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快速成形制造技术快速成形制造技术讲课老师：毛毛讲课老师：毛毛1 1 去除成形去除成形去除余量材料而成形去除余量材料而成形一、现代成形科学一、现代成形科学 2 2 受迫成形受迫成形在型腔约束和限制下成形在型腔约束和限制下成形3 3 离散离散-堆积成形堆积成形材料离散成点、材料离散成点、线、面、然后堆积起来而成形线、面、然后堆积起来而成形二、快速成形技术简介二、快速成形技术简介 快速成形技术简称RP（Rapid prototyping），是指由三维模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维物理实体的技术总称。不同种类的快速成形系统因所用成形材料不同，系统特点也各有不同。但其基本原理都是一样的，那就是“分层制造，逐层叠加”。形象地讲，快速成形系统就像是一台 “立体打印机”。三、快速成形技术的工艺过程三、快速成形技术的工艺过程1.CAD1.CAD模型模型 的构建的构建2.2.离散过程离散过程3.3.堆积过程堆积过程4.4.后处理后处理四、快速成形技术的分类四、快速成形技术的分类名称名称简称简称成形材料成形材料成形技术成形技术熔融沉积法熔融沉积法FDM热塑性材料热塑性材料挤压喷头挤压喷头光固化成形法SLA液态光敏树脂紫外激光选择性激光烧结法SLS工程塑料粉末CO2激光器分层实体制造法LOM涂敷有热熔胶的薄片材料（纸、塑料薄膜）CO2激光器1 1、熔融沉积、熔融沉积FDMFDM工艺工艺 FDM工艺的成形材料一般是热塑性材料热塑性材料，如蜡、ABS、PC、尼龙等，以丝状供料。材料在喷头喷头内被加热熔化。喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速固化，并与周围的材料粘结。每一个层片都是在上一层上堆积而成，上一层对当前层起到定位和支撑的作用。随着高度的增加，层片轮廓的面积和形状都会发生变化，当形状发生较大的变化时，上层轮廓就不能给当前层提供充分的定位和支撑作用，这就需要设计一些辅助结构“支撑”，对后续层提供定位和支撑，以保证成形过程的顺利实现。填充轮廓支撑2 2、光固化、光固化SLASLA工艺工艺 SLA技术是基于液态光液态光敏树脂敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态材料在一定波长和强度的紫外光紫外光(如=325nm)的照射下能迅速发生光聚合反应,分子量急剧增大,材料也就从液态转变成固态。3 3、选择性烧结、选择性烧结SLSSLS工艺工艺 SLS工艺是利用粉末粉末状材料状材料成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的COCO2 2激光器激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部分连接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，选择地烧结下层截面。4 4、分层实体制造、分层实体制造LOM LOM 工艺工艺 LOM工艺采用薄片材薄片材料料，如纸、塑料薄膜等。片材表面事先涂覆上一层热熔胶。加工时，热压辊热压片材，使之与下面已成形的工件粘接；用用COCO2 2激光器激光器在刚粘接的新层上切割出零件截面轮廓和工件外框，并在截面轮廓与外框之间多余的区域内切割出上下对齐的网格；激光切割完成后，工作台带动已成形的工件下降，与带状片材(料带)分离。五、快速成形技术的特点五、快速成形技术的特点1.1.可以制造任意复杂的三维几何实体可以制造任意复杂的三维几何实体 由于采用离散-堆积成形的原理它将一个十分复杂的三维制造过程简化为二维过程的叠加，大大简化了加工过程。特别适合于复杂型腔、复杂型面等传统方法难以制造甚至无法制造的零件。2.2.快速性快速性 快速成形技术从CAD设计到零件的加工完毕，只需几个小时至几十个小时，复杂、较大的零部件也可能达到几百小时，但从总体上看，速度比传统的成形方法要快得多。并且通过对CAD 模型的修改或重组就可获得一个新零件的设计和加工信息。尤其适合于新产品的开发3.3.高度柔性高度柔性 无需任何专用夹具或工具即可完成复杂的制造过程，且不存在三维加工中刀具干涉的问题，可以快速地制作模型，零件。4.4.设计、制造一体化设计、制造一体化 通过STL格式文件,快速成形制造系统几乎可以与所有的CAD造型系统无缝连接，使设计（CAD）和制造（CAM）能够很顺利地结合在一起，实现了设计制造一体化。5 5、自动化程度高、自动化程度高 快速成形是一种完全自动的成形过程,只需要在成形之初由操作者输入一些基本的工艺参数,整个成形过程操作者无需或较少干预。完成成形过程时,机器会自动停止并显示相关结果。六、快速成形技术的应用六、快速成形技术的应用1.1.设计模型的制造设计模型的制造 这也是该项技术应用最多的领域。设计者用CAD设计出“看得见”的三维零件后,再利用快速成形机就可以得到“摸得着”的实体原型。这对形状复杂或是外观设计要求较高、需要手感较强的产品尤为重要,可以作出及时、正确的判断,供设计者和用户直观测试,并可迅速反复修改、制造。此外,模型还可以用来做功能测试、装配检查,例如运动特性测试、风洞试验、装配干涉及尺寸检查等。轿轿轿轿车车车车模模模模型型型型电动工具电动工具电动工具电动工具汽车方向盘汽车方向盘汽车方向盘汽车方向盘玩具铲土车玩具铲土车玩具铲土车玩具铲土车2.2.小批量复杂零件的生产小批量复杂零件的生产 对于那些数量较少的零件部件,如机械设备中的特殊零件、配制部件、艺术品、医用人体骨骼等,利用快速自动成形机来制造,成本会大大降低。如果用传统的加工方法,零件的批量越小,成本就越高;而快速自动成形法的加工成本则基本上不受零件批量的影响。另外,快速成形还能充当应急零件使用,如美国某公司在测试新型发动机时发现缺少一个重要零件,于是用快速成形将其赶制出来,确保了发动机测试的正常进行。颌面骨修复手术颌面骨修复手术特殊零件特殊零件特殊零件特殊零件工工工工 艺艺艺艺 品品品品酒酒酒酒 樽樽樽樽3.3.快速模具的制造快速模具的制造 快速成形的另一项重要应用就是制造快速模具,用于批量生产复杂的零件。近年来随着许多新技术、新工艺的出现,快速成形技术的所有工艺方法几乎都可以直接或间接用于模具的制造。铸造领域应用铸造领域应用铸造领域应用铸造领域应用手机外壳橡胶模手机外壳橡胶模电子产品注射模电子产品注射模
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