过程4）挤出(jǐchū)旧丝及出丝检测共一百一十九页4.6.2成形工艺(gōngyì)过程5）工作台对高共一百一十九页4.6.2成形(chénɡxínɡ)工艺过程6）加工(jiāgōng)参数设置共一百一十九页4.6.2成形(chénɡxínɡ)工艺过程7）成形(chénɡxínɡ)加工共一百一十九页4.6.2成形工艺(gōngyì)过程3原型(yuánxíng)后处理加工完毕，零件保温，之后用小铲子小心取出原型小心去除支撑，用砂纸打磨台阶效应较明显处，用小刀处理多余部分，用填补液处理台阶效应造成的缺陷，用上光液把原型表面上光FDM工艺需要有支撑，当支撑与原型材料相同时，手工去除支撑需要一定的技巧，复杂、细小特征处的支撑剥离效果较差，影响原型件的精度和表面质量采用双喷头和双材料技术，成形时，一个喷头用于挤喷模型材料，一个喷头用于挤喷支撑材料，而支撑可以选择水溶材料、低于模型材料熔点的热熔材料等。成形之后，支撑很容易去掉，留下光滑、清洁、精确的原型件，没有刮痕和擦伤，细小的特征会保留得完整无缺。共一百一十九页4.6.3FDM材料(cáiliào)FDM工艺中使用的材料是线材，分为成形材料和支撑材料。对于成形材料，要求其熔融(róngróng)温度低、粘度低、粘结性好、收缩率小；目前使用的材料主要包括ABS及医学专用的ABSi、MABS、石蜡、聚烯烃树脂、尼龙、聚酰胺、低熔点金属和陶瓷等；对支撑材料的要求是能够承受一定的高温、与成形材料不浸润、具有水溶性或酸溶性、具有较低的熔融温度、流动性好等。共一百一十九页4.6.4FDM工艺(gōngyì)特点FDM工艺(gōngyì)优点如下：无需激光系统，设备结构简单、运行安全、操作维护简便，成本低，其设备成本为SLA设备的1/5；可以在办公室环境下使用；原材料在成形过程中无化学变化，制件翘曲变形小；当使用水溶性支撑材料时，支撑去除方便快捷，且效果极好。共一百一十九页4.6.4FDM工艺(gōngyì)特点FDM工艺(gōngyì)缺点：成形精度较；也需要对整个截面进行扫描，成形时间较长；沿Z轴方向，制件强度较弱。共一百一十九页4.6.4FDM工艺(gōngyì)特点指标SLALOMSLSFDM成形速度较快快较慢较慢原型精度较高较高较低较低制造成本高较低较低低原型复杂程度复杂中等较复杂中等零件大小中小件大件中小件中小件四种工艺(gōngyì)的对比共一百一十九页4.6.5FDM工艺应用(yìngyòng)案例FDM工艺已广泛应用于汽车、机械、航空航天、家电、通信、电子、建筑、医学、玩具等产品的设计开发过程，如产品外观评估、方案选择、装配(zhuāngpèi)检查、功能测试、用户看样订货、以及少量产品制造等。共一百一十九页4.6.5FDM工艺应用(yìngyòng)案例共一百一十九页4.6.5FDM工艺(gōngyì)应用案例使用FDM工艺制作医学模型(móxíng)，有助于改善外科手术方案，并有效地进行医学诊断，大大减少手术前、中和后的时间和费用采用FDM工艺制作的人体骨骼模型共一百一十九页4.6.5FDM工艺应用(yìngyòng)案例共一百一十九页4.6.5FDM工艺(gōngyì)应用案例共一百一十九页4.6.5FDM工艺应用(yìngyòng)案例共一百一十九页4.7RP技术(jìshù)的应用RP技术自出现以来，以其显著的时间效益和经济效益受到制造业的广泛关注(guānzhù)，并已在航空航天、汽车外形设计、玩具、电子仪表与家用电器塑料件制造、人体器官制造、建筑美工设计、工艺装饰设计制造、模具设计制造等领域展现出良好的应用前景。051015202530军事领域其他宇航业学术机构医疗领域机械设备汽车行业日用消费品需求量（%）对RP原型需求的行业共一百一十九页4.7RP技术(jìshù)的应用对RP原型需求的目的模具制造可视化0510152025其他直接模具人体研究建议和讨论模型金属铸造母模快速模具母模工程设计可视化装配检验功能模型需求目的和用途量（%）共一百一十九页4.7RP技术(jìshù)的应用4.7.1RP技术(jìshù)在新产品开发中的应用4.7.2基于RP的快速模具技术4.7.3RP技术在医学领域中的应用材料4.7.4RP技术在铸造领域中的应用共一百一十九页4.7.1RP技术(jìshù)在新产品开发中的应用采用RP技术之后，从产品设计的最初阶段开始，设计者、制造者、推销者和用户都能在第一时间拿到实实在在的样品甚至小批量生产的产品，因而可以及早地、充分地进行评价、测试和反复修改，并且对制造工艺过程及其所需的工具、模具的设计进行校核，因此(yīncǐ)可以大大减少失误和不必要的返工，从而能以最快的速度、最低的成本、最好的品质和最低的风险投入市场。共一百一十九页4.7.1RP技术(jìshù)在新产品开发中的应用RP系统相当于一台三维打印机，能迅速地将设计的CAD模型高精度地“打印”出来，为设计者和产品评审决策者提供直接、准确(zhǔnquè)的模型，大大提高产品设计和决策的可靠性。1.设计模型可视化及设计评价在新产品设计中，利用RP技术制作产品样件，一般只需传统样件制作工时的30%～50%和成本的20%～35%，而其精确性却是传统方法无法媲美的。RP样件是产品从设计到商品化各个环节中进行交流的有效手段，可作为新产品展示，进行市场调研、市场宣传和供货询价。共一百一十九页4.7.1RP技术(jìshù)在新产品开发中的应用进行装配校核和干涉检查对新产品开发，尤其是在有限空间内的复杂、昂贵(ángguì)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多而且复杂就需要作总体装配校核。在投产之前，先用RP技术制作出全部零件原型，进行试安装，验证设计的合理性和安装工艺与装配要求，若发现有缺陷，便可以迅速、方便地进行纠正，使所有问题在投产之前得到解决。2.装配校核共一百一十九页4.7.1RP技术(jìshù)在新产品开发中的应用快速原型除了可以进行设计评价和装配校核之外，还可以直接用于性能和功能参数试验与相应的研究，如机构运动分析、流动分析、应力分析、流体和空气动力学分析等。采用RP技术可以严格地按照(ànzhào)设计将模型迅速制造出来进行实验测试，对各种复杂的空间曲面更能体现RP技术的优势。如通过风扇、凤毂等设计的功能检验和性能参数确定，可获得最佳扇叶曲面、最低噪声的结构。如果用传统的方法制造原型，这种测试与比较几乎是不可能的。3.功能验证共一百一十九页4.7.1RP技术(jìshù)在新产品开发中的应用由于RP技术彻底摒弃了传统的加工模式，其加工难易程度与产品复杂程度无关，其加工成本与批量无关，其加工过程与刀具、夹具、模具无关，从而使得原来过于复杂无法(wúfǎ)加工的结构变得不存在加工难度，原来追求个性化而带来的小批量、高成本的问题迎刃而解，原来不合理的设计结构和装配结构变得合理。4.RP技术给产品设计带来革命

共一百一十九页4.7.1RP技术(jìshù)在新产品开发中的应用RP技术将复杂的三维加工简化为一系列二维加工的叠加，因此(yīncǐ)，原则上讲，任意复杂程度的零件都可以成形，不再会因为零件复杂而增加加工难度；1）设计中可以不再考虑产品的复杂程度和批量RP技术类似于“三维打印”的加工模式带来加工的极大柔性，加工成本对产品批量的敏感性几乎为零，复杂产品的单件小批量生产是它的特长。这就为产品设计者追求设计独创性和产品使用者追求个性化提供了有力的支持。共一百一十九页4.7.1RP技术(jìshù)在新产品开发中的应用2）加工(jiāgōng)工艺性概念的变革这一产品结构虽不复杂，但采用传统的加工方法是无法制作。采用RP技术的FDM工艺，通过合理设定分层参数和加工参数，成形时不用支撑，顺利制作出该零件，得到的制件形状完美，表面光洁，无需任何后续处理工序。共一百一十九页4.7.1RP技术(jìshù)在新产品开发中的应用3）装配结构的改变(gǎibiàn)简化了设计和制造过程这是仅由一个零件组成的整体扳手设计过程得以简化，设计中不再考虑传统的加工工艺性问题；制造工艺得以简化，避免了采用分体加工时诸多的加工工序以及后续的装配过程；产品质量得以改善，避免了由于装配过程带来的装配误差和装配痕迹，从而提高产品精度和外观质量，增加局部强度，采用这一技术成形有密封要求的部位，可以做到绝对防渗漏。共一百一十九页4.7.2基于RP的快速模具(mújù)技术采用基于RP的快速模具技术，从模具的概念设计到制造完毕仅为传统加工方法所需时间的1/3左右，使模具制造在提高质量、缩短研制周期、提高制造柔性(róuxìnɡ)等方面取得了明显的效果。在RP技术领域中，目前发展最迅速，产值增长最明显的应属快速模具技术。共一百一十九页基于(jīyú)RP的快速模具技术共一百一十九页4.7.2基于RP的快速(kuàisù)模具技术1.直接快速(kuàisù)模具制造SLS工艺制模AIM快速制模工艺形状沉积制造(SDM)工艺三维打印（3DP）工艺直接制造金属模具共一百一十九页4.7.2基于RP的快速模具(mújù)技术2.间接(jiànjiē)快速模具制造喷涂模具中低熔点合金模具电铸模硅胶模熔模铸造法陶瓷型精铸法共一百一十九页4.7.2基于RP的快速模具(mújù)技术基于RP的陶瓷(táocí)型精铸子午线轮胎活络模共一百一十九页4.7.2基于RP的快速模具(mújù)技术大型(dàxíng)汽车覆盖件模具共一百一十九页4.7.2基于(jīyú)RP的快速模具技术金属喷涂快速模具(mújù)制造共一百一十九页4.7.2基于RP的快速模具(mújù)技术共一百一十九页4.7.2基于(jīyú)RP的快速模具技术冰箱(bīngxiāng)内饰件的快速原型件、硅胶模具及塑料件共一百一十九页4.7.3RP技术(jìshù)在医学领域的应用人体骨骼和内部(nèibù)器官结构极其复杂，要真实地复制人体内部(nèibù)的器官构造，反应病变特征，RP几乎是唯一的方法。首先，RP原型可以作为硬拷贝数据提供视觉和触觉的信息，作为诊断和治疗的文件，它能够促进医生和医生之间、医生与病人之间的沟通；其次，RP原型可以作为外科手术模拟的模型，有助于快速制定复杂外科手术的计划。第三，RP原型能够直接制造成植入物，植入人体，基于RP制造的植入体具有相当准确的适配度，能够提高美观度、缩短手术时间、减少术后并发症。共一百一十九页4.7.3RP技术(jìshù)在医学领域的应用根据(gēnjù)患者的人体CT数据制作的骨盆RP原型共一百一十九页4.7.3RP技术在医学(yīxué)领域的应用手术(shǒushù)模型共一百一十九页4.7.4RP技术(jìshù)在铸造领域的应用RP技术自出现以来，一直在铸造领域有着比较活跃的应用，在典型铸造工艺和熔模铸造中，为单件或小批量铸件的生产带来了显著的经济效益。在制造业特别是航空、航天、国防、汽车等重点行业，其基础的核心部件一般(yībān)均为结构精细、复杂的金属零件，其生产方式常为铸造，铸造环节复杂、周期长、耗资大，略有失误有时甚至要全部返工，风险很大。如果借助RP技术，使RP技术与传统工艺相结合，扬长避短，可收到事半功倍的效果。共一百一十九页4.7.4RP技术(jìshù)在铸造领域的应用采用(cǎiyòng)快速铸造生产的四缸发动机蜡模及零件共一百一十九页4.8RP技术(jìshù)的发展趋势4.8.1RP产业(chǎnyè)面临的困难4.8.2RP技术的发展趋势4.8.3RP技术的未来共一百一十九页4.8.1RP产业(chǎnyè)面临的困难价格(jiàgé)偏高材料的限制成形精度有限成形速度方面的不足共一百一十九页4.8.2RP技术(jìshù)的发展趋势十余年来，RP技术已经步入初成熟期，已经从早期的原型制造发展出包含多种功能、多种材料、多种应用的许多工艺，在概念上正在从RapidPrototyping转变为RapidManufacturing，在功能上从完成原型制造向批量(pīliànɡ)定制发展。基于这个基本趋势，RP设备向概念型、生产型和专用成形设备分化。共一百一十九页4.8.2RP技术(jìshù)的发展趋势概念模型RP设备是指利用RP工艺制造用于产品设计、测试或者装配等的原型。所成形的零件(línɡjiàn)主要在于形状、色彩等外观表达功能，对材料的性能要求较低。这种设备的当前发展总的趋势是：成形速度快；产品可具有连续变化的多彩色（多材料）；普通微机控制，通过标准接口进行通信；体积小，是一种桌面设备；价格低；绿色制造方式，无污染、无噪声。共一百一十九页4.8.2RP技术(jìshù)的发展趋势生产型设备是指能生产最终零件的RP设备。与概念原型设备相比，这种设备一般对产品有较高的精度、性能(xìngnéng)和成形效率要求，设备和材料价格较昂贵。应用于生物医学制造领域的专用成