快速成型材料及设备课件.ppt

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1、快速成型材料及设备第1页，此课件共24页哦一、光固化快速成型制造设备 20世纪70年代末到80年代初期，美国3M公司的Alan J.Hebert(1978)、日本的小玉秀男(1980)、美国UVP公司的Charles W.Hull(1982)和日本的丸谷洋二(1983)，在不同的地点各自独立地提出了RP的概念，即利用连续层的选区固化产生三维实体的新思想。Charles Hull在UVP的继续支持下，完成了一个能自动建造零件的称之为SLA-1的完整系统。同年，Charles Hull和UVP的股东们一起建立了3D Systems公司，并于1988年首次推出SLA-250机型，如图所示。模具工程技

2、术研究中心 METRC 目前，研究光固化成型设备的单位有美国的3D Systems公司、Aaroflex公司，德国的EOS公司、F&S公司，日本的SONY/D-MEC公司、Teijin Seiki公司、Denken Engieering公司、Meiko公司、Unipid公司、NTT DATA&CMET公司，以色列的Cubital公司以及国内的西安交通大学、上海联泰科技有限公司等。3 快速成型材料及设备快速成型材料及设备第2页，此课件共24页哦 在上述研究SLA设备的众多公司中，美国3D Systems公司的SLA技术在国际市场上占的比例最大。3D Systems公司在继1988年推出第一台商品

3、化设备SLA250以来，又于1997年推出了SLA250HR、SLA3500、SLA5000三种机型，在光固化成型设备技术方面有了长足的进步。其中，SLA3500和SLA5000使用半导体激励的固体激光器，扫描速度分别达到2.54m/sec和5m/sec，成层厚最小可达0.05mm。此外，还采用了一种称之为Zephyer recoating system的新技术，该技术是在每一成层上，用一种真空吸附式刮板在该层上涂一层0.050.1mm的待固化树脂，使成形时间平均缩短了20%。该公司于1999年推出SLA7000机型。SLA7000与SLA5000机型相比，成体积虽然大致相同，但其扫描速度却达

4、9.52m/sec，平均成型速度提高了4倍，成层厚最小可达0.025mm，精度提高了一倍。3D Systems公司最新推出的机型是Vipersi2SLA。模具工程技术研究中心 METRC3 快速成型材料及设备快速成型材料及设备第3页，此课件共24页哦 3D Systems公司的SLA-3500机型 模具工程技术研究中心 METRC 3D Systems公司的SLA-5000机型 3 快速成型材料及设备快速成型材料及设备第4页，此课件共24页哦 3D Systems公司的SLA-7000机型 模具工程技术研究中心 METRC 3D Systems公司的Vipersi2SLA机型 3 快速成型材料

5、及设备快速成型材料及设备第5页，此课件共24页哦国内西安交通大学在光固化成型技术、设备、材料等方面进行了大量的研究工作，推出了自行研制与开发的SPS、LPS、和CPS三种机型，每种机型有不同的规格系列，其工作原理都是光固化成型原理。其中SPS600和LPS600成型机如图所示。模具工程技术研究中心 METRC西安交通大学SPS600成型机 西安交通大学LPS600成型机 3 快速成型材料及设备快速成型材料及设备第6页，此课件共24页哦西安交通大学光固化成型机主要性能指标与技术特征 模具工程技术研究中心 METRC该成型机激光器、扫描与光聚焦系统两关键部件从国外引进，扫描速度SPS最大可达7m/

6、s、LPS可达2m/s，精度达0.1mm；全范围扫描分辨率达3.6m，整机控制精度达50m，高于国外同类机器水平，保证了可靠性；扫描光斑直径=0.2mm，SPS激光寿命5000h，LPS激光寿命2000h，与国外水平相同。采用了快速排序分层法，大大加快分层速度，且具有对分层数据自动诊断和修复功能。国际上创新的YLSF成型工艺，大大减小了翘曲等变形误差，提高了原型件制作质量。优于美国3D Systems公司的工艺方法；拐角误差采用自适应延时控制，较少了轮廓误差的影响，此为国际首创。零件成型精度达0.1mm(100mm)，与国外水平相同；样件测试尺寸合格率达到美国3D Systems公司SLA系列

7、机器的水平，高于日本CMET公司Soup型机器的水平。不同材料与结构，可调整回流量，从而改善涂层质量，此为国际首创；且可以采用不同公司、不同牌号的树脂，有良好的兼容性和开放性。优于美国3D Systems公司、日本CMET公司的同类产品。零件模型管理和成型数据生成软件在Windows95下自主开发、整机自制，用户界面全部汉化，具有优异的交互性和易学性。而且三维STL模型的检视、分层过程与编辑、支撑结构的设计全部实现了图视化操作；而成型控制软件是在DOS下开发，保证满足了控制的实时性要求，操作界面全部汉化和图视化。3 快速成型材料及设备快速成型材料及设备第7页，此课件共24页哦 上海联泰科技有限

8、公司开发的光固化成型设备主要有RS-350H、RS-350S、RS-600H和RS-600S等机型。模具工程技术研究中心 METRC上海联泰公司开发的RS-600S光固化成型机 3 快速成型材料及设备快速成型材料及设备第8页，此课件共24页哦模具工程技术研究中心 METRC3 快速成型材料及设备快速成型材料及设备第9页，此课件共24页哦模具工程技术研究中心 METRC3 快速成型材料及设备快速成型材料及设备第10页，此课件共24页哦二、叠层实体快速成型制造设备 目前研究叠层实体制造成型（LOM）设备和工艺的单位有美国的Helisys公司、日本的Kira公司、Sparx公司、新加坡的Kinerg

9、y公司以及国内的华中科技大学和清华大学等。其中Helisys公司的技术在国际市场上所占的比例最大。1984年Michael Feygin提出了分层实体制造（LOM）的方法，并于1985年组建Helisys公司，1992年推出第一台商业机型LOM-1015（台面380mm250mm350mm）后，又于1996年推出台面达815mm550mm508mm的LOM-2030H机型，其成型时间比原来缩短了30%，如图所示。模具工程技术研究中心 METRC3 快速成型材料及设备快速成型材料及设备第11页，此课件共24页哦 Helisys公司除原有的LPH、LPS和LPF三个系列纸材品种以外，还开发了塑料和

10、复合材料品种。Helisys公司在软件方面开发了面向Windows NT4.0的LOMSlice软件包新版本，增加了STL可视化、纠错、布尔操作等功能，故障报警更完善。国内华中科技大学研制的HRP系列薄材叠层快速成形系统（如图所示）无论在硬件还是在软件方面都有自己独特的特点。模具工程技术研究中心 METRC3 快速成型材料及设备快速成型材料及设备第12页，此课件共24页哦华中科技大学LOM成型机主要性能指标与技术特征 模具工程技术研究中心 METRCX-Y扫描单元采用交流伺服驱动和滚珠丝杆传动，升降工作台为4柱导向和双滚珠丝杆传动（专利），保证了系统的高精、高速和平稳传动；无拉力叠层材料送进系

11、统（专利），送进可靠，速度高，材料利用率高；抽风排烟装置采用随动式吹风和强力抽排烟装置（专利），能及时充分地排出烟尘，防止烟尘污染；采用国际著名的美国公司CO2激光器，稳定性好，可靠性高，模式好，寿命长，功率稳定，切割质量好，并且可更换气体，具有较高的性能价格比，并配以全封闭恒温水循环冷却系统。3 快速成型材料及设备快速成型材料及设备第13页，此课件共24页哦独立开发的功能强大的HRP2001软件，具有易于操作的友好图形用户界面，开放式的模块化结构，国际标准输入输出接口，具有以下功能：模具工程技术研究中心 METRCSTL文件识别及重新编码；独有的容错及数据过滤切片技术，大幅度提高工作效率；S

12、TL文件可视化，具有旋转、平移、缩放等图形变换功能；原型制作实时动态仿真；独有的变网格划分技术；数据拟合，速度规划，速度预测，高速插补控制，任意组合曲线的高速、高精连续加工，为该公司独有的技术；激光能量随切割速度适时控制，保证了切割深度和线度均匀，切割质量好；激光光斑直径随内外轮廓自动补偿，提高了制件的精度；系统故障诊断，故障自动停机。3 快速成型材料及设备快速成型材料及设备第14页，此课件共24页哦 清华大学也研究并推出了LOM快速成型设备SSM-500与SSM-1600。其中SSM-1600设 备 是 世 界 上 最 大 的 快 速 成 型 设 备，可 成 型 零 件 的 最 大 尺 寸

13、为1600mm800mm700mm，适用于制造大规模的快速原型。该设备具有大尺寸，高精度，高效率，高可靠性的显著技术特点。该设备与精密铸造等技术结合可用于制造大型的快速模具。其主要技术特点为：模具工程技术研究中心 METRC先进的分区并行加工方式（国家专利）；快速板式热压装置（国家专利）；无张力快速供纸技术（国家专利）；机床式高稳定性铸铁床身；高精度、高可靠性的运动系统，控制系统；高性能激光系统及光学系统。3 快速成型材料及设备快速成型材料及设备第15页，此课件共24页哦模具工程技术研究中心 METRC3 快速成型材料及设备快速成型材料及设备第16页，此课件共24页哦三、选择性激光烧结快速成型

14、制造设备 研究选择性激光烧结（SLS）设备工艺的单位有美国的DTM公司、3D Systems公司、德国的EOS公司以及国内的北京隆源公司和华中科技大学等。1986年，美国Texas大学的研究生C.Deckard提出了选择性激光烧结（SLS）的思想，稍后组建了DTM公司，于1992年推出SLS成型机。DTM公司于1992年、1996年和1999年先后推出了Sinterstation 2000、2500和2500Plus机型，如图所示。其中2500Plus机型的成体积比过去增加了10%，同时通过对加热系统的优化，减少了辅助时间，提高了成型速度。模具工程技术研究中心 METRCDTM公司的Sinte

15、rstation2500机型 DTM公司的Sinterstation2500 Plus机型 3 快速成型材料及设备快速成型材料及设备第17页，此课件共24页哦 华中科技大学的HRPS-III激光粉末烧结系统模具工程技术研究中心 METRC3 快速成型材料及设备快速成型材料及设备第18页，此课件共24页哦 华中科技大学的HRPS-III激光粉末烧结系统的特点：模具工程技术研究中心 METRC 扫描系统采用国际著名公司的振镜式动态聚焦系统，具有高速度（最大扫描速度为4m/s）和高精度（激光定位精度小于50m）的特点；激光器采用美国CO2激光器，具有稳定性好、可靠性高、模式好、寿命长、功率稳定、可更

16、换气体、性能价格比高等特点，并配以全封闭恒温水循环冷却系统；新型送粉系统（专利）可使烧结辅助时间大大减少；排烟除尘系统能及时充分地排除烟尘，防止烟尘对烧结过程和工作环境的影响；全封闭式的工作腔结构，可防止粉尘和高温对设备关键元器件的影响。独自开发的功能强大的HRPS2002软件，具有易于操作的友好图形用户界面，开放式的模块化结构，国际标准输入输出接口，具有以下功能：切片模块：具有HRPS-STL(基于STL文件)和HRPS-PDSLice（基于直接切片文件，由用户选用）两种模块；数据处理：具有STL文件识别及重新编码，容错及数据过滤切片，STL文件可视化，原型制作实时动态仿真等功能；工艺规划：

17、具有多种材料烧结工艺模块（包括烧结参数、扫描方式和成型方向等）；安全监控：设备和烧结过程故障自动诊断，故障自动停机保护。3 快速成型材料及设备快速成型材料及设备第19页，此课件共24页哦模具工程技术研究中心 METRC3 快速成型材料及设备快速成型材料及设备第20页，此课件共24页哦四、熔融沉积快速成型制造设备 研究熔融沉积制造（FDM）设备工艺的单位主要有美国的Stratasys公司、MedModeler公司以及国内的清华大学等。Stratasys公司的SLS技术在国际市场上所占比例最大。Scott Crump在1988年提出了熔融沉积（FDM）的思想，并于1991年开发了第一台商业机型。S

18、tratasys公司于1993年开发出第一台FDM1650（台面为250mm250mm250mm）机型，如图所示。模具工程技术研究中心 METRC Stratasys公司的FDM-1650机型 3 快速成型材料及设备快速成型材料及设备第21页，此课件共24页哦 Stratasys公司又先后推出了FDM2000、FDM3000和FDM8000机型，其中FDM8000的台面达457mm457mm610mm。引人注目的是1998年Stratasys公司推出的FDM-Quantum机型，最大成型体积为600mm500mm600mm，如图所示。由于采用了挤出头磁浮定位系统，可在同一时间独立控制两个挤出头

19、，因此其成型速度为过去的5倍。Stratasys公司1998年与MedModeler公司合作开发了专用于一些医院和医学研究单位的MedModeler机型，使用ABS材料，并于1999年 推 出 可 使 用 聚 脂 热 塑 性 塑 料 的Genisys型 改 进 机 型Genisys Xs，其 成 体 积 达305mm203mm203mm，如图所示。模具工程技术研究中心 METRCStratasys公司的FDM-Quantum机型 Stratasys公司的FDM-Genisys Xs机型 3 快速成型材料及设备快速成型材料及设备第22页，此课件共24页哦 国内清华大学研制的熔融挤压沉积成型(Me

20、lted Extrusion Modeling-MEM)也有其独特的特点，MEM机型重于特殊的喷嘴和设备的开发，成卷轴状的丝质原材料是通过加热喷头挤出，原型在一个垂直上下移动的底座上逐层制造出来。该设备采用先进的喷嘴设计（包括丝质材料加热、挤出、输入和控制），起停补偿和超前控制，保证了熔化材料的堆积精度；采用了先进的、独特的悬挂式装置，因而机床具有良好的吸振性能，扫描精度也大大提高，性能可靠，稳定性好；由于未采用激光，运行费用在所有的RP设备中是较低的；该设备无噪音，对环境无污染。模具工程技术研究中心 METRC3 快速成型材料及设备快速成型材料及设备第23页，此课件共24页哦模具工程技术研究中心 METRC3 快速成型材料及设备快速成型材料及设备第24页，此课件共24页哦