逆向工程与快速成型技术应用（第4版）课件：熟知快速成型技术的典型工艺

熟知快速成型技术典型工艺（了解各种工艺的工作原理，其所用材料、应用范围，以及其优缺点）目录CONTENTS1.快速成型技术的分类了解基于成型工艺提出的一种快速成型技术分类方法。2.各种成型工艺介绍清晰各种成型工艺的特点。3.各种成型工艺的比较和选择了解各种工艺特点，会根据要求进行成型工艺的选择。Part1快速成型技术的分类采用Medellin-Castillo等人基于成型方式提出。Part2各种成型工艺介绍成型过程：液槽中盛满的液态光敏树脂（有环氧树脂和丙烯酸树脂等），在控制系统的控制下，一定波长和强度的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。被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。一层固化完毕后，工作台下移一个层厚的距离，以使在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，然后刮板将粘度较大的树脂液面刮平，进行下一层的扫描加工，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，如此重复,直至整个零件制造完毕，得到一个三维实体原型。当实体原型完成后，取出实体，排净多余的树脂。SLA是最早出现的一种快速成型技术，也是目前最为成熟和广泛应用的RP工艺之一2.1固化成型工艺（一）立体光固化成型（SLA）成型过程：DLP设备中包含一个可以容纳树脂的液槽，用于盛放可被特定波长的紫外光照射后固化的树脂，DLP成像系统置于液槽底部，通过能量及图形控制，每次可固化一定厚度及形状的薄层树脂。液槽上方有一个提拉机构，每次截面曝光后提拉一定高度，使得当前完成的固态树脂与液槽底面分离并粘结在提拉板或上一次成型的树脂层上。这样，通过逐层曝光并提升生成三维实体。DLP技术采用倒立的成型方式，改变了常用的层层向上叠加的成型模式，使成型件的高度不受液槽中光敏树脂材料液面的限制，拓宽了可成型件的高度。2.1固化成型工艺（二）数字光处理技术（DLP）Part2各种成型工艺介绍成型过程：采用405nm紫外光为光源，由下向上照射，通过菲镜将发散光变为平行光，垂直射穿LCD液晶屏，让成型的地方透光，使光敏树脂逐层固化，其技术原理如图4-8所示。在该成型中，离型膜的作用是避免固化后的树脂粘住底层。LCD掩膜光固化技术，最简单的理解就是将DLP技术的光源用LCD来代替。其技术关键涉及到三点：一是LCD液晶屏，因为在成型过程中，要求画面能精准到每一个像素；二是离型膜，不仅要求其透光性高（紫外光通过率达92%），而且要求耐用（可离型一万次以上）；三是提供光敏树脂固化所需要的紫外线LED灯。2.1固化成型工艺（三）掩膜光固化技术（LCD）紫外线LED灯光源离型膜LCD屏菲镜光固化树脂容器托板Part2各种成型工艺介绍2.1固化成型工艺三种光固化成型工艺的比较工艺名称光源成型方式成型速度适用场合成型件成本SLA激光点→线→面→体慢工业级大型精细件较贵DLP高分辨率数字光处理器面→体中消费级小型精细件适中LCD405nm紫光面→体快消费级小型精细件便宜Part2各种成型工艺介绍成型过程：片材表面事先涂覆上一层热熔胶，加工时，热压辊热压片材，使之与下面已成型的工件粘接，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，并在无轮廓区切割成上下对齐的小方网格以便在成型后能剔除废料。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，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粘接、切割完毕，得到分层制造的实体零件。采用的是纸、金属箔、塑料薄膜等薄片材料。2.2

片材成型工艺典型的是分层实体制造(LOM)或叠层实体制造Part2各种成型工艺介绍Part1快速成型技术的分类零件成型后剔除废料LOM工艺适合制作结构简单的大中型原型件，翘曲变形较小，成型时间较短，成型件有良好的机械性能，适合于产品设计的概念建模和功能性测试零件。且由于制成的零件具有木质属性，特别适合于直接制作砂型铸造模，具有广阔的应用前景。Part2各种成型工艺介绍成型过程：工作时供粉活塞(送粉活塞)上升，由铺粉辊将粉末在成型活塞上均匀铺上一层，计算机根据原型的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹，有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。完成一层后，工作活塞下降一个层厚，铺粉系统铺上新粉，激光束再扫描烧结新层。如此循环往复，层层叠加，直到三维零件成型。最后，将未烧结的粉末回收到粉末缸中，并取出成型件。在SLS工艺中，成型强度由制件烧结密度来决定，制件烧结密度也直接影响着制件后处理质量的好坏。可以采用多种材料，材料利用率高，无需支撑结构，可生产较硬的模具。但需要后处理来提高成型件的强度。2.3

烧结成型工艺典型的是选择性激光烧结（SLS）Part2各种成型工艺介绍成型过程：成型时，材料在喷头内被加热熔化。此时加热的喷头在计算机控制下，根据切片分层的层面信息，作X-Y平面运动，热塑性丝状材料由供丝机构送至热熔喷头，并在喷头内加热，熔化成半液态，然后被挤压出，有选择性地涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层薄片轮廓。一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆。如此循环，一层层截面轮廓被喷头“画出”，最终形成三维产品零件。2.4熔融成型工艺原型支撑：当形状发生较大变化（如悬空部位），涂覆的前层轮廓就不能给当前层提供充分的定位和支撑作用，这就需要设计一些辅助结构（即支撑），以保证成型过程的顺利实现。Part2各种成型工艺介绍成型过程：首先铺粉机构在工作平台上铺上所用材料的粉末，喷头在计算机的控制下，按照截面轮廓的信息，在铺好的一层层粉末材料上，有选择性地喷射粘结剂，使部分粉末粘结，形成截面轮廓。一层成型完成后，成型缸下降一个距离（等于层厚），供粉缸上升一高度，推出若干粉末，并被铺粉辊推到成型缸，铺平并被压实，喷头在计算机控制下，按截面轮廓的信息喷射粘结剂建造层面。铺粉辊铺粉时多余的粉末被集粉装置收集。如此周而复始地送粉、铺粉和喷射粘结剂，最终完成一个三维粉体的粘结。2.5粘结成型工艺（一）三维打印（3DP）Part2各种成型工艺介绍成型过程：阵列式喷头做X-Y平面运动，工作台做垂直运动。当光敏聚合材料通过阵列式喷头被喷射到工作台上后，UV紫外光灯将沿着喷头工作的方向发射出UV紫外光对光敏聚合材料进行固化。2.5粘结成型工艺（二）喷墨印刷成型与前面的逐点、逐线固化完全不同，这种固化方式不仅一次可固化成型一个阵列式喷头所覆盖的层面区域，而且固化几乎同步，大大减少了快速成型传统工艺中后处理所需的大量工作，提高了成型效率。熔滴直径的大小决定了其成型的精度或打印分辨率，喷嘴数量的多少决定了成型效率的高低。Part2各种成型工艺介绍Part3各种成型工艺的比较和选择Part3各种成型工艺的比较和选择快速成型工艺的选择基本基于如下几方面进行考虑：（1）应用方向：3D打印应用行业较多，不同技术满足的行业应用也不同，例如汽配行业和医疗行业所侧重的应用点就完全不同，所以在选择打印的技术也是不同的。Part3各种成型工艺的比较和选择（2）材料：3D打印不同的技术使用的打印材料也是不同，成型技术的研发也是基于不同材料特性，同时也需要考虑所打印零件的最终产品材料，尽可能的贴近终端产品的材料特性，满足一些测试的应用需求，例如汽配行业的零件一般都是工程塑料类，那在对设备技术选择的时候就重点可以选择FDM技术，打印材料为ABS、PC、尼龙等塑料。（3）操作性和使用环境：众多成型技术的操作性也是大不相同，从打印前到最终得到成品，步骤是多样性的，要针对应用点和操作条件来选择。思考与练习1.快速成型技术有哪些成熟的工艺方法？2.熔融沉积快速成型的技术特点是什么？为什么FDM工艺在快速成型技术的大众化方面起