快速成型技术1课件

快速原型制造技术快速原型制造技术(RPM)Rapid Prototype/Part Manufacturing快速成型技术原理快速成型技术原理 快速原型技术不同于传统的在型腔毛坯切削加工后获得零件的方法，而是在计算机控制下，基于离散/堆积原理采用不同方法堆积材料最终完成零件的成型与制造技术。从成型角度看，零件可视为“点”或“面”的叠加而成。从制造角度看，它根据CAD造型生成的零件三维几何信息，控制多维系统，通过激光束或其它方法将材料逐层堆积而形成原型或零件。快速原型制造技术的工作过程快速原型制造技术的工作过程首先由CAD软件设计出所需要的零件计算机三维曲面或实体模型，即数字模型或电子模型；然后根据工艺要求，按照一定的厚度进行离散，把原来的三维电子模型变成一系列的二维层片；再根据每个层片的轮廓信息，进行工艺规划，选择合适的加工参数，自动生成数控代码；最后由成型机接受控制指令制造一系列层片并自动将它们联系起来，得到一个三维物理实体。快速成形的工作流程 概念设计三维模型修改模型快速模型快速模具逆向工程产品原型产品,铸件三维激光数字化仪按使用原材料分类按使用原材料分类液体聚合、固化（立体印刷、全息干涉固化、激光束相干固化、热聚合等）；粉末烧结与粘接（选域激光烧结、三维喷涂粘接等）；丝材线材熔化粘接（熔融沉积造型、焊接成型）；膜、板材层合（层合实体制造、膜聚合等）按制造工艺原理分类按制造工艺原理分类光敏树脂的选择性固化(SLA)；薄型材料选择性切割（LOM）；粉末材料选择性激光烧结（）；丝状材料选择性融覆（）；三维打印（Printing）；焊接成型；数码累积造型；其他（立体光刻、直接烧结、热致聚合等）几种典型的几种典型的RPM技术技术光敏树脂的选择性固化(Stereo Lithography Apparatus-SLA)；薄型材料选择性切割（Laminated Object Manufacturing-LOM）；粉末材料选择性激光烧结（Selective Laser Sintering-SLS）；丝状材料选择性融覆（Fused Deposition Modeling-）；三维打印（Three Dimensional Printing-3DP）；光敏树脂的选择性固化（LSA)原理原理：以光敏树脂为原料（这种液态材料在一定波长和强度的紫外激光照射下能迅速发生聚合反应，分子量急剧增大材料从液体转变成固体），采用计算机控制下的紫外激光以预定原型各分层截面的轮廓为轨迹逐点扫描，使被扫描区的树脂薄层产生光聚合反应后固化，形成薄层截面，一层固化后，工作台上（或下）移，在固化光敏树脂表面形成新的液态树脂，再进行新一层的扫描、固化。光敏树脂的选择性固化成型系统：成型系统：光学部分：紫外激光器（位置精度0.008mm，重复精度0.13mm）；激光束扫描装置（电流计驱动：尺寸小，精度高；X-Y绘图仪方式：高精度，大尺寸）树脂容器系统：树脂容器（不锈钢，树脂费用昂贵）；升降工作台（步距可小于0.02mm）；重复涂层装置（使树脂迅速、均匀覆盖在固化层上）数控系统和控制软件：核心是激光束扫描器后固化装置：强紫外光固化Stereo Lithography Apparatus(SLA)光敏树脂的选择性固化扫描参数：固化深度；扫描间距；扫描方式：连续扫描（简单，但需要光开关，能量损失大，树脂收缩明显，翘曲增加）；分片区域扫描（不用光开关，每个区域内存在连续扫描缺点）；环形扫描（减少翘曲变形，收缩量小，无需光开光）；三角剖分扫描（具有环形扫描的优点变形小，算法简单）。扫描方式连续扫描连续扫描光敏树脂的选择性固化特点：精度较高（0.1mm）技术成熟，悬臂件需要支撑；树脂存在收缩，具有一定毒性。光敏树脂的选择性固化薄型材料选择性切割（LOM0）原理：将薄膜按照CAD分层模型所获数据，用激光束将单面涂有热融胶的薄膜切割成所需原型的内外轮廓，然后将新一层的薄膜叠加在上面，通过热压装置加热与下面已切割层粘合在一起，逐层切割、粘合，直至完成原型。薄型材料选择性切割(续)成型系统：激光切割系统；箔带供给系统；原材料存储与送进机构；热压装置；可升降工作台；数控系统等。薄型材料选择性切割(续)特点：成本低造型速度快（不用扫描整个截面）易于制造大型零件零件的精度较高（不存在相变，不易引起翘曲变型）与木模具有相同水平的强度。无需支撑Laminated Object Mfg(LOM)Laminated Object Manufacturing(LOM)粉末材料选择性激光烧结（LSL)原理：成型机按照计算机输出的原型分层轮廓，采用激光束在指定路径有选择地扫描并熔融工作台上薄且均匀铺层的材料粉末，一层扫描后，向上（下）移动工作台，控制完成新一层的烧结。Selective Laser Sintering(SLS)Laser bean Laser beanFeedFeedcylindercylinderA roller of A roller of spreading spreading powderpowderpowderpowder工件工件Z ZworkbenchworkbenchZ ZWorkroom Workroom with with nitrogennitrogen part part粉末材料选择性激光烧结(续)特点：可采用多种材料（塑料、陶瓷、蜡特别是金属）；制造工艺较简单；精度高；成本低，但成型速度较慢。粉末材料选择性激光烧结丝状材料选择性融覆（FDM）原理：加热器将热塑性材料加热成液态，根据片层参数控制加热喷头沿模型断面层扫描，挤压并控制液体流量，使液体均匀铺撒在断面层上，快速冷却凝固并与上一层连接在一起，这样逐层叠加，形成原型。Fused Deposition Modeling(FDM)丝状材料选择性融覆(续续)系统组成：机械系统（运动、喷头、成型室、材料室、控制室、电源室）；控制系统；软件系统；供料系统。丝状材料选择性融覆(续续)特点：尺寸小；成型材料广泛；成型速度快；无环境污染。丝状材料选择性融覆三维打印原理：三维打印采用静电墨水喷嘴（喷墨打印原理：汽泡法和晶体振荡法）按照零件截面形状,将液体粘接剂喷射在预先铺好的粉末层上，使部分粉末粘接在一起，形成截面轮廓。一层粉末成形完成后，再铺上一层粉末，进行下一层粉末的粘接，如此循环，最后经过后处理，形成原形制件。三维打印过程开始铺一层粉喷射粘接剂降低打印平台最终零件重复去除三维打印原理不联通部分升降台悬臂部分支撑零件压电喷头材料微粒不同的三维打印设备粘界剂沉积并平整可粘接的粉末MIT的三维打印熔融的塑料BPM公司的Ballistic Particle Manufacturing不同的三维打印设备熔融的塑料熔融的蜡平面刀具熔融的塑料96个喷嘴的打印头Sander公司的Model Maker3D System公司的Multi-Jet Modeling三维打印三维打印三维打印三维打印三维打印三维打印三维打印三维打印快速成型技术的特点快速成型技术的特点适合形状复杂，不规则零件加工无或很少下脚料，属环保型技术变CAD中“看得见，摸不着”为“看得见，摸得着”属于多种技术集成，设计和制造一体化应用材料类型广泛不需要专门得工装夹具和模具新产品试制大大缩短零件得复杂程度与成本无关系制造快速，制造过程高度柔性应用领域广泛，经济效益突出快速成形技术的应用领域RPM制造业与美学相关的工程医学康复考古工程其它快速产品开发快速工具微型机械小批零件建筑设计桥梁设计古建筑恢复首饰,灯饰颅外科辅助诊断软组织牙科假肢整形考古三维地图光弹模型快速原型制造技术的国内外技术进展快速原型制造技术的国内外技术进展国外国外RPM技术进展技术进展1.大力改善快速原型制造技术的制作精度、可靠性、生大力改善快速原型制造技术的制作精度、可靠性、生产率和制作大件的能力，并推出了新一代快速成型机。产率和制作大件的能力，并推出了新一代快速成型机。2.开发经济性的开发经济性的RP系统（概念制模机）系统（概念制模机）3.快速成形方法和工艺的改进和创新快速成形方法和工艺的改进和创新4.快速磨具制造的应用快速磨具制造的应用5.开发性能更好的快速成形材料开发性能更好的快速成形材料6.开发快速成形的高性能开发快速成形的高性能RP软件软件7.RPM技术与网络技术的结合技术与网络技术的结合8.RP与与CAD、CAE、CAPP、CAM、RT以及高精度自以及高精度自动测量的一体化集成动测量的一体化集成9.RP技术的新应用技术的新应用