快速成型技術(shù)-第一章快速成形制造技術(shù)概論課件

1、快速成型技術(shù)及應(yīng)用緒論n1快速成形與快速制模技術(shù)簡(jiǎn)介快速成形與快速制模技術(shù)簡(jiǎn)介 隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，這在汽車、電子、家電、競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，這在汽車、電子、家電、輕工及模具制造等領(lǐng)域尤為明顯。輕工及模具制造等領(lǐng)域尤為明顯。 因此，縮短新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)周期，因此，縮短新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)周期，降低研制成本，已成為企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)和降低研制成本，已成為企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)和面臨的迫切問題。面臨的迫切問題。 緒論n 20世紀(jì)世紀(jì)80年代中期，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家出年代中期，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家出現(xiàn)了一項(xiàng)高新制造技術(shù)激光快速原型制現(xiàn)了一項(xiàng)高新制造技術(shù)激光快速原型制

2、造技術(shù)，簡(jiǎn)稱快速成形技術(shù)，該技術(shù)可以造技術(shù)，簡(jiǎn)稱快速成形技術(shù)，該技術(shù)可以將三維將三維CAD模型迅速轉(zhuǎn)化為實(shí)物模型，被模型迅速轉(zhuǎn)化為實(shí)物模型，被認(rèn)為是繼認(rèn)為是繼NC技術(shù)后制造業(yè)的又一次革命。技術(shù)后制造業(yè)的又一次革命。經(jīng)過十余年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)產(chǎn)生了經(jīng)過十余年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)產(chǎn)生了10余余種基于快速原型制造原理的工藝方法。種基于快速原型制造原理的工藝方法。快速成形的分類快速成形的分類n較常見的有四種：較常見的有四種：n1 液態(tài)光敏聚合物選擇性固化液態(tài)光敏聚合物選擇性固化n2 薄型材料選擇性切割薄型材料選擇性切割n3 絲狀材料選擇性熔覆絲狀材料選擇性熔覆n4 粉末材料選擇性燒結(jié)粉末材料選擇性燒結(jié)快速

3、成型制品快速制模技術(shù)n 快速制模技術(shù)基于快速成形技術(shù)發(fā)展起來(lái)快速制模技術(shù)基于快速成形技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種快速制造模具的技術(shù)。的一種快速制造模具的技術(shù)。n有兩層含義：有兩層含義：n1 直接利用快速成形技術(shù)來(lái)制造模具直接利用快速成形技術(shù)來(lái)制造模具 利用四種快速成形方法來(lái)制作模具，包括利用四種快速成形方法來(lái)制作模具，包括注塑模、沖壓模。注塑模、沖壓模。n2 利用各種方法把快速成形技術(shù)得到的實(shí)物利用各種方法把快速成形技術(shù)得到的實(shí)物原型轉(zhuǎn)換成模具原型轉(zhuǎn)換成模具快速成形工作室快速模具實(shí)例學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)要求n1 學(xué)習(xí)本課程的目的學(xué)習(xí)本課程的目的 了解制造業(yè)最前沿的動(dòng)態(tài)了解制造業(yè)最前沿的動(dòng)態(tài)(

4、快速成型技術(shù)）快速成型技術(shù)） 拓寬知識(shí)面拓寬知識(shí)面n2 本課程要掌握和了解的主要內(nèi)容：本課程要掌握和了解的主要內(nèi)容：n需要掌握的內(nèi)容：需要掌握的內(nèi)容：n（1）掌握快速成形原理；）掌握快速成形原理；n（2）掌握四大快速成形技術(shù)的基本原理和工藝）掌握四大快速成形技術(shù)的基本原理和工藝過程；過程；n（3）掌握一些快速制模技術(shù)的原理）掌握一些快速制模技術(shù)的原理學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)內(nèi)容n需要了解的內(nèi)容：需要了解的內(nèi)容：（1）了解快速成形系統(tǒng)的組成以及各部件的）了解快速成形系統(tǒng)的組成以及各部件的作用作用（2）了解快速成形用材料）了解快速成形用材料（3）了解四大快速成形技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)）了解四大快速成形技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)學(xué)習(xí)要

5、求學(xué)習(xí)要求n1 記必要的筆記記必要的筆記n2 按時(shí)上課按時(shí)上課n3 認(rèn)真完成作業(yè)認(rèn)真完成作業(yè)第一章快速成形制造技術(shù)概論快速成形制造技術(shù)概論快速成形技術(shù)產(chǎn)生的背景快速成形技術(shù)產(chǎn)生的背景一 快速成形技術(shù)產(chǎn)生的背景 快速成形（快速成形（Rapid Prototyping，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱RP）技術(shù)）技術(shù)是伴隨著制造業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。是伴隨著制造業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。50506060年代年代 規(guī)模效益第一規(guī)模效益第一70708080年代年代 價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)第一9090年代年代市場(chǎng)響應(yīng)速度第一時(shí)間因素被提到了首要地位傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的缺陷去除法快速成形技術(shù)快速成形技術(shù)RP技術(shù)技術(shù) 疊加法快速成形技術(shù)產(chǎn)生的歷史快速成形技

6、術(shù)產(chǎn)生的歷史n1.RP技術(shù)最早出現(xiàn)在制造業(yè)并不發(fā)達(dá)的技術(shù)最早出現(xiàn)在制造業(yè)并不發(fā)達(dá)的19世紀(jì)，世紀(jì)，早在早在1892年，年，Blanthre主張用三維方法制造三維主張用三維方法制造三維地圖模型；地圖模型；n2.1979年，日本東京大學(xué)的中川威雄教授，利用年，日本東京大學(xué)的中川威雄教授，利用分層技術(shù)制造了金屬?zèng)_裁模、成形模和注塑模；分層技術(shù)制造了金屬?zèng)_裁模、成形模和注塑模；n3.20世紀(jì)年代末到世紀(jì)年代末到80年代初期，美國(guó)年代初期，美國(guó)3M公司的公司的Alanj.Hebert、日本的小玉秀男、美國(guó)、日本的小玉秀男、美國(guó)UVP公司公司的的Charles W.Hull和日本的丸骨洋二各自提出了和日本

7、的丸骨洋二各自提出了RP的概念；的概念； 快速成形技術(shù)產(chǎn)生的歷史快速成形技術(shù)產(chǎn)生的歷史n4.Charles W.Hull在在UVP公司的支持下，完公司的支持下，完成了一個(gè)能自動(dòng)制造零件的完整系統(tǒng)，稱成了一個(gè)能自動(dòng)制造零件的完整系統(tǒng)，稱為為Stero lithography Apparatus（SLA），），并于并于1986年獲得了專利，這是年獲得了專利，這是RP發(fā)展史上發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。同年，的一個(gè)里程碑。同年，Charles W.Hull和和UVP的一些股東一起建立了的一些股東一起建立了3D Systerm公公司，隨后許多關(guān)于快速成形的概念和技術(shù)司，隨后許多關(guān)于快速成形的概念和技術(shù)在在3

8、D Systerm發(fā)展成熟；發(fā)展成熟；快速成形技術(shù)產(chǎn)生的歷史快速成形技術(shù)產(chǎn)生的歷史n5. 1984年，年，Michael Feygin 提出了分層實(shí)體制提出了分層實(shí)體制造的方法，稱為造的方法，稱為L(zhǎng)aminated Object Manufacturing（LOM），），1985年組建年組建Helisys公司，并在公司，并在1990年前后開發(fā)出了第一臺(tái)商業(yè)機(jī)型年前后開發(fā)出了第一臺(tái)商業(yè)機(jī)型LOM1015；n6. 1986年，美國(guó)年，美國(guó)Texas大學(xué)的研究生大學(xué)的研究生C. Deckaed提出了提出了slective Laser Sintering（SLS）的思想，）的思想，隨后組建成隨后組建成

9、DTM公司，并于公司，并于1992年開發(fā)出了基于年開發(fā)出了基于SLS的商業(yè)成型機(jī)的商業(yè)成型機(jī)Sinteration。 快速成形技術(shù)產(chǎn)生的歷史快速成形技術(shù)產(chǎn)生的歷史n7. ScottCrump在在1988年提出了年提出了Fused Deposition Modeling（FUM）的思想，）的思想，1992年開發(fā)了第一臺(tái)商業(yè)機(jī)型年開發(fā)了第一臺(tái)商業(yè)機(jī)型3DMoldeler。n8. 此后，還出現(xiàn)了此后，還出現(xiàn)了3DP，SDM，SGC等等，等等，但是都不成熟，目前但是都不成熟，目前SLA、LOM、SLS、FUM四種技術(shù)比較成熟。四種技術(shù)比較成熟?？焖俪尚渭夹g(shù)分布快速成形技術(shù)分布快速成形技術(shù)分布快速成形技

10、術(shù)分布快速成形技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展快速成形技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展n我國(guó)最早在快速成型技術(shù)方面開展工作的有我國(guó)最早在快速成型技術(shù)方面開展工作的有清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)和清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)和北京隆源自動(dòng)成形系統(tǒng)有限公司。北京隆源自動(dòng)成形系統(tǒng)有限公司。n 這些單位早期在開發(fā)系統(tǒng)設(shè)備方面各有側(cè)這些單位早期在開發(fā)系統(tǒng)設(shè)備方面各有側(cè)重。其中，重。其中， 清華大學(xué)以清華大學(xué)以FDM 和和LOM 為主為主, 西安交通大學(xué)則是西安交通大學(xué)則是SLA ，北京隆源自動(dòng)成形，北京隆源自動(dòng)成形系統(tǒng)有限公司為系統(tǒng)有限公司為SLS ，而華中理工大學(xué)主要，而華中理工大學(xué)主要為為L(zhǎng)OM?？焖俪尚渭夹g(shù)在我國(guó)

11、的發(fā)展快速成形技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展n此外此外, 南京航天大學(xué)、上海交通大學(xué)、華北南京航天大學(xué)、上海交通大學(xué)、華北工學(xué)院等在該領(lǐng)域也做了許多工作。工學(xué)院等在該領(lǐng)域也做了許多工作。n國(guó)內(nèi)的家電行業(yè)是對(duì)快速成形技術(shù)反應(yīng)最為國(guó)內(nèi)的家電行業(yè)是對(duì)快速成形技術(shù)反應(yīng)最為敏捷的行業(yè)，廣東的美的、華寶、江蘇的春敏捷的行業(yè)，廣東的美的、華寶、江蘇的春蘭、小天鵝，青島的海爾等，都先后采用快蘭、小天鵝，青島的海爾等，都先后采用快速成形系統(tǒng)來(lái)開發(fā)新產(chǎn)品速成形系統(tǒng)來(lái)開發(fā)新產(chǎn)品, 收到了很好的效收到了很好的效果果.快速成形定義及原理快速成形定義及原理其基本原理為：其基本原理為： 1.先由先由CAD軟件設(shè)計(jì)出所需件的計(jì)軟件設(shè)計(jì)出所

12、需件的計(jì)算機(jī)三維曲面或?qū)嶓w模型，如右算機(jī)三維曲面或?qū)嶓w模型，如右圖（圖（a）；）； 2.根據(jù)工藝要求，把三維模型按一根據(jù)工藝要求，把三維模型按一定厚度進(jìn)行切片得到二維信息，定厚度進(jìn)行切片得到二維信息，并將分層后的二維信息轉(zhuǎn)換成數(shù)并將分層后的二維信息轉(zhuǎn)換成數(shù)控代碼，如右圖（控代碼，如右圖（b） ； 3.將數(shù)控代碼傳到快速自動(dòng)成型機(jī)將數(shù)控代碼傳到快速自動(dòng)成型機(jī)中去，類似于計(jì)算機(jī)向打印機(jī)傳中去，類似于計(jì)算機(jī)向打印機(jī)傳遞打印信息，形成各個(gè)截面輪廓，遞打印信息，形成各個(gè)截面輪廓，同時(shí)逐步累積，直到完成整個(gè)零同時(shí)逐步累積，直到完成整個(gè)零件，如右圖（件，如右圖（c）、（）、（b） 。快速成形原理快速成形原理

13、n 簡(jiǎn)單的說(shuō)，快速成形就是由三維轉(zhuǎn)換成簡(jiǎn)單的說(shuō)，快速成形就是由三維轉(zhuǎn)換成二維二維(用軟件將三維模型離散化用軟件將三維模型離散化)，再由二維，再由二維到三維到三維(材料堆積材料堆積)的工作過程的工作過程?？焖俪尚渭夹g(shù)理論基礎(chǔ)快速成形技術(shù)理論基礎(chǔ)CAD/CAM 技術(shù)激光技術(shù)數(shù)控技術(shù)新材料技術(shù)RP技術(shù)技術(shù)n快速成型技術(shù)建立的理論基礎(chǔ)？快速成型技術(shù)建立的理論基礎(chǔ)？n新材料技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和新材料技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和激光技術(shù)激光技術(shù)快速成形的特點(diǎn)快速成形的特點(diǎn) n1.快速性：從快速性：從CAD設(shè)計(jì)到原型零件制成，設(shè)計(jì)到原型零件制成，一般只需幾個(gè)小時(shí)至幾十個(gè)小時(shí)，速度比一般只需幾個(gè)小時(shí)至

14、幾十個(gè)小時(shí)，速度比傳統(tǒng)的成形方法快得多，使快速成型技術(shù)傳統(tǒng)的成形方法快得多，使快速成型技術(shù)尤其適合于新產(chǎn)品的開發(fā)與管理；尤其適合于新產(chǎn)品的開發(fā)與管理； n2.自由性：一是指可以根據(jù)零件的形狀，無(wú)自由性：一是指可以根據(jù)零件的形狀，無(wú)需專用工具的限制而自由地成形，可以大需專用工具的限制而自由地成形，可以大大縮短新產(chǎn)品的試制時(shí)間；二是指不受零大縮短新產(chǎn)品的試制時(shí)間；二是指不受零件形狀復(fù)雜程度限制，零件的復(fù)雜程度和件形狀復(fù)雜程度限制，零件的復(fù)雜程度和生產(chǎn)批量與制造成本基本無(wú)關(guān)；生產(chǎn)批量與制造成本基本無(wú)關(guān)； 快速成形的特點(diǎn)快速成形的特點(diǎn)n3.高度柔性：僅需改變高度柔性：僅需改變CAD模型，重新調(diào)模型，重

15、新調(diào)整和設(shè)置參數(shù)即可生產(chǎn)出不同形狀的零件整和設(shè)置參數(shù)即可生產(chǎn)出不同形狀的零件模型；模型；n4.設(shè)計(jì)制造一體化：快速成型由于采用了離設(shè)計(jì)制造一體化：快速成型由于采用了離散堆積的加工工藝，使得散堆積的加工工藝，使得CAD和和CAM能夠能夠很好地結(jié)合；很好地結(jié)合；快速成形的特點(diǎn)快速成形的特點(diǎn)n5.材料的廣泛性：快速成型技術(shù)可以制造樹材料的廣泛性：快速成型技術(shù)可以制造樹脂類、塑料類原型，還可以制造出紙類、脂類、塑料類原型，還可以制造出紙類、石蠟類、復(fù)合材料以及金屬材料和陶瓷材石蠟類、復(fù)合材料以及金屬材料和陶瓷材料的原型。料的原型。n6.技術(shù)的高度集成性：技術(shù)的高度集成性：RP技術(shù)是計(jì)算機(jī)、技術(shù)是計(jì)算機(jī)

16、、數(shù)控、激光、材料的綜合集成，只有在計(jì)數(shù)控、激光、材料的綜合集成，只有在計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光器件和功率控算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光器件和功率控制技術(shù)高度發(fā)展的今天才可能誕生，因此制技術(shù)高度發(fā)展的今天才可能誕生，因此快速成型技術(shù)帶有鮮明的時(shí)代特征?？焖俪尚图夹g(shù)帶有鮮明的時(shí)代特征。快速成形技術(shù)在快速成形技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造中的應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造中的應(yīng)用 n1.可以及時(shí)的校核產(chǎn)品的設(shè)計(jì)缺陷以及性能?？梢约皶r(shí)的校核產(chǎn)品的設(shè)計(jì)缺陷以及性能。 傳統(tǒng)的制件方法從概念構(gòu)思到設(shè)計(jì)圖紙，傳統(tǒng)的制件方法從概念構(gòu)思到設(shè)計(jì)圖紙，到制造出第一個(gè)制件時(shí)才能發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的缺到制造出第一個(gè)制件時(shí)才能發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)，并且要修改的

17、話，必須回到設(shè)計(jì)圖紙點(diǎn)，并且要修改的話，必須回到設(shè)計(jì)圖紙這一步，這往往要經(jīng)歷數(shù)天或者數(shù)月，大這一步，這往往要經(jīng)歷數(shù)天或者數(shù)月，大大耗費(fèi)人力和物力。大耗費(fèi)人力和物力。 而快速成形從概念構(gòu)思到原形制造出來(lái)只而快速成形從概念構(gòu)思到原形制造出來(lái)只要幾個(gè)小時(shí)至幾十小時(shí)，而且整個(gè)過程可要幾個(gè)小時(shí)至幾十小時(shí)，而且整個(gè)過程可以實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化生產(chǎn)，即使發(fā)現(xiàn)缺陷也可以以實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化生產(chǎn)，即使發(fā)現(xiàn)缺陷也可以及時(shí)在計(jì)算機(jī)中修改。及時(shí)在計(jì)算機(jī)中修改。快速成形技術(shù)在快速成形技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造中的應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造中的應(yīng)用n2.利用RP技術(shù)可以快速制造產(chǎn)品樣品 RP技術(shù)制造產(chǎn)品樣品，只需傳統(tǒng)方法的3050的工時(shí)，2035的成本，快速成形的制品在尺寸上和真實(shí)零件是一樣的，并可以供客戶直觀的判斷?？焖俪尚渭夹g(shù)在快速成形技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造中的應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造中的應(yīng)用快速成形技術(shù)在快速成形技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造中的應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造中的應(yīng)用n3.在模具制造中的應(yīng)用在模具制造中的應(yīng)用 利用快速成形件直接用作模具，或者用快利用快速成形件直接用作模具，或者用快速成形件作母模，翻制模具。速成形件作母模，翻制模具。快速成形技術(shù)在快速成形技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造中的應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造中的應(yīng)用n4.在矯形醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用在矯形醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用 醫(yī)學(xué)應(yīng)用是快速成形很重要的一個(gè)應(yīng)用方醫(yī)學(xué)應(yīng)用是快速成形很重要