第11講快速原型制造技術(shù)課件

2023/9/61

遇不如意事，須恬靜忍耐以處之，若有一毫怨尤之意，便生出許多躁擾，不唯累心，亦且累事。

——夏錫疇

2023/8/31遇不如意事，須恬靜忍耐以處之，若有2023/9/62Lecture8RapidPrototypingManufacturing

快速原型制造技術(shù)2023/8/32Lecture82023/9/63ContentPoints/

內(nèi)容要點FundamentalPrinciple

ofRPM

/（快速原型制造的基本原理）MajorManufacturingProcessofRPM

/（快速原型制造的主要工藝）Characteristic

andApplicationofRPM/（快速原型制造的特點及應(yīng)用）2023/8/33ContentPoints/內(nèi)容要點2023/9/64

快速原型制造技術(shù)（RPM）于20世紀80年代后期產(chǎn)生于美國，又稱快速成形制造技術(shù)、自由成形制造、直接CAD制造等。

2023/8/34快速原型制造技術(shù)（RPM）于20世2023/9/65傳統(tǒng)加工模具模具設(shè)計鑄造焊接鍛壓毛坯（大于工件）半成品半成品工件去除加工設(shè)計模具樣品快速成形快速成型傳統(tǒng)加工與快速成型2023/8/35傳統(tǒng)加工模具模具設(shè)計鑄造焊接鍛壓毛坯半成品2023/9/66

基本構(gòu)思：任何三維零件都可看作許多等厚度的二維平面輪廓沿某一坐標方向疊加而成。

1.快速原型制造技術(shù)的基本原理

2023/8/361.快速原型制造技術(shù)的基本原理2023/9/67三維模型的離散處理三維CAD模型轉(zhuǎn)換為STL文件格式三維CAD模型構(gòu)造層截面的制造與逐層堆積快速原型制造的本質(zhì)是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“切”（Spice）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?？焖僭椭圃焓前延嬎銠C輔助設(shè)計（CAD）的三維模型輸入到快速原型設(shè)備上，進行快速原型制造，其基本原理為：2023/8/37三維模型的離散處理三維CAD模型轉(zhuǎn)換為ST2023/9/68兩種方法：★在三維CAD設(shè)計軟件（如Pro/E、UG、SolidWorks、SolidEdge等）中獲得描述該零件的CAD文件?！锿ㄟ^三維掃描儀實體掃描1.1三維模型的構(gòu)造2023/8/38兩種方法：1.1三維模型的構(gòu)造2023/9/69三維掃描儀2023/8/39三維掃描儀2023/9/610

STL（STereoLithographyinterfacespecification）模型是對實體曲面近似處理,即所謂面型化處理,是用平面三角面片近似模型表面。優(yōu)點是大大地簡化了CAD模型的數(shù)據(jù)格式,從而便于后續(xù)的分層處理1.2三維CAD模型轉(zhuǎn)換為STL文件格式2023/8/310STL（STereoLitho2023/9/611(a)ch=0.05

(b)ch=0.2

如Pro/E軟件是通過選定弦高值(ch-chordheight)作為逼近的精度參數(shù)，如下圖為一球體,給定的兩種ch值所轉(zhuǎn)化的情況。2023/8/311(a)ch=0.052023/9/6121.3三維模型的離散處理

通過專用的分層程序?qū)⑷S實體模型沿高度方向的水平面“切割”成一定厚度的片層.

切片層的厚度直接影響零件的表面粗糙度和整個零件的型面精度,一般約在0.1-0.2mm2023/8/3121.3三維模型的離散處理通過專用2023/9/6131.4層截面的制造與逐層堆積

在計算機控制下，快速成型系統(tǒng)中的成型頭在X-Y平面內(nèi)自動按截面輪廓進行層制造，得到一層層截面。每層截面成型后，下一層材料被送至已成型的層面上，進行后一層的成型，并與前一層相粘接，從而一層層的截面累加疊合在一起，形成三維零件。2023/8/3131.4層截面的制造與逐層堆積在計2023/9/614快速成形過程三維CAD模型成形材料按截面輪廓進行分層加工轉(zhuǎn)換為控制成型機工作的NC代碼各層截面輪廓的幾何信息z方向分層切片疊加實體2023/8/314快速成形過程三維CAD模型成形材料按截面2023/9/6152.RPM的主要成形工藝2023/8/3152.RPM的主要成形工藝2023/9/6162.1立體光照成形法(SL,Stereolithography)

成形材料：液態(tài)光敏樹脂。 液態(tài)光敏樹脂在一定波長和強度的紫外光(如λ=325nm)的照射下能迅速發(fā)生光聚合反應(yīng),分子量急劇增大,材料也就從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。

采用的是將液態(tài)光敏樹脂固化到特定形狀的原理2023/8/3162.1立體光照成形法(SL,Stereo2023/9/617

成型開始時，聚焦后的光斑在液面上按計算機的指令逐點掃描，即逐點固化。當一層掃描完成后，升降臺帶動平臺下降一層高度，已成型的層面上又布滿液態(tài)樹脂，然后再進行下一層的掃描，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。SLA工作原理2023/8/317成型開始時，聚2023/9/618

優(yōu)點精度較高，精度控制在±0.1mm；表面質(zhì)量好；能制造形狀特別復(fù)雜、特別精細的零件原材料的利用率接近100％；缺點成形設(shè)備價格昂貴；選擇的材料種類有限，材料價格較貴；容易發(fā)生翹曲變形；需要設(shè)計支撐；

2023/8/318優(yōu)點精度較高，精度控制在±0.1mm；缺2023/9/6192.2分層實體制造(LOM,LaminatedObjectManufacturing)

通過逐層激光剪切箔材制造零件的一種技術(shù)

成形材料：表面涂覆熱熔膠的箔材（如紙、塑料薄膜等）

2023/8/3192.2分層實體制造(LOM,Lamina2023/9/620LOM工作原理

首先在基板上鋪上一層箔材，計算機控制CO2激光器按分層信息切出零件截面輪廓，并將多余部分切碎去除；加工完一層后，工作臺帶動已成形的部分下降，再重新鋪上一層箔材，用熱壓輥熱壓，使之與下面已成形的工件粘接，再切割出該層形狀。如此反復(fù)直至所有截面切割完。2023/8/320LOM工作原理 首先在基板上鋪上一層箔2023/9/621優(yōu)點無須設(shè)計和構(gòu)建支撐；成型效率高；成型件的內(nèi)應(yīng)力和翹曲變形小，精度高；制造成本低。缺點材料利用率低；后處理難度大，可以選擇的材料種類有限2023/8/321優(yōu)點無須設(shè)計和構(gòu)建支撐；缺點材料利用率低2023/9/6222.3選擇性激光燒結(jié)(SLS,SelectedLaserSintering)

SLS是采用CO2激光器對粉末逐層地進行掃描加熱，使其達到燒結(jié)溫度，最后燒結(jié)出由粉末制成的立體實型。

成形材料：粉末材料（蠟粉、塑料粉、金屬粉、陶瓷粉）。

2023/8/3222.3選擇性激光燒結(jié)(SLS,Sele2023/9/623SLS工作原理

將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平；用計算機控制CO2激光器有選擇地?zé)Y(jié)出零件截面，并與下面已成形的部分連接；當一層截面燒結(jié)完后，鋪上新的一層材料粉末，再燒結(jié)下層截面。

2023/8/323SLS工作原理將材料粉末鋪2023/9/624

優(yōu)點材料的選擇性廣泛，無毒,可循環(huán)利用不需支撐缺點零件精度和表面粗糙度較差2023/8/324優(yōu)點材料的選擇性廣泛，無毒,可循環(huán)利用缺2023/9/6252.4熔絲沉積制造(FDM,FusedDepositionModeling)

利用熱塑性細絲在移動頭中進行熔化，熔化后的材料在移動的過程中被擠壓出來堆積零件。

2023/8/3252.4熔絲沉積制造2023/9/626

材料在噴頭內(nèi)被加熱熔化。噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運動，同時將熔化的材料擠出；材料迅速凝固，并與周圍的材料凝結(jié)。

成形材料：蠟、ABS、尼龍等熱塑性材料。以絲狀供料。2023/8/326 材料在噴頭內(nèi)被加熱熔化。噴頭沿零件2023/9/6272023/8/3272023/9/628優(yōu)點不需要激光，系統(tǒng)成本低，制造速度快缺點

成形材料適用范圍不廣，由于噴頭孔徑不可能很小，從而成形精度相對較差2023/8/328優(yōu)點缺點成形材料適用范圍不廣，由于噴2023/9/6292.5典型RPM工藝方法比較

工藝方法成形精度成形速度制造成本設(shè)備費用常用材料市場占有率/%SLA較高較快較高較高熱固性光敏樹脂等78LOM較高快低較低紙、金屬箔、塑料薄膜等7.3SLS較低較慢較低較高石蠟、塑料、金屬、陶瓷等粉末6.0FDM較低較慢較低較低石蠟、塑料、低熔點金屬等6.12023/8/3292.5典型RPM工藝方法比較工藝方法成2023/9/6303.RPM的特點及應(yīng)用2023/8/3303.RPM的特點及應(yīng)用2023/9/631

高度柔性，可以制造任意復(fù)雜形狀的三維實體CAD模型直接驅(qū)動，設(shè)計制造高度一體化成形過程無需專用夾具或工具需人員干預(yù)或較少干預(yù)，是一種自動化的成形過程3.1RPM的特點

2023/8/331高度柔性，可以制造任意復(fù)雜形狀的三維實2023/9/6323.2RPM的的應(yīng)用

觀感評價銷售模型功能測試CAD數(shù)據(jù)檢查裝配校核可制造性檢查（1）產(chǎn)品開發(fā)2023/8/3323.2RPM的的應(yīng)用觀感評價銷售模型2023/9/633模型實例1轎車車燈2023/8/333模型實例1轎車車燈2023/9/634模型實例2電話機外殼2023/8/334模型實例2電話機外殼2023/9/635模型實例3皮鞋底2023/8/335模型實例3皮鞋底2023/9/636（2）模具制造注射模具硅橡膠模樹脂型復(fù)合模沖壓模具消失模陶瓷型精鑄模2023/8/336（2）注射模具硅橡膠模樹脂型復(fù)合模沖壓模2023/9/637模具實例1手機外殼橡膠模

2023/8/337模具實例1手機外殼橡膠模

2023/9/638模具實例2拐頭樹脂型復(fù)合模2023/8/338模具實例2拐頭樹脂型復(fù)合模2023/9/639模具實例3電子產(chǎn)品注射模2023/8/339模具實例3電子產(chǎn)品注射模2023/9/640（3）模型制造醫(yī)學(xué)模型藝