资源描述
RP/M技术概述,21世纪是知识经济和信息社会为特征的时代,制造业面临信息社会中瞬息万变的市场对小批量多品种产品要求的严峻挑战。在制造业日趋国际化的状况下,缩短产品开发周期和减少开发新产品投资风险,成为企业赖以生存的关键。,我国政府在“九五”的第一年就将该技术列入“九五”攻关项目，同时，“九五”国家科技攻关中，把先进制造技术列为重点资助的领域之一，而先进制造技术中的几项重要内容，如:精密成型、CAD推广应用、并行设计和并行工程、敏捷制造、虚拟制造等技术方面都与,RP/RM,有关，甚至主要以,RP/RM技术为,支撑。,从3D公司与克莱斯勒公司的第一次合作开始,RP技术已经在许多领域里得到了应用, 其应用范围主要在设计检验、市场预测、工程测试(应力分析,风道等)、装配测试、模具制造、医学、美学等领域。近年来,该技术迅速在工业造型、制造、建筑、艺术、医学、航空、航天、考古和影视等领域得到良好应用，并且还在向新的领域发展。RP/RM技术经过十几年的发展,设备与材料两方面都有了长足的进步。这种直接从概念设计迅速转为产品的设计-生产模式,必然是21世纪中制造技术的主流。随着技术的进步, RP/RM技术还会大踏步地向前发展,并将成为许多设计公司、制造公司、研究机构和教育机构等的基本技术和装备。,前言,快速成形原理,快速成形技术(Rapid PrototypingRP) 通过CAD或者三维数字化仪将实体零件转化为数值模型；再将数值模型转化为STL文件格式，用分层软件将数值模型在高度方向上分成一系列具有一定厚度的二维薄层；最后在计算机的控制下，根据二维薄层的几何信息控制激光束和工作台的运动，选择性地固化或粘结某一区域，成形出实体零件水平方向上的二维层面，后续材料与已固化层粘结，逐渐堆积而成一个三维实体零件。,典型的商品化快速成形技术,到目前为止，已经有几十种商品化的RP技术出现。其中典型的商品化快速成形技术如表所示。,技术名称,工作方式,每层厚度（mm）,堆积层数/小时,表面平整度,液体光敏树脂固化,逐点激光固化,0.100.50,可调节,5m,熔融沉积成形,挤压蜡或热塑性树脂,0.020.12,可调节,0.1%零件尺寸,实体叠层制造,成型片材粘合,0.050.50,可调节,0.127mm,分层固化,掩膜曝光固化,0.100.15,60100,0.1%零件尺寸,选择激光烧结,粉末层激光烧结,0.12,80400,0.1250.25mm,3D喷射印刷,粉末上喷射粘结剂,0.0760.254,0.10.5mm,快速成形技术的发展,RP/RM技术应用发展很快。国外RP/M服务的数量以每年59%的速度递增，从1992年的42个发展到1996年284个，1997年的331个。服务机构购置的设备占设备拥有量的29%，1995年服务机构的总收入达到1.92亿美元。,归纳来说，RP技术有以下应用特点:,1传统原型制造方法一般采用数控加工或手工造型，而RP技术能由图纸、CAD数据或测量机获得的原型产品的几何数据，直接制成模型的塑件。,2由于RP技术采用将三维实体转化为二维平面分层制造的机理，对工件的几何形状的复杂性不敏感，因此能制造任意复杂形状的实体模型。,3快速制造模具。能借助电镀、喷涂等技术，将快速制作的原型作为消失模，进行精密铸造；快速制作高精度的复杂木模，进一步浇铸金属件；通过原型制造石墨电极，然后用石墨电极加工出模具型腔；直接加工出陶瓷型壳进行精密铸造。,4自动化程度高而且操作简单。,5. 成型材料广泛，设计-制造周期缩短。,国外RP/RM技术的研究和应用主要集中在美国、欧洲和日本。中国发展了SLA、LOM、FDM、SLS四种RP/RM工艺和设备，其中进行SLA工艺研究的有西安交通大学，清华大学，LOM工艺研究的有清华大学、华中科技大学，FDM工艺研究的有清华大学，SLS工艺研究的在北京隆源公司、南京航空航天大学等。国内在材料方面进行的研究较少，现在研究的材料主要是SL用料光固化树腊（西安交大、清华大学、浙江大学），FDM用料腊、ABS及尼龙（清华大学），LOM用料涂敷纸（华中科技大学、清华大学），SLS用料树脂蜡、工程塑料（北京隆源公司）等。,国内各单位都在研究并自行开发从CAD数据文件到RP/RM的转换和处理程序。反求工程是RP/RM前端数据转换和处理的重要内容。当前国内进行RP/RM领域反求工程研究的有：清华大学激光快速成型中心的照片反求CT反求：西安交通大学研创的激光扫措法、层除法实验设备。有关单位开展了RP/RM后端应用技术的研究。RP/RM 后端应用技术主要是指从RP/RM 到RT转换的工艺和设备。清华大学正在研究大型陶瓷型技术，尺寸凝固模拟技术等。西安交通大学研究了从原型到石墨电极的制备方法并开发了相应设备GET500A。,最近, RP/RM的应用出现如下新动向:(1)金属板材成形，该技术利用RP模型制作成形模具,通过液压机成形小批量的金属零件。(2) 复杂的功能测试，主要用于流体和气体的流动测试, 包括利用高温材料的RP原型进行发动机和泵的功能测试。(3)在生物学和医学上的应用，美国一个研究小组利用RP技术制造人工肺和人工心脏；而另一个研究小组则在小光斑激光SLA系统上，用一种类生物材料建造生物组织（如：肌肉）。还有利用RP技术帮助发展新的医疗装置等。(4)在艺术上的应用，利用RP技术建立佛像模型和数字雕刻。(5)金属和陶瓷零件成形，已开始有应用。(6)制造彩色制件，目前已能制作具有2种色彩的制件(如牙模)。,从以上所述可以看到：（1）RP/RM技术正在向着多种材料复合成型方向发展，无需装配一次制造多种材料、复杂形状的零件和器件。这种将材料制备与结构成型一体化的快速成型方法，将为开发复合结构成型提供新途径，在微机械、电子元器件、电子封装、传感器等领域有广泛的应用前景。（2）RP/RM技术将向降低成本、提高效率、简化工艺的方向发展，其目的是普及RP/RM技术和提高RP/RM技术的应用范围。（3）提高成型件的精度、表面质量、力学和物理性能，为进一步进行模具加工和功能实验提供基础。,液体光敏树脂固化,(,Stereolithography,Apparatus),：,SLA,技术于,1987,年获美国专利，美国,3D System,公司在,1988,年推出第一台商用机器,SLA-I,。,SLA,的成形原理是利用光敏树脂受,(UV),激光辐照后，由液体变为固体,的性质。,UV,激光束在计算机的控制下，沿零件数字模型各分层的轮廓线和内部网格线，在光敏树脂表面进行扫描，受到紫外激光束扫描的一层液体树脂就会变成固体塑料，层层扫描固化而变为一个三维实体。,SLA,技术在制造薄壁零件方面具有独特的优越性。从目前的状态来看，,SLA,的制造精度最高。缺点是液体材料价格昂贵，并且对人体有一定的毒害作用。,快速成形技术的介绍,2. 选择激光烧结(Selective laser sintering-SLS),：是卡尔 戴克得,(Carl Deckard)于1986年为美国DTM公司研发的一种快速成形技术。SLS技术适用于：尼龙、玻璃钢、人造橡胶、石蜡、聚碳酸酯、陶瓷、铁、锡等材料。在成形过程中，粉末被预热到稍低于其熔点，然后激光扫描零件各分层几何路径来加热粉末使其达到,“烧结温度”。从而把它与基体材料连接到一起。未被激光扫描的粉末仍留在原处。烧结好一层后将工作台下降一层的高度再烧结第二层，一直到制造出整个零件。,SLS成形出的零件还要经过后续工序(CIP、WIP、HIP)处理才能得到致密件。,在,SLS技术的基础上，开发了直接激光烧结（Direct selective laser sintering）技术，该技术的成形原理SLS技术相似，不同的是，DLS技术用高功率的激光器直接将金属粉末熔化，可直接获得致密度80%的金属零件，并且几乎不用后处理工序。直接激光烧结的新型商用机器是美国DTM公司的Sinterstation 2500。在汽车和航空制造业中有更大的用途。,3. 三维喷射印刷成形,(Three Dimensional Printing),：,TDP技术是美国MIT机械工程系和材料工程系等联合研制开发出来的。目前已转让给Soligen公司并已很好地商品化。它的工作原理是根据零件的,CAD模型的分层几何信息，将树脂经过精细的喷头，有选择地喷射到铺覆好的金属或陶瓷粉末上，将其凝结成一个层面，没有被喷射到树脂的粉末仍然为离散状态且镶嵌在已成形的部分之间成为其支撑，逐层加工，直到成形出整个零件。最后经后处理工序，对其进行烧结、去除树脂并提高强度，从而获得最终的产品（陶瓷型产品）。对由金属粉烧结后获得的原型，可以通过浸渗低熔点的金属，最终获得一个金属基的复合材料模型。,图1.4 TDP 技术成形原理,TDP技术的最新发展是不用粘结剂，而是将要成形的陶瓷粉末制成一种可挥发的“陶瓷墨水”，在计算机的控制下在基板上一层一层地扫描出零件来。这种方法可用于制备精密的陶瓷零件，特别在功能陶瓷方面，如多层陶瓷线路，复杂结构的多功能陶瓷复合材料等。,4. 直接制壳铸造,(Direct Shell Production Casting),：是,1989年由MIT的Emanual Sachs发明，由Soligen公司进行市场化。DSPC把CAD模型转换成原型样品和压铸模，然后以类似熔膜铸造出金属零件。DSPC技术与SLS不同之处在于：在SLS中是采用激光作为烧结工具，而在DSPC中采用粘接剂代替激光而无需烧结过程。从喷头向粉表面喷射粘接剂，粘结剂一接触粉末，就便粉末固化而没有被粘接的粉末则可同时起着支撑的作用。这样的工作按模型的切片，一层一层的构筑出原型。DSPC系统能检测出自己的印刷缺陷，还可不受几何形状与模具制造的限制而加工出任何设计。,图1.6 DSPC技术成形原理,5. 熔融沉积成形技术（Fused Deposition Modeling）：FDM技术由美国Stratasys 公司于1988年发明，并已经实现商品化。,其工艺特点是不采用激光作为加热源，因而价格便宜。所采用的成形材料和设备费用也较低廉。,FDM使用蜡丝或树脂细丝（直径一般为1.8mm）作为原料，层厚控制在0.254mm。FDM采用一种加热的精细喷头将石蜡或树脂丝熔化，并利用丝材的送进力将熔体挤出，在计算机的控制下进行二维扫描，喷出的石蜡犹如极细的丝状物而编织成一个层面，层层叠加最终形成,一个三维实体。用石蜡制作的零件可以直接用作精密铸造的蜡模，当生产批量不大或形状很复杂时，可以有效减少制作蜡模的模具费用，大大加快产品开发速度。这种技术最大的优点是无污染、可用于办公室环境。,图1.7 FDM成形原理,图1.8成形的原型零件,6. 实体叠层制造技术(Laminated Object Manufacturing),：,LOM技术是芝加哥Helisys公司于1987年发明。1988年获得美国专利，该公司的LOM系统有两种：片材LOM系统和粉末LOM系统。日本的Kira公司和瑞典的SparxAB公司也分别推出了基于LOM工艺的SAHP系列机器和Hot Plot Rapid Prototyping系统。片材LOM系统使用塑料薄膜、纸片等材料，薄层材料一面涂有热敏感材料（如热熔胶）。当材料达到一定的温度时，施加外力使其很快粘结在一起，在每层加热加压粘结后，利用激光束在平面内进行轨迹切割，余下不要的部分可切割成网状，在零件加工完毕后除去，就可以得到所需的原型。,主要特点为：,1)成形速率在BP技术中最高。由于该工艺不需要扫描整个模型截面，只要切割出内外轮廓，因而制模的时间主要取决于零件的尺寸和制件的复杂程度；2)设备价格低廉；3)造型材料成本低，制件价格远比SM制件便宜；4)造型材料一般选用单面涂有热熔胶的纸，成形过程中，不存在收缩和翘曲变形，制件强度和刚度高，几何尺寸稳定性好，可采用通常木材加工的方法对表面进行抛光；5)不必进行文撑设计，前期软件的工作量小。,7. 实体分层固化技术（Solid Ground Curing）：以色列Cubital公司推出一种快速成形制造实体模型系统，称为Solider 5600，其每分钟的加工速度为25.6cm3。Cubital公司的机器使聚合物的每一层通过一个掩膜在2kw水银灯产生的紫外光下曝光而固化，擦掉未固化的液体材料，然后用蜡来代替被擦掉的光聚合物，在将表面弄平整后，再在其上加另外一层光聚合物，并产生用于对它进行固化的另一掩膜。,每个横界面的景点图像由,CAD数据产生，然后用静电着色剂形成掩膜。掩膜和光聚合物在紫外灯下曝光后，就将掩膜去掉，准备进行下一次曝光。每一层的标称厚度是150m，但厚度可以在50500m之间控制。SGC技术的突出优点是成形出的零件尺寸精度高、制作时间短。,SLA技术成型的复杂零件,TDP技术成型的零件,FDM技术成型的原型零件,零件模型,快速制造技术,经过十几来的发展，快速成形技术早己突破了其最初意义上的“原型”概念，向着快速零件、快速工具等方向发展。就模具的快速制造而言，目前较为成熟的有间接制模与直接制模两种工艺，间接制模通常使用原型件进行模具模腔的翻制，如硅像胶模、环氧树脂膜、金属冷喷涂膜等；直接制模工艺则通过快速成形系统直接成形模具模腔“绿件”，而后通过适当的后处理得到金属的模具模腔，例如美国mM公司,采用5路工艺烧结包强树脂的钢粉末制成模腔原型，经过渗铜和其它后处理得到钢铜合金的注塑模腔和模芯镶块。最近，间接法制模工艺正逐步转向直接制模工艺。以前着眼于小批量试制的简易模具，近来转向中等批量、甚至是大批量生产的准耐久模具的制造。这是因为与试制品制作领域相比，模具制造领域的市场规模更大，成长率更高。快速精铸技术(Quick-Casting)也是快速成形技术较为成熟的应用之一。目前来讲，快速精铸的实现主要有三种途径：烧失型铸造熔模的快速制造、铸造型壳的快速制造与铸造压型的快速制造。在烧失型铸造熔模的快速制造方面，美国3D system公司通过SLA形成了较为成熟的工艺；在铸造型壳的快速制造方面，Soligen公司用3D-P原理制成陶瓷铸壳，DTM则采用SLS工艺烧结包覆树脂的陶瓷粉末材料制成陶瓷型壳。快速成形技术在修复医学上的应用是其近几年来发展的一个热点。,快速制造技术,目前，其应用主要集中在人工假体、人工活性骨等方面。在人工假体方面，目前主要是应用快速成形制作出假体的原型，然后翻制出金属假体，植入人体，取代受伤的器官而达到康复的目的；在人工活性骨方面，由于快速成形系统能够制作出多孔性结构，这一点尤其适于制作多孔结构的人工骨。医疗过程中，快速成形系统首先使用可降解材料制成内部多孔疏松的代用骨，疏松孔中填冲活性因子，置人人体，即可代替人体骨，经过一段时间可降解材料被人体降解、吸收、钙化形成新骨。,RP,被认为是近年来制造技术领域的一次重大突破，其对制造业的影响可与数控技术的出现相媲美。,RP最初目的是能够快速、准确地制造出铸造用的模型和原型零件，在RP&M的发展过程中，主要注意力被投入在能否快速、准确制造出形状复杂的零件。而在零件的强度、塑性等力学性能方面则没有重点研究。用上述的几种快速成形技术来制造能够实际使用的金属零件时，存在有一定的困难。,采用目前发展起来的快速成形技术来制造金属零件时，多采用树脂包覆的金属粉末或金属粉末与树脂粉末的混合物为原料，通过激光扫描将金属粉末固结在一起，也可以采用喷射粘结剂方法将松散的金属粉末粘结成形。在成形后要经过脱粘、浸渗塑料、低熔点金属或铜来加强，可以制成镶块用在塑料注射模和压铸模中。如果在脱粘过程中，零件的尺寸发生收缩，之后再进行热等静压处理也可制成致密金属零件，但难以保证零件的尺寸精度。,在RP技术的基础上，产生了快速制造（RMRapid Manufacturing，目前主要采用金属零件激光快速成形技术）。以RP/RM技术为平台又延伸出，快速工具(RTRapid Tooling，国内称快速模具) 技术和再制造技术RT Refabrication Technology）。,间,接,法,直,接,法,快速成形技术RP,快速制造技术RM,激光熔覆技术,模型、金属零件,(非致密非均质）,金属零件(致密均质）,表面强化、硬化处理,再制造技术RT,快速工(模)具RT,再制造修复,再,制,造,修,复,复合材料,功能梯度材料,机敏零件,计算机辅助设计,数控工作台,零件分层的二维几何信息,计算机控制,基板,金属粉末流,同轴送粉,光束变换,激光束,直接激光烧结技术是目前快速制造致密金属零件的主要技术。通常所称的快速制造（RMRapid Manufacturing）技术，主要是指该技术，又称激光快速成形技术。RM技术的一般意义是包括RP技术的一种快速制造技术的广义描述，也称作SFFSolid Freeform Fabrication技术。,快速制造技术原理,快速制造技术介绍,近十几年来，美国、德国、日本、英国等国家的研究结构和大学在政府资助下对激光快速成形技术进行了广泛研究。已经开发出了多种制造系统，如：激光近终形制造LENS（Laser Engineering Net Shaping），激光直接制造DLF(Directed Light Fabrication)。利用这些系统，开展了多种金属材料和各种金属零件成形工艺，破损模具和工具（包括零件）的修复，以及生物医用材料制造等方面的研究。从国内外的研究和应用情况看，该技术还是处于研究和不断完善阶段，但是在钛合金航空零件的快速制造，模具（工具）修复，破损零件修复等方面，已经达到应用水平。有关专家预测未来金属零件激光快速成形技术将获得越来越广泛的应用。,美国AeroMet Corp 所开发，该技术专门用来制造钛合金零件，产品达到近终形，成分和力学性能均达到ASTM标准。,Lasform 工作现场,Lasform系统：,18kWCO,2,激光器,5轴数控机床,成形控制系统,空间：331.2m,3,Ar气保护,铣切沉积层,CMB正在成形零件,Controlled Metal Buildup （CMB）,过程,美国The University of Michigan研究,DMD设备组成,正在成形零件,LENS制造的零件，其尺寸精度，在X，Y方向为0.05mm，在Z方向为0.38mm。,最近几年的进展：1.制造成份梯度过渡的多材料结构；2.制造带有均布内冷却水道的注射模；3.开发了铝合金零件的制造和修复工艺；4.开发了工模具修复工艺。,材料,沉积层方向与拉伸方向（粉末目数）,抗拉强度/MPa,屈服强度/MPa,延伸率%,316不锈钢,垂直（-325）,垂直（100/325）,平行（-325）,退火棒（常规方法）,793,793,807,586,448,448,593,241,66,51,33,50,625镍基合金,平行（100/325）,垂直（100/325）,退火棒（常规方法）,931,931,834,634,517,400,38,37,40,Directed Light Fabrication (DLF),：是美国,Los Alamos National laboratory从1991年开始研究的金属零件近终形制造技术。,其原理和,LENS技术完全相似，采用的激光器为Nd：YAG，功率为1kw，沉积速率为12cm3/h。DLF的数控机床采用5轴运动，即工作台可沿X、Y方向水平运动，同时可以在X-Y平面内围绕Z轴转动以及相对于Z轴进行倾斜，此外还配合有激光头在Z方向的垂直运动。使得DLF可以制造具有悬挂臂的金属零件。,图1.21 DLF成形过程,图1.22 DLF制造的零件（a）注射模嵌入件（b）悬臂零件 （b）光反射器,快速制造技术制造的零件,DMD修复的零件,Lasform制造的Ti合金零件,SDM制造的Alcoa注射模,SDM制造的GM注塑模,快速模具,目前我国汽车工业迅猛发展，正在开发自己的轿车车型，大型覆盖件金属模具的快速、低成本制造是决定轿车更新换代、参与竞争的最关键因素之一，而我国的模具制造业很难满足汽车工业发展的需要，尤其是轿车大型覆盖件金属模具几乎全部依靠进口，价值数亿元。目前比较先进的汽车大型覆盖件金属模具制造技术是建立在轻型数控铣、大型精密数控铣和消失模铸造技术基础之上的，初期投资巨大，生产周期长，费用高。基于快速成形RP/RM技术的大型汽车覆盖件金属模具制造技术，是打破上述局面的很好出路。,许多制造商发现RP/RM技术是缩短模具制造周期的关键。因此，RP/RM行业已将更多的精力投入到快速模具的研究上。以RP生成的实体模型作模心或模套，结合精铸、粉末烧结或电极研磨等技术可以快速制造出功能模具或工装设备，其制造周期较之传统的数控切削方法可缩短30%40%以上，而成本却下降35%70%。模具的几何复杂程度愈高，这种效益愈显著。,随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，技术要求也越来越高。业内专家认为，虽然模具种类繁多，但在十一五期间发展重点应该是既能满足大量需要，又有较高技术含量，特别是目前国内尚不能自给、需大量进口的模具和能代表发展方向的大型、精密、复杂、长寿命模具。这使得基于,快速成型技术的快速模,具制造,具有很好的发展前景。用信息技术带动和提升模具工业的制造技术水平，是推动模具工业技术进步的关键环节。CADCAECAM技术在模具工业中的应用，快速原型制造技术的应用，使模具的设计制造技术发生了重大变革。金属模具的快速制造是技术的努力目标,将技术应用到模具制造工艺中,可大大减少模具制造成本和周期。世界先进工业化国家的技术在经历了模型与零件试制、快速软模制造(,)的阶段后,目前正向快速硬模(金属模具)制造(,)方向发展,已成为国际上技术应用研究开发的重点。,快速模具制造技术有间接制模法和直接制模法，也称为软模、桥模和硬模。(1)软模(softtooling)通常指的是硅橡胶模具。用SLA、FDM、LOM或SLS等技术制作的原型,再翻成硅橡胶模具后,向模中灌注双组份的聚氨酯,固化后即得到模具零件。(2)桥模(bridgetooling)通常是指可直接进行注塑生产的环氧树脂模具。采用环氧树脂模具与传统注塑模具相比,成本只有传统方法的几分之一,生产周期也大大减少。环氧树脂模具寿命不及钢模,但比硅胶模高,可达10005000件,可满足中小批量生产的需要。瑞士的Ciba精细化工公司开发了树脂模具系列材料CibaTool。(3)硬模(hardtooling)通常是指用RP技术间接制造金属模具和用RM技术直接制造金属模具。下图为几种主要快速制模方法的基本工艺路线。,间接制模法生产的模具表面质量和尺寸精度都较直接法高。在制作大型模具时,间接法较直接法具有更大的优势。目前用SLA、SLS、FDM或LOM方法加工熔模铸造中的蜡或树脂模型,是生产金属模具最主要的途径之一；也有利用LOM模型及其它方法加工的制件作为母模来制作硅橡胶模,通过硅橡胶模来生产金属零件；还有利用SLS方法,选择合适的造型材料,加工出可供浇注用的铸造型腔；以及利用原型件作为母模结合精密铸造等制作注塑模或其他金属模具的工艺.,直接制壳铸造(Direct Shell Production Casting)，,DSPC是把CAD模型转换成原型样品和压铸模，然后以类似熔膜铸造出金属零件。,DSPC技术成型原理,SLA制造的真空铸模（A）和注塑模（B）,基于SLA的Keltool Process,基于SLA的Nickel Plating Transfer Process,直接制模法：,多年来直接快速制造模具,主要是采用SLS方法直接制造金属模具。目前主要有两种工艺:一是公司的采用聚合物包覆金属粉末的工艺;一是公司的在基体金属中混入低熔点金属的工艺。工艺采用激光烧结包覆有粘结剂的钢粉,加热融化后的粘结剂将金属粉末粘结在一起(非冶金结合),生成约有45%孔隙率的零件,干燥脱湿后,放入高温炉膛内进行烧结、渗铜,生成表面密实的零件,此时零件中的材料成分为65%的钢和35%的铜。经过打磨等后处理工序,得到最终的模具。此外也有尝试制造为碳化物、钴混合的模具。3工艺是喷墨打印机的一种扩展,铺粉装置将一层粉末铺在基底或前一层粉末上面,通过喷头在粉末上喷射固化结合剂,层层堆积形成三维实体,经过烧结、浸渗,得到最终的模具。和3同属粉末成形法,材料中孔隙的存在会降低模具的力学性能和表面光洁度。,研究SLS的有DTM公司 最近开发的DTMPolycarbonate铜-尼龙混合粉末,主要用于制造小批量的注塑模。EOS公司发展了一种新的尼龙粉末材料PA3200GF,类似于DTM的DuraFormGF，用这种材料制造的零件精度和表面光洁度都较好，以及新的金属烧结材料DirectSteel50-VI。SLS方法制造的烧结件往往是低密度的多孔状结构,可将低熔点金属渗入后直接形成金属模具。下,图 SLS制造注塑模镶块。,另一个新的直接制模法是SDM。该技术用叠层制造和辅助材料相结合的方法，能够生产像浮雕或均布冷却通道这类的复杂形状，并且能够生产多材料结构，例如：表面是不锈钢内部沉积铜的模具，内部的铜提高模具的热传导性；而且使用多材料结构，将传感元件埋覆在模具中，开发“机敏模具”。用SDM技术已经成形了GM注射模和Alcoa注射模嵌块。,和DLF工艺通过激光产生一个连续移动的熔池加热熔化喷入的粉末,密度接近理论值,是目前制件密度最高的直接制模技术,制得的零件具有较高的力学性能，根据要求能够在不同部位采用不同材料。和DLF工艺通过喷入不同粉末制作不同材质的零件,与和3工艺通过改变所铺粉末制造梯度材料零件相比具有更大的灵活性。下图（a）LENS塑料注射模（b）DLF注射模嵌入件,鉴于快速制模技术在制造加工工业中所处的关键地位,国内外都投入很大力量进行开发研究, 快速制模技术发展的关键问题和其发展趋势有以下特点: 快速制模法适合我国国情,具有广阔的应用前景。与高速铣削加工相比在表面带精细复杂形状和放电加工难以省去的模具制造方面占有优势。要进一步提高快速制模技术的竞争力必须开发加工数据生成较数控加工数据生成更容易,并能同时获得所需的形状和表面精度、材料选择自由度大的新的快速制模方法。模具技术是现代加工工业的关键技术,将快速成形技术运用到模具制造中,能有效缩短模具的开发周期,将新产品迅速投入市场。在我国每年花费大量外汇进口模具的情况下,大力开展快速制模技术的研究与推广应用,将极大增强我国企业的市场竞争能力并以此推动我国制造工业的发展。,再制造技术,再制造技术（Refabricating Technology）与一般修复技术不同，是利用RM技术作为平台，加上现代先进制造、快速原形等技术理念，提出的一种全新概念的先进修复技术。再制造技术采用高功率激光选择性熔化同步供给的金属粉末或金属丝，在需要添加或修补的部位上逐层沉积金属，,不仅能使损坏的零件恢复原有或近形尺寸，而且性能达到或超过原基材水平，特别是在金属零件的初加工毛坯上添加精细结构充分体现了再制造技术的特色。,由于激光束几乎可以熔化任何材料，而快速成形可以制造精细几何形状的零件，所以再制造技术可以修复各种难熔金属和其他传统方法很难修复的破损零件，可以做到同质修复。,而且，由于激光快速成形是采用逐点逐层沉积的成形方式，所以还能够获得物理和力学性能与零件内部不同的表面修复层。,中国致力于将“再制造”建成制造业的一个支柱产业，并建立起相关辅助产业体系，拉动国民经济，实现再就业和可持续发展。,再制造与自修复已作为制造领域的优先发展主题和关键技术进入正在拟定中的国家中长期发展纲要。,当今世界制造业的“全寿命”理念值得重视，即一件产品，从设计、制造，到使用、维修、报废，是一个完整的生命周期。如果把产品制造过程比作“前半生”的话，那么，售后使用直至报废，就是它的“后半生”。有关调查显示，制造业“后半生”商机无限。产品“后半生”的技术研发，经历了“计划维修”、“诊断维修”、“预知维修”，目前已发展到“再制造”阶段，这是推进高科技维修手段的产业化的重大突破。,美国通用、福特等大型跨国公司都有“再制造”车间。凭借高科技的维修方式，可使老化、生病的产品重新焕发生机，而质量却能超过维修前的水平，成本仅是生产新品的左右。,资料显示，美国每年“再制造”产值超过亿美元，吸纳劳动力超过万多人。美国计划在年把制造与再制造产业有机的结合起来，取得更大经济效益。,对石化系统高压阀门的密封面进行激光再制造强化，得到了1 mm3.5 mm厚,表面光滑平整的合金层。强化层的组织性能、与基体的结合、对基体的热影响、强化层质量与成品率均优于等离子喷焊等传统强化工艺 。,激光熔层 等离子熔层,甲胺泵进排液阀零件密封面进行强化，,得到表面光整，厚度为2mm，基体无变形。激光,强化,层,没有,气孔、裂纹、夹杂物等缺陷，其组织致密，晶粒度细小，硬度和强韧性更高。熔层与基体实现了冶金结合。,事实上，在生产中还有大量的复杂贵重装备需要三维激光再制造技术，特别是不能移动的大型设备中的零件，需要解决现场修复问题，例如：,汽轮机轴、火车机车曲轴,等。,可以预见，随着该项技术的发展与完善，在经济建设和国防建设中将发挥巨大作用。,汽轮机轴现场修复,火车机车曲轴修复,LENS可以直接从CAD实体模型，修复注射模型腔。最近几年开发了铝零件，以及工模具修复工艺，修复了420不锈钢和H13工具钢的模具镶块。传统焊接可以修复破损的工具和模具，但易产生变形，而LENS技术产生很小的变形，并且可以重建焊接不能制造的薄壁结构。LAM系统在锻件、铸件或挤压件上再制造复杂形状结构，以减少传统工艺生产的复杂性，修复破损的模具和零件。LDF能够添加和修复复杂结构。DMD系统在零件修复方面有独特的优势，其先对零件破损部位进行铣切，然后在破损部位添加金属材料，。,金属工模具的失效均因其表层局部材料磨损等原因而报废，而且金属工模具的加工周期很长、加工费用极高（尤其是精密复杂模具或大型模具制造加工费高达数十万元乃至数百万元）。因此，对金属工模具真正承受磨损作用的特定部位进行表面强化，以大幅度延长、提高工模具的使用寿命，无疑是一种具有重要经济意义的方法。另外，真正实际承受磨损的表面“换成”特殊高耐磨材料，不仅使模具得到修复，而且其使用寿命将较原模具大幅度提高，经济效益巨大。汽车模具在使用过程中，大多数都会因冲击、磨损、腐蚀、崩塌而失效，用再制造技术对其受损部位进行修复，可极大的发挥模具的使用价值。另外：各种导轨的激光表面淬火，汽车发动机叶片的钛氮化，生产和修复造纸、纺织、食品工业的棒和辊，以及切削、冲孔或者造纸、金属和玻璃模具等等，都是再制造技术的应用领域。,从3D公司与克莱斯勒公司的第一次合作开始,RP技术已经在许多领域里得到了应用, 其应用范围主要在设计检验、市场预测、工程测试(应力分析,风道等)、装配测试、模具制造、医学、美学等领域。近年来,该技术迅速在工业造型、制造、建筑、艺术、医学、航空、航天、考古和影视等领域得到良好应用，并且还在向新的领域发展。RP/RM技术经过十几年的发展,设备与材料两方面都有了长足的进步。这种直接从概念设计迅速转为产品的设计-生产模式,必然是21世纪中制造技术的主流。随着技术的进步, RP/RM技术还会大踏步地向前发展,并将成为许多设计公司、制造公司、研究机构和教育机构等的基本技术和装备。,结束语,谢谢！,
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