快速原型技術(shù)課件

1、 本節(jié)要點快速原型制造的工作原理快速原型制造的工藝過程典型的RPM方法：SLA，SLS，LOM，F(xiàn)DM，3D-Printing快速原型制造技術(shù)Rapid Prototyping Manufacturing 快速原型技術(shù)定義：快速原型技術(shù)是用離散分層的原理制作產(chǎn)品原型的總稱，其原理為：產(chǎn)品三維CAD模型分層離散按離散后的平面幾何信息逐層加工堆積原材料生成實體模型， 簡稱 RP 。RP技術(shù)的基本原理圖三維CAD模型分層切片各層截面的輪廓激光器（或噴嘴）按各層截面輪廓切割、固化或燒結(jié)微小厚度的片狀實體逐層堆積三維模型或樣件RPM技術(shù)原理 -成形學(xué)與離散堆積原理成形（Forming）：將物體有序地組織

2、成具有確定外形和一定功能的三維實體。包括三個基本要素：物質(zhì)的提取，序的建立，完成（形狀、功能）三維實體。成形學(xué)（Shaping）：從方法論高度系統(tǒng)地研究成形的科學(xué)，著重研究成形三要素及其之間的相互作用。成形方式：1.去除成形（Dislodge Forming）運用分離的方法，把一部分材料有序地從基體上分離出去而成形的方法。Turning, Milling, Grinding, Boring etc. 2.堆積成形（Stacking Forming） 運用合并與連接的方法，把材料（氣、液、固相）有序地合并堆積起來的成形方法。RPM。3.受迫成型（Forced Forming） 利用材料的可成形性

3、（如塑性）在特定外圍約束（邊界約束或外力約束)下的成形方法。Extrude，Cast， Powder metallurgy。4.生長成形（Growth Forming) 利用材料的活性進行成形的方法。自然系統(tǒng)中生物個體發(fā)育，人為系統(tǒng)中還沒有。 RPM屬于離散/堆積成形。RPM技術(shù)是采用軟件離散材料堆積的原理實現(xiàn)零件的成形過程。通過離散獲得堆積的路徑、順序、限制和方式，通過堆積材料“疊加”起來形成三維實體。RPM作業(yè)過程：CAD模型建立。STL文件生成。分層切片?？焖俣逊e成型。RPS分層切片STL文件CAD模型三維數(shù)字化儀等CAD造型系統(tǒng)RP技術(shù)是在現(xiàn)代 CAD/CAM 技術(shù)、激光技術(shù)、計算機數(shù)

4、控技術(shù)、精密伺服驅(qū)動技術(shù)以及新材料技術(shù)的基礎(chǔ)上集成發(fā)展起來的。RP 技術(shù)在不需要任何刀具、模具及工裝卡具的情況下，可將任意復(fù)雜形狀的設(shè)計方案快速轉(zhuǎn)換為三維的實體模型或樣件，這就是 RP 技術(shù)所具有的潛在的革命意義?？焖僭图夹g(shù)的意義快速原型制造作用1.不需要任何刀具，模具及工裝卡具的情況下，可將任意復(fù)雜形狀的設(shè)計方案快速轉(zhuǎn)換為三維的實體模型或樣件。2.模型或樣件可直接用于新產(chǎn)品設(shè)計驗證、功能驗證、外觀驗證、工程分析、市場訂貨以及企業(yè)的決策等，提高了產(chǎn)品在市場上的競爭力和企業(yè)對市場的快速反應(yīng)能力。3.為技術(shù)人員之間，以及技術(shù)人員與企業(yè)決策者、產(chǎn)品的用戶等非技術(shù)人員之間提供了一個更加形象、完整、方

5、便的工程交流工具。4.支持同步（并行）工程的實施5.支持技術(shù)創(chuàng)新、改進產(chǎn)品外觀設(shè)計6.用 RP 技術(shù)制做模具7.逆向工程（反求）快速原型服務(wù)領(lǐng)域 工業(yè)造型、模具、家電、電子儀表、輕工、塑料、玩具、航空航天、軍工、機械、汽車、摩托車、內(nèi)燃機、建筑規(guī)劃及模型、科研、醫(yī)療等。快速模具技術(shù) 快速模具技術(shù)(Rapid tooling，簡稱RT)：是隨著 RP 技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一門新技術(shù)。主要是運用RP生產(chǎn)的原型來做模具。 RT模具種類：軟模具：臘模、硅橡膠模、環(huán)氧樹脂模、聚氨脂模等硬模具：環(huán)氧樹脂、石膏、陶瓷、低熔點金屬、金屬基復(fù)合材料等。RPRT用 RP 技術(shù)直接制做模具：用 LOM 系統(tǒng)制

6、做的制件經(jīng)表面處理，其強度比一般木材還要高，可直接用作鑄造木模；用 SLS 等方法則可直接制造熔模鑄造用的蠟?zāi)！?RPRT 用 RP 系統(tǒng)制造的原型作母模快速復(fù)制簡易模具；用快速原型制件作母?？蓮?fù)制出臘模、硅橡膠模、環(huán)氧樹脂?；蚓郯敝５溶浤＞撸粨?jù)此軟模具又可澆鑄出環(huán)氧樹脂、石膏、陶瓷、低熔點金屬、金屬基復(fù)合材料等硬模具。這些簡易模具可用作各種鑄造模、注塑模、臘模的成型模以及拉伸模等，實現(xiàn)塑料件或金屬件的小批量生產(chǎn)。快速原型技術(shù)分類1.材料累加法（Material Increase Manufacturing）2.材料去除法:三維雕刻機（Material Increase Manufactur

7、ing） 成型工藝加工能量（1）Laser beam(激光束)RP（2）Lamp(光照)RP（3）Heat energy(熱能)RP（4）Mechanical energy(機械能)RP激光束RP可分為：1.立體光刻(SLA: Stereolithography)2.選擇激光沉積(SLS: Selective Laser Sintering)3.分層制造(LOM: Laminated Object Manufacturing)4.形狀沉積制造(SDM: Shape Deposition Manufacturing)機械能RPM又可分為1.沖擊顆粒制造(BPM: Ballistic Partic

8、le Manufacturing)2.三維打印(3D Printing)3.熔化沉積造型(FDM: Fused Deposition Modeling)SLA光敏液相固化法FDM熔絲沉積成形法SLS選區(qū)激光燒結(jié)法LOM選區(qū)片層粘接法優(yōu)點 (1) 成形速度極快，成形精度、表面質(zhì)量高；(2) 適合做小件及精細件。 (1) 成形材料種類較多，成形樣件強度好，能直接制作ABS塑料；(2) 尺寸精度較高，表面質(zhì)量較好，易于裝配；(3) 材料利用率高；(4) 操作環(huán)境干凈、安全可在辦公室環(huán)境下進行。 (1) 有直接金屬型的概念，可直接得到塑料、蠟或金屬件；(2) 材料利用率高；造型速度較快。 (1) 成形

9、精度較高；(2) 只須對輪廓線進行切割，制作效率高，適合做大件及實體件；(3) 制成的樣件有類似木質(zhì)制品的硬度，可進行一定的切削加工。 缺點 (1) 成形后要做進一步固化處理；(2) 光敏樹脂固化后較脆，易斷裂，可加工性不好；(3) 工作溫度不能超過100，成形件易吸濕膨脹，抗腐蝕能力不強。 (1) 成形時間較長；(2) 做小件和精細件時精度不如SLA。 (1) 成形件強度和表面質(zhì)量較差，精度低。(2) 在后處理中難于保證制件尺寸精度，后處理工藝復(fù)雜，樣件變型大，無法裝配。 (1) 不適宜做薄壁原型；(2) 表面比較粗糙，工件表面有明顯的臺階紋，成型后要進行打磨；(3) 易吸濕膨脹，成形后要盡

10、快做表面防潮處理；(4) 工件強度差，缺少彈性。 SLA光敏液相固化法FDM熔絲沉積成形法SLS選區(qū)激光燒結(jié)法LOM選區(qū)片層粘接法設(shè)備購置費用高昂 低廉 高昂 中等 維護和日常使用費用 激光器有損耗，光敏樹脂價格昂貴，運行費用很高。無激光器損耗，材料的利用率高，原材料便宜，運行費用極低。 激光器有損耗，材料利用率高，原材料便宜，運行費用居中。 激光器有損耗，材料利用率很低，運行費用較高。 發(fā)展趨勢穩(wěn)步發(fā)展飛速發(fā)展穩(wěn)步發(fā)展?jié)u趨淘汰應(yīng)用領(lǐng)域復(fù)雜、高精度、藝術(shù)用途的精細件塑料件外形和機構(gòu)設(shè)計鑄造件設(shè)計實心體大件1.光敏液相固化法 Stereo Lithography Apparatus ，SLA S

11、LA工藝于1984年獲美國專利，1988年美國3D System公司推出的商品化樣機SLA-1，是世界上第一臺快速原型技術(shù)成形機。 這種方法的代表還有日本和德國。光敏液相固化法的基本原理SLA工藝成形的產(chǎn)品特點1.SLA工藝成形的零件精度較高，可達0.1mm；可形成任意復(fù)雜形狀的零件；材料利用率高，性能可靠，產(chǎn)品透明美觀，可直接做力學(xué)實驗。2.局限性：需要支撐，設(shè)備昂貴，樹脂收縮導(dǎo)致精度下降，光固化樹脂價格昂貴，有一定的毒性且產(chǎn)品不能溶解，不利于環(huán)保 。鼠標(biāo)外殼激 光樹脂原型照相機激光樹脂原型選區(qū)片層粘結(jié)法的基本原理 （1）使用膠紙作為成型材料，成本低，原材料易于獲得，無交變，無熱應(yīng)力，形狀和

12、尺寸精度穩(wěn)定 ； （2）成型后的模型需密封保存以免吸潮；（3）由于無須進行化學(xué)反應(yīng)，成型件尺寸可以制得很大； （4）Z向精度比SLA和SLS要低； （5）紙張上有交叉格，便于成型后去除模型周邊的廢料，但剝離費時； （6）模型有類木紋的紋理； （7）適合于航空、汽車等行業(yè)中體積較大的制件，但由于適應(yīng)面較窄， 漸趨淘汰。 LOM的特點 美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校于1989年研制成功，已被美國DTM公司商品化，推出SLS Model125成形機。 德國EOS公司和我國的北京隆源自動成形系統(tǒng)有限公司也分別推出了各自的SLS工藝成形機。 3.選擇性激光燒結(jié)法（Selective Laser Sinter

13、ing，SLS）選擇性激光燒結(jié)的基本原理選擇性激光燒結(jié)（SLS）的產(chǎn)品特點1.材料適應(yīng)面廣。能制造塑料零件，陶瓷、蠟、尼龍等材料的零件。能制造出直接使用的金屬零件。2.不需加支撐。3.精度不高。平均精度為0.150.2mm，表面粗糙度不好，不宜做薄壁件。 1988年研制成功，由美國Stratasys公司推出商品化的3D Modeler1000和FDM1600等規(guī)格的系列產(chǎn)品。最新產(chǎn)品是制造大型ABS原型的FDM8000等型號的產(chǎn)品。 4.熔絲沉積成形法 （Fused Deposition Modeling，F(xiàn)DM）熔絲沉積成形的基本原理5. 三維印刷（Three Dimensional Printing,3D-P）RPM技術(shù)的研究和應(yīng)用全球RP設(shè)備裝機量醫(yī)學(xué)新產(chǎn)品快速開發(fā)制造快速模具快速鑄造快速原型制造在新產(chǎn)品快速開發(fā)中的應(yīng)用 利用加工樣品，找出新產(chǎn)品外觀&結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷，完善設(shè)計。 車輛零件開發(fā)與試制 消費類產(chǎn)品開發(fā)與試制 玩具產(chǎn)品開發(fā)與試制 電子產(chǎn)品開發(fā)與試制 利用加工的樣品可以進行裝