快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點

1、第八章 快速原型制造技術(shù) 一、快速成形原理及特點 1、 快速成型原理 2、 快速成型特點 3、 發(fā)展過程 快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點快速成型技術(shù)簡介 快速成型制造技術(shù)又叫快速原型制造技術(shù)；是指由CAD模型直接驅(qū)動的快速制造任意復(fù)雜形狀三維物理實體的技術(shù)總稱。英文：RAPID PROTOTYPING，簡稱RP， 或 RAPID PROTOTYPING MANUFACTUREING，簡稱 RPM。 不同種類的快速成型系統(tǒng)因所用成形材料不同，成形原理和系統(tǒng)特點也各有不同。但是，其基本原理都是一樣的，那就是“分層制造，逐層疊加“。形象地講，快速成形系統(tǒng)就像是一臺”立體打印機。 快速原型制造技術(shù)

2、快速成形原理及特點快速成型的基本過程：首先設(shè)計出所需零件的計算機三維模型（數(shù)字模型、 CAD模型）按照一定的規(guī)律將該模型離散為一系列有序的單元， 通常在Z向?qū)⑵浒匆欢ê穸冗M行離散（習慣稱為分 層），把原來的三維CAD模型變成一系列的層片再根據(jù)每個層片的輪廓信息，輸入加工參數(shù)，自動生 成數(shù)控代碼最后由成形系統(tǒng)成形一系列層片并自動將它們聯(lián)接起 來，得到一個三維物理實體。 快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點成型過程示意圖快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點快速成型工藝的優(yōu)勢： -使模型或模具的制造時間縮短數(shù)倍甚至數(shù)十倍，大大縮 短新產(chǎn)品研制周期； -使復(fù)雜模型的直接制造成為可能，提高了制造復(fù)雜零件 的

3、能力；-可以及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計的錯誤，做到早找錯、早更改， 避免更改后續(xù)工序所造成的大量損失，顯著提高新產(chǎn)品 投產(chǎn)的一次成功率；-使設(shè)計、交流和評估更加形象化，使新產(chǎn)品設(shè)計、樣品 制造、市場定貨、生產(chǎn)準備、等工作能并行進行，支持 同步（并行）工程的實施；-節(jié)省了大量的開模費用，成倍降低新產(chǎn)品研發(fā)成本?？焖僭椭圃旒夹g(shù)快速成形原理及特點自1986年出現(xiàn)至今，短短十幾年，世界上已有大約二十多種不同的成型方法和工藝，其中比較成熟的有SLA、SLS、LOM和FDM等方法。其成形原理分別介紹如下： （1）SLA快速成形系統(tǒng)的成型原理： 成形材料：液態(tài)光敏樹脂； 制件性能：相當于工程塑料或蠟?zāi)＃?主要用途：

4、高精度塑料件、鑄造用蠟?zāi)！蛹蚰Ｐ汀?（2）SLS快速成形系統(tǒng)的成型原理： 成形材料：工程塑料粉末； 制件性能：相當于工程塑料、蠟?zāi)?、砂型?主要用途：塑料件、鑄造用蠟?zāi)?、樣件或模型?（3）LOM快速成形系統(tǒng)的成型原理： 成形材料：涂敷有熱敏膠的纖維紙； 制件性能：相當于高級木材； 主要用途：快速制造新產(chǎn)品樣件、模型或鑄造用木模。 （4）FDM快速成形系統(tǒng)的成型原理： 成形材料：固體絲狀工程塑料； 制件性能：相當于工程塑料或蠟?zāi)＃?主要用途：塑料件、鑄造用蠟?zāi)！蛹蚰Ｐ汀?快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點（1）成型全過程的快速性，適合現(xiàn)代激烈的產(chǎn)品市場； （2）可以制造任意復(fù)雜形狀的三

5、維實體； （3）用CAD模型直接驅(qū)動，實現(xiàn)設(shè)計與制造高度一體化，其直觀性和易改性為產(chǎn)品的完美設(shè)計提供了優(yōu)良的設(shè)計環(huán)境； （4）成型過程無需專用夾具、模具、刀具，既節(jié)省了費用，又縮短了制作周期。 （5）技術(shù)的高度集成性，既是現(xiàn)代科學技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物，也是對它們的綜合應(yīng)用，帶有鮮明的高新技術(shù) 特征。 RP技術(shù)將一個實體的復(fù)雜的三維加工離散成一系列層片的加工，大大降低了加工難度，具有如下特點：快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點二、快速成形的全過程 1. 前處理 它包括工件的三維模型的構(gòu)造、三維模型的近似處 理、模型成形方向的選擇和三維模型的切片處理。 2. 分層疊加成形 它是快速成形的核心，包括模

6、型截面輪廓的制作 與截面輪廓的疊合。 3. 后處理 它包括工件的剝離、后固化、修補、打磨、拋光和 表面強化處理等?？焖僭椭圃旒夹g(shù)快速成形原理及特點三、快速成型機及成形方法： 1、快速成形機 快速成形機是分層疊加成形(包括截面輪廓 制作和截面輪廓疊合)的基本設(shè)備。 成形機都是基于“增長”成形法原理，即用一層層的小薄片輪廓逐步疊加成三維工件。其差別主要在于薄片采用的原材料類型，由原材料構(gòu)成截面輪廓的方法，以及截面層之間的連接方式。快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點 熔融擠出成型(FDM)工藝的材料一般是熱塑性材料，如蠟、ABS、PC、尼龍等，以絲狀供料。材料在噴頭內(nèi)被加熱熔化。噴頭沿零件截面輪廓

7、和填充軌跡運動，同時將熔化的材料擠出，材料迅速固化，并與周圍的材料粘結(jié)。每一個層片都是在上一層上堆積而成，上一層對當前層起到定位和支撐的作用。PRINT 3D 快速成型機 快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點 隨著高度的增加，層片輪廓的面積和形狀都會發(fā)生變化，當形狀發(fā)生較大的變化時，上層輪廓就不能給當前層提供充分的定位和支撐作用，這就需要設(shè)計一些輔助結(jié)構(gòu)“支撐”，對后續(xù)層提供定位和支撐，以保證成形過程的順利實現(xiàn)。 支撐填充輪廓快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點建模載入加工快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點建模 載入 加工建模軟件： Solid Works Pro/E AutoCAD UG (不能

8、有錯誤) 另存為 .stl 格式快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點建模 載入 加工1. 打開軟件。（打開軟件前要插入加密鎖）快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點2. 初始化軟件。建模 載入 加工快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點建模 載入 加工3. 載入模型?？焖僭椭圃旒夹g(shù)快速成形原理及特點建模 載入 加工快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點卸載模型載入多個模型快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點4. 調(diào)整模型。建模 載入 加工快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點建模 載入 加工快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點建模 載入 加工快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點選擇

9、N3精細快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點將填充間隔改為3快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點工作臺高度為默認值，不要改變快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點支撐支撐支撐快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點注意：每次加工完，如果不關(guān)機，繼續(xù)新的加工，要恢復(fù)就緒狀態(tài)?？焖僭椭圃旒夹g(shù)快速成形原理及特點加工范圍：223mm262mm315mm 過大的形體需要進行拆分，用丙酮作為膠劑粘接。2. 不同表面的成型質(zhì)量不同，上表面好于下表面，水平面好于垂直面，垂直面好于斜面。選擇重要的表面作為上表面。 水平方向精度好于垂直方向的精度，水平面上的

10、圓孔、立柱質(zhì)量精度最好，垂直面上的較差。如果有較小直徑（小于10mm）的立柱、內(nèi)孔等特征，盡量選擇垂直方向成型。水平方向的強度高于垂直方向的強度。如果需要保證強度，選擇強度要求高的方向為水平方向。4. 模型表面有平面時，以平行和垂直于大部分平面的方向擺放。減少支撐面積，降低支撐高度。避免出現(xiàn)投影面積小，高度高的支撐面出現(xiàn)?？焖僭椭圃旒夹g(shù)快速成形原理及特點2、快速成型方法： 1)、液態(tài)光敏聚合物選擇性固化 簡稱SLA（Stereo Lithography Apparatus） 2)、薄形材料選擇性切割（Laminated Object Manufacturing，簡稱LOM ） 3)、絲狀材料

11、選擇性熔覆 (Fused Deposition Modeling，簡稱FDM ） 4)、粉末材料選擇性燒結(jié)(Selected Laser Sintering， 簡稱SLS ） 5)、粉末材料選擇性粘結(jié)(Three Dimensional Printing， 簡稱TDP）快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點1）SLA（光固化成型法）快速成形系統(tǒng)的原理用特定波長與強度的激光聚焦到光固化材料表面,使之由點到線,由線到面順序凝固,完成一個層面的繪圖作業(yè),然后升降臺在垂直方向移動一個層片的高度,再固化另一個層面.這樣層層疊加構(gòu)成一個三維實體. 快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點快速原型制造技術(shù)快速成形原理及特點 其工藝過程是，首先通過CAD設(shè)計出三維實體模型，利用離散程序?qū)⒛Ｐ瓦M行切片處理，設(shè)計掃描路徑，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將精確控制激光掃描器和升降臺的運動；激光光束通過 數(shù)控裝置控制的掃描器，按設(shè)計的掃描路徑 照射到液態(tài)光敏樹脂表面 ， 使表面特定區(qū)域內(nèi)的一層樹脂固化后， 當一層加工完畢后，就生成零件的一個截面；然后 升降臺下降一定距離 ， 固化層上覆蓋另一層液態(tài)樹脂，再進行第二層掃描，第二固化層牢固地粘結(jié)在前一固化層上，這樣一層層疊加而成三維工件原型。將原型從樹脂中取出后，進行最終固化，再經(jīng)打光、電