快速成形制造技术ppt课件

快速成形制造技术快速成形制造技术主讲人：季俊主讲人：季俊Tel：15251709858快速成形制造技术主讲人：季俊快速成形制造的快速成形制造的发发展展信息与控制学院仪器系快速成形制造又称为快速原型制造（快速成形制造又称为快速原型制造（RapidRapidPrototype ManufacturingPrototype Manufacturing，RPMRPM）。诞生于）。诞生于2020世纪世纪8080年代，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认年代，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认为是近为是近2020年来制造领域的一个重大成果。年来制造领域的一个重大成果。20世纪世纪80年代后期，年代后期，RPM技术在美国首先产生并商技术在美国首先产生并商品化。品化。从那时起，从那时起，RPM以离散堆积原理为基础和特征，即它以离散堆积原理为基础和特征，即它首先将零件的电子模型软件离散化，成为首先将零件的电子模型软件离散化，成为“层状层状”的离的离散面、离散线和离散点，而后采用多种手段，将这些散面、离散线和离散点，而后采用多种手段，将这些离散的面、线段和点按层堆积形成零件的整体形状。离散的面、线段和点按层堆积形成零件的整体形状。RPM工艺过程无需专用工具，工艺规划步骤简单，所工艺过程无需专用工具，工艺规划步骤简单，所以制造速度比传统方法简单得多。以制造速度比传统方法简单得多。快速成形制造的发展信息与控制学院仪器系快速成形制造又称为快速2快速成形制造的快速成形制造的发发展展信息与控制学院仪器系它集机械工程、它集机械工程、CADCAD、逆向工程技术、分层制造技术、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。段。运用运用RPM技术能自动、快速、精确地将设计思想转技术能自动、快速、精确地将设计思想转变成一定功能的产品原型或直制造零件，对缩短产品变成一定功能的产品原型或直制造零件，对缩短产品开发周期、减少开发费用、提高企业参与市场竞争具开发周期、减少开发费用、提高企业参与市场竞争具有重要意义有重要意义。快速成形制造的发展信息与控制学院仪器系它集机械工程、CAD、3快速成形的基本原理快速成形的基本原理信息与控制学院仪器系RAM流程图快速成形的基本原理信息与控制学院仪器系RAM流程图4快速成形的基本原理快速成形的基本原理信息与控制学院仪器系CAD建模建模分层切片分层切片层面信息处理层面信息处理层面加工与粘接层面加工与粘接层层堆积层层堆积后处理后处理基本原理基本原理由由CAD软件设计出所软件设计出所需零件的计算机三维需零件的计算机三维曲面或实体模型曲面或实体模型将三维模型沿一定将三维模型沿一定方向离散成一系列方向离散成一系列有序的二维层片有序的二维层片根据每层轮廓信息，进根据每层轮廓信息，进行工艺规划，选择加工行工艺规划，选择加工参数，自动生成数控代参数，自动生成数控代码码成形机制造一系列层片并自动将它们联接起来，得到三维物理实体清理零件表面，清理零件表面，去除辅助支撑去除辅助支撑结构结构快速成形的基本原理信息与控制学院仪器系CAD建模 基本原理5快速成形的基本工艺过程快速成形的基本工艺过程信息与控制学院仪器系CAD建模建模STL转换转换生成片层生成片层NC代码代码实体加工实体加工零件原型零件原型后处理后处理切片处理切片处理前处理前处理快速成型系统工作快速成型系统工作后处理后处理用用Pro/E设计的零件模型设计的零件模型快速成形的基本工艺过程信息与控制学院仪器系CAD建模STL转6典型快速原型制造工艺典型快速原型制造工艺信息与控制学院仪器系光固化成型法光固化成型法（Stereo Lithography Apparatus-SLA）叠层实体制造法叠层实体制造法（Laminated Object Manufacturing-LOM）选择性激光烧结法选择性激光烧结法（Selected Laser Sintering-SLS）熔融沉积制造法熔融沉积制造法（Fused Deposition Modeling-FDM）三维打印三维打印（Three-Dimensional Printing-3D-P）固基光敏液相法固基光敏液相法（Solid Ground Curing-SGC）典型快速原型制造工艺信息与控制学院仪器系光固化成型法（Ste7快速成形制造的主要快速成形制造的主要工艺工艺方法方法 信息与控制学院仪器系光固化成型法光固化成型法（SLA）叠层实体制造法叠层实体制造法（LOM）选择性激光烧结法选择性激光烧结法（SLS）熔融沉积制造法熔融沉积制造法（FDM）快速成形制造的主要工艺方法 信息与控制学院仪器系光固化成型法81 1、光固化成型法光固化成型法-SLA-SLA原理原理信息与控制学院仪器系以光敏树脂为原料以光敏树脂为原料，将计算机控制下的紫外激光按预定零将计算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的轮廓为迹对液态树脂逐点扫描，使被扫描区的件各分层截面的轮廓为迹对液态树脂逐点扫描，使被扫描区的树脂薄层产生光聚合反应，从而形成零件的一个薄层截面。当树脂薄层产生光聚合反应，从而形成零件的一个薄层截面。当一层固化完毕，移动工作台，在原先固化好的树脂表一层固化完毕，移动工作台，在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态面再敷上一层新的液态树脂以便进行下一层扫树脂以便进行下一层扫描固化。新固化的一层描固化。新固化的一层牢固地粘合在前一层上，牢固地粘合在前一层上，如此重复直到整个零件如此重复直到整个零件原型制造完毕原型制造完毕.1、光固化成型法-SLA原理信息与控制学院仪器系 9视频演示视频演示信息与控制学院仪器系SLASLA工艺演示工艺演示视频演示信息与控制学院仪器系SLA工艺演示10SLA 的工艺特点的工艺特点信息与控制学院仪器系v成型材料成型材料自由基光固化树脂自由基光固化树脂阳离子光固化树脂阳离子光固化树脂混杂型光固化树脂混杂型光固化树脂vSLASLA的特点的特点成型方法简单，能直接生产塑料件；成型方法简单，能直接生产塑料件；表面粗糙度较低，尺寸精度较高表面粗糙度较低，尺寸精度较高成型中有相的变化，翘曲变形较大。需要支撑成型中有相的变化，翘曲变形较大。需要支撑结构结构成型速度较低，原材料有污染、气味很大成型速度较低，原材料有污染、气味很大成本高（树脂和激光器价格昂贵、寿命短）成本高（树脂和激光器价格昂贵、寿命短）SLA 的工艺特点信息与控制学院仪器系11SLA 方法制作的实物模型方法制作的实物模型信息与控制学院仪器系SLA 方法制作的实物模型信息与控制学院仪器系122 2、叠层实体制造、叠层实体制造-LOM信息与控制学院仪器系LOMLOM是采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等，是采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等，其其工艺过工艺过程是程是：在材料表面事先涂覆上一层热熔胶，加工在材料表面事先涂覆上一层热熔胶，加工时用时用COCO2 2激光器或刀具在计算机控制下进行切割，激光器或刀具在计算机控制下进行切割，然后通过热压辊压，使当前层与下面已成型的工然后通过热压辊压，使当前层与下面已成型的工件粘接，从而堆积成型件粘接，从而堆积成型.2、叠层实体制造-LOM信息与控制学院仪器系LOM是采用薄13叠层实体制造叠层实体制造工艺特点工艺特点信息与控制学院仪器系v成型材料成型材料薄材：如纸、塑料薄膜薄材：如纸、塑料薄膜热熔胶热熔胶涂布工艺涂布工艺vLOMLOM工艺的特点工艺的特点LOMLOM工艺只需在片材上切割出零件截面的轮廓，而不工艺只需在片材上切割出零件截面的轮廓，而不用扫描整个截面，因此适合大、中型零件的加工用扫描整个截面，因此适合大、中型零件的加工零件尺寸精度较高零件尺寸精度较高，工件外框与截面轮廓之间的多余工件外框与截面轮廓之间的多余材料在加工中起到了支撑作用，所以翘曲变形小，成材料在加工中起到了支撑作用，所以翘曲变形小，成型时无需加支撑。但是，材料浪费大，且清除废料困型时无需加支撑。但是，材料浪费大，且清除废料困难难叠层实体制造工艺特点信息与控制学院仪器系成型材料14LOM方法制作的实物模型方法制作的实物模型信息与控制学院仪器系LOM方法制作的实物模型信息与控制学院仪器系153 3、选择性激光烧结、选择性激光烧结-SLS信息与控制学院仪器系 SLSSLS工工艺艺是是利利用用粉粉末末状状材材料料成成形形的的。先先在在工工作作台台上上铺铺上上一一层层有有很很好好密密实实度度和和平平整整度度的的粉粉末末，用用高高强强度度的的COCO2 2激激光光器器在在上上面面扫扫描描出出零零件件截截面面，有有选选择择地地将将粉粉末末熔熔化化或或粘粘接接，形形成成一一个个层层面面，利利用用滚滚子子铺铺粉粉压压实实，再再熔熔结结或或粘粘接接成成另另一一个个层层面面并并与与原原层层面面熔熔结结或或粘粘接接，如如此此层层层层叠叠加为一个三维实体。加为一个三维实体。3、选择性激光烧结-SLS信息与控制学院仪器系 16视频演示视频演示信息与控制学院仪器系SLSSLS工艺演示工艺演示视频演示信息与控制学院仪器系SLS工艺演示17选择性激光烧结选择性激光烧结工艺特点工艺特点信息与控制学院仪器系v成型材料成型材料蜡粉、聚苯乙烯（蜡粉、聚苯乙烯（PS)PS)、工程塑料（、工程塑料（ABSABS）、聚碳酸酯）、聚碳酸酯（PC)PC)、尼龙（、尼龙（PA)PA)、金属粉末、覆膜砂、覆膜陶瓷粉，、金属粉末、覆膜砂、覆膜陶瓷粉，近年来更多的采用复合粉末，粉粒直径为近年来更多的采用复合粉末，粉粒直径为5050125125m mv工艺特点工艺特点材料适应面广，不仅能制造塑料制件，还能制造蜡模、材料适应面广，不仅能制造塑料制件，还能制造蜡模、陶瓷和金属零件陶瓷和金属零件成型精度一般、能直接制造制件和装配件（轴承整体）成型精度一般、能直接制造制件和装配件（轴承整体）制件翘曲变形相对较小，但对于容易发生变形的地方应制件翘曲变形相对较小，但对于容易发生变形的地方应设计有支撑结构设计有支撑结构实心零件成型时间较长，适合中小零件的生产。实心零件成型时间较长，适合中小零件的生产。选择性激光烧结工艺特点信息与控制学院仪器系成型材料18激光烧结激光烧结方法制作的实物模型方法制作的实物模型信息与控制学院仪器系激光烧结方法制作的实物模型信息与控制学院仪器系19视频演示视频演示信息与控制学院仪器系FDMFDM工艺演示工艺演示视频演示信息与控制学院仪器系FDM工艺演示204 4、熔融沉积成形、熔融沉积成形-FDM信息与控制学院仪器系FDM（FusedDepositionModeling）熔融沉积制造工艺熔融沉积制造工艺MEM（MeltedExtrusionManufacturing）熔融挤压成型工艺熔融挤压成型工艺4、熔融沉积成形-FDM信息与控制学院仪器系FDM（Fuse21FDM 工艺原理工艺原理信息与控制学院仪器系FDM工艺演示工艺演示FDM 工艺原理信息与控制学院仪器系FDM工艺演示22FDM 工艺的特点工艺的特点信息与控制学院仪器系vFDMFDM不用激光，使用、维护简单，成本低。用蜡成形的零不用激光，使用、维护简单，成本低。用蜡成形的零件原型可直接用于石蜡铸造；用件原型可直接用于石蜡铸造；用ABSABS工程塑料制造的原型工程塑料制造的原型则具有较高强度，在产品设计、测试与评估等方面得到广则具有较高强度，在产品设计、测试与评估等方面得到广泛应用。泛应用。v由于由于FDMFDM工艺一般在工艺一般在8012080120C C进行，材料的收缩率必然会进行，材料的收缩率必然会引起尺寸误差，同时会产生热应力，导致制件的翘曲变形，引起尺寸误差，同时会产生热应力，导致制件的翘曲变形，因此需要设计支撑结构。因此需要设计支撑结构。vFDMFDM工艺适合成型小塑料件，最高精度工艺适合成型小塑料件，最高精度0.127mm0.127mm。由于是由于是填充式扫描，因此成型时间较长，为克服这一缺点，可采填充式扫描，因此成型时间较长，为克服这一缺点，可采用多个热喷头同时进行涂覆，提高成型效率。用多个热喷头同时进行涂覆，提高成型效率。FDM 工艺的特点信息与控制学院仪器系FDM不用激光，使用、23熔融沉积成形熔融沉积成形FDM方法制作的实物模型方法制作的实物模型信息与控制学院仪器系熔融沉积成形FDM方法制作的实物模型信息与控制学院仪器系24几种常见几种常见RPM特点比较特点比较信息与控制学院仪器系低低较复杂较复杂小截面较慢小截面较慢大截面较快大截面较快LOM高高几乎无费料几乎无费料简单简单小截面较快小截面较快大截面较慢大截面较慢FDM较高较高较复杂较复杂小截面较快小截面较快大截面较慢大截面较慢SLS较高较高较复杂较复杂小截面较快小截面较快大截面较慢大截面较慢SLA材料利用率材料利用率制件后处理制件后处理成形速度成形速度几种常见RPM特点比较信息与控制学院仪器系低较复杂小截面较慢25快速模具制造技术快速模具制造技术 Rapid Tooling信息与控制学院仪器系 采用模具生产零件是现代工业的主要生产工采用模具生产零件是现代工业的主要生产工 艺艺 和手段和手段.传统模具制造生产过程复杂、周期长，模具传统模具制造生产过程复杂、周期长，模具需反复调试，制造成本高需反复调试，制造成本高.往往成为设计和制造的瓶往往成为设计和制造的瓶颈颈.快速模具制造可节约成本快速模具制造可节约成本3/43/4，缩短生产周期约，缩短生产周期约2/3.2/3.因此应用因此应用RPRP技术制造快速经济模具成为技术制造快速经济模具成为RPRP技术发技术发展的主要推动力之一。展的主要推动力之一。从从RPRP到到RTRT是快速成型技术发展的第二次飞跃。是快速成型技术发展的第二次飞跃。快速模具制造技术 Rapid Tooling信息与控制学院仪26快速模具制造的分类快速模具制造的分类信息与控制学院仪器系v直接模具制造直接模具制造用用 LOM LOM 系统制做的制件经表面处理，其强度比一般木系统制做的制件经表面处理，其强度比一般木材还要高，可直接用作铸造木模；用材还要高，可直接用作铸造木模；用 SLS SLS 等方法则可等方法则可直接制造熔模铸造用的蜡模以及造型或压力加工用金直接制造熔模铸造用的蜡模以及造型或压力加工用金属模。属模。v间接模具制造间接模具制造用快速原型制件作母模可复制出蜡模、硅橡胶模、环用快速原型制件作母模可复制出蜡模、硅橡胶模、环氧树脂模或聚氨脂模等软模具；据此软模具又可浇铸氧树脂模或聚氨脂模等软模具；据此软模具又可浇铸出环氧树脂、石膏、陶瓷、低熔点金属、金属基复合出环氧树脂、石膏、陶瓷、低熔点金属、金属基复合材料等硬模具。这些简易模具可用作各种铸造模、注材料等硬模具。这些简易模具可用作各种铸造模、注塑模、蜡模的成型模以及拉伸模等，实现塑料件或金塑模、蜡模的成型模以及拉伸模等，实现塑料件或金属件的小批量生产。属件的小批量生产。用快速原型制件作母模，通过金属喷涂等方法可快速用快速原型制件作母模，通过金属喷涂等方法可快速制造电脉冲机床用电极。制造电脉冲机床用电极。快速模具制造的分类信息与控制学院仪器系直接模具制造27快速工模具制造快速工模具制造信息与控制学院仪器系快速工模具制造信息与控制学院仪器系28快速模具技术的发展方向快速模具技术的发展方向信息与控制学院仪器系提高模具制造精度提高模具制造精度开发新材料新工艺开发新材料新工艺直接制造高强度金属模具直接制造高强度金属模具快速模具技术的发展方向信息与控制学院仪器系提高模具制造精度29快速成形技术的现状及发展中的问题快速成形技术的现状及发展中的问题信息与控制学院仪器系一、材料方面的限制一、材料方面的限制 离散离散/堆积成形的过程伴随着材料的变化堆积成形的过程伴随着材料的变化 残余应力难以消除残余应力难以消除 翘曲和变形翘曲和变形 快速成形技术的现状及发展中的问题信息与控制学院仪器系一、材料30快速成形技术的现状及发展中的问题快速成形技术的现状及发展中的问题快速成形技术的现状及发展中的问题快速成形技术的现状及发展中的问题信息与控制学院仪器系二、价格问题二、价格问题 RPRP是机械、材料、自动化、信息等技术的集成，制造高技是机械、材料、自动化、信息等技术的集成，制造高技 术成本高，一旦工艺成熟，开发商使用专利来保护自己，这就术成本高，一旦工艺成熟，开发商使用专利来保护自己，这就 给给RPRP设备生产和技术服务带来经济上的代价。设备生产和技术服务带来经济上的代价。3D System 2001.3 3D System 2001.3推出的推出的Viper Si2Viper Si2的的SLASLA设备，设备，1818万美元；万美元；19941994年的年的SLA7000 80SLA7000 80万美元万美元 RP RP材料价格偏高（由于改性需求等）限制了其应用。材料价格偏高（由于改性需求等）限制了其应用。美国美国3D Systems SLA3D Systems SLA设备专用树脂设备专用树脂200250200250美元美元/公斤公斤 美国美国StratasysStratasys公司公司ABSABS等丝材在等丝材在2000400020004000美元美元/公斤公斤快速成形技术的现状及发展中的问题信息与控制学院仪器系二、价格31快速成形技术的现状及发展中的问题快速成形技术的现状及发展中的问题快速成形技术的现状及发展中的问题快速成形技术的现状及发展中的问题信息与控制学院仪器系三、成形精度与成形速度的矛盾三、成形精度与成形速度的矛盾材料的离散材料的离散/堆积过程均需单元化处理，堆积过程均需单元化处理，导致精度下降。导致精度下降。台阶效应台阶效应成形原理性误差成形原理性误差快速成形技术的现状及发展中的问题信息与控制学院仪器系三、成形32信息与控制学院仪器系结 束 谢 谢！信息与控制学院仪器系结 束33信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系34