快速成形技术教学课件

快速成形技术快速成形技术1、纪律是管理关系的形式。阿法纳西耶夫2、改革如果不讲纪律，就难以成功。3、道德行为训练，不是通过语言影响，而是让儿童练习良好道德行为，克服懒惰、轻率、不守纪律、颓废等不良行为。4、学校没有纪律便如磨房里没有水。夸美纽斯5、教导儿童服从真理、服从集体，养成儿童自觉的纪律性，这是儿童道德教育最重要的部分。陈鹤琴选择性液体固化工艺选择性液体固化工艺 SLA立体光刻立体光刻（SLA Stereo Lithography Apparatus)，又称立体印刷立体印刷，光成形光成形 光固化立体造型光固化立体造型 (Stereo Lithography),激光光印刷激光光印刷 （Laser Photolithography),SLA工艺于1984年获美国专利，1988年美国3D System公司推出的商品化样机SLA1，是世界上第一台快速原型技术成形机。目前，SLA各型成形机占据着RP设备市场的较大份额。这种方法的代表还有日本DMET公司的SOUP系列、D-MEC公司的SCS系列和Teijin Seiki公司的Mark1000,德国EOS公司的STEREOS系列。6/20/20246立体光刻立体光刻(SLA)工艺成形的产品工艺成形的产品特点特点 SLA方方法法是是目目前前快快速速成成形形技技术术领领域域中中研研究究得得最最多多的的方方法法，也也是是技技术术上上最最为为成成熟的方法。熟的方法。特点：特点：1.SLA 工工艺艺成成形形的的零零件件精精度度较较高高，能能达达到到0.1mm；产产品品透透明明美美观观，可可直直接做力学实验接做力学实验。2.但但这这种种方方法法也也有有自自身身的的局局限限性性，比比如如需需要要支支撑撑、树树脂脂收收缩缩导导致致精精度度下下降降、光光固固化化树树脂脂价价格格昂昂贵贵，有有一一定定的的毒毒性性；且且产产品品不不能能溶溶解解，不不利利于于环保环保。鼠鼠标标外外壳壳激激 光光树树脂脂原原型型照相机激光树脂原型照相机激光树脂原型6/20/20247选择性层片粘接的基本原理选择性层片粘接的基本原理 采采用用激激光光或或刀刀具具对对片片材材进进行行切切割割。首首先先切切割割出出工工艺艺边边框框和和原原型型的的边边缘缘轮轮廓廓线线，而而后后将将不不属属于于原原型型的的材材料料切切割割成成网网格格状状。片片材材表表面面事事先先涂涂覆覆上上一一层层热热熔熔胶胶。通通过过升升降降平平台台的的移移动动和和箔箔材材的的送送给给,并并利利用用热热压压辊辊辗辗压压将将后后铺铺的的箔箔材材与与先先前前的的层层片片粘粘接接在在一一起起，再再切切割割出出新新的的层层片片。这这样样层层层层迭迭加加后后得得到到下下一一个个块块状状物物，最最后后将将不不属属于于原原型型的的材材料料小小块块剥剥除除，就就获获得得所需的三维实体。所需的三维实体。6/20/20248选择性层片粘接工艺选择性层片粘接工艺 LOM分层实体制造分层实体制造（LOM）(Laminated Object Manufacturing)，又称固体切片制造固体切片制造（SSM）(Solid Slicing Manufacturing)LOM工艺由美国Helisys公司于1986年研制成功。这种方法的代表是美国Helisys公司的LOM-1050和LOM-2030成形机，日本Kira公司的KSC-50成形机。6/20/202491.1.由由于于LOM工工艺艺只只须须在在片片材材上上切切割割出出零零件件截截面面的的轮轮廓廓，而而不不用用扫扫描描整整个个截截面面，因因此此工工艺艺简简单单，成成型型速速度度快快，易于制造大型零件易于制造大型零件；2.2.工艺过程中不存在材料相变，因此不易引起翘曲变形，工艺过程中不存在材料相变，因此不易引起翘曲变形，零件的零件的精度较高，激光切割为精度较高，激光切割为0.1mm0.1mm，刀具切割为刀具切割为0.15mm0.15mm；3.3.工件外框与截面轮廓之间的多余材料在加工中起到了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，所以支撑作用，所以LOM工艺工艺无需加支撑无需加支撑；4.4.材料广泛，成本低，用纸制原料还有利于环保；材料广泛，成本低，用纸制原料还有利于环保；5.5.力学性能差，只适合做外形检查。力学性能差，只适合做外形检查。分层实体制造（分层实体制造（LOM）产品的特点产品的特点6/20/202410选择性激光烧结的基本原理选择性激光烧结的基本原理 SLS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CO2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，如如此此层层层叠加为一个三维实体。层叠加为一个三维实体。6/20/202411选择性激光烧结工艺选择性激光烧结工艺 SLS选择性激光烧结选择性激光烧结（SLS)(Selective Laser Sintering），又称激光熔结激光熔结（LF)(Laser Fusion）。选择性激光烧结工艺由美国选择性激光烧结工艺由美国德克萨斯大学奥斯汀分校于德克萨斯大学奥斯汀分校于19891989年研制成功，已被美国年研制成功，已被美国DTMDTM公司商公司商品化，推出品化，推出SLS Model125SLS Model125成形机。成形机。德国德国EOSEOS公司和我国的北京隆源自公司和我国的北京隆源自动成形系统有限公司也分别推出动成形系统有限公司也分别推出了各自的了各自的SLSSLS工艺成形机。工艺成形机。6/20/202412选择性激光烧结（选择性激光烧结（SLS）的产品特点）的产品特点1.材料适应面广，不仅能制造塑料零件，还能制造陶材料适应面广，不仅能制造塑料零件，还能制造陶瓷、蜡等材料的零件。特别是可以制造出能直接瓷、蜡等材料的零件。特别是可以制造出能直接使用的金属零件。这使使用的金属零件。这使SLS工艺颇具吸引力。工艺颇具吸引力。2.SLS工工艺艺不不需需加加支支撑撑，因因为为没没有有烧烧结结的的粉粉末末起起到到了了支撑的作用。支撑的作用。3.精度不高。平均精度为精度不高。平均精度为0.150.2mm，表面粗糙，表面粗糙度不好，不宜做薄壁件；度不好，不宜做薄壁件；6/20/202413熔融沉积成形的基本原理熔融沉积成形的基本原理 将热熔性材料（将热熔性材料（ABS、尼龙、尼龙或蜡）通过喷头加热器熔化；喷或蜡）通过喷头加热器熔化；喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运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；材动，同时将熔化的材料挤出；材料迅速凝固冷却后，与周围的材料迅速凝固冷却后，与周围的材料凝结形成一个层面；然后将第料凝结形成一个层面；然后将第二个层面用同样的方法建造出来，二个层面用同样的方法建造出来，并与前一个层面熔结在一起，如并与前一个层面熔结在一起，如此层层堆积而获得一个三维实体。此层层堆积而获得一个三维实体。（不需激光系统）（不需激光系统）6/20/202414熔融沉积成形工艺熔融沉积成形工艺 FDM熔融沉积成形熔融沉积成形(FDM)(Fused Deposition Modeling)又称熔融挤压成形熔融挤压成形(MEM)(Melted Extrusion Modeling)熔融沉积成形工艺于1988年研制成功，后由美国Stratasys公司推出商品化的3D Modeler 1000和FDM1600等规格的系列产品。最新产品是制造大型ABS原型的FDM8000、Quantum等型号的产品。6/20/202415熔融沉积成形熔融沉积成形(FDM)的产品特点的产品特点1.FDM工艺不用激光器件，工艺不用激光器件，因此使用、维护简单，成因此使用、维护简单，成本较低。本较低。2.精度可达精度可达0.12mm，适合适合做薄壁件。做薄壁件。3.污染小，材料可以回收。污染小，材料可以回收。4.用蜡成形的零件原型，可以直接用于失蜡铸造。用用蜡成形的零件原型，可以直接用于失蜡铸造。用ABS制造的原制造的原型因具有较高强度而在产品设计、测试与评估等方面得到广泛应用。型因具有较高强度而在产品设计、测试与评估等方面得到广泛应用。由于以由于以FDM工艺为代表的熔融材料堆积成形工艺具有一些显著优点，工艺为代表的熔融材料堆积成形工艺具有一些显著优点，该类工艺发展极为迅速。该类工艺发展极为迅速。6/20/202416快速成形快速成形技术技术的主要特征的主要特征 它它与与NCNC机机床床的的主主要要区区别别在在于于高高度度柔柔性性。无无论论是是数数控控机机床床还还是是加加工工中中心心，都都是是针针对对某某一一类类型型零零件件而而设设计计的的。如如车车削削加加工工中中心心，铣铣削削加加工工中中心心等等。对对于于不不同同的的零零件件需需要要不不同同的的装装夹夹，用用不不同同的的工工具具。虽虽然然它它们们的的柔柔性性非非常常高高，可可以以生生产产批批量量只只有有几几十十件件、甚甚至至几几件件的的零零件件，而而不不增增加加附附加加成成本本。但但它它们们不不能能单单独独使使用用，需需要要先先将将材材料料制制成成毛毛坯坯。而而RPRP技技术术具具有有最最高高的的柔柔性性，对对于于任任何何尺尺寸寸不不超超过过成成形形范范围围的的零零件件，无无需需任任何何专专用用工工具具就就可可以以快快速速方方便便的的制制造造出出它它的的模模型型(原原型型)。从从制制造造模模型型的的角角度，度，RPRP具有具有NCNC机床无法比拟的优点，即快速方便、高度柔性。机床无法比拟的优点，即快速方便、高度柔性。6/20/202417快速成形快速成形技术技术的主要特征的主要特征 CAD模型直接驱动，设计制造高度一体化；模型直接驱动，设计制造高度一体化；成形过程无需专用夹具或工具；成形过程无需专用夹具或工具；无需人员干预或较少干预，是一种自动化的成形过程；无需人员干预或较少干预，是一种自动化的成形过程；成形全过程的快速性，适合现代激烈的产品市场。成形全过程的快速性，适合现代激烈的产品市场。高度柔性，可以制造任意复杂形状的三维实体；高度柔性，可以制造任意复杂形状的三维实体；6/20/202418对对快速成形快速成形技术技术的理解的理解 在快速成形技术的发展过程中，各个研究机构和人员均按照在快速成形技术的发展过程中，各个研究机构和人员均按照自己的理解赋予其不同的称谓，这些不同称谓即反映了快速成形自己的理解赋予其不同的称谓，这些不同称谓即反映了快速成形技术不同方面的重要特征。技术不同方面的重要特征。离散堆积制造离散堆积制造实体自由成形制造实体自由成形制造材料添加制造材料添加制造即时制造即时制造分层制造分层制造直接直接CADCAD制造制造 离散堆积制造是现代成形学理论中在对成形技术发展进行总结的基础上提出的，表明了模型信息处理过程的离散性，强调了成形物理过程的材料堆积性，体现了快速成形技术的基本成形原理，具有较强的概括性和适应性。实体自由成形制造(Solid Freeform Fabrication)表明快速成形技术无需专用的模腔或夹具，零件的形状和结构也相应不受任何约束。RP工艺是用逐层变化的截面来制造三维形体，在制造每一层片时都和前一层自动实现联接，不需要专用夹具或工具，使制造成本完全与批量无关，既增加了成形工艺的柔性，又节省了制造工装和专用工具的大量成本。材料添加制造(Material Increase Manufacturing)将材料单元采用一定方式堆积、叠加成形，有别于车削等基于材料去除原理的传统加工工艺。即时制造(Instant Manufacturing)反映该类技术的快速响应性。由于无需针对特定零件制定工艺操作规程，也无需准备专用夹具和工具，快速成形技术制造一个零件的全过程远远短于传统工艺相应过程，使得快速成形技术尤其适合于新产品的开发，显示了其适合现代科技和社会发展的快速反应的特征和时代要求。分层制造(Layered Manufacturing)将复杂的三维加工分解成一系列二维层片的加工，着重强调层作为制造单元的特点，每层可采取更低维单元进行累加或高维单元进行加工得到。直接CAD制造(Direct CAD Manufacturing)反映了快速成形是CAD模型直接驱动，实现了设计与制造一体化，计算机中的CAD模型通过接口软件直接驱动快速成形设备，接口软件完成CAD数据向设备数控指令的转化和成形过程的工艺规划，成形设备则象打印机一样“打印”零件，完成三维输出。快速成形由于采用了离散/堆积的加工工艺，CAD和CAM能够很顺利地结合在一起，快速成形的工艺规划主要作用是对成形过程进行优化以提高造型精度、速度和质量，所以快速成形可容易地实现设计制造一体化。6/20/202419快速成形制造技术的基本概念快速成形制造技术的基本概念快速成形快速成形（RP Rapid Prototyping）技术技术是一种基于离散堆积成形思想的新型成形技术，是集成计算机、数控、激光和新材料等最新技术而发展起来的先进的产品研究与开发技术。快速成形制造快速成形制造(RPM Rapid Prototyping Manufacturing）技术技术是使用RP技术，由CAD模型直接驱动的快速完成任意复杂形状三维实体零件的技术的总称。6/20/202420快速成形制造技术的应用快速成形制造技术的应用全全球球RP设设备备装装机机量量医学医学实验分析模型实验分析模型快速模具快速模具快速铸造快速铸造新产品快速开发制造新产品快速开发制造6/20/202421快速成形制造在医学上的应用快速成形制造在医学上的应用 根根据据CTCT扫扫描描信信息息，应应用用熔熔融融挤挤压压快快速速成成形形的的方方法法可可以以快快速速制制造造人人体体的的骨骨骼骼（如如颅颅骨骨、牙牙齿齿）和和软软组组织织（如如肾肾）等等模模型型，并并且且不不同同部部位位采采用用不不同同颜颜色色的的材材料料成成形形，病病变变组组织织可可以以用用醒醒目目颜颜色色，可可以以进进行行手术模拟、人体骨关节的配制，颅骨修复。手术模拟、人体骨关节的配制，颅骨修复。在在康康复复工工程程上上，采采用用熔熔融融挤挤压压快快速速成成形形的的方方法法制制造造人人体体假假肢肢具具有有最最快快的的成成形形速速度度，假假肢肢和和肌肌体体的的结结合合部部位位能能够够做做到到最最大大程度的吻合，减轻了假肢使用者的痛苦。程度的吻合，减轻了假肢使用者的痛苦。6/20/202422快速成形制造应用在实验分析模型上快速成形制造应用在实验分析模型上 利用加工的样品，找出新产品外观&结构设计缺陷，完善设计。利用加工出的样品可以进行装配和功能验证。利用新产品样件可先进行市场调研，投标、招标。6/20/202423快速成形制造在快速模具上的应用快速成形制造在快速模具上的应用下一页6/20/202424快速成形制造在快速铸造上的应快速成形制造在快速铸造上的应用用点击看铸件6/20/202425新新产产品品快快速速开开发发制制造造系系统统6/20/202426与快速成形制造相关的技术与快速成形制造相关的技术RPM是多种技术的交叉结合，主要的相关技术有是多种技术的交叉结合，主要的相关技术有：计算机辅助设计计算机辅助设计(CAD)(CAD)反求工程反求工程数控技术数控技术(NC)(NC)材料技术材料技术6/20/202427计算机辅助设计计算机辅助设计(CAD)(CAD)与与RPMRPM 利用三维实体产品模型，设计者在设计产品时，不需要将三维物体进行投影，想象各种角度的视图，用多个剖面表示内容结构，用多个视图解释投影的二义性。而可以直接在计算机上构造三维物体，并赋以质量、颜色等特性，并从任意角度观察物体。随着参数化特征造型技术的发展，设计人员还可以在零件上构造具有加工工艺特性的特征结构，修改原先设计的尺寸，使零件的形态按要求进行变化。新的设计手段大大方便了设计人员。一方面他们可以构造任意复杂的零件表面形状和内部结构，而无需考虑如何表达它们的二维投影；另一方面他们可以把头脑中的设计灵感直接映射到计算机构成的三维空间中，而无需经过二维平面手段作为媒介。产品模型发展到实体模型，能较完整的表示一个三维物体。这为RP技术的产生准备了条件，同时也提出了需求。因为如果没有能表示三维物体的数据模型，而只是一些图纸，想要用RP的原理制造出实体模型就需要手工计算出各个截面，编制每个截面的加工代码。计算劳动量太大，以致无法实现。6/20/202428卫卫星星遥遥感感地地表表高高程程数数据据重重构构的的地地球球三三维维快快速速原原型型反求工程与反求工程与RPM6/20/202429数控技术数控技术(NC)(NC)与与RPMRPM RP RP技术就是数控技术最新应用的领域技术就是数控技术最新应用的领域之一。之一。RPRP技术要求将材料精确地堆积，并技术要求将材料精确地堆积，并长时间保持较高的定位精度，防止错层。长时间保持较高的定位精度，防止错层。如果没有高可靠性、高精度的数控系统是如果没有高可靠性、高精度的数控系统是无法实现的。数控技术的应用，是无法实现的。数控技术的应用，是RPRP技术技术能够产生并发展成熟必不可少的条件。能够产生并发展成熟必不可少的条件。6/20/202430材料技术与材料技术与RPM 成型材料是成型材料是RPMRPM技术发展的关键环节。技术发展的关键环节。它影响原型的成型速度、精度和物理、化它影响原型的成型速度、精度和物理、化学性能，直接影响到原型的二次应用和用学性能，直接影响到原型的二次应用和用户对成型工艺设备的选择。户对成型工艺设备的选择。与与RPMRPM制造的四个目标（概念型、测试制造的四个目标（概念型、测试型，模具型，功能零件）相适应，对成型型，模具型，功能零件）相适应，对成型材料的要求也不同。材料的要求也不同。1.概念型概念型对材料成型精度和物理化学特性要求不高，主要要求成对材料成型精度和物理化学特性要求不高，主要要求成型速度快。如对光固化树脂，要求较低的临界曝光功率、较大型速度快。如对光固化树脂，要求较低的临界曝光功率、较大的穿透深度和较低的粘度。的穿透深度和较低的粘度。6/20/202431材料技术与材料技术与RPM 成型材料是成型材料是RPMRPM技术发展的关键环节。技术发展的关键环节。它影响原型的成型速度、精度和物理、化它影响原型的成型速度、精度和物理、化学性能，直接影响到原型的二次应用和用学性能，直接影响到原型的二次应用和用户对成型工艺设备的选择。户对成型工艺设备的选择。与与RPMRPM制造的四个目标（概念型、测试制造的四个目标（概念型、测试型，模具型，功能零件）相适应，对成型型，模具型，功能零件）相适应，对成型材料的要求也不同。材料的要求也不同。2.测试型测试型对于材料成型后的强度、刚度、耐温性、抗蚀性等有一定对于材料成型后的强度、刚度、耐温性、抗蚀性等有一定要求，以满足测试要求。如果用于装配测试，则对于材料成型的精要求，以满足测试要求。如果用于装配测试，则对于材料成型的精度还有一定要求。度还有一定要求。6/20/202432材料技术与材料技术与RPM 成型材料是成型材料是RPMRPM技术发展的关键环节。技术发展的关键环节。它影响原型的成型速度、精度和物理、化它影响原型的成型速度、精度和物理、化学性能，直接影响到原型的二次应用和用学性能，直接影响到原型的二次应用和用户对成型工艺设备的选择。户对成型工艺设备的选择。与与RPMRPM制造的四个目标（概念型、测试制造的四个目标（概念型、测试型，模具型，功能零件）相适应，对成型型，模具型，功能零件）相适应，对成型材料的要求也不同。材料的要求也不同。3.模具型模具型要求材料适应具体模具制造要求，如对于消失模铸造用原要求材料适应具体模具制造要求，如对于消失模铸造用原型，要求材料易于去除。型，要求材料易于去除。6/20/202433材料技术与材料技术与RPM 成型材料是成型材料是RPMRPM技术发展的关键环节。技术发展的关键环节。它影响原型的成型速度、精度和物理、化学它影响原型的成型速度、精度和物理、化学性能，直接影响到原型的二次应用和用户对性能，直接影响到原型的二次应用和用户对成型工艺设备的选择。成型工艺设备的选择。与与RPMRPM制造的四个目标（概念型、测试制造的四个目标（概念型、测试型，模具型，功能零件）相适应，对成型材型，模具型，功能零件）相适应，对成型材料的要求也不同。料的要求也不同。4.快速快速功能零件功能零件要求材料具有较好的力学性能和化学性能。从解决的要求材料具有较好的力学性能和化学性能。从解决的方法看，一个是研究专用材料以适应专门需要；另一个是根据用途方法看，一个是研究专用材料以适应专门需要；另一个是根据用途分类，研究几类通用材料以适应多种需要。分类，研究几类通用材料以适应多种需要。6/20/202434谢谢46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。卡耐基47、书到用时方恨少、事非经过不知难。陆游48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。史美尔斯49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。孙洙50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。莫扎特