逆向工程与快速成型技术应用（第3版）课件：快速成型技术认知

快速成型技术的认知

任务一认识快速成型技术任务二了解快速成型的典型工艺任务三了解快速成型技术的应用任务四

了解快速成型技术的发展趋势快速成型（RapidPrototype，简称RP)又称快速原型“增材制造”（additivemanufacturing，AM)“材料累加制造”(materialincresemanufacturing)“分层制造”(layeredmanufacturing，LM)“实体自由制造”(solidfree－formfabrication)

“3D打印”(3Dprinting)等开始，3D打印本是特指一种采用喷墨打印头的快速成型技术，演变至今，3D打印成了所有快速成型技术的通俗叫法。任务一认识快速成型技术物体成型方式有四种基本去除成形受迫成形堆积成形生长成形一、

成型的分类去除成型：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型的方法。传统的车、铣、刨、磨、钻、电火花加工、激光切割等都属于去除成型。是目前最主要的成型方式。受迫成型：利用材料的可成型性在特定的外界约束（边界约束或外力约束）下成型。传统的锻压、铸造、粉末冶金等成型方式。

现代的冲压成型、注塑成型等成型方式堆积成型：把材料（液、固相）有序地堆积起来的成型。快速成型属于堆积成型（先离散再堆积）近净成型工艺。生长成型：利用材料的活性进行成型的方法。自然界中的生物（植物、动物）个体发育均属于生长成型。这是最高层次的成型方法。

快速成型基于离散/堆积的思想，将一个物理实体复杂的三维加工，离散成一系列二维层片,然后逐点、逐面进行材料的堆积成型。

是一种降维制造或者称增材制造技术。二、

快速成型技术的原理CAD模型STL模型数据转换模型分层生成支撑和加工路径快速原型后处理

快速成型的过程堆积成型快速成型包括了前处理、堆积成型、后处理三个阶段前处理三、

快速成型技术的特点1）可以制造任意复杂的三维几何实体。离散/堆积成型的原理，将十分复杂的三维制造过程简化为二维过程的叠加2）快速原型产品单价与原型的复杂程度和原型的数量均无关

产品单价产品单价传统方法传统方法RPRP复杂程度制造数量3）高度柔性。成型过程无需专用工具或夹具，通过对CAD模型的修改重组就可获得新零件的设计和加工信息

。4）快速性。从CAD设计到原型(或零件)加工完毕，只需几十分钟至几十小时5）成形过程中信息过程和材料过程的一体化，尤其适合成形材料为非均质的原型。6）良好的经济效益。（降低小批量产品的周期、减少零件的数量）7）技术的高度集成。集成了CAD、CNC、激光、材料等技术。（对设计约束越来越小、零件制造技能低、与反求工程（RE）实现精确复制）熔融沉积制造(FDM)光固化成型（SLA）分层实体制造(LOM)三维印刷(3DP)BasicRPTechnologies选择性激光烧结(SLS)任务二了解快速成型的典型工艺

利用紫外光照射在液态的光敏树脂使其凝固的原理进行工作的。由计算机控制激光束以模型各分层截面轮廓为轨迹逐点扫描,使被扫描区内的树脂薄层产生光聚合反应后固化，从而形成制件的一个薄层截面。每固化一层，

工作台就下降一精确的距离，在刚刚固化的树脂表面布放一层新的树脂以便进行在前一层已固化的树脂上，直到形成零件实体。

1.立体印刷成型SLA用SLA成型的零件零件支撑平板优点1)尺寸精度高。SLA原型的尺寸精度可以达到±0.1mm。2)成型过程自动化程度高。SLA系统非常稳定，加工开始后，成型过程可以完全自动化，直至原型制作完成。3）表面质量较好。虽然在每层固化时侧面及曲面可能出现台阶，但上表面仍可得到玻璃状的效果。4）可以制作结构十分复杂的模型。5）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。

缺点1）尺寸稳定性差。2）需要设计工件的支撑结构，否则会引起成型件变形。3）设备运转及维护成本较高。4）可使用的材料种类较少。5）液态树脂具有气味和毒性，并且需要避光保护6）需要二次固化。7）液态树脂一般较脆、易断裂，不便进行机加工。

LOM方法采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等。通过加热的滚筒纸使纸张一层层粘在一起。每粘一层由激光按照零件形状将纸切断，最后由每一层叠起来的纸张形成零件

2.分层实体制造(LOM)

用LOM成型的零件零件去除的材料切成小方格便于剥离

优点1）成型速度较快,因而常用于加工内部结构简单的大型零件。2）原型精度高，翘曲变形较小。3）制件能承受高达200°C的温度，有较高的硬度和较好的力学性能。4）可进行切削加工。5）无需后固化处理。6）无须设计和制作支撑结构。7）废料易剥离。8）可制作尺寸大的制件。9）原材料价格便宜，原型制作成本低缺点1）不能直接制作塑料工件。2）工件（特别是薄壁件）的抗拉强度和弹性不够好。3)工件易吸湿膨胀。因此，成型后应尽快进行表面防潮处理（树脂、防潮漆涂覆等）。4)工件表面有台阶纹理，难以构建形状精细、多曲面的零件

利用粉末状材料成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部分粘接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，选择地烧结下层截面。

3.选择性激光烧结(SLS)

用SLS成型的零件在内腔和孔未烧结的粉末作为支撑非常容易移除优点1）可以采用多种材料（包括类工程塑料、蜡、金属、陶瓷等）。2）过程与零件复杂程度无关，制件的强度高。3）材料利用率高，未烧结的粉末可重复使用，材料无浪费。4）无需支撑结构。5）与其他工艺相比，能生产较硬的模具。缺点1）成型件结构疏松、多孔，且有内应力，制件易变形。2）生成陶瓷、金属制件的后处理较难。3）需要预热和冷却，后处理麻烦。4）成型表面粗糙多孔，并受粉末颗粒大小及激光光斑的限制。5）成型过程产生有毒气体和粉尘，污染环境

丝材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。每一个层片都是在上一层上堆积而成，上一层对当前层起到定位和支撑的作用。

4.熔融挤出成型（FDM/MEM）

4.熔融挤出成型（FDM/MEM）

优点1）成本低(设备费用低；原材料便宜）的3）原材料以材料卷的形式提供，易于搬运和快速更换。4）可选用多种材料，如各种色彩的工程塑料ABS、PC、PPSF以及医用ABS等。5）原材料在成型过程中无化学变化，制件的翘曲变形小。6）用蜡成型的原型零件，可直接用于熔模铸造。

缺点1）成型件的表面有较明显的条纹。2）沿成型轴垂直方向的强度比较弱。3）需要设计与制作支撑结构。4）需要对整个截面进行扫描涂覆，成型时间较长。5）支撑去除比较麻烦（如采用水溶性支撑技术，使得去除支撑结构简单易行

材料的类型及固化方式，3D可分为：粉末材料三维喷涂粘结成型熔融材料喷墨三维成型5.三维印刷(3DP)

与SLS工艺类似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金属粉末。所不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来的，而是通过喷头用粘接剂(如硅胶)将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。用粘接剂粘接的零件强度较低，还须后处理。

5.三维印刷

——粉末材料三维喷涂粘结成型三维喷涂粘结成型特点1）成形速度快，成形材料价格低，适合做桌面型的快速成形设备；2）在粘结剂中添加颜料，可以制作彩色原型，这是该工艺最具竞争力的特点之一；3）成型过程不需要支撑，多余粉末的去除比较方便，特别适合于做内腔复杂的原型。但成形件的强度较低，只能做概念型模型，而不能做功能性试验。

5.三维印刷

——喷墨式三维打印快速成型原理为：工作台做垂直运动，喷头在XY平面移动，在成型截面上根据当前层的轮廓精确位置，喷头迅速地喷射出一层极薄的光敏树脂，同时喷头架上的紫外光灯发射相应波长的紫外光，用以快速固化和硬化当前层的光敏树脂喷墨式三维打印快速特点（1）质量高：层厚16um～28um，高的分辨率可以确保获得流畅、精确而且非常完美的部件与模型。（2）精确度高：精密喷射与构建材料性能可保证细节精细与薄壁。（3）清洁：适合于办公室环境，采用非接触树脂载入/卸载，容易清除支持材料，容易更换喷射头。（4）快捷：多个喷嘴在全宽度上的高速光栅构建，可实现快速的流程，并且无需事后凝固。（5）多用途：材料品种多样

成型过程中使用2种不同的树脂材料：（1）用来制作最终完成形体结构的模型材料；（2）为易水解的支撑材料。支撑材料通过水冲洗即可与主体部分分离，后处理十分简易、便捷。可打印装配件一、概念模型的可视化、设计评价二、结构设计验证与装配效验三、功能性零件的直接制造四、破损件的修复任务三了解快速成型技术的应用应用一概念模型的可视化、设计评价工业缝纫机消费品应用二：结构设计验证与装配效验外形功能装配干涉检验设计合理性验证吸尘器某型空调组件的结构及装配验证某型洗衣机盖板组件的结构及装配验证快速模具制造

快速模具制造技术(RapidTooling,简称RT)是用快速成型工艺及相应的后续加工，来快速制作模具的技术。1.可以根据CAD模型直接将复杂的型腔曲面制造出来。2.在最终生产模具开模之前进行新产品试制与小批量生产，可以大大提高产品开发的一次成功率,节约开发费用3.制造周期仅为原来的1/3～1/10左右,生产成本仅为原来的1/3～1/5

利用快速原型技术制造快速模具可以分为直接模具制造与间接模具制造两大类。直接快速模具制造指的是利用不同类型的快速原型技术（SLA、SLS、LOM等）直接制造出模具本身。间接制模法是指利用快速原型制造技术首先制作模芯，然后用此模芯复制硬模具(如铸造模具或采用喷涂金属法获得轮廓形状)，或者制作母模复制软模具（如硅胶模）等。

使用3D打印修复战斗机折毁发动机扇片（西安铂力特激光成形技术有限公司）四、破损件的修复简易零件可现场制造，大大减少备件库存和备件资金占用，一些特殊环境运行的装备四、破损件的修复快速成型技术的发展趋势（1)向日常消费品制造方向发展（2)向功能零件制造发展。（3)向智能化装备发展（4)向组织与结构一体化制造发展

任务四

了解快速成型技术的发展趋势小结快速成型通过数字化的增材方式进行制造。专用软件将三维模型切成薄层或截面，快速成型设备用特殊的工艺方法层层粘结叠加成三维实体，最后进行实体的后处理得到零件的形状。它是将一个物理实体复杂的三维加工离散成一系列二维层片的加工，不必采用传统机械加工的夹具和工模具，大大降低了加工难度，并且成型过程与成型的物理实体的形状和结构的复杂程度无关。快速成型已成为产品快速制造的强有力手段