快速成形制造技术ppt课件.ppt

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1、主讲人：季俊主讲人：季俊 Tel：15251709858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

2、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它集机械工程、它集机械工程、CADCAD、逆向工程

3、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

4、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，

5、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，去除辅助支撑结构撑结构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

6、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）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将计算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的轮

7、廓为迹对液态树脂逐点扫描，使被扫描零件各分层截面的轮廓为迹对液态树脂逐点扫描，使被扫描区的树脂薄层产生光聚合反应，从而形成零件的一个薄层截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。当一层固化完毕，移动工作台，在原先固化好的树脂表面。当一层固化完毕，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.视频演示视频演示信息与控制学院仪器系SLASLA工艺演示工艺演示信息与控制学

8、院仪器系v成型材料 自由基光固化树脂 阳离子光固化树脂 混杂型光固化树脂vSLA的特点 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 成型中有相的变化，翘曲变形较大。需要支撑结构 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）信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系LOM是采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等，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，加工时用CO2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件粘接，从而堆积成型.信息与控制学院仪器系v成型材料 薄材：如纸、塑料薄膜 热熔胶 涂布工艺vLO

9、M工艺的特点 LOM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 零件尺寸精度较高，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，成型时无需加支撑。但是，材料浪费大，且清除废料困难LOM信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系 SLSSLS工艺是利用工艺是利用粉末状材料成形的。先粉末状材料成形的。先在工作台上铺上一层有在工作台上铺上一层有很好密实度和平整度的很好密实度和平整度的粉末，用高强度的粉末，用高强度的COCO2 2激激光器在上面扫描出零件光器在上面扫描出零件截面，有选择地将粉末截面，有选择地将粉末熔化或粘接，形成一个熔化

10、或粘接，形成一个层面，利用滚子铺粉压层面，利用滚子铺粉压实，再熔结或粘接成另实，再熔结或粘接成另一个层面并与原层面熔一个层面并与原层面熔结或粘接，如此层层叠结或粘接，如此层层叠加为一个三维实体。加为一个三维实体。视频演示视频演示信息与控制学院仪器系SLSSLS工艺演示工艺演示信息与控制学院仪器系v成型材料 蜡粉、聚苯乙烯（PS)、工程塑料（ABS）、聚碳酸酯（PC)、尼龙（PA)、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50125mv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、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） 制件翘曲变形

11、相对较小，但对于容易发生变形的地方应设计有支撑结构 实心零件成型时间较长，适合中小零件的生产。信息与控制学院仪器系视频演示视频演示信息与控制学院仪器系FDMFDM工艺演示工艺演示信息与控制学院仪器系FDM（Fused Deposition Modeling） 熔融沉积制造工艺熔融沉积制造工艺MEM（Melted Extrusion Manufacturing） 熔融挤压成型工艺熔融挤压成型工艺信息与控制学院仪器系FDM工艺演示工艺演示信息与控制学院仪器系v FDM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ABS工程塑料制造的原型则具有较高强度，在产品设计、测试与

12、评估等方面得到广泛应用。v 由于FDM工艺一般在80120C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，因此需要设计支撑结构。v FDM工艺适合成型小塑料件，最高精度0.127mm。 由于是填充式扫描，因此成型时间较长，为克服这一缺点，可采用多个热喷头同时进行涂覆，提高成型效率。信息与控制学院仪器系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

13、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 艺 和手段.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.往往成为设计和制造的瓶颈. 快速模具制造可节约成本3/4，缩短生产周期约2/3.因此应用RP技术制造快速经济模具成为RP技术发展的主要推动力之一。 从RP到RT是快速成型技术发展的第二次飞跃。信息与控制学院仪器系v直接模具制造 用 LOM 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 SLS 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属模。

14、 v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制造电脉冲机床用电极。 信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系提高模具制造精度开发新材料新工艺直接制造高强度金属模具信息与控制学院仪器系一、材料方面的限制 离散/堆积成形的过程伴随着材料的变化 残余应力难以消除 翘曲和变形 信息与控制学院仪器系 RP是机械、材料、自动化、信息等技术的

15、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 给RP设备生产和技术服务带来经济上的代价。 3D System 2001.3推出的Viper Si2的SLA设备，18万美元； 1994年的SLA7000 80万美元 RP材料价格偏高（由于改性需求等）限制了其应用。 美国3D Systems SLA设备专用树脂200250美元/公斤 美国Stratasys公司ABS等丝材在20004000美元/公斤信息与控制学院仪器系 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 实际要求之轮廓 分层制造轮廓 精细结构遗失 Z向厚度误差 信息与控制学院仪器系结 束 谢 谢！信息与控制学院仪器系