逆向工程與快速成型技術(shù)應(yīng)用（第3版）課件：快速成型技術(shù)認(rèn)知

快速成型技術(shù)的認(rèn)知

任務(wù)一認(rèn)識(shí)快速成型技術(shù)任務(wù)二了解快速成型的典型工藝任務(wù)三了解快速成型技術(shù)的應(yīng)用任務(wù)四

了解快速成型技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)快速成型（RapidPrototype，簡(jiǎn)稱(chēng)RP)又稱(chēng)快速原型“增材制造”（additivemanufacturing，AM)“材料累加制造”(materialincresemanufacturing)“分層制造”(layeredmanufacturing，LM)“實(shí)體自由制造”(solidfree－formfabrication)

“3D打印”(3Dprinting)等開(kāi)始，3D打印本是特指一種采用噴墨打印頭的快速成型技術(shù)，演變至今，3D打印成了所有快速成型技術(shù)的通俗叫法。任務(wù)一認(rèn)識(shí)快速成型技術(shù)物體成型方式有四種基本去除成形受迫成形堆積成形生長(zhǎng)成形一、

成型的分類(lèi)去除成型：運(yùn)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型的方法。傳統(tǒng)的車(chē)、銑、刨、磨、鉆、電火花加工、激光切割等都屬于去除成型。是目前最主要的成型方式。受迫成型：利用材料的可成型性在特定的外界約束（邊界約束或外力約束）下成型。傳統(tǒng)的鍛壓、鑄造、粉末冶金等成型方式。

現(xiàn)代的沖壓成型、注塑成型等成型方式堆積成型：把材料（液、固相）有序地堆積起來(lái)的成型?？焖俪尚蛯儆诙逊e成型（先離散再堆積）近凈成型工藝。生長(zhǎng)成型：利用材料的活性進(jìn)行成型的方法。自然界中的生物（植物、動(dòng)物）個(gè)體發(fā)育均屬于生長(zhǎng)成型。這是最高層次的成型方法。

快速成型基于離散/堆積的思想，將一個(gè)物理實(shí)體復(fù)雜的三維加工，離散成一系列二維層片,然后逐點(diǎn)、逐面進(jìn)行材料的堆積成型。

是一種降維制造或者稱(chēng)增材制造技術(shù)。二、

快速成型技術(shù)的原理CAD模型STL模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模型分層生成支撐和加工路徑快速原型后處理

快速成型的過(guò)程堆積成型快速成型包括了前處理、堆積成型、后處理三個(gè)階段前處理三、

快速成型技術(shù)的特點(diǎn)1）可以制造任意復(fù)雜的三維幾何實(shí)體。離散/堆積成型的原理，將十分復(fù)雜的三維制造過(guò)程簡(jiǎn)化為二維過(guò)程的疊加2）快速原型產(chǎn)品單價(jià)與原型的復(fù)雜程度和原型的數(shù)量均無(wú)關(guān)

產(chǎn)品單價(jià)產(chǎn)品單價(jià)傳統(tǒng)方法傳統(tǒng)方法RPRP復(fù)雜程度制造數(shù)量3）高度柔性。成型過(guò)程無(wú)需專(zhuān)用工具或夾具，通過(guò)對(duì)CAD模型的修改重組就可獲得新零件的設(shè)計(jì)和加工信息

。4）快速性。從CAD設(shè)計(jì)到原型(或零件)加工完畢，只需幾十分鐘至幾十小時(shí)5）成形過(guò)程中信息過(guò)程和材料過(guò)程的一體化，尤其適合成形材料為非均質(zhì)的原型。6）良好的經(jīng)濟(jì)效益。（降低小批量產(chǎn)品的周期、減少零件的數(shù)量）7）技術(shù)的高度集成。集成了CAD、CNC、激光、材料等技術(shù)。（對(duì)設(shè)計(jì)約束越來(lái)越小、零件制造技能低、與反求工程（RE）實(shí)現(xiàn)精確復(fù)制）熔融沉積制造(FDM)光固化成型（SLA）分層實(shí)體制造(LOM)三維印刷(3DP)BasicRPTechnologies選擇性激光燒結(jié)(SLS)任務(wù)二了解快速成型的典型工藝

利用紫外光照射在液態(tài)的光敏樹(shù)脂使其凝固的原理進(jìn)行工作的。由計(jì)算機(jī)控制激光束以模型各分層截面輪廓為軌跡逐點(diǎn)掃描,使被掃描區(qū)內(nèi)的樹(shù)脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)后固化，從而形成制件的一個(gè)薄層截面。每固化一層，

工作臺(tái)就下降一精確的距離，在剛剛固化的樹(shù)脂表面布放一層新的樹(shù)脂以便進(jìn)行在前一層已固化的樹(shù)脂上，直到形成零件實(shí)體。

1.立體印刷成型SLA用SLA成型的零件零件支撐平板優(yōu)點(diǎn)1)尺寸精度高。SLA原型的尺寸精度可以達(dá)到±0.1mm。2)成型過(guò)程自動(dòng)化程度高。SLA系統(tǒng)非常穩(wěn)定，加工開(kāi)始后，成型過(guò)程可以完全自動(dòng)化，直至原型制作完成。3）表面質(zhì)量較好。雖然在每層固化時(shí)側(cè)面及曲面可能出現(xiàn)臺(tái)階，但上表面仍可得到玻璃狀的效果。4）可以制作結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的模型。5）可以直接制作面向熔模精密鑄造的具有中空結(jié)構(gòu)的消失型。

缺點(diǎn)1）尺寸穩(wěn)定性差。2）需要設(shè)計(jì)工件的支撐結(jié)構(gòu)，否則會(huì)引起成型件變形。3）設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)成本較高。4）可使用的材料種類(lèi)較少。5）液態(tài)樹(shù)脂具有氣味和毒性，并且需要避光保護(hù)6）需要二次固化。7）液態(tài)樹(shù)脂一般較脆、易斷裂，不便進(jìn)行機(jī)加工。

LOM方法采用薄片材料，如紙、塑料薄膜等。通過(guò)加熱的滾筒紙使紙張一層層粘在一起。每粘一層由激光按照零件形狀將紙切斷，最后由每一層疊起來(lái)的紙張形成零件

2.分層實(shí)體制造(LOM)

用LOM成型的零件零件去除的材料切成小方格便于剝離

優(yōu)點(diǎn)1）成型速度較快,因而常用于加工內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的大型零件。2）原型精度高，翹曲變形較小。3）制件能承受高達(dá)200°C的溫度，有較高的硬度和較好的力學(xué)性能。4）可進(jìn)行切削加工。5）無(wú)需后固化處理。6）無(wú)須設(shè)計(jì)和制作支撐結(jié)構(gòu)。7）廢料易剝離。8）可制作尺寸大的制件。9）原材料價(jià)格便宜，原型制作成本低缺點(diǎn)1）不能直接制作塑料工件。2）工件（特別是薄壁件）的抗拉強(qiáng)度和彈性不夠好。3)工件易吸濕膨脹。因此，成型后應(yīng)盡快進(jìn)行表面防潮處理（樹(shù)脂、防潮漆涂覆等）。4)工件表面有臺(tái)階紋理，難以構(gòu)建形狀精細(xì)、多曲面的零件

利用粉末狀材料成形的。將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平；用高強(qiáng)度的CO2激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；材料粉末在高強(qiáng)度的激光照射下被燒結(jié)在一起，得到零件的截面，并與下面已成形的部分粘接；當(dāng)一層截面燒結(jié)完后，鋪上新的一層材料粉末，選擇地?zé)Y(jié)下層截面。

3.選擇性激光燒結(jié)(SLS)

用SLS成型的零件在內(nèi)腔和孔未燒結(jié)的粉末作為支撐非常容易移除優(yōu)點(diǎn)1）可以采用多種材料（包括類(lèi)工程塑料、蠟、金屬、陶瓷等）。2）過(guò)程與零件復(fù)雜程度無(wú)關(guān)，制件的強(qiáng)度高。3）材料利用率高，未燒結(jié)的粉末可重復(fù)使用，材料無(wú)浪費(fèi)。4）無(wú)需支撐結(jié)構(gòu)。5）與其他工藝相比，能生產(chǎn)較硬的模具。缺點(diǎn)1）成型件結(jié)構(gòu)疏松、多孔，且有內(nèi)應(yīng)力，制件易變形。2）生成陶瓷、金屬制件的后處理較難。3）需要預(yù)熱和冷卻，后處理麻煩。4）成型表面粗糙多孔，并受粉末顆粒大小及激光光斑的限制。5）成型過(guò)程產(chǎn)生有毒氣體和粉塵，污染環(huán)境

絲材在噴頭內(nèi)被加熱熔化。噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將熔化的材料擠出，材料迅速固化，并與周?chē)牟牧险辰Y(jié)。每一個(gè)層片都是在上一層上堆積而成，上一層對(duì)當(dāng)前層起到定位和支撐的作用。

4.熔融擠出成型（FDM/MEM）

4.熔融擠出成型（FDM/MEM）

優(yōu)點(diǎn)1）成本低(設(shè)備費(fèi)用低；原材料便宜）的3）原材料以材料卷的形式提供，易于搬運(yùn)和快速更換。4）可選用多種材料，如各種色彩的工程塑料ABS、PC、PPSF以及醫(yī)用ABS等。5）原材料在成型過(guò)程中無(wú)化學(xué)變化，制件的翹曲變形小。6）用蠟成型的原型零件，可直接用于熔模鑄造。

缺點(diǎn)1）成型件的表面有較明顯的條紋。2）沿成型軸垂直方向的強(qiáng)度比較弱。3）需要設(shè)計(jì)與制作支撐結(jié)構(gòu)。4）需要對(duì)整個(gè)截面進(jìn)行掃描涂覆，成型時(shí)間較長(zhǎng)。5）支撐去除比較麻煩（如采用水溶性支撐技術(shù)，使得去除支撐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易行

材料的類(lèi)型及固化方式，3D可分為：粉末材料三維噴涂粘結(jié)成型熔融材料噴墨三維成型5.三維印刷(3DP)

與SLS工藝類(lèi)似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金屬粉末。所不同的是材料粉末不是通過(guò)燒結(jié)連接起來(lái)的，而是通過(guò)噴頭用粘接劑(如硅膠)將零件的截面“印刷”在材料粉末上面。用粘接劑粘接的零件強(qiáng)度較低，還須后處理。

5.三維印刷

——粉末材料三維噴涂粘結(jié)成型三維噴涂粘結(jié)成型特點(diǎn)1）成形速度快，成形材料價(jià)格低，適合做桌面型的快速成形設(shè)備；2）在粘結(jié)劑中添加顏料，可以制作彩色原型，這是該工藝最具競(jìng)爭(zhēng)力的特點(diǎn)之一；3）成型過(guò)程不需要支撐，多余粉末的去除比較方便，特別適合于做內(nèi)腔復(fù)雜的原型。但成形件的強(qiáng)度較低，只能做概念型模型，而不能做功能性試驗(yàn)。

5.三維印刷

——噴墨式三維打印快速成型原理為：工作臺(tái)做垂直運(yùn)動(dòng)，噴頭在XY平面移動(dòng)，在成型截面上根據(jù)當(dāng)前層的輪廓精確位置，噴頭迅速地噴射出一層極薄的光敏樹(shù)脂，同時(shí)噴頭架上的紫外光燈發(fā)射相應(yīng)波長(zhǎng)的紫外光，用以快速固化和硬化當(dāng)前層的光敏樹(shù)脂噴墨式三維打印快速特點(diǎn)（1）質(zhì)量高：層厚16um～28um，高的分辨率可以確保獲得流暢、精確而且非常完美的部件與模型。（2）精確度高：精密?chē)娚渑c構(gòu)建材料性能可保證細(xì)節(jié)精細(xì)與薄壁。（3）清潔：適合于辦公室環(huán)境，采用非接觸樹(shù)脂載入/卸載，容易清除支持材料，容易更換噴射頭。（4）快捷：多個(gè)噴嘴在全寬度上的高速光柵構(gòu)建，可實(shí)現(xiàn)快速的流程，并且無(wú)需事后凝固。（5）多用途：材料品種多樣

成型過(guò)程中使用2種不同的樹(shù)脂材料：（1）用來(lái)制作最終完成形體結(jié)構(gòu)的模型材料；（2）為易水解的支撐材料。支撐材料通過(guò)水沖洗即可與主體部分分離，后處理十分簡(jiǎn)易、便捷。可打印裝配件一、概念模型的可視化、設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證與裝配效驗(yàn)三、功能性零件的直接制造四、破損件的修復(fù)任務(wù)三了解快速成型技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)用一概念模型的可視化、設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)工業(yè)縫紉機(jī)消費(fèi)品應(yīng)用二：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證與裝配效驗(yàn)外形功能裝配干涉檢驗(yàn)設(shè)計(jì)合理性驗(yàn)證吸塵器某型空調(diào)組件的結(jié)構(gòu)及裝配驗(yàn)證某型洗衣機(jī)蓋板組件的結(jié)構(gòu)及裝配驗(yàn)證快速模具制造

快速模具制造技術(shù)(RapidTooling,簡(jiǎn)稱(chēng)RT)是用快速成型工藝及相應(yīng)的后續(xù)加工，來(lái)快速制作模具的技術(shù)。1.可以根據(jù)CAD模型直接將復(fù)雜的型腔曲面制造出來(lái)。2.在最終生產(chǎn)模具開(kāi)模之前進(jìn)行新產(chǎn)品試制與小批量生產(chǎn)，可以大大提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的一次成功率,節(jié)約開(kāi)發(fā)費(fèi)用3.制造周期僅為原來(lái)的1/3～1/10左右,生產(chǎn)成本僅為原來(lái)的1/3～1/5

利用快速原型技術(shù)制造快速模具可以分為直接模具制造與間接模具制造兩大類(lèi)。直接快速模具制造指的是利用不同類(lèi)型的快速原型技術(shù)（SLA、SLS、LOM等）直接制造出模具本身。間接制模法是指利用快速原型制造技術(shù)首先制作模芯，然后用此模芯復(fù)制硬模具(如鑄造模具或采用噴涂金屬法獲得輪廓形狀)，或者制作母模復(fù)制軟模具（如硅膠模）等。

使用3D打印修復(fù)戰(zhàn)斗機(jī)折毀發(fā)動(dòng)機(jī)扇片（西安鉑力特激光成形技術(shù)有限公司）四、破損件的修復(fù)簡(jiǎn)易零件可現(xiàn)場(chǎng)制造，大大減少備件庫(kù)存和備件資金占用，一些特殊環(huán)境運(yùn)行的裝備四、破損件的修復(fù)快速成型技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)（1)向日常消費(fèi)品制造方向發(fā)展（2)向功能零件制造發(fā)展。（3)向智能化裝備發(fā)展（4)向組織與結(jié)構(gòu)一體化制造發(fā)展

任務(wù)四

了解快速成型技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)小結(jié)快速成型通過(guò)數(shù)字化的增材方式進(jìn)行制造。專(zhuān)用軟件將三維模型切成薄層或截面，快速成型設(shè)備用特殊的工藝方法層層粘結(jié)疊加成三維實(shí)體，最后進(jìn)行實(shí)體的后處理得到零件的形狀。它是將一個(gè)物理實(shí)體復(fù)雜的三維加工離散成一系列二維層片的加工，不必采用傳統(tǒng)機(jī)械加工的夾具和工模具，大大降低了加工難度，并且成型過(guò)程與成型的物理實(shí)體的形狀和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度無(wú)關(guān)?？焖俪尚鸵殉蔀楫a(chǎn)品快速制造的強(qiáng)有力手段