快速成形制造技術(shù)課件

快速成形制造技術(shù)主講人：季俊

Tel速成形制造技術(shù)主講人：季俊快速成形制造的發(fā)展信息與控制學(xué)院儀器系快速成形制造又稱(chēng)為快速原型制造（RapidPrototypeManufacturing，RPM）。誕生于20世紀(jì)80年代，是基于材料堆積法的一種高新制造技術(shù)，被認(rèn)為是近20年來(lái)制造領(lǐng)域的一個(gè)重大成果。

20世紀(jì)80年代后期，RPM技術(shù)在美國(guó)首先產(chǎn)生并商品化。從那時(shí)起，RPM以離散堆積原理為基礎(chǔ)和特征，即它首先將零件的電子模型軟件離散化，成為“層狀”的離散面、離散線和離散點(diǎn)，而后采用多種手段，將這些離散的面、線段和點(diǎn)按層堆積形成零件的整體形狀。RPM工藝過(guò)程無(wú)需專(zhuān)用工具，工藝規(guī)劃步驟簡(jiǎn)單，所以制造速度比傳統(tǒng)方法簡(jiǎn)單得多。快速成形制造的發(fā)展信息與控制學(xué)院儀器系快速成形制造又稱(chēng)為快速2快速成形制造的發(fā)展信息與控制學(xué)院儀器系它集機(jī)械工程、CAD、逆向工程技術(shù)、分層制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、激光技術(shù)于一身，可以自動(dòng)、直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵?，從而為零件原型制作、新設(shè)計(jì)思想的校驗(yàn)等方面提供了一種高效低成本的實(shí)現(xiàn)手段。運(yùn)用RPM技術(shù)能自動(dòng)、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變成一定功能的產(chǎn)品原型或直制造零件，對(duì)縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、減少開(kāi)發(fā)費(fèi)用、提高企業(yè)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)具有重要意義。快速成形制造的發(fā)展信息與控制學(xué)院儀器系它集機(jī)械工程、CAD、3快速成形的基本原理信息與控制學(xué)院儀器系RAM流程圖快速成形的基本原理信息與控制學(xué)院儀器系RAM流程圖4快速成形的基本原理信息與控制學(xué)院儀器系CAD建模分層切片層面信息處理層面加工與粘接層層堆積后處理基本原理由CAD軟件設(shè)計(jì)出所需零件的計(jì)算機(jī)三維曲面或?qū)嶓w模型將三維模型沿一定方向離散成一系列有序的二維層片根據(jù)每層輪廓信息，進(jìn)行工藝規(guī)劃，選擇加工參數(shù)，自動(dòng)生成數(shù)控代碼成形機(jī)制造一系列層片并自動(dòng)將它們聯(lián)接起來(lái)，得到三維物理實(shí)體清理零件表面，去除輔助支撐結(jié)構(gòu)快速成形的基本原理信息與控制學(xué)院儀器系CAD建?；驹?快速成形的基本工藝過(guò)程信息與控制學(xué)院儀器系CAD建模STL轉(zhuǎn)換生成片層NC代碼實(shí)體加工零件原型后處理切片處理前處理快速成型系統(tǒng)工作后處理用Pro/E設(shè)計(jì)的零件模型快速成形的基本工藝過(guò)程信息與控制學(xué)院儀器系CAD建模STL轉(zhuǎn)6典型快速原型制造工藝信息與控制學(xué)院儀器系光固化成型法（StereoLithographyApparatus--SLA）疊層實(shí)體制造法（LaminatedObjectManufacturing--LOM）選擇性激光燒結(jié)法（SelectedLaserSintering---SLS）熔融沉積制造法（FusedDepositionModeling--FDM）三維打印（Three-DimensionalPrinting---3D-P）固基光敏液相法（SolidGroundCuring---SGC）典型快速原型制造工藝信息與控制學(xué)院儀器系光固化成型法（Ste7快速成形制造的主要工藝方法信息與控制學(xué)院儀器系光固化成型法（SLA）疊層實(shí)體制造法（LOM）選擇性激光燒結(jié)法（SLS）熔融沉積制造法（FDM）快速成形制造的主要工藝方法信息與控制學(xué)院儀器系光固化成型法81、光固化成型法-SLA原理信息與控制學(xué)院儀器系

以光敏樹(shù)脂為原料，將計(jì)算機(jī)控制下的紫外激光按預(yù)定零件各分層截面的輪廓為跡對(duì)液態(tài)樹(shù)脂逐點(diǎn)掃描，使被掃描區(qū)的樹(shù)脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)，從而形成零件的一個(gè)薄層截面。當(dāng)一層固化完畢，移動(dòng)工作臺(tái)，在原先固化好的樹(shù)脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹(shù)脂以便進(jìn)行下一層掃描固化。新固化的一層牢固地粘合在前一層上，如此重復(fù)直到整個(gè)零件原型制造完畢.1、光固化成型法-SLA原理信息與控制學(xué)院儀器系9視頻演示信息與控制學(xué)院儀器系SLA工藝演示視頻演示信息與控制學(xué)院儀器系SLA工藝演示10SLA的工藝特點(diǎn)信息與控制學(xué)院儀器系成型材料自由基光固化樹(shù)脂陽(yáng)離子光固化樹(shù)脂混雜型光固化樹(shù)脂SLA的特點(diǎn)成型方法簡(jiǎn)單，能直接生產(chǎn)塑料件；表面粗糙度較低，尺寸精度較高成型中有相的變化，翹曲變形較大。需要支撐結(jié)構(gòu)成型速度較低，原材料有污染、氣味很大成本高（樹(shù)脂和激光器價(jià)格昂貴、壽命短）SLA的工藝特點(diǎn)信息與控制學(xué)院儀器系11SLA方法制作的實(shí)物模型信息與控制學(xué)院儀器系SLA方法制作的實(shí)物模型信息與控制學(xué)院儀器系122、疊層實(shí)體制造-LOM信息與控制學(xué)院儀器系LOM是采用薄片材料，如紙、塑料薄膜等，其工藝過(guò)程是：在材料表面事先涂覆上一層熱熔膠，加工時(shí)用CO2激光器或刀具在計(jì)算機(jī)控制下進(jìn)行切割，然后通過(guò)熱壓輥壓，使當(dāng)前層與下面已成型的工件粘接，從而堆積成型.2、疊層實(shí)體制造-LOM信息與控制學(xué)院儀器系LOM是采用薄13疊層實(shí)體制造工藝特點(diǎn)信息與控制學(xué)院儀器系成型材料薄材：如紙、塑料薄膜熱熔膠涂布工藝LOM工藝的特點(diǎn)LOM工藝只需在片材上切割出零件截面的輪廓，而不用掃描整個(gè)截面，因此適合大、中型零件的加工零件尺寸精度較高，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，所以翹曲變形小，成型時(shí)無(wú)需加支撐。但是，材料浪費(fèi)大，且清除廢料困難疊層實(shí)體制造工藝特點(diǎn)信息與控制學(xué)院儀器系成型材料14LOM方法制作的實(shí)物模型信息與控制學(xué)院儀器系LOM方法制作的實(shí)物模型信息與控制學(xué)院儀器系153、選擇性激光燒結(jié)-SLS信息與控制學(xué)院儀器系

SLS工藝是利用粉末狀材料成形的。先在工作臺(tái)上鋪上一層有很好密實(shí)度和平整度的粉末，用高強(qiáng)度的CO2激光器在上面掃描出零件截面，有選擇地將粉末熔化或粘接，形成一個(gè)層面，利用滾子鋪粉壓實(shí)，再熔結(jié)或粘接成另一個(gè)層面并與原層面熔結(jié)或粘接，如此層層疊加為一個(gè)三維實(shí)體。3、選擇性激光燒結(jié)-SLS信息與控制學(xué)院儀器系16視頻演示信息與控制學(xué)院儀器系SLS工藝演示視頻演示信息與控制學(xué)院儀器系SLS工藝演示17選擇性激光燒結(jié)工藝特點(diǎn)信息與控制學(xué)院儀器系成型材料蠟粉、聚苯乙烯（PS)、工程塑料（ABS）、聚碳酸酯（PC)、尼龍（PA)、金屬粉末、覆膜砂、覆膜陶瓷粉，近年來(lái)更多的采用復(fù)合粉末，粉粒直徑為50～125μm工藝特點(diǎn)材料適應(yīng)面廣，不僅能制造塑料制件，還能制造蠟?zāi)?、陶瓷和金屬零件成型精度一般、能直接制造制件和裝配件（軸承整體）制件翹曲變形相對(duì)較小，但對(duì)于容易發(fā)生變形的地方應(yīng)設(shè)計(jì)有支撐結(jié)構(gòu)實(shí)心零件成型時(shí)間較長(zhǎng)，適合中小零件的生產(chǎn)。選擇性激光燒結(jié)工藝特點(diǎn)信息與控制學(xué)院儀器系成型材料18激光燒結(jié)方法制作的實(shí)物模型信息與控制學(xué)院儀器系激光燒結(jié)方法制作的實(shí)物模型信息與控制學(xué)院儀器系19視頻演示信息與控制學(xué)院儀器系FDM工藝演示視頻演示信息與控制學(xué)院儀器系FDM工藝演示204、熔融沉積成形-FDM信息與控制學(xué)院儀器系FDM（FusedDepositionModeling）

熔融沉積制造工藝

MEM（MeltedExtrusionManufacturing）

熔融擠壓成型工藝4、熔融沉積成形-FDM信息與控制學(xué)院儀器系FDM（Fuse21FDM工藝原理信息與控制學(xué)院儀器系FDM工藝演示FDM工藝原理信息與控制學(xué)院儀器系FDM工藝演示22FDM工藝的特點(diǎn)信息與控制學(xué)院儀器系FDM不用激光，使用、維護(hù)簡(jiǎn)單，成本低。用蠟成形的零件原型可直接用于石蠟鑄造；用ABS工程塑料制造的原型則具有較高強(qiáng)度，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、測(cè)試與評(píng)估等方面得到廣泛應(yīng)用。由于FDM工藝一般在80~120oC進(jìn)行，材料的收縮率必然會(huì)引起尺寸誤差，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，導(dǎo)致制件的翹曲變形，因此需要設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)。FDM工藝適合成型小塑料件，最高精度0.127mm。

由于是填充式掃描，因此成型時(shí)間較長(zhǎng)，為克服這一缺點(diǎn)，可采用多個(gè)熱噴頭同時(shí)進(jìn)行涂覆，提高成型效率。FDM工藝的特點(diǎn)信息與控制學(xué)院儀器系FDM不用激光，使用、23熔融沉積成形FDM方法制作的實(shí)物模型信息與控制學(xué)院儀器系熔融沉積成形FDM方法制作的實(shí)物模型信息與控制學(xué)院儀器系24幾種常見(jiàn)RPM特點(diǎn)比較信息與控制學(xué)院儀器系低較復(fù)雜小截面較慢大截面較快LOM高幾乎無(wú)費(fèi)料簡(jiǎn)單小截面較快大截面較慢FDM較高較復(fù)雜小截面較快大截面較慢SLS較高較復(fù)雜小截面較快大截面較慢SLA材料利用率制件后處理成形速度幾種常見(jiàn)RPM特點(diǎn)比較信息與控制學(xué)院儀器系低較復(fù)雜小截面較慢25快速模具制造技術(shù)

RapidTooling信息與控制學(xué)院儀器系

采用模具生產(chǎn)零件是現(xiàn)代工業(yè)的主要生產(chǎn)工藝和手段.傳統(tǒng)模具制造生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜、周期長(zhǎng)，模具需反復(fù)調(diào)試，制造成本高.往往成為設(shè)計(jì)和制造的瓶頸.

快速模具制造可節(jié)約成本3/4，縮短生產(chǎn)周期約2/3.因此應(yīng)用RP技術(shù)制造快速經(jīng)濟(jì)模具成為RP技術(shù)發(fā)展的主要推動(dòng)力之一。

從RP到RT是快速成型技術(shù)發(fā)展的第二次飛躍。

快速模具制造技術(shù)RapidTooling信息與控制學(xué)院儀26快速模具制造的分類(lèi)信息與控制學(xué)院儀器系直接模具制造用LOM系統(tǒng)制做的制件經(jīng)表面處理，其強(qiáng)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)Ｒ约霸煨突驂毫庸び媒饘倌?。間接模具制造用快速原型制件作母模可復(fù)制出蠟?zāi)?、硅橡膠模、環(huán)氧樹(shù)脂?；蚓郯敝５溶浤＞撸粨?jù)此軟模具又可澆鑄出環(huán)氧樹(shù)脂、石膏、陶瓷、低熔點(diǎn)金屬、金屬基復(fù)合材料等硬模具。這些簡(jiǎn)易模具可用作各種鑄造模、注塑模、蠟?zāi)５某尚湍Ｒ约袄炷５龋瑢?shí)現(xiàn)塑料件或金屬件的小批量生產(chǎn)。用快速原型制件作母模，通過(guò)金屬?lài)娡康确椒煽焖僦圃祀娒}沖機(jī)床用電極?？焖倌＞咧圃斓姆诸?lèi)信息與控制學(xué)院儀器系直接模具制造27快速工模具制造信息與控制學(xué)院儀器系快速工模具制造信息與控制學(xué)院儀器系28快速模具技術(shù)的發(fā)展方向信息與控制學(xué)院儀器系提高模具制造精度開(kāi)發(fā)新材料新工藝直接制造高強(qiáng)度金屬模具快速模具技術(shù)的發(fā)展方向信息與控制學(xué)院儀器系提高模具制造精度29快速成形技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展中的問(wèn)題信息與控制學(xué)院儀器系一、材料方面的限制

離散/堆積成形的過(guò)程伴隨著材料的變化殘余應(yīng)力難以消除翹曲和變形

快速成形技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展中的問(wèn)題信息與控制學(xué)院儀器系一、材料30快速成形技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展中的問(wèn)題信息與控制學(xué)院儀器系二、價(jià)格問(wèn)題

RP是機(jī)械、材料、自動(dòng)化、信息等技術(shù)的集成，制造高技術(shù)成本高，一旦工藝成熟，開(kāi)發(fā)商使用專(zhuān)利來(lái)保護(hù)自己，這就給RP設(shè)備生產(chǎn)和技術(shù)服務(wù)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)上的代價(jià)。3DSystem2001.3推出的ViperSi2的SLA設(shè)備，18萬(wàn)美元；1994年的SLA700080萬(wàn)美元RP材料價(jià)格偏高（由于改性需求等）限制了其應(yīng)用。美國(guó)3DSystemsSLA設(shè)備專(zhuān)用樹(shù)脂200~250美元/公斤美國(guó)Strat