先進(jìn)制造技術(shù)快速成型技術(shù)

先進(jìn)制造技術(shù)快速成型技術(shù)發(fā)展：我國在90年代先后有武漢華中科技大學(xué)快速制造中心、西安交大先進(jìn)制造技術(shù)研究所、北京殷華實業(yè)有限公司、陜西省激光快速成形與模具制造工程研究中心等在快速成形工藝研究、設(shè)備開發(fā)、數(shù)據(jù)處理及控制軟件、新材料的研發(fā)等方面做了大量有成效的工作?；舅悸罚骸馛AD模型建立●STL文件生成●分層切片●快速堆積成形分類：光敏樹脂液相固化成形、選擇性激光粉末燒結(jié)成形、薄片分層疊加成形和熔絲堆積成形等4種。光敏樹脂液相固化成形光敏樹脂液相固化成形（SL—StereoLithography)，又稱光固化立體造型或立體光刻）。最早由CharlesHul發(fā)明并于1984年獲得專利，1988年美國3D系統(tǒng)公司推出商品化的世界上第一臺快速成形機?；驹恚篠L工藝是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作。這種液態(tài)材料在一定波長和功率的紫外線的照射下能迅速發(fā)生光聚合反應(yīng)，相對分子量急劇增大，材料也由液態(tài)變成固態(tài)。特點：精度高、表面質(zhì)量好、原材料利用率將近100%，能制造出形狀特別復(fù)雜（如空心零件）、特別精細(xì)（如首飾、裝飾品等）的零件。制造出來的原型件，可快速翻制各種模具。

不足點：材料昂貴，具有一定的毒性。應(yīng)用：1、可直接制作樹脂功能件，用作結(jié)構(gòu)驗證和功能測試2、可制作比較精細(xì)和復(fù)雜零件3、可制造出有透明效果的制件4、制造出來的原型可以翻制各種模具蠟粉及高分子塑料粉（早期）、金屬或陶瓷粉（為了提高原型的強度)。4、具有較低的熔融溫度。先進(jìn)制造技術(shù)快速成型技術(shù)紙：抗?jié)裥?、穩(wěn)定性、涂膠浸潤性、抗拉強度。主要適用于模具行業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)和醫(yī)療、考古等基于數(shù)字成像技術(shù)的三維實體模型制造。由美國德克薩斯大學(xué)奧汀分校的于1989年研制成功。熔融沉積快速成型（FusedDepositionModeling，簡稱FDM），是繼SLA和LOM后的一種應(yīng)用比較廣泛的快速成型工藝，并以美國Stratasys公司開發(fā)的FDM制造系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛。SLS工藝是利用粉末材料（金屬粉末或非金屬粉末）在激光照射下燒結(jié)的原理，在計算機控制下層層堆積成形。三、熔融沉積成型材料與支撐材料3、粘結(jié)性（影響零件強度）。2、零件的精度較高。2、零件的精度較高。我國在90年代先后有武漢華中科技大學(xué)快速制造中心、西安交大先進(jìn)制造技術(shù)研究所、北京殷華實業(yè)有限公司、陜西省激光快速成形與模具制造工程研究中心等在快速成形工藝研究、設(shè)備開發(fā)、數(shù)據(jù)處理及控制軟件、新材料的研發(fā)等方面做了大量有成效的工作。三、熔融沉積成型材料與支撐材料熱熔膠：保證層與層之間的粘結(jié)強度。頭盔：新材料Somos9420EP-White是一種基于環(huán)氧樹脂的光敏聚合物。

復(fù)雜件：RenShapeSL7800是一種具有高抗沖擊強度的光敏聚合物。透明件復(fù)雜件精度高、表面質(zhì)量好、原材料利用率將近100%，能制造出形狀特別復(fù)雜（如空心零件）、特別精細(xì)（如首飾、裝飾品等）的零件。2、與成型材料不浸潤，便于后處理。國內(nèi)的清華大學(xué)與北京殷華公司較早地進(jìn)行了FDM工藝商品化系統(tǒng)的研制工作，并推出熔融擠壓制造設(shè)備MEM250等。這種液態(tài)材料在一定波長和功率的紫外線的照射下能迅速發(fā)生光聚合反應(yīng)，相對分子量急劇增大，材料也由液態(tài)變成固態(tài)。四、熔融沉積成型應(yīng)用實例無需加支撐，因為沒有被燒結(jié)的粉末起到支撐作用。1、能承受一定高溫，一般100°即可。2、成型速度快。四、熔融沉積成型應(yīng)用實例SL工藝是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作。3、需要設(shè)計制件支撐結(jié)構(gòu)。材料應(yīng)用面廣，不僅能夠制造塑料零件，還能制造陶瓷、石蠟等材料的零件。3、制件可直接作熔模鑄造用的蠟?zāi)：蜕靶汀⑿托?。全部燒結(jié)完成后去掉多余的粉末，再進(jìn)行打磨、烘干等處理便獲得零件。3、可制造出有透明效果的制件1、只需在片材上切割出零件截面的輪廓，而不用掃描整個截面。7、支撐去除簡單。2、與成型材料不浸潤，便于后處理。特別是可制造金屬零件。全部燒結(jié)完成后去掉多余的粉末，再進(jìn)行打磨、烘干等處理便獲得零件。由美國Helisys于1986年研制成功，并推出商品化的機器。國內(nèi)的清華大學(xué)與北京殷華公司較早地進(jìn)行了FDM工藝商品化系統(tǒng)的研制工作，并推出熔融擠壓制造設(shè)備MEM250等。2、沿成型軸垂直方向的強度比較弱。特別是可制造金屬零件。紙：抗?jié)裥?、穩(wěn)定性、涂膠浸潤性、抗拉強度。噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運動，擠出的材料迅速固化并與周圍材料粘結(jié)，層層堆積而成。6、原材料利用率高。三、熔融沉積成型材料與支撐材料4、制造出來的原型可以翻制各種模具主要原理：使金屬熔融，高速將金屬液滴甩出并急冷、隨后形成粉末顆粒。選擇性激光粉末燒結(jié)成形選擇性激光燒結(jié)成形（SLS—SelectedLaserSintering)，又稱選區(qū)激光燒結(jié)）。由美國德克薩斯大學(xué)奧汀分校的于1989年研制成功?；驹恚篠LS工藝是利用粉末材料（金屬粉末或非金屬粉末）在激光照射下燒結(jié)的原理，在計算機控制下層層堆積成形。SLS原理圖工作臺上均勻鋪上一層很薄（0.1~0.2mm）的粉末，激光束在計算機的控制下按照零件分層輪廓有選擇性地進(jìn)行燒結(jié)，一層完成后再進(jìn)行下一層燒結(jié)。全部燒結(jié)完成后去掉多余的粉末，再進(jìn)行打磨、烘干等處理便獲得零件。特點：材料應(yīng)用面廣，不僅能夠制造塑料零件，還能制造陶瓷、石蠟等材料的零件。特別是可制造金屬零件。無需加支撐，因為沒有被燒結(jié)的粉末起到支撐作用。因此可以燒結(jié)制造空心、多層鏤空的復(fù)雜零件。成形材料：蠟粉及高分子塑料粉（早期）、金屬或陶瓷粉（為了提高原型的強度)。任何受熱粘結(jié)的粉末都有被用作SLS原材料的可能性。應(yīng)用：1、可直接制作樹脂功能件，用作結(jié)構(gòu)驗證和功能測試，并可用于裝配樣機。2、制造出來的原型可以翻制各種模具。3、制件可直接作熔模鑄造用的蠟?zāi)：蜕靶?、型芯?/p>

采用霧化法制取金屬粉末，有離心霧化和氣體霧化。主要原理：使金屬熔融，高速將金屬液滴甩出并急冷、隨后形成粉末顆粒。薄片分層疊加成形薄片分層疊加成形（LOM—LaminatedObjectManufacturing)，又稱層疊實體制造或分層實體制造）。由美國Helisys于1986年研制成功，并推出商品化的機器?；驹恚篖OM工藝是利用薄片材料，如紙、塑料薄膜等作為成形材料，片材表面事先涂覆上一層熱熔膠。加工時，用CO2或刀在計算機控制下按照CAD分層模型軌跡切割片材，然后通過熱滾壓，是當(dāng)前層與下面已成形的工件層粘結(jié)，從而堆積成形。LOM原理圖特點：1、只需在片材上切割出零件截面的輪廓，而不用掃描整個截面。因此易于制造大型、實體零件。2、零件的精度較高。3、無需加支撐。工件外框與截面輪廓之間的多余材料起到支撐作用。成形材料：常用成卷的紙，紙的一面事先涂覆一層熱熔膠。偶爾也用塑料薄膜。

應(yīng)用：紙價格相對便宜，可以用來做汽車發(fā)動機曲軸、連桿、各類箱體、蓋板等零部件的原型樣件。

紙：抗?jié)裥?、穩(wěn)定性、涂膠浸潤性、抗拉強度。

熱熔膠：保證層與層之間的粘結(jié)強度。熔融沉積快速成型工藝

一、熔融沉積工藝的基本原理二、熔融沉積工藝的特點三、熔融沉積成型材料與支撐材料四、熔融沉積成型應(yīng)用實例

一、基本原理熔融沉積快速成型（FusedDepositionModeling，簡稱FDM），是繼SLA和LOM后的一種應(yīng)用比較廣泛的快速成型工藝，并以美國Stratasys公司開發(fā)的FDM制造系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛。又稱熔絲沉積，它是將絲狀的熱熔性材料加熱融化，通過帶有一個微細(xì)噴嘴的噴頭擠噴出來。噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運動，擠出的材料迅速固化并與周圍材料粘結(jié)，層層堆積而成。主要適用于模具行業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)和醫(yī)療、考古等基于數(shù)字成像技術(shù)的三維實體模型制造。FDM工藝由美國學(xué)者Dr.ScottCrump于1988年研制成功，并由美國Stratasys公司推出商品化的機器。1993年開發(fā)第一臺FDM1650機型后，先后推出FDM2000、FDM3000、FDM8000等。國內(nèi)的清華大學(xué)與北京殷華公司較早地進(jìn)行了FDM工藝商品化系統(tǒng)的研制工作，并推出熔融擠壓制造設(shè)備MEM250等。FDM原理圖

二、特點優(yōu)點：1、采用熱熔擠壓頭專利技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理和操作簡單，且使用無毒的原材料，設(shè)備可安裝在辦公環(huán)境中。2、成型速度快。不需要SLA中的刮板工序。3、用蠟成型的零件原型，可以直接用于熔模鑄造。4、可以成型任意復(fù)雜程度的零件。如復(fù)雜的內(nèi)腔、孔等。5、原材料在成型過程中無化學(xué)變化，制件的翹曲變形小。6、原材料利用率高。7、支撐去除簡單。缺點：1、成型件的表面有較明顯條紋。2、沿成型軸垂直方向的強度比較弱。3、需要設(shè)計制件支撐結(jié)構(gòu)。4、需要對整個截面進(jìn)行掃描涂覆，成型時間較長。5、原材料價格昂貴。三、材料成型材料的特性要求：1、材料的粘度（影響材料的擠出過程）。2、材料熔融溫度。3、粘結(jié)性（影響零件強度）。4、收縮率。3.1成型材料結(jié)論：粘度低、熔融溫度低、粘結(jié)性好、收縮率小。FDM工藝常用ABS工程塑料絲作為成形材料。3.2支撐材料支撐材料的特性要求：1、能承受一定高溫，一般100°即可。2、與成型材料不浸潤，便于后處理。3、具有水溶性或者酸溶性。4、具有較低的熔融溫度。5、流動性要好。步驟：1、通過三維軟件建立模型，以STL格式保存。2、在Insight軟件中進(jìn)行分層、設(shè)置支撐和刀具路徑等前處理工作。3、在FDMControlCenter中設(shè)置模型位置。4、點擊BuildJob即可加工。

四、應(yīng)用實例四、熔融沉積成型應(yīng)用實例任何受熱粘結(jié)的粉末都有被用作SLS原材料的可能性。先進(jìn)制造技術(shù)快速成型技術(shù)SL工藝是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作。3、粘結(jié)性（影響零件強度）。4、具有較低的熔融溫度。因此易于制造大型、實體零件。全部燒結(jié)完成后去掉