42快速原型制造技术解析课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,4.2,快速原型,制造技术,（,Rapid Prototyping Manufacturing,）,顺,向工程,(Forward Engineering),顺向工程（正向工程）,:,产品实现通常是从概念设计到图样，再制造出产品。,规格制定,设 计,制 造,检 验,CAD,造型设计,模型,塑造,3D,外型,测量,模具,设计,产品,加工,顺,向工程,中,元件,的开发流程,顺,向工程中的,产品,造型,设计,加工流程,引言,逆向工程,(Reverse Engineering,),逆向工程：产品是根据零件（或原型）生成图样，再制造产品。,广义的逆向工程包括：,形状（几何）逆向,工艺逆向,材料逆向等,逆向工程是一个复杂的系统工程。目前大多数的研究和应用都集中在几何形状，即重建产品实物的,CAD,模型和最终产品的制造方面，称为“实物逆向工程”。,样 品,3D,轮,廓量测,资料,处理,CAD,曲,面建构,外形,修饰,量产,复制,模具,成型,RP,快,速成型,逐层产生,STL,挡,模具,加工,CAM,产,生,NC,档,引言,用来建造未来模型或系统基础的一个初始模型或系统,包括从概念设计到具有完整功能制品的有形和无形展示,原型分类：,物理原型,分析原型,什么是“原型,(prototype)”,近似或直接为产品的有形实体表示，物理原型是实际存在的，可以进行检测和试验，在视觉和触觉上都类似于产品,产品的非有形表示，以仿真、视觉图像、方程或分析结果表示，在大多数情况下，原型是指物理原型，即是物体在三维空间的实物表示,引言,用于实体观察、分析、试验、校核、展示、直接使用或间接制造模具，但不具备或不完全具备零部件的功能,“原型”的产生方式,利用已有技术按目的要求进行设计、加工，或利用,CAD/CAM,系统，建立原型的三维模型并加工成实物。,利用逆向工程技术，即实物样品，原封不动或经过局部修改后得到这个样品的复制品或仿制品。,“原型”的作用,引言,快速原型,制造技术的原理,快速原型,制造技术的发展历史,快速原型,制造技术的发展现状,快速原型,制造技术的应用,快速原型,制造技术目前存在问题,快速原型,制造技术的发展趋势,主 要 内 容,快速原型制造技术（又叫快速成形技术,）,RAPID PROTOTYPING,简称,RP,技术,或,RAPID PROTOTYPING MANUFACTUREING,，简称,RPM,九十年代发展起来的一项高新技术。,RP,技术是在现代,CAD/CAM,技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术,的基础上集成发展起来的,原理,快速原型,制造技术,快速原型,制造技术,借助,计算机辅助设计,或由,实体逆向方法,取得原型或零件几何形状、结构和尺寸，进而原型概念并以此建立数字化模型，再利用计算机控制之机电集成制造系统，通过逐点、逐面进行材料“三维堆砌”成型，再经过必要处理，使其在外观、强度和性能等方面达到设计要求，达到快速、准确地制造原型或实际零件之方法。,原理,快速原型,制造技术,三维,CAD,模型,分层切片,各层截面的轮廓,激光器（或喷嘴）按各层截,面轮廓切割、固化或烧结,微小厚度的片状实体,逐层堆积,三维模型或样件,RP,技术的基本原理,采用分层累加法，即用,CAD,造型或实体逆向方法取得原型、生成,STL,文件、分层切片等步骤进行数据处理，借助计算机控制的成型机完成材料的形体制造,。,成型机的基本原理图,原理,快速原型,制造技术,快速原型制造技术步骤,CAD,设计,转换,STL,档,产生,加工程式,RP,成型机,RP,Part,原理,快速原型,制造技术,快速原型制造的典型实例,原理,快速原型,制造技术,RP,系统可分为两大类：,基于激光或其它光源的成型技术,如：,立体光造型（,Stereo lithography,：,SL,）,迭层实体制造（,Laminated Object Manufacturing,：,LOM,）,选择性激光烧结（,Selected Laser Sintering,：,SLS,）,形状沉积制造（,Shape Deposition Manufacturing,：,SDM,）等；,基于喷射的成型技术,如：,熔融沉积制造（,Fused Deposition Modeling,：,FDM,）,三维打印制造（,Three Dimensional Printing,：,3DP,）,冲击颗粒制造,(BPM:Ballistic Particle Manufacturing),等。,原理,快速原型,制造技术,快速原型制造的主要方法,选择性层片粘接（,LOM,）,选择性激光烧结（,SLS,）,熔融沉积成形（,FDM,）,选择性液体固化（,SLA,）,原理,快速原型,制造技术,选择性液体固化的基本原理,基于液态光敏树脂的光聚合原理。将激光聚集到液态光固化材料（如光固化树脂）表面逐点扫描，令其有规律地固化，由点到线到面，完成一个层面的建造。而后升降移动一个层片厚度的距离，重新覆盖一层液态材料，进行第二层扫描，再建造一个层面，第二层就牢固地粘贴到第一层上，由此层层迭加成为一个三维实体。,原理,快速原型,制造技术,选择性液体固化工艺,SLA,立体光刻（,SLA Stereo Lithography Apparatus),，,又称立体,印刷，光成形,:,光固化立体造型,(Stereo Lithography),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。,原理,快速原型,制造技术,立体光刻,(SLA),工艺成形的产品特点,SLA,方法是目前快速成形技术领域中研究得最多的方法，也是技术上最为成熟的方法。,特点：,SLA,工艺成形的零件精度较高，能达到,0.1mm,；,产品透明美观，可直接做力学实验。,但这种方法也有自身的局限性，比如需要支撑、树脂收缩导致精度下降、光固化树脂价格昂贵，有一定的毒性；且产品不能溶解，不利于环保。,鼠标外壳激 光树脂原型,照相机激光树脂原型,原理,快速原型,制造技术,选择性层片粘接（,LOM,）的基本原理,采用激光或刀具对片材进行切割。首先切割出工艺边框和原型的边缘轮廓线，而后将不属于原型的材料切割成网格状。片材表面事先涂覆上一层热熔胶。通过升降平台的移动和箔材的送给,并利用热压辊辗压将后铺的箔材与先前的层片粘接在一起，再切割出新的层片。这样层层迭加后得到下一个块状物，最后将不属于原型的材料小块剥除，就获得所需的三维实体。,原理,快速原型,制造技术,选择性层片粘接工艺,LOM,分层实体制造,（,LOM,）,(Laminated Object Manufacturing),，,又称,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。,原理,快速原型,制造技术,LOM,的反求应用举例,原理,快速原型,制造技术,公道杯实物,CT,扫描,计算机三维重建,LOM,加工,原型,由于,LOM,工艺只须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,工艺简单，成型速度快,，易于制造大型零件；,工艺过程中不存在材料相变，因此不易引起翘曲变形，,零件的精度较高,，激光切割为,0.1mm,，,刀具切割为,0.15mm,；,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,LOM,工艺无需加支撑；,材料广泛，成本低，用,纸制原料还有利于环保,；,力学性能差,，只适合做外形检查。,分层实体制造（,LOM,）,产品的特点,原理,快速原型,制造技术,选择性激光烧结的基本原理,(SLS),SLS,工艺是利用粉末状材料成形的。先在工作台上铺上一层有很好密实度和平整度的粉末，用高强度的,CO2,激光器在上面扫描出零件截面，有选择地将粉末熔化或粘接，形成一个层面，利用滚子铺粉压实，再熔结或粘接成另一个层面并与原层面熔结或粘接，如此层层叠加为一个三维实体。,原理,快速原型,制造技术,选择性激光烧结工艺,SLS,选择性激光烧结（,SLS),(Selective Laser Sintering,）,又称激光,熔结（,LF),(Laser Fusion,）,选择性激光烧结工艺由美国德克萨斯大学奥斯汀分校于,1989,年研制成功，已被美国,DTM,公司商品化，推出,SLS Model125,成形机。德国,EOS,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了各自的,SLS,工艺成形机,。,原理,快速原型,制造技术,选择性激光烧结（,SLS,）,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,SLS,工艺颇具吸引力。,2.SLS,工艺,不需加支撑,，因为没有烧结的粉末起到了支撑的作用。,3.,精度不高,。平均精度为,0.150.2mm,，,表面粗糙度不好，不宜做薄壁件；,原理,快速原型,制造技术,熔融沉积成形的基本原理,(FDM),将热熔性材料（,ABS,、,尼龙或蜡）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，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。（不需激光系统）,原理,快速原型,制造技术,熔融沉积成形工艺,FDM,熔融沉积成形,(FDM),(Fused Deposition Modeling),又,称,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。,原理,快速原型,制造技术,熔融沉积成形,(FDM),的,产品特点,FDM,工艺不用激光器件，因此,使用、维护简单，成本较低,。,精度可达,0.12mm,，,适合做,薄壁件,。,污染小,，材料可以回收。,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,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，该类工艺发展极为迅速。,原理,快速原型,制造技术,快速成形技术的主要特征,它与,NC,机床的主要区别在于高度柔性。无论是数控机床还是加工中心，都是针对某一类型零件而设计的。如车削加工中心，铣削加工中心等。对于不同的零件需要不同的装夹，用不同的工具。虽然它们的柔性非常高，可以生产批量只有几十件、甚至几件的零件，而不增加附加成本。但它们不能单独使用，需要先将材料制成毛坯。而,RP,技术具有最高的柔性，对于任何尺寸不超过成形范围的零件，无需任何专用工具就可以快速方便的制造出它的模型,(,原型,),。从制造模型的角度，,RP,具有,NC,机床无法比拟的优点，即快速方便、高度柔性。,原理,快速原型,制造技术,主要特征,高度柔性，可以制造任意复杂形状的三维实体；,CAD,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；,无需人员干