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1、3D打印成型工藝及材料3D打印技術研究所第1章 緒論2 基本原理與流程 分類3 發(fā)展歷程14 材料6 優(yōu)勢與局限 數(shù)據(jù)建模與處理5第1章 緒論第1章 緒論材料累加制造（Material Increrse Manufacturing）快速成型（Rapid Prototyping）分層制造（Layered Manufacturing）實體自由制造（Solid Freeform Fabrication）增材制造（Additive Manufacturing）減材制造等材制造增材制造制造技術（按照制造原理分類） 3D打印技術是通過CAD設計數(shù)據(jù)采用材料逐層累加的方法制造實體零件的技術，是一種“自下而上

2、”的材料累加的制造方法。第1章 緒論 美國材料與試驗協(xié)會（American Society for Testing and Materials，ASTM）F42國際委員會將3D打印定義為：“Process of joining materials to make objects from 3D model data，usually layer upon layer，as opposed to subtractive manufacturing methodologies.”即一種利用三維模型數(shù)據(jù)通過連接材料獲得實體的工藝，通常為逐層疊加，是與去除材料的制造方法截然不同的工藝。1.1 3D打印的

3、發(fā)展歷程（國外） 首次提出層疊成型方法的是Blanther，他于1892年利用分層制造的方法來構成地形圖。該方法的原理是：將地形圖的各輪廓線通過某些方法壓印在一些蠟片上，然后再按照輪廓線切割各蠟片，并將切割后的各蠟片黏接在一起，從而得到對應的三維地形圖。1.1 3D打印的發(fā)展歷程（國外）1902年，Carlo Baese提出了一種用光敏聚合物來制造塑料件的方法，這是光固化成型(SL)的最初設想。1982年，Charles W.Hull完成了第一個3D打印系統(tǒng)光固化成型系統(tǒng)(stereo lithography apparatus，SLA或簡稱SL)。于1986年獲得專利，是3D打印發(fā)展歷程中的

4、一個里程碑。同年，Charles成立了3D Systems公司，研發(fā)了著名的STL文件格式。將CAD模型進行三角化處理，成為CAD/CAM系統(tǒng)接口文件格式的工業(yè)標準之一。1.1 3D打印的發(fā)展歷程（國外）1988年，3DSystems公司推出了世界上第一臺基于SL技術的商用3D打印機SLA-250，稱為立體平板印刷機。它的面世標志著3D打印商業(yè)化的起步。“3D打印技術之父”1.1 3D打印的發(fā)展歷程（國外）Michael Feygin于1984年發(fā)明了疊層實體制造（Laminated Object Manufacturing，LOM）技術，Helisys于1991年推出第一臺LOM系統(tǒng)；Sco

5、tt Crump于1988年發(fā)明了熔融沉積制造（Fused Deposition Modeling，F(xiàn)DM）技術，并于1989年成立了Stratasys公司，三年后推出了第一臺基于FDM技術的3D工業(yè)級打印機；1.1 3D打印的發(fā)展歷程（國外）C. R. Dechard于1989年發(fā)明了選區(qū)激光燒結（Selective Laser Sintering，SLS）技術，同年，美國Stratasys、德國EOS公司成立。DTM公司于1992年推出首臺SLS打印機；美國麻省理工學院（MIT）的Emanual Sachs于1993年發(fā)明了三維印刷（Three Dimensional Printing，3

6、DP）技術，Z Corporation于1995年獲得MIT的許可，并開始開發(fā)基于3DP技術的打印機。1.1 3D打印的發(fā)展歷程（國外）2005年，Z Corporation推出世界第一臺彩色3D打印機Spectrum Z510，標志著3D打印從單色開始邁向多色時代。1.1 3D打印的發(fā)展歷程（國外）2008年以色列Objet Geometries公司推出其革命性的Connex500TM快速成型系統(tǒng)，它是有史以來第一臺能夠同時使用幾種不同的打印原料的3D打印機，開創(chuàng)了混合材料打印的先河。1.1 3D打印的發(fā)展歷程（國外）2009年ASTM F42增材制造技術委員會成立；FDM關鍵專利到期；Ma

7、kerBot推出基于RepRap開源系統(tǒng)的產(chǎn)品；3D Systems推出ProParts打印服務業(yè)務。2010年美國Organovo公司研制出了全球首臺3D生物打印機。這種打印機能夠使用人體脂肪或骨髓組織制作出新的人體組織，使得3D打印人體器官成為可能。1.1 3D打印的發(fā)展歷程（國外）2012年英國經(jīng)濟學人發(fā)表專題文章，稱3D打印將是第三次工業(yè)革命。這篇文章引發(fā)了人們對3D打印的重新認識，3D打印開始在社會普通大眾中傳播開來。同年，美國建立國家增材制造創(chuàng)新研究院(NAMII)；Statasys和Objet完成行業(yè)內最大規(guī)模合并；GE收購3D打印服務商Morris Technologies。1

8、.1 3D打印的發(fā)展歷程（國外）2013年美國前總統(tǒng)奧巴馬發(fā)表國情咨文演講強調3D打印的重要性；第一屆Inside 3D大會召開；耐克公司設計出第一款3D打印運動鞋；美國Solid Concepts公司設計制造出全球首支3D打印金屬槍；3D Systems公司完成對法國3D打印企業(yè)Phenix Systems公司的收購；SLA關鍵專利到期。1.1 3D打印的發(fā)展歷程（國外）據(jù)3D打印領域的年度權威報告Wohlers Report 2018，2017年全球3D打印產(chǎn)業(yè)增長了21%，達73.36億美元，其中金屬3D打印尤其突出。根據(jù)報告顯示，2017年銷售約1768套金屬打印系統(tǒng)，而2016年僅為

9、983套，增幅近80%。1.1 3D打印的發(fā)展歷程（國內）我國自20世紀90年代初，在國家科技部等多部門持續(xù)支持下，在西安交通大學、華中科技大學、清華大學、北京隆源公司等在典型的成型設備、軟件、材料等方面研究和產(chǎn)業(yè)化方面獲得了重大進展。隨后國內許多高校和研究機構也開展了相關研究，如西北工業(yè)大學、北京航空航天大學、華南理工大學、南京航空航天大學、上海交通大學、大連理工大學、中北大學、中國工程物理研究院等單位都在做探索性的研究和應用工作。1995年，3D打印技術被列為我國未來十年十大模具工業(yè)發(fā)展方向之一，國內的自然科學學科發(fā)展戰(zhàn)略調研報告也將3D打印技術研究列為重點研究領域之一。2012年10月，

10、由亞洲制造業(yè)協(xié)會聯(lián)合華中科技大學、北京航空航天大學、清華大學等權威科研機構和3D行業(yè)領先企業(yè)共同發(fā)起的中國3D打印技術產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟正式宣告成立。2012年11月，中國宣布是世界上唯一掌握大型結構關鍵件激光成型技術的國家。1.1 3D打印的發(fā)展歷程（國內）2015年2月由國家工信部、發(fā)改委和財政部聯(lián)合發(fā)布了國家增材制造（3D打?。┊a(chǎn)業(yè)發(fā)展推進計劃（2015-2016年）2017年11月由由國家工信部、發(fā)改委、教育部、財政部等十二部委繼續(xù)聯(lián)合發(fā)布了增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃（2017-2020年）1.2 3D打印基本原理與流程 3D打印技術的基本原理是：首先設計出所需產(chǎn)品或零件的計算機三維模型（如CAD

11、模型）；然后根據(jù)工藝要求，按照一定的規(guī)則將該模型離散為一系列有序的二維單元，一般在Z向將其按一定厚度進行離散（也稱為分層），把原來的三維CAD模型變成一系列的二維層片；再根據(jù)每個層片的輪廓信息，進行工藝規(guī)劃，選擇合適的加工參數(shù)，自動生產(chǎn)數(shù)控代碼；最后由成型系統(tǒng)接受控制指令，將一系列層片自動成型并將它們連接起來，得到一個三維物理實體。有必要的話，對完成的三維產(chǎn)品進行后處理，如深度固化、修磨、著色等，使之達到原型或零件的要求。1.2.1 基本原理圖1-2 3D打印技術基本原理示意圖1-CAD實體模型；2-Z軸向分層；3-CAD模型分層數(shù)據(jù)文件；4-層層堆積、加工；5-后處理1.2 3D打印基本原理

12、與流程 3D打印技術與傳統(tǒng)制造技術的特征比較。1.2.1 基本原理1.2 3D打印基本原理與流程 3D打印的加工過程包括前處理、成型加工和后處理三個階段，其中，前處理是獲得良好成型產(chǎn)品的關鍵所在。1.2.2 基本流程前處理階段三維建模模型載入與數(shù)據(jù)處理模型切片處理成型加工階段后處理階段圖1-3 3D打印的數(shù)據(jù)處理流程1.3 3D打印技術的分類1.3.1 按成型工藝分類01按照成型工藝分為類基于激光或其他光源的成型技術包括光固化成型（SLA）工藝、選區(qū)激光燒結（SLS）工藝、分層實體制造（LOM）工藝等。02基于噴射的成型技術包括熔融沉積制造（FDM）工藝、三維印刷成型（3DP）工藝等。1.3

13、3D打印技術的分類1.光固化成型（SLA）工藝以光敏樹脂為加工材料，在計算機控制下，紫外激光束按各分層截面輪廓的軌跡進行逐點掃描，被掃描區(qū)內的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應后固化，形成制件的一個薄層截面。每一層固化完畢之后，工作平臺移動一個層厚的高度，然后在之前固化的樹脂表面再鋪上一層新的光敏樹脂以便進行循環(huán)掃描和固化。如此反復，每形成新的一層均粘附到前一層上，直到完成零件的制作。SLA所用激光器的激光波長有限制，一般采用UV He-Cd激光器（325nm）、UV Ar+激光器（351nm，364nm）和固體激光器（355nm）等。優(yōu)點：零件有較高的精度，且表面光潔。缺點：可用材料的范圍較窄，材料成本

14、較高，激光器價格昂貴，從而導致零件制作成本較高。1.3 3D打印技術的分類2.分層實體制造（LOM）工藝采用激光器和加熱輥，按照二維分層模型所獲得的數(shù)據(jù)，采用激光束，將單面涂有熱熔膠的紙、塑料薄膜、陶瓷膜、金屬薄膜等切割成產(chǎn)品模型的內外輪廓，同時加熱含有熱熔膠的紙等材料，使得剛剛切好的一層和下面的已切割層粘結在一起。切割時工作臺連續(xù)下降。切割掉的紙片仍留在原處，起支撐和固定作用。如此循環(huán)，逐層反復地切割與粘合，最終疊加成整個產(chǎn)品原型。薄膜的一般厚度為0.07-0.1mm。優(yōu)點：LOM工藝的層面信息只包含加工輪廓信息，因此可以達到很高的加工速度。缺點：材料范圍很窄，每層厚度不可調整。以紙質的片材

15、為例，每層輪廓被激光切割后會留下燃燒的灰燼，且燃燒時有較大的有毒煙霧；而采用PVC薄膜作為片材的工藝，由于材料較貴，利用率較低，導致模型成本太高。1.3 3D打印技術的分類3.熔融沉積制造（FDM）工藝 該技術不采用激光作能源，而是采用熱熔噴頭裝置，使得熔融狀態(tài)的塑料絲，在計算機的控制下，按模型分層數(shù)據(jù)控制的路徑從噴頭擠出，并在指定的位置沉積和凝固成型，逐層沉積和凝固，從而完成整個零件的加工過程。 優(yōu)點：FDM的能量傳輸和材料傳輸方式使得系統(tǒng)成本較低。 缺點：由于噴頭的運動是機械運動，速度有一定限制，所以加工時間稍長，成型材料適用范圍不廣，噴頭孔徑不可能很小，因此，原型的成型精度較低。1.3

16、3D打印技術的分類4.選區(qū)激光燒結（SLS）工藝采用高能激光器作能源，按照計算機輸出的產(chǎn)品模型的分層輪廓，在選擇區(qū)域內掃描和熔融工作臺上已均勻鋪層的粉末材料，處于掃描區(qū)域內的粉末被激光束熔融后，形成一層燒結層。逐層燒結后，再去掉多余的粉末即獲得產(chǎn)品原型。為了提高產(chǎn)品原型的力學性能和熱學性能，一般還需要對其進行高溫燒結、熱等靜壓、熔浸和浸漬等后處理。優(yōu)點：SLS的材料適用范圍很廣，特別是在金屬和陶瓷材料的成型方面有獨特的優(yōu)點。 缺點：所成型的零件精度和表面光潔度較差。1.3 3D打印技術的分類5.選區(qū)激光熔化（SLM）工藝 該工藝是在選區(qū)激光燒結（SLS）工藝的基礎上發(fā)展起來的，利用激光的高能光

17、束對材料有選擇地掃描，使金屬粉末吸收能量后溫度快速升高，發(fā)生熔化并接著進行快速固化，實現(xiàn)對金屬粉末材料的激光加工。SLM金屬粉末包括銅、鐵、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金、鎳及鎳合金、不銹鋼（309L、316L）、工具鋼等。 優(yōu)點：SLM成型的零件致密度好，接近100%，成型精度高，形狀不受限制。 缺點：設備投入成本較高。1.3 3D打印技術的分類6.三維印刷成型（3DP）工藝 三維印刷成型原理與日常辦公用噴墨打印機的原理近似，首先在工作倉中均勻地鋪粉，再用噴頭按指定路徑將液態(tài)的粘結劑噴涂在粉層上的指定區(qū)域，隨著工作倉的下降逐層鋪粉并噴涂粘結劑，待粘結劑固化后，除去多余的粉末材料，即可得到所需的產(chǎn)品原

18、型。3DP工藝涉及的粉末材料包括石膏粉末、塑料粉末、石英砂、陶瓷粉末、金屬粉末等。 該工藝可分為三種：粉末粘結3DP工藝噴墨光固化3DP工藝粉末粘結與噴墨光固化復合3DP工藝SLA、LOM、FDM、SLS、SLM和3DP等六種常見3D打印成型工藝之間的比較見表1-2。工藝光固化成型分層實體制造熔融沉積制造選區(qū)激光燒結選區(qū)激光熔化三維印刷成型縮寫SLALOMFDMSLSSLM3DP材料類型液體（光敏聚合材料）片材（塑料、紙、金屬）絲材（PLA、ABS、PC、PPSF等）粉末（聚合材料、金屬、陶瓷）粉末（金屬）粉末（石膏、蠟、金屬、鑄造砂、聚合材料）精度（mm）0.050.20.10.20.150

19、.250.10.20.050.10.10.2速度一般快慢快快很快是否需要支撐是是是否否否代表性公司3DSystems、Envisiontec、Shining3dFabrisonic、He1isys、KiraStratasys、Shining3dEOS、3DSystems、ArcamEOS、3DSystems、Arcam3D Systems、Objet、ExOne、Solidscape、Voxelet表1-2 六種常見3D打印成型工藝比較1.3 3D打印技術的分類 3D打印技術可按照加工材料的不同進行分類，快速成型材料包括液態(tài)材料、離散顆粒和實體薄片， 如圖1-4所示。1.3.2 按加工材料分類

20、圖1-4 3D打印技術按加工材料分類1.4 3D打印材料 3D打印的材料根據(jù)實體建造原理、技術和方法的不同進一步細分為液態(tài)材料、絲狀材料、薄層材料和粉末材料等。表1-3 打印材料與工藝材料形態(tài)成型工藝打印材料液態(tài)材料立體光刻技術（SLA）光敏樹脂數(shù)字光處理（DLP）光敏樹脂三維印刷成型（3DP）聚合材料、蠟石膏3D打印（PP）UV墨水絲狀材料熔融沉積成型（FDM）熱塑性材料、低熔點金屬、食材電子束自由成型制造（EBF）鈦合金、不銹鋼等薄層材料分層實體制造（LOM）紙、金屬膜、塑料薄膜粉末材料 直接金屬激光燒結（DMLS）鎳基、鈷基、鐵基合金、碳化物復合材料、氧化物陶瓷材料等電子束熔化成型（EB

21、M）鈦合金、不銹鋼等激光熔化成型（SLM）鎳合金、鈦合金、鈷鉻合金、不銹鋼、鋁等激光燒結（SLS）熱塑性塑料、金屬粉末、陶瓷粉末選擇性熱燒結（SHS）熱塑性粉末激光近凈成型（LENS）鈦合金、不銹鋼、復合材料等1.4 3D打印材料 3D打印技術對其成型材料的要求一般有以下幾點：（1）適應逐層累加方式的3D打印建造模式。（2）在各種3D打印的建造方式下能快速實現(xiàn)層內建造及層間連接。（3）制造的原型零件具有一定尺寸精度、表面質量和尺寸穩(wěn)定性。（4）制造的原型零件具有一定力學性能及性能穩(wěn)定性或組織性能，且無毒、無污染。（5）應該有利于后續(xù)處理工藝。1.5 3D打印的數(shù)據(jù)建模與處理 三維建模是用計算機

22、系統(tǒng)來表示、控制、分析和輸出描述三維物體的幾何信息和拓撲信息，最后經(jīng)過數(shù)據(jù)格式的轉換輸出可打印的數(shù)據(jù)文件。 三維建模實際上是對產(chǎn)品進行數(shù)字化描述和定義的一個過程。目前，產(chǎn)品的三維建模途徑有三種： 第一種：是根據(jù)設計者的數(shù)據(jù)、草圖、照片、工程圖紙等信息在計算機上利用CAD軟件人工構建三維模型，常被稱為正向設計。目前，應用較多的具有三維建模功能的傳統(tǒng)的CAD軟件有Catia、UG、Pro/E、Inventor、SolidEdge、3DS MAX、Solidworks、Rhinoceros以及數(shù)字雕刻軟件Mudbox、Zbrush等，還有專門針對3D打印的三維設計軟件，如Autodesk 123D、

23、Tinker CAD、Blender、Sketch Up、3DTin、Free CAD、3DOne等。1.5.1 三維建模方法1.5 3D打印的數(shù)據(jù)建模與處理 第二種：第二種是在對已有產(chǎn)品（樣品或模型）進行三維掃描或自動測量，再由計算機生成三維模型。這是一種自動化的建模方式，常被稱為逆向工程或反求設計。 圖1-5 正向與逆向三維建模這種建模途徑用到三維掃描儀，三維掃描儀大體分為接觸式掃描和非接觸式掃描。常見的三維掃描儀品牌有：Breuckmann、Steinbichler、Gom、Artec3d、Cyberware、Shining3d等。逆向工程測得的離散數(shù)據(jù)需要結合一定功能的數(shù)據(jù)擬合軟件來處

24、理，包括3-matic、Imageware、PolyWorks、RapidForm、Geomagic等。1.5 3D打印的數(shù)據(jù)建模與處理 第三種：以建立的專用算法（過程建模）生成模型，主要針對不規(guī)則幾何形體及自然景物的建模，用分形幾何描述（通常以一個過程和相應的控制參數(shù)描述）。三維建模過程也稱為幾何造型，幾何造型就是用一套專門的數(shù)據(jù)結構來描述產(chǎn)品幾何形體，供計算機進行識別和信息處理。比較有代表性的3D打印建模軟件是OpenSCAD，不僅支持快速、精確地創(chuàng)建基本幾何對象，還支持條件、循環(huán)等編程邏輯，可以快速創(chuàng)建矩陣式的結構，如柵格、散熱孔等。由于OpenSCAD采用函數(shù)驅動，只需修改相應的參數(shù)就

25、可以自動進行相關部分的調整。1.5 3D打印的數(shù)據(jù)建模與處理 STL（光固化快速成型Stereolithography的縮寫）是由3D Systems公司為光固化CAD軟件創(chuàng)建的一種文件格式，也被稱為標準鑲嵌語，廣泛用于快速成型和計算機輔助制造領域。STL文件只描述三維對象表面幾何圖形，不含有任何色彩、紋理或者其他常見CAD模型屬性的信息。STL數(shù)據(jù)的精度直接取決于離散化時三角形的數(shù)目。1.5.2 STL數(shù)據(jù)和文件輸出 STL文件有兩種格式，即文本格式（ASC碼）和二進制（Binary）兩種類型，文本格式文件是相應二進制文件的3倍，二進制文件由于簡潔而更加常見。（a）原始三維模型 （b）三角化

26、后數(shù)據(jù)模型 圖1-6 三維模型的三角化1.5 3D打印的數(shù)據(jù)建模與處理 一個STL文件通過存儲法線和頂點（根據(jù)右手法則排序）信息來構成三角形面，從而擬合坐標系中物體的輪廓表面。STL文件中的坐標值必須是正數(shù)，并沒有縮放比例信息，但單位可以是任意的。除了對取值要求外，STL文件還必須符合以下三維模型描述規(guī)范。（1）共頂點規(guī)則 每相鄰的兩個三角形只能共享兩個頂點，即一個三角形的頂點不能落在相鄰的任何一個三角形的邊上。（2）取向規(guī)則 對于每個小三角形平面的法向量必須由內部指向外部，小角形三個頂點排列的順序同法向量符合右手法則。每相鄰的兩個三角形面片所共有的兩個頂點在它們的頂點排列中都是不相同的。（3

27、）充滿規(guī)則 在STL三維模型的所有表面上必須布滿小三角形面片。1.5 3D打印的數(shù)據(jù)建模與處理（4）取值規(guī)則 每個頂點的坐標值必須是非負的，即STL模型必須落在第一象限。 在三維模型生成后，要進行STL文件的輸出。幾乎所有CAD/CAM軟件都具有STL文件的輸出接口，操作非常方便。在輸出過程中，根據(jù)模型復雜程度，相應地選擇所要求的的精度指標。 由于STL文件在生成過程中會出現(xiàn)一些錯誤，導致不滿足上述四點描述規(guī)范，以及壞邊、殼體、重疊與交叉三角面片等問題，需要對STL文件進行瀏覽和處理。目前，有多種用于瀏覽和處理STL格式文件的軟件和打印數(shù)據(jù)處理專用軟件，比較典型的有Solidview、Mesh

28、lab、NetFabb、Autofab、Magics RP、Mimics等。1.6 3D打印的優(yōu)勢與局限 3D打印技術已經(jīng)應用到各行各業(yè)，并在工業(yè)設計、文化藝術、機械制造、航空航天、軍事、建筑、影視、家電、醫(yī)學、考古、首飾等領域得到廣泛應用。3D打印技術的優(yōu)勢主要表現(xiàn)為：（1）降低制造成本；（2）適于產(chǎn)品多樣化和個性化、便攜制造；（3）產(chǎn)品無需組裝、縮短交付時間；（4）產(chǎn)品按需打印、即時生產(chǎn)；（5）降低技能門檻；（6）拓展設計空間；（7）大幅降低材料耗損、多材料無限組合；（8）精確的實體復制。1.6.1 3D打印的優(yōu)勢1.6 3D打印的優(yōu)勢與局限（1）產(chǎn)品原型的制造精度相對低；（2）材料性能差

29、，產(chǎn)品機械性能有限；（3）可打印材料有限，成本高昂。1.6.2 3D打印的局限思考題1、增材制造技術與傳統(tǒng)的減材制造和等材制造從原理上有哪些不同之處？2、3D打印的基本流程可以分為哪幾個步驟？3、3D打印的優(yōu)勢與局限有哪些？4、通過網(wǎng)絡、文獻、報刊等途徑，查閱3D打印成型工藝，分析各工藝之間的區(qū)別。第1章 緒論3D打印成型工藝及材料第2章 光固化成型工藝及材料3D打印技術研究所2 成型原理及工藝 成型系統(tǒng)3 概述14 成型材料6 典型應用 成型影響因素5第2章 光固化成型工藝及材料 光固化成型（立體光刻成型），Stereo Lithography Apparatus（SLA），利用液態(tài)光敏材料

30、的光敏特性，在特定波長的光源或其他如電子束、可見光或不可見光等的照射能量刺激下由液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)聚合物，實現(xiàn)三維物體的快速成型。2.1 概述 1902年，Carlo Baese，美國專利（#774549）提出SLA的最初設想。 1982年，Charles W. Hull完成了第一個3D打印系統(tǒng)光固化成型系統(tǒng)。并于1986年獲得美國專利，是3D打印史上的里程碑。 1988年，3D Systems公司推出SLA商品化快速成型機SLA -250。2.1 概述3D System公司開發(fā)的ProXTM 950 SLA系統(tǒng) 先臨三維iSLA-650 Pro2.1 概述 光固化過程是指液態(tài)樹脂經(jīng)光照后變成固態(tài)

31、的過程，大多數(shù)光固化反應是光引發(fā)的鏈式聚合反應。（1）光引發(fā)自由基聚合自由基聚合反應通常包括引發(fā)、鏈增長、鏈轉移和鏈終止過程。自由基聚合示意圖2.2 成型原理及工藝2.2.1 成型原理2.2 成型原理及工藝2.2.1 成型原理 1）光引發(fā)階段 適當波長及強度的光能被光引發(fā)劑吸收后，光引發(fā)劑（）將會發(fā)生光物理過程至某一激發(fā)態(tài)，如果該激發(fā)態(tài)的能量比化學鍵斷裂所需要的總能量大就能產(chǎn)生初級自由基（ ）2.2 成型原理及工藝2.2.1 成型原理 2）鏈增長階段該階段即為單體分子與自由基迅速合成大分子自由基的過程。 3）鏈終止階段 自由基有極強的相互作用傾向，當兩個自由基相遇時就會終止反應，從而喪失活性最

32、終形成穩(wěn)定的大分子，支架材料由液態(tài)轉化為固態(tài)成型R* + nRCH= CH2 R （RCHCH2）n RCHC*H2（2）光引發(fā)陽離子聚合光引發(fā)陽離子聚合一般是利用陽離子光引發(fā)劑在光照下產(chǎn)生的質子酸催化環(huán)氧基的開環(huán)聚合或富電子碳碳雙鍵(如乙烯基醚)的陽離子聚合。這類陽離子光引發(fā)劑主要有硫鹽、碘鹽。光解過程及引發(fā)環(huán)氧聚合過程光解結果2.2 成型原理及工藝圖2-4 SLA成型過程2.2.2 成型工藝1.工藝原理（1）SLA成型工藝2.2 成型原理及工藝三維實體原型反復掃描固化234561紫外激光束按分層截面信息逐點掃描樹脂固化為一個薄層工作臺下移一個層厚的距離刮平樹脂液面進行下一層的掃描新固化2.

33、2 成型原理及工藝（1）SLA成型工藝2.2 成型原理及工藝（2）DLP成型工藝數(shù)字投影成型（Digitallighting Processing，DLP）也稱掩模曝光快速成型，主要依賴于數(shù)字微鏡（Digital Micromirror Divice，DMD）技術的發(fā)展。當小微鏡處于“+1”態(tài)時，偏轉至+12；當小微鏡處于“-1”態(tài)時，偏轉至-12；不工作時小微鏡處于“0”態(tài)。圖2-6 DLP成型過程2.2 成型原理及工藝（2）DLP成型工藝計算機根據(jù)切片圖像控制數(shù)字微鏡，光照射到數(shù)字微鏡上生成二維截面輪廓，光束傳輸系統(tǒng)將二維輪廓投射到樹脂面上，使樹脂按零件的截面輪廓固化成型。一層制作完成后，

34、工作臺向下移動一層厚度的距離，新的液態(tài)樹脂覆蓋在已制作的結構上方，繼續(xù)下一層的制作。層層堆疊完成三維模型的制作。圖2-6 DLP成型過程圖2-7 下置式DLP成型過程2.2 成型原理及工藝（3）PolyJet成型工藝整個系統(tǒng)包括原料噴撒器、控制器、CAD、硬化光源、打印頭以及噴嘴等裝置。與其他3D打印技術相比，PolyJet的運動系統(tǒng)相對比較簡單，如圖2-10所示，只需要X，Y，Z三個方向的直線運動和定位，且3個方向上的運動都是獨立進行的，不需要實現(xiàn)聯(lián)動。圖2-9 PolyJet結構示意圖圖2-10 PolyJet機械結構總體布局圖2.2 成型原理及工藝（3）PolyJet成型工藝通過壓電式噴

35、頭將液態(tài)光敏樹脂噴射到工作臺上，形成給定厚度的具有一定幾個輪廓的一層光敏樹脂液體，然后由紫外燈發(fā)射紫外光對工作臺上的這層液態(tài)光敏樹脂進行光照固化；完成固化后，工作臺精準下降一個成型層厚，然后進行第二層具有一定幾何輪廓的液態(tài)光敏樹脂固化成型；如此循環(huán)進行多層固化成型，形成三維實體模型。圖2-11 PolyJet成型過程2.后處理晾干滯留樹脂1后固化4去除支撐3清洗原型2光固化成型的后處理主要包括原型的清洗、去除支撐、后固化以及必要的打磨等工作。2.2 成型原理及工藝賽車模型的光固化成型過程2.2 成型原理及工藝（1）成型過程自動化程度高。（2）尺寸精度高。（3）表面質量較好。（4）系統(tǒng)分辨率較高

36、。（5）可以直接制作面向熔模精密鑄造的具有中空結構的消失模。（6）制作的原型可以在一定程度上替代塑料件。優(yōu)點：2.2.3 工藝特點2.2 成型原理及工藝（1）成型制件外形尺寸穩(wěn)定性差。（2）需要設計模型的支撐結構。（3）SLA設備運轉及維護費用高。（4）可使用的材料種類較少。（5）液態(tài)樹脂有一定的氣味和毒性。（6）成型制件需要二次固化。（7）SLA成型件不便進行機械加工。缺點：2.2 成型原理及工藝2.2.3 工藝特點 SLA系統(tǒng)的組成一般包括：光源系統(tǒng)、光學掃描系統(tǒng)、托板升降系統(tǒng)、涂覆刮平系統(tǒng)、液面及溫度控制系統(tǒng)、控光快門系統(tǒng)等。2.3 成型系統(tǒng)2.3.1 SLA成型系統(tǒng)圖2-13 振鏡掃描

37、式SLA系統(tǒng)示意圖 DLP整個系統(tǒng)包括四大模塊：光學系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和機械系統(tǒng)，各部分相互協(xié)作保證系統(tǒng)良好的工作。2.3 成型系統(tǒng)2.3.2 DLP成型系統(tǒng)圖2-23 DLP系統(tǒng)原理圖 PolyJet系統(tǒng)與SLA系統(tǒng)的主要區(qū)別在噴頭部分。2.3 成型系統(tǒng)2.3.3 PolyJet成型系統(tǒng)圖2-25 PolyJet噴頭系統(tǒng)機構2.4 成型材料2.4.1 光敏樹脂的性能要求光敏性高分子材料，是指在吸收光能后，能在分子內或分子間產(chǎn)生化學、物理變化的一類功能高分子材料。在一定波長的紫外光(250400 nm)照射下立刻引起聚合反應，完成固化。它是一種具有多方面優(yōu)越性的特殊樹脂，是從UV涂料

38、配方基礎上發(fā)展起來的，固化后又具有工程塑料的性能，因此其性能與一般的光敏樹脂有所不同，一般應符合以下要求：2.4 成型材料2.4.1 光敏樹脂的性能要求1固化速度快2468固化收縮小一次固化程度高黏度低固化產(chǎn)物的力學性能好固化產(chǎn)物溶脹小，耐溶劑性好透射深度合適存儲穩(wěn)定性良好3579毒性低2.4 成型材料2.4.2 光敏樹脂的組成名稱功能常用含量/%類型光引發(fā)劑吸收紫外光能，引發(fā)聚合反應10自由基型、陽離子型低聚物材料的主體，決定固化后材料的主要功能40環(huán)氧烯酸酯、聚酯丙烯酸酯等稀釋單體調整粘度并參與固化反應，影響固化膜性能2050單官能度、雙官能度、多官能度其他根據(jù)不同用途而異0302.4 成

39、型材料2.4.3 光敏樹脂的分類 按照光固化樹脂參加光固化交聯(lián)過程中的反應機理，可以起把光固化樹脂分為： （1）自由基型光固化樹脂 （2）陽離子型光固化樹脂 （3）混合型光固化樹脂2.4 成型材料2.4.3 光敏樹脂的分類自由基型光固化樹脂1.環(huán)氧樹脂丙烯酸酯2.聚酯丙烯酸酯3.聚氨酯丙烯酸酯分 類 自由基光固化樹脂具有原材料廣、價格低、光響應快、固化速度快等優(yōu)點，因此最早的光固化成型樹脂選用的都是這類樹脂。2.4 成型材料2.4.3 光敏樹脂的分類陽離子型光固化樹脂優(yōu)點： 1.固化收縮小，預聚物環(huán)氧樹脂的固化收縮率為2%3%，而自由基光固化樹脂的預產(chǎn)物丙烯酸酯的固化收縮率為5%左右； 2.產(chǎn)

40、品精度高； 3.陽離子聚合物是活性聚合，在光熄滅后可繼續(xù)引發(fā)聚合； 4.氧氣對自由基聚合有阻聚作用，而對陽離子樹脂無影響； 5.黏度低； 6.生坯強度高； 7.產(chǎn)品可以直接用于注塑模具。主要成分：環(huán)氧化合物2.4 成型材料2.4.3 光敏樹脂的分類混合型光固化樹脂 自由基光固化樹脂雖然成本低、固化速度快，但是固化收縮大，表層易受氧阻聚而固化不充分，而陽離子型光固化性樹脂也存在成本高，固化速度慢、固化深度不夠的缺點。為了解決這些問題，利用混合型光固化樹脂實現(xiàn)兩者的互補，混合型光固化樹脂是未來光固化成型樹脂發(fā)展的趨勢。2.5 成型影響因素 光固化原型的精度指成型件在形狀、尺寸和表面相互位置三個方面

41、與設計要求的符合程度。形狀精度 包括翹曲變形、扭曲變形、橢圓度誤差及局部缺陷等；尺寸精度 指成型件與CAD模型相比，在X、Y、Z三個方向上的尺寸相差值；表面精度 包括由疊層累加產(chǎn)生的臺階誤差及表面粗糙度等。2.5 成型影響因素SLA工藝成型誤差原理性誤差數(shù)字模型轉換誤差分層切片誤差機器誤差托板Z方向運動誤差X-Y方向同步帶變形X-Y方向定位誤差掃描路徑誤差光學系統(tǒng)誤差工藝性誤差樹脂收縮變形引起的誤差成型工藝參數(shù)引起的誤差激光功率、掃描速度、掃描間距設置誤差樹脂涂層厚度設置誤差光斑直徑大小設置誤差掃描方式產(chǎn)生的誤差后處理誤差去除支撐引起的變形誤差后固化及表面處理產(chǎn)生的誤差2.5 成型影響因素2.

42、5.1 原理性誤差1.數(shù)字模型轉化誤差圓柱上下表面無誤差曲面有誤差圓柱體的STL格式弦差導致截面輪廓線誤差圓球的STL格式2.5 成型影響因素2.5.1 原理性誤差2.分層切片誤差圖2-30b 自適應分層圖2-30a 臺階效應大斜度，小層厚，提高精度小斜度，大層厚，提高效率2.5 成型影響因素2.5.1 原理性誤差3.掃描路徑誤差圖2-31 用短線段近似曲線造成的掃描誤差對于掃描設備來說，一般很難真正掃描曲線，但可以用許多短線段近似表示曲線，這樣就會產(chǎn)生掃描誤差。2.5 成型影響因素2.5.1 原理性誤差4.光學系統(tǒng)誤差（1）激光器和振鏡掃描頭由于溫度變化和其他因素的影響，會出現(xiàn)零漂或增溢漂移

43、現(xiàn)象，造成掃描坐標系統(tǒng)偏移，使下層的坐標原點與上層的坐標原點不一致，致使各個斷面層間發(fā)生相互錯位。這可以通過對光斑進行在線檢測，并對偏差量進行補償校正消除誤差。（2）振鏡掃描頭結構本身造成原理性的掃描路徑枕形誤差，振鏡掃描頭安裝誤差造成的掃描誤差，可以用一種X/Y平面的多點校正法消除掃描誤差。（3）激光器功率如果不穩(wěn)定，使被照射的樹脂接受的曝光量不均勻。光斑的質量不好、光斑直徑不夠細等都會影響制件的質量。2.5 成型影響因素2.5.2 工藝性誤差1.樹脂收縮變形引起的誤差 液態(tài)光敏樹脂在固化過程中都會發(fā)生收縮，收縮會在工件內產(chǎn)生內應力，沿層厚從正在固化的層表面向下，隨固化程度不同，層內應力呈梯

44、度分布。在層與層之間，新固化層收縮時要受到層間粘合力限制。層內應力和層間應力的合力作用致使工件產(chǎn)生翹曲變形。 措施如下： （1）樹脂配方的改進 （2）軟件設計時對體積收縮進行補償2.5 成型影響因素2.5.2 工藝性誤差1.樹脂收縮變形引起的誤差 液態(tài)光敏樹脂在固化過程中都會發(fā)生收縮，收縮會在工件內產(chǎn)生內應力，沿層厚從正在固化的層表面向下，隨固化程度不同，層內應力呈梯度分布。在層與層之間，新固化層收縮時要受到層間粘合力限制。層內應力和層間應力的合力作用致使工件產(chǎn)生翹曲變形。 措施如下： （1）樹脂配方的改進 （2）軟件設計時對體積收縮進行補償2.5 成型影響因素2.5.2 工藝性誤差2.成型工

45、藝參數(shù)引起的誤差（1）激光掃描方式 順序往復掃描（Z字形、光柵式掃描） 掃描過程中，掃描器會以跨越速度快速跨越型腔。 缺點：空行程多，會出現(xiàn)“拉絲”現(xiàn)象；掃描系統(tǒng)速度頻繁變換，產(chǎn)生振動和噪聲；激光器頻繁進行開關切換，降低加工效率。拉絲圖2-32a 順序往復掃描2.5 成型影響因素2.5.2 工藝性誤差2.成型工藝參數(shù)引起的誤差（1）激光掃描方式 分區(qū)往復掃描 優(yōu)點：省去激光開關，提高成型效率；分散收縮應力，減小收縮變形，提高成型精度。圖2-32b 分區(qū)往復掃描2.5 成型影響因素2.5.2 工藝性誤差2.成型工藝參數(shù)引起的誤差（2）樹脂涂層厚度 當聚合深度小于層厚時，層與層之間將粘合不好，甚至

46、會發(fā)生分層； 當聚合深度大于層厚時，將引起過固化而產(chǎn)生較大的殘余應力，引起翹曲變形。 在掃描面積相等的條件下，固化層越厚，則固化的體積越大，層間產(chǎn)生的應力就越大，因此為了提高成型精度，減小層間應力，應盡可能減小單層固化深度。2.5 成型影響因素2.5.2 工藝性誤差2.成型工藝參數(shù)引起的誤差（3）光斑直徑大小 圓形光斑有一定的直徑，固化的線寬等于實際光斑的直徑大小。實體尺寸大了一個光斑直徑掃描路徑向實體內部縮進一個光斑半徑（a）未采用光斑補償 （b）采用光斑補償圖2-33 光斑直徑對成型尺寸的影響2.5 成型影響因素2.5.2 工藝性誤差2.成型工藝參數(shù)引起的誤差（4）激光功率、掃描速度、掃描

47、間距1）單線掃描固化理論分析單線掃描時的固化深度同激光功率與掃描速度的比值成正比；在激光能量、掃描速度、光斑直徑、材料參數(shù)已知的條件下，可以計算出固化線條的最大固化深度和最大固化寬度。2）平面掃描特性理論分析平面掃描固化深度與激光功率/掃描速度的比值有關。2.5 成型影響因素2.5.3 后處理誤差排除殘留樹脂 去除支撐 后固化 表面處理 2.6 典型應用 光固化成型技術具有成型過程自動化程度高，制作原型表面質量好，尺寸精度高以及能夠實現(xiàn)比較精細的成型尺寸等特點，廣泛應用于航空、汽車、電器、消費品以及醫(yī)療等行業(yè)。2.6 典型應用1.航空航天領域（a）葉輪模型 （b）發(fā)動機關鍵零件 （c）導彈模型

48、圖2-35 SLA在航空航天領域的應用2.6 典型應用2. 汽車領域圖2-36 SLA在汽車領域的應用（a）一體成型的汽車中控臺模型（b）汽車水箱面罩原型 （c）基于SLA原型的賽車零件模具及產(chǎn)品2.6 典型應用3.電器行業(yè)圖2-37 SLA在電器行業(yè)的應用2.6 典型應用4.鑄造領域（a）用于制作氧化鋁基陶瓷芯的SLA原型 （b）用于制作變速箱撥叉熔模的SLA原型圖2-38 SLA在鑄造領域中的應用2.6 典型應用4.醫(yī)療領域的應用圖2-39 顱骨修復2.6 典型應用4.醫(yī)療領域的應用圖2-40 術前規(guī)劃2.6 典型應用4.醫(yī)療領域的應用圖2-41 顱骨模型思考題1、光固化成型的機理是什么？

49、2、光固化的成型過程有哪些？3、光固化成型有哪些優(yōu)缺點？4、光固化原型的精度包括哪幾個方面？5、舉例說明SLA工藝的典型應用。第2章 光固化成型工藝及材料3D打印成型工藝及材料3D打印技術研究所第3章 選區(qū)激光燒結工藝及材料2 成型原理及工藝 成型系統(tǒng)3 概述14 成型材料第3章 選區(qū)激光燒結工藝及材料 成型影響因素56 典型應用 選區(qū)激光燒結（Selected Laser Sintering，SLS）又稱選擇性激光燒結，是一種采用激光有選擇地分層燒結固體粉末，并使燒結成型的固化層層層疊加生成所需形狀零件的工藝。塑料、石蠟、金屬、陶瓷等受熱后能夠粘結的粉末都可以作為SLS的原材料。第3章 選區(qū)

50、激光燒結工藝及材料3.1 概述 SLS思想是由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的Dechard于1986年首先提出的。 DTM公司(后被3D Systems公司收購)于1992年推出了Sinterstation 2000系列商品化SLS成型機。 EOS公司于1994年推出3個系列的SLS成型機：EOSINTP用于燒結熱塑性塑料粉末，制造塑料功能件及熔模鑄造和真空鑄造的原型;EOSINTM用于金屬粉末的直接燒結，制造金屬模具和金屬零件;EOSINTS用于直接燒結樹脂砂，制造復雜的鑄造砂型和砂芯。3.1 概述3D Systems iPro系列SLS EOS FORMIGA P 110激光粉末燒結系統(tǒng)3.

51、2 成型原理及工藝2 成型工藝 工藝特點3 成型原理13.2.1 成型原理燒結過程中能量給予過程示意圖 選區(qū)激光燒結工藝使用的材料一般有石蠟、高分子、金屬、陶瓷粉末和它們的復合粉末材料。要使粉末直接SLS成型順利進行，必須使得一層粉末材料全部或局部熔化，并和基體粘結且該層的表面不發(fā)生汽化現(xiàn)象。3.2.1 成型原理金屬粉末由高熔點金屬粉末和低熔點金屬粉末混合而成。雙組元法燒結后的零件機械強度較低，需進行后續(xù)處理，經(jīng)液相燒結的零件相對密度可大于80%，零件的機械強度也很高。雙組元法金屬粉末實際上是一種金屬組元與有機粘結劑的混合物，有機粘結劑的含量約為1%。燒結后的零件孔隙率約達45%，強度也不是很

52、高，需要進一步加工。間接法金屬粉末為單一的金屬組元。直接法得到的零件再經(jīng)熱等靜壓燒結工藝處理，可使零件的最終相對密度達99.9%，但直接法的主要缺點是工作速度比較慢。直接法3.2.2 成型工藝選區(qū)激光燒結工藝成型過程3.2.2 成型工藝 SLS后處理 （1）高溫燒結 將SLS成型件放入溫控爐中，先在一定溫度下脫掉黏接劑，然后再升高溫度進行高溫燒結。 （2）熱等靜壓燒結 熱等靜壓燒結將高溫和高壓同時作用于坯體，能夠消除坯體內部的氣孔，提高制件的密度和強度。 （3）熔浸 熔浸是將坯體浸沒在一種低熔點的液態(tài)金屬中，金屬液在毛細管力作用下沿著坯體內部的微小孔隙緩慢流動，最終將孔隙完全填充。 （4）浸漬

53、 浸漬和熔浸相似，所不同的是浸漬是將液態(tài)非金屬物質浸入多孔的激光區(qū)燒結坯體的孔隙內。 SLS成型工藝優(yōu)點：可采用多種材料。 可制造多種原型。 高精度。 無須支撐結構。 材料利用率高。 SLS成型工藝缺點:表面粗糙。 燒結過程有異味。 有時輔助工藝較復雜。3.2.3 工藝特點3.3 成型系統(tǒng)振鏡式掃描SLS系統(tǒng) SLS系統(tǒng)一般由高能激光系統(tǒng)、光學掃描系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、供粉及鋪粉系統(tǒng)等組成。3.3.1 光學掃描系統(tǒng)振鏡式激光掃描原理直線導軌掃描原理3.3.2 供粉及鋪粉系統(tǒng)供粉及鋪粉系統(tǒng) 鋪粉過程可以概括為:燒結槽下降一個層厚，同時供粉槽上升一定高度。鋪粉裝置自右向左運動，同時鋪粉滾筒正向轉動，鋪粉

54、裝置運動至程序設定的終點。鋪粉滾筒停止轉動，鋪粉裝置自左向右運動，按程序設定的距離返回原位。3.4 成型材料 SLS技術是一種基于粉床的增材制造技術，以粉末作為成型材料，所使用的成型材料十分廣泛，從理論上講，任何被激光加熱后能夠在粉粒間形成原子間連接的粉末材料都可以作為SLS的成型材料。但是粉末材料的特性對SLS制件的性能影響較大，其中粒徑、粒徑分布及形狀等最為重要。粒徑特性1粒徑減小，表面光潔度和成型精度提高；粉末平均粒徑越小，燒結速率越大，燒結件的強度越高。3.4.1 粉末特性粒徑分布特性2 指用簡單的表格、繪圖和函數(shù)形式表示粉末顆粒群粒徑的分布狀態(tài)。增加粉床密度的一個方法是將幾種不同粒徑

55、的粉末進行復合。3.4.1 粉末特性 單分布球形粉末的正交堆積單粉末堆積與復合粉末堆積粉末顆粒形狀特性3 規(guī)則的球形粉末具有更好的流動性，鋪粉效果更好，成型精度比不規(guī)則粉末高。3.4.1 粉末特性 不同制備方法的粉末形狀3.4.2 成型材料分類 聚苯乙烯聚碳酸酯蠟粉尼龍金屬粉末覆膜陶瓷粉末覆膜砂納米材料工程塑料3.5 成型影響因素 SLS工藝成型質量受多種因素影響，包括成型前數(shù)據(jù)的轉換、成型設備的機械精度、成型過程的工藝參數(shù)以及成型材料的性質等。 本節(jié)主要對成型過程中燒結機理以及幾個主要工藝參數(shù)進行分析，各參數(shù)間既相互聯(lián)系，又各自對燒結精度有一定的影響。3.5.1 原理性誤差 燒結機理影響分析

56、圖(a)表示燒結前成型體中顆粒的堆積情況，此時，顆粒間孔隙較多。圖(a)圖(b)階段開始產(chǎn)生顆粒間的鍵合和重排。圖(b)圖(c)階段開始有明顯的傳質過程。圖(c)圖(d)階段表明，隨著傳質的繼續(xù)，燒結體致密度增高。粉狀成型體的燒結過程3.5.1 原理性誤差 燒結過程中顆粒之間的黏結大致分為三個階段：初期燒結頸形成階段。中間燒結頸長大階段。 最后燒結階段。顆粒間的燒結模型3.5.2 工藝性誤差熔固收縮溫致收縮制件收縮粉末燒結后密度變大，體積縮小，導致制件收縮制件的溫度從工作溫度降到室溫造成收縮3.5.2 工藝性誤差 激光功率 d激光光斑的直徑 v激光束的移動速度T燒結溫度 Ti起始溫度熱擴散率

57、A材料的吸收系數(shù)激光發(fā)送系統(tǒng)的透明度 在其他條件不變的情況下，當激光功率逐漸增大時，材料的收縮率逐漸升高。3.5.2 工藝性誤差 掃描間距 指相鄰兩激光束掃描行之間的距離，直接影響傳輸給粉末能量的分布、粉末體燒結制件的精度。在不考慮材料本身熱效應的前提下，對聚苯乙烯粉末進行激光燒結。用單一激光束以一定參數(shù)對其掃描，在熱擴散的影響下，會燒結出一條燒結線。燒結線截面圖3.5.2 工藝性誤差 掃描間距d/2Wd時，燒結制件的表面凹凸不平，嚴重影響制件的強度；Wd/2時，能量分布不均勻，成型效率低，會引起制件較大的翹曲和收縮；Wd/2時，總的激光能量太大，會引起材料汽化、變形。重疊燒結線截面圖3.5.

58、2 工藝性誤差 燒結層厚CAD模型網(wǎng)絡細化會帶來表面形狀失真。進行STL格式轉化時，有時會產(chǎn)生一些局部缺陷。例如，表面曲率變化較大的分界處，可能出現(xiàn)鋸齒狀小凹坑。為達到較高的生產(chǎn)率，同時受材料性能的制約，切片間距不可能太小，會在模型表面造成階梯效應，而且還可能遺失小特征結構(如小凸緣、小窄槽等)，造成誤差。3.5.2 工藝性誤差 制件擺放角度當CAD模型的表面與直角坐標軸線平行時，不產(chǎn)生階梯效應；當其表面接近垂直方向，受階梯效應影響小，而接近水平方向的表面則受階梯效應的影響嚴重；當表面與軸線傾斜成角度，階梯現(xiàn)象明顯。在坐標系中如何擺放制件，與激光燒結成型的效率密切相關，這是因為制件坐標直接影響

59、成型層數(shù)。對同一個CAD模型，制件坐標不同，其在成型方向的成型高度就不同。層數(shù)越多，鋪粉的累計輔助時間越長，燒結時間也越長，成型效率越低。3.5.2 工藝性誤差 其他因素成型機X，Y，Z方向的運動定位誤差，以及Z方向工作臺的平直度、水平度和垂直度等對成型件的形狀和尺寸精度有較大影響。 成型材料的性能對其加工精度起著決定性的作用。制件后處理對其精度的影響。3.5.3 制件缺陷及改進措施 提高制件表面精度合理地選取工藝參數(shù)。尋找提高精度的方法。3.5.3 制件缺陷及改進措施 提高制件尺寸精度合理選擇激光燒結功率、激光掃描間距、掃描速度等工藝參數(shù)，通過修正系數(shù)減少尺寸的收縮。改變固化取向，使變形方向

60、發(fā)生改變，以減少收縮。掌握激光燒結材料的預熱溫度(一般低于熔融溫度2-3)，減少溫差；制件燒結后，降低制件的冷卻速度，減少收縮。將制件中較大的成型平面放在最底層。3.6 典型應用 模具制造領域 SLS可以選擇不同的材料粉末制造不同用途的模具，用SLS法可直接燒結金屬模具和陶瓷模具，用作注塑、壓鑄、擠塑等塑料成型模及鈑金成型模。采用SLS工藝制作的高爾夫球頭模具及產(chǎn)品3.6 典型應用 原型制作領域 SLS特別適宜整體制造具有復雜形狀的金屬功能零件。在新產(chǎn)品試制和零件的單件小批量生產(chǎn)中，不需復雜工裝及模具，可大大提高制造速度，并降低制造成本。原型由快速無模具鑄造方法制作的產(chǎn)品3.6 典型應用 醫(yī)學