快速原型制造技術(shù)

1、班級：班級：0631班班講課：蔣昌華講課：蔣昌華1. 電火花成型的基本原理是什么？電火花成型的基本原理是什么？2. 電火花成型加工與電火花線切割加工上電火花成型加工與電火花線切割加工上有什么不同？加工范圍分別是什么？有什么不同？加工范圍分別是什么？3. 什么叫極性效應(yīng)？在加工中如何運(yùn)用？什么叫極性效應(yīng)？在加工中如何運(yùn)用？復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)：導(dǎo)入：導(dǎo)入： 零件常規(guī)的加工方法包括哪些？零件常規(guī)的加工方法包括哪些？機(jī)加工機(jī)加工, ,其特點為：其特點為： 1.1.刀具材料比工件硬；刀具材料比工件硬； 2.2.靠機(jī)械能切除工件上的多于金屬?？繖C(jī)械能切除工件上的多于金屬。模具加工，其特點為模具加工，其特點為: :

2、 1. 1.產(chǎn)品從設(shè)計到出樣需要一段時間產(chǎn)品從設(shè)計到出樣需要一段時間; ; 2. 2.需要模具輔助加工，結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件模具復(fù)需要模具輔助加工，結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件模具復(fù)雜。雜。 若需加工難切屑金屬材料、曲面復(fù)雜零件、若需加工難切屑金屬材料、曲面復(fù)雜零件、縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期怎么辦？縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期怎么辦？速成型技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，主要解決三個問題：速成型技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，主要解決三個問題： 1.1.各種難切屑加工金屬材料的加工；各種難切屑加工金屬材料的加工； 2.2.各種復(fù)雜表面的加工問題；各種復(fù)雜表面的加工問題； 3.3.新產(chǎn)品開發(fā)周期長的問題。新產(chǎn)品開發(fā)周期長的問題。主要內(nèi)容主要內(nèi)容 快速成型原理快速成型原理

3、 主要主要成形方法成形方法 模具中的應(yīng)用模具中的應(yīng)用 快速成形技術(shù)快速成形技術(shù)Rapid Prototyping TechnologyRapid Prototyping Technology 基本原理基本原理 RPRP技術(shù)是借技術(shù)是借助助計算機(jī)輔助設(shè)計計算機(jī)輔助設(shè)計或由或由實體實體逆向方法取得原型或零逆向方法取得原型或零件件幾幾何形狀，何形狀，進(jìn)進(jìn)而以此建立而以此建立數(shù)字?jǐn)?shù)字化模型，再利用化模型，再利用計算機(jī)計算機(jī)控制控制的機(jī)的機(jī)電電集成集成制制造系造系統(tǒng)，統(tǒng)，逐逐點點、逐面、逐面地地進(jìn)進(jìn)行材料行材料“三三維維堆堆積積”成型，再成型，再經(jīng)過經(jīng)過必要必要的后處的后處理，使其在外理，使其在外觀觀、

4、強(qiáng)度和性能等方面強(qiáng)度和性能等方面達(dá)達(dá)到到設(shè)計設(shè)計要求，要求，達(dá)達(dá)到快速、到快速、準(zhǔn)確準(zhǔn)確地地制制造原型或造原型或?qū)崒嶋H際零件之方法零件之方法。 快速成形技術(shù)的基本原理快速成形技術(shù)的基本原理對對STL文文件件切片處理切片處理CAD模型模型的近似處的近似處理理三維三維CAD模型設(shè)計模型設(shè)計逐逐 層層 制制 造造 本質(zhì)本質(zhì):用材料堆積原理制造三維實體零件。它是將復(fù)雜用材料堆積原理制造三維實體零件。它是將復(fù)雜的三維實體模型的三維實體模型 “切切”（Spice）成設(shè)定厚度的一系列）成設(shè)定厚度的一系列片層，從而變?yōu)楹唵蔚亩S圖形，層層疊加而成。片層，從而變?yōu)楹唵蔚亩S圖形，層層疊加而成。原型制作流程圖原型

5、制作流程圖三維三維CADCAD模型設(shè)計模型設(shè)計 在PC機(jī)或圖形工作站上用三維軟件pro/Epro/EUGUGCATIACATIA 等設(shè)計零件的三維CAD模型。 CADCAD模型的近似處理模型的近似處理 用用STLSTL文件格式進(jìn)行數(shù)據(jù)文件格式進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將三維實體表面用一系轉(zhuǎn)換，將三維實體表面用一系列相連的小三角形逼近，得到列相連的小三角形逼近，得到STLSTL格式的三維近似模型文件。格式的三維近似模型文件。典型的典型的 STL STL 文件文件 對對STLSTL文件切片處理文件切片處理 切片是將模型以片層的方式來描述，片層的厚度通常在50m500m之間；無論零件形狀多么復(fù)雜，對每一層來說卻

6、是簡單的平面矢量掃描組（如圖），輪廓線代表了片層的邊界。逐逐 層層 制制 造造 用快速成型機(jī)制作每一層，自下而上層層疊加就成為三維實體，成型過程如圖所示。層層堆層層堆積原型原型件生成生成CLI文件文件生成生成NC指令指令STL文件文件表面處理強(qiáng)化表面處理強(qiáng)化工件剝離去支撐工件剝離去支撐對對STL文件進(jìn)行文件進(jìn)行處理處理CAD三維造型三維造型CAD造型軟件造型軟件前處理前處理監(jiān)控軟件監(jiān)控軟件制造原型制造原型后處理后處理數(shù)據(jù)處理工藝規(guī)劃軟件數(shù)據(jù)處理工藝規(guī)劃軟件原原型型制制作作流流程程圖圖主要工藝方法主要工藝方法 光敏樹脂液相固化成型光敏樹脂液相固化成型SL 選擇性激光粉末燒結(jié)成型選擇性激光粉末燒結(jié)

7、成型SLSSLS 薄片分層疊加成型薄片分層疊加成型LOMLOM 熔絲堆積成型熔絲堆積成型FDMFDM光造型光造型SLA工藝工藝Stereolithography Apparatus SLA技術(shù)是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理技術(shù)是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作的。這種液態(tài)材料在一定波長和強(qiáng)度的紫工作的。這種液態(tài)材料在一定波長和強(qiáng)度的紫外光外光(如如=325nm)的照射下能迅速發(fā)生光聚合的照射下能迅速發(fā)生光聚合反應(yīng)反應(yīng), 分子量急劇增大分子量急劇增大, 材料也就從液態(tài)轉(zhuǎn)變成材料也就從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。固態(tài)。SLA工作原理圖。工作原理圖。SLA工作原理工作原理 液槽中盛滿液液槽中盛滿液態(tài)光固化樹脂，

8、激態(tài)光固化樹脂，激光束在偏轉(zhuǎn)鏡作用光束在偏轉(zhuǎn)鏡作用下，能在液態(tài)表面下，能在液態(tài)表面上掃描，掃描的軌上掃描，掃描的軌跡及光線的有無均跡及光線的有無均由計算機(jī)控制，光由計算機(jī)控制，光點打到的地方，液點打到的地方，液體就固化體就固化。 成型開始時，工作平臺在液面下一個確定的深成型開始時，工作平臺在液面下一個確定的深度，聚焦后的光斑在液面上按計算機(jī)的指令逐點掃度，聚焦后的光斑在液面上按計算機(jī)的指令逐點掃描，即逐點固化。當(dāng)一層掃描完成后，未被照射的描，即逐點固化。當(dāng)一層掃描完成后，未被照射的地方仍是液態(tài)樹脂。然后升降臺帶動平臺下降一層地方仍是液態(tài)樹脂。然后升降臺帶動平臺下降一層高度，已成型的層面上又布滿

9、一層樹脂，刮平器將高度，已成型的層面上又布滿一層樹脂，刮平器將粘度較大的樹脂液面刮平，然后再進(jìn)行下二層的掃粘度較大的樹脂液面刮平，然后再進(jìn)行下二層的掃描，新固化的一層牢固地粘在前一層上，如此重復(fù)描，新固化的一層牢固地粘在前一層上，如此重復(fù)直到整個零件制造完畢直到整個零件制造完畢, 得到一個三維實體模型得到一個三維實體模型。SLA成型過程成型過程光敏樹脂液相固化成型樣件光敏樹脂液相固化成型樣件分層實體制造分層實體制造LOM LOM 工藝工藝Laminated Object ManufacturingLaminated Object Manufacturing LOMLOM工藝采用薄片材料，如紙、

10、塑料薄膜工藝采用薄片材料，如紙、塑料薄膜等。片材表面事先涂覆上一層熱熔膠。加工等。片材表面事先涂覆上一層熱熔膠。加工時，熱壓輥熱壓片材，使之與下面已成形的時，熱壓輥熱壓片材，使之與下面已成形的工件粘接；用工件粘接；用COCO2 2激光器在剛粘接的新層上切激光器在剛粘接的新層上切割出零件截面輪廓和工件外框，并在截面輪割出零件截面輪廓和工件外框，并在截面輪廓與外框之間多余的區(qū)域內(nèi)切割出上下對齊廓與外框之間多余的區(qū)域內(nèi)切割出上下對齊的網(wǎng)格；激光切割完成后，工作臺帶動已成的網(wǎng)格；激光切割完成后，工作臺帶動已成形的工件下降，與帶狀片材形的工件下降，與帶狀片材( (料帶料帶) )分離。分離。LOM工作原理

11、工作原理 供料機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動收料軸和供料機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動收料軸和供料軸，帶動料帶移動，使供料軸，帶動料帶移動，使新層移到加工區(qū)域，工作臺新層移到加工區(qū)域，工作臺上升到加工平面，熱壓輥熱上升到加工平面，熱壓輥熱壓，工件的層數(shù)增加一層，壓，工件的層數(shù)增加一層，高度增加一個料厚，再在新高度增加一個料厚，再在新層上切割截面輪廓。如此反層上切割截面輪廓。如此反復(fù)直至零件的所有截面粘接、復(fù)直至零件的所有截面粘接、切割完，得到分層制造的實切割完，得到分層制造的實體零件。體零件。 LOM工藝只須在片材上切割出零件截面的輪工藝只須在片材上切割出零件截面的輪廓，而不用掃描整個截面。因此成形厚壁零件的廓，而不用掃描整個截面。因此

12、成形厚壁零件的速度較快，易于制造大型零件。工藝過程中不存速度較快，易于制造大型零件。工藝過程中不存在材料相變，因此不易引起翹曲變形，零件的精在材料相變，因此不易引起翹曲變形，零件的精度較高，小于度較高，小于0.15mm。工件外框與截面輪廓之。工件外框與截面輪廓之間的多余材料在加工中起到了支撐作用，所以間的多余材料在加工中起到了支撐作用，所以LOM工藝無需加支撐。工藝無需加支撐。LOM特點特點薄片分層疊加成型樣件薄片分層疊加成型樣件選擇性燒結(jié)選擇性燒結(jié)SLSSLS工藝工藝 Selective Laser SinteringSelective Laser Sintering SLSSLS工藝是利用

13、粉末狀材料成形的。將材工藝是利用粉末狀材料成形的。將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平；料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平；用高強(qiáng)度的用高強(qiáng)度的COCO2 2激光器在剛鋪的新層上掃描出零激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；材料粉末在高強(qiáng)度的激光照射下被燒件截面；材料粉末在高強(qiáng)度的激光照射下被燒結(jié)在一起，得到零件的截面，并與下面已成形結(jié)在一起，得到零件的截面，并與下面已成形的部分連接；當(dāng)一層截面燒結(jié)完后，鋪上新的的部分連接；當(dāng)一層截面燒結(jié)完后，鋪上新的一層材料粉末，選擇地?zé)Y(jié)下層截面一層材料粉末，選擇地?zé)Y(jié)下層截面( (如圖如圖) )。SLSSLS工作原理圖工作原理圖 選擇性激光粉末燒

14、結(jié)成型樣件選擇性激光粉末燒結(jié)成型樣件熔融沉積制造熔融沉積制造FDMFDM工藝工藝Fused DepostionFused Depostion Modeling Modeling FDMFDM的材料一般是熱塑性材料，如的材料一般是熱塑性材料，如蠟、蠟、ABSABS、尼龍等。以絲狀供料。材料在、尼龍等。以絲狀供料。材料在噴頭內(nèi)被加熱熔化。噴頭沿零件截面輪噴頭內(nèi)被加熱熔化。噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動，同時將熔化的材料廓和填充軌跡運(yùn)動，同時將熔化的材料擠出；材料迅速凝固，并與周圍的材料擠出；材料迅速凝固，并與周圍的材料凝結(jié)凝結(jié)( (如圖如圖) )。FDMFDM工作原理工作原理 系統(tǒng)及運(yùn)行成本：系

15、統(tǒng)及運(yùn)行成本： FDM工藝工藝無需其他快速成形系統(tǒng)中昂貴的無需其他快速成形系統(tǒng)中昂貴的關(guān)鍵部件激光器，故關(guān)鍵部件激光器，故MEMMEM快速成形系統(tǒng)成本較低；成形材快速成形系統(tǒng)成本較低；成形材料相對其他快速成形系統(tǒng)價格低廉；料相對其他快速成形系統(tǒng)價格低廉；MEMMEM原型特有空隙結(jié)構(gòu)，原型特有空隙結(jié)構(gòu)，節(jié)約材料與成形時間。節(jié)約材料與成形時間。 后處理：原型后處理簡單，方便。后處理：原型后處理簡單，方便。工藝適用范圍：工藝適用范圍： FDM工藝適用于薄殼體零件及微小零件，如工藝適用于薄殼體零件及微小零件，如電器外殼、手機(jī)外殼、玩具等，都是現(xiàn)代社會比較實用流行電器外殼、手機(jī)外殼、玩具等，都是現(xiàn)代社會

16、比較實用流行的用品；而且原型強(qiáng)度比較好，近似于實際零件，可以作為的用品；而且原型強(qiáng)度比較好，近似于實際零件，可以作為概念型直接驗證設(shè)計。概念型直接驗證設(shè)計。FDMFDM特點特點熔絲堆積成型樣件（可以經(jīng)受高溫的樣件）熔絲堆積成型樣件（精細(xì)的樣件）模具中的應(yīng)用模具中的應(yīng)用 采用熔融沉積采用熔融沉積造型（造型（FDM）方）方法制備各種形狀法制備各種形狀的沖壓頭。成形的沖壓頭。成形材料采用材料采用ABS絲。絲。 模具中的應(yīng)用模具中的應(yīng)用 該方法能在該方法能在56內(nèi)快速燒結(jié)內(nèi)快速燒結(jié)60個沖壓頭。個沖壓頭。采用快速成形設(shè)備能精確地制出沖壓頭的采用快速成形設(shè)備能精確地制出沖壓頭的曲面，并且通過提高噴頭的走速和噴頭機(jī)曲面，并且通過提高噴頭的走速和噴頭機(jī)構(gòu)帶動齒輪的速度，網(wǎng)格參數(shù)減小，可將構(gòu)帶動齒輪的速度，網(wǎng)格參數(shù)減小，可將零件層面細(xì)化，從而提高沖壓頭的強(qiáng)度。零件層面細(xì)化，從而提高沖壓頭的強(qiáng)度。該方法制出的沖壓頭具有較高強(qiáng)度，并且該方法制出的沖壓頭具有較高強(qiáng)度，并且制件成本較低。制件成本較低。模具中的應(yīng)用模具中的應(yīng)用 小結(jié)小結(jié)四種成型方法的比較：四種成型方法的比較：方法方法材料材料原理原理掃描路徑掃描