1、第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-171 遇不如意事，须恬静忍耐以处之，若有一毫怨尤之意，便生出许多躁扰，不唯累心，亦且累事。夏锡畴 第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-172Lecture 8Rapid Prototyping Manufacturing 快速原型制造技术第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-173Content Points/内容要点内容要点qFundamental Principle of RPM /（快速原型制造的基本原理快速原型制造的基本原理）qMajor Manufacturing
2、Process of RPM /（快速原型制造的主要工艺快速原型制造的主要工艺）qCharacteristic and Application of RPM/（快速原型制造的特点及应用）快速原型制造的特点及应用）第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-174 快速原型制造技术（RPM）于20世纪80年代后期产生于美国，又称快速成形制造技术、自由成形制造、直接CAD制造等。第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-175传统加工传统加工模具模具设计铸造焊接锻压毛坯（大于工件）半成品半成品工件去除加工去除加工设计模具样品快速成形快速成形快速成型快速成型
3、传统加工与快速成型传统加工与快速成型第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-176 基本构思：基本构思：任何三维零件都可看作许多等厚任何三维零件都可看作许多等厚度的二维平面轮廓沿某一坐标方向叠加而成。度的二维平面轮廓沿某一坐标方向叠加而成。1.快速原型制造技术的基本原理快速原型制造技术的基本原理 第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-177三维模型三维模型的离散处的离散处理理三维三维CADCAD模型转换模型转换为为STLSTL文文件格式件格式三维三维CADCAD模型模型构造构造层截面层截面的制造的制造与逐层与逐层堆积堆积快速原型制造的本质是用材
4、料堆积原理制造三维快速原型制造的本质是用材料堆积原理制造三维实体零件。它是将复杂的三维实体模型实体零件。它是将复杂的三维实体模型“切切”（Spice）成设定厚度的一系列片层，从而变为简）成设定厚度的一系列片层，从而变为简单的二维图形，层层叠加而成。单的二维图形，层层叠加而成。快速原型制造是把计算机辅助设计（快速原型制造是把计算机辅助设计（CAD）的三）的三维模型输入到快速原型设备上，进行快速原型制造，维模型输入到快速原型设备上，进行快速原型制造，其基本原理为：其基本原理为：第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-178两种方法：两种方法：在三维在三维CADCAD设计软件
5、（如设计软件（如Pro/EPro/E、UGUG、SolidWorksSolidWorks、SolidEdgeSolidEdge等）中获得描述该等）中获得描述该零件的零件的CADCAD文件。文件。通过三维扫描仪实体扫描通过三维扫描仪实体扫描1.1三维模型的构造三维模型的构造第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-179三维扫描仪三维扫描仪第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-1710 STLSTL（STereo Lithography interface specification）模型是模型是对实体曲面近似处对实体曲面近似处理理,即所谓即所谓面
6、型化面型化处理处理,是是用平面三角面片用平面三角面片近似模型表面近似模型表面。优点是大大地简化了。优点是大大地简化了CADCAD模模型的数据格式型的数据格式,从而便于后续的分层处理从而便于后续的分层处理1.2三维三维CADCAD模型转换为模型转换为STLSTL文件格式文件格式第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-1711(a)ch=0.05(a)ch=0.05 (b)ch=0.2(b)ch=0.2 如如Pro/EPro/E软件是通过选定弦高值软件是通过选定弦高值(ch-chord height)(ch-chord height)作为逼近的精度参数，如下图为一球体作为逼
7、近的精度参数，如下图为一球体,给定的两种给定的两种chch值值所转化的情况。所转化的情况。第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-17121.3三维模型的离散处理三维模型的离散处理 通过专用的分层程序将三维实体模型沿高度通过专用的分层程序将三维实体模型沿高度方向的水平面方向的水平面“切割切割”成一定厚度的片层成一定厚度的片层.切片层的厚度直接影响零件的表面粗糙度和切片层的厚度直接影响零件的表面粗糙度和整个零件的型面精度整个零件的型面精度,一般约在一般约在0.1-0.20.1-0.2mmmm第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-17131.4层截
8、面的制造与逐层堆积层截面的制造与逐层堆积 在计算机控制下，快速成型系统中的成在计算机控制下，快速成型系统中的成型头在型头在X-YX-Y平面内自动按截面轮廓进行平面内自动按截面轮廓进行层制造层制造，得到一层层截面。每层截面成型后，下一层材得到一层层截面。每层截面成型后，下一层材料被送至已成型的层面上，进行后一层的成型，料被送至已成型的层面上，进行后一层的成型，并与前一层相粘接，从而一层层的截面累加叠并与前一层相粘接，从而一层层的截面累加叠合在一起，形成三维零件。合在一起，形成三维零件。第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-1714快速成形过程快速成形过程三维CAD模型成
9、形材料按截面轮廓进行分层加工转换为控制成型机工作的NC代码各层截面轮廓的几何信息z方向分层切片叠加实体第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-17152.RPMRPM的主要成形工艺的主要成形工艺第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-17162.1立体光照成形法立体光照成形法(SL,Stereolithography)SL,Stereolithography)成形材料：液态光敏树成形材料：液态光敏树脂。脂。液态光敏树脂在一定波长和液态光敏树脂在一定波长和强度的紫外光强度的紫外光(如如=325nm)的的照射下能迅速发生光聚合反应照射下能迅速发生光聚
10、合反应,分子量急剧增大分子量急剧增大,材料也就从材料也就从液态转变成固态。液态转变成固态。采用的是将采用的是将液态光敏树脂固化液态光敏树脂固化到特到特定形状的原理定形状的原理第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-1717 成型开始时，聚焦后成型开始时，聚焦后的光斑在液面上按计算机的光斑在液面上按计算机的指令逐点扫描，即逐点的指令逐点扫描，即逐点固化。当一层扫描完成后，固化。当一层扫描完成后，升降台带动平台下降一层升降台带动平台下降一层高度，已成型的层面上又高度，已成型的层面上又布满液态树脂，然后再进布满液态树脂，然后再进行下一层的扫描，新固化行下一层的扫描，新固化的一
11、层牢固地粘在前一层的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到整个零上，如此重复直到整个零件制造完毕。件制造完毕。SLA工作原理工作原理第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-1718 优点优点精度较高，精度控制在0.1mm；表面质量好；能制造形状特别复杂、特别精细的零件原材料的利用率接近100；缺点缺点成形设备价格昂贵；选择的材料种类有限，材料价格较贵；容易发生翘曲变形；需要设计支撑；第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-17192.2分层实体制造分层实体制造(LOM,Laminated Object(LOM,Laminated Object Ma
12、nufacturing)Manufacturing)通过逐层激光剪切箔材制造零件通过逐层激光剪切箔材制造零件的一种技术的一种技术 成形材料：表面涂覆热熔胶的箔成形材料：表面涂覆热熔胶的箔材（如纸、塑料薄膜等）材（如纸、塑料薄膜等）第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-1720LOMLOM工作原理工作原理首先在基板上铺上一层首先在基板上铺上一层箔材，计算机控制箔材，计算机控制COCO2 2激光激光器按分层信息切出零件截面器按分层信息切出零件截面轮廓，并将多余部分切碎去轮廓，并将多余部分切碎去除；加工完一层后，工作台除；加工完一层后，工作台带动已成形的部分下降，再带动已成
13、形的部分下降，再重新铺上一层箔材，用热压重新铺上一层箔材，用热压辊热压，使之与下面已成形辊热压，使之与下面已成形的工件粘接，再切割出该层的工件粘接，再切割出该层形状。如此反复直至所有截形状。如此反复直至所有截面切割完。面切割完。第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-1721优点优点无须设计和构建支撑；成型效率高；成型件的内应力和翘曲变形小，精度高；制造成本低。缺点缺点材料利用率低；后处理难度大，可以选择的材料种类有限第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-17222.3选择性激光烧结选择性激光烧结(SLS,Selected Laser Sint
14、ering)SLSSLS是采用是采用COCO2 2激光器对粉末逐层地进行扫描加激光器对粉末逐层地进行扫描加热，使其达到烧结温度，最后烧结出由粉末制成热，使其达到烧结温度，最后烧结出由粉末制成的立体实型。的立体实型。成形材料：粉末材料（蜡粉、塑料粉、金属成形材料：粉末材料（蜡粉、塑料粉、金属粉、陶瓷粉）。粉、陶瓷粉）。第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-1723SLS 工作原理工作原理 将材料粉末铺洒在将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，已成形零件的上表面，并刮平；用计算机控制并刮平；用计算机控制COCO2 2激光器有选择地烧激光器有选择地烧结出零件截面，并与下结出零
15、件截面，并与下面已成形的部分连接；面已成形的部分连接；当一层截面烧结完后，当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，铺上新的一层材料粉末，再烧结下层截面。再烧结下层截面。第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-1724 优点优点材料的选择性广泛，无毒,可循环利用不需支撑缺点缺点零件精度和表面粗糙度较差第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-17252.4熔丝沉积制造熔丝沉积制造(FDM,Fused Deposition Modeling)(FDM,Fused Deposition Modeling)利用热塑性细丝在移动头中进行熔化，利用热塑性细丝
16、在移动头中进行熔化，熔化后的材料在移动的过程中被挤压出来熔化后的材料在移动的过程中被挤压出来堆积零件。堆积零件。第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-1726 材料在喷头内被加热材料在喷头内被加热熔化。喷头沿零件截面轮熔化。喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出；材料将熔化的材料挤出；材料迅速凝固，并与周围的材迅速凝固，并与周围的材料凝结。料凝结。成形材料：蜡、ABS、尼龙等热塑性材料。以丝状供料。第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-1727第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1
17、-1728优点优点不需要激光，系统成本低，制造速度快缺点缺点 成形材料适用范围不广，由于喷头孔径不可能很小，从而成形精度相对较差第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-17292.5典型典型RPMRPM工艺方法比较工艺方法比较 工艺方工艺方法法成形精成形精度度成形速成形速度度制造成制造成本本设备费设备费用用常用材料常用材料市场占有率市场占有率/%/%SLASLA较高较高较快较快较高较高较高较高热固性光敏树脂等热固性光敏树脂等7878LOMLOM较高较高快快低低较低较低纸、金属箔、塑料薄膜等纸、金属箔、塑料薄膜等7.37.3SLSSLS较低较低较慢较慢较低较低较高较高石蜡
18、、塑料、金属、陶瓷等石蜡、塑料、金属、陶瓷等粉末粉末6.06.0FDMFDM较低较低较慢较慢较低较低较低较低石蜡、塑料、低熔点金属等石蜡、塑料、低熔点金属等6.16.1第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-17303.RPMRPM的特点及应用的特点及应用第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-1731 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需人员干预或较少干预，是一种自动化的成形过程3.1 RPMRPM的特点的特点 第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-
19、17323.2 RPMRPM的的应用的的应用 观感评价销售模型功能测试CAD数据检查装配校核可制造性检查（1 1）产产品品开开发发第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-1733模型实例1 轿车车灯第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-1734模型实例2 电话机外壳第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-1735模型实例3 皮鞋底第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-1736（2）模模具具制制造造注射模具硅橡胶模树脂型复合模冲压模具消失模陶瓷型精铸模第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造
20、技术2023-1-1737模具实例1 手机外壳橡胶模 第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-1738模具实例2 拐头树脂型复合模第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-1739模具实例3 电子产品注射模第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-1740（3）模型模型制造制造医学模型艺术模型建筑模型第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-1741模型制作实例1 CT扫描股骨模型第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-1742模型制作实例2 艺术模型第第十一十一讲讲 快速原型制造技术快速原型制造技术2023-1-1743 思考与练习：思考与练习：1、试述快速原型的原理。试述快速原型的原理。2、简述快速原型的任一种主要成形工简述快速原型的任一种主要成形工艺的原理艺的原理
