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先进制造技术导论,第三章 先进制造工艺技术,学习目标,理解各先进制造工艺方法的内涵 熟悉各种先进制造工艺的关键技术 了解各先进制造工艺技术的应用及发展趋势,重点：各先进制造工艺方法的内涵及关键技术,学习内容,超高速加工技术,1,超精密加工技术,2,微细加工技术,3,高能束加工技术,4,快速原型制造技术,5,3.1 超高速加工技术,3.1.1 超高速加工技术的产生,泰勒-“金属切削奠基人”,研究者对泰勒公式质疑,物理学家萨洛蒙进行高速切削试验,3.1 超高速加工技术,3.4.1 超高速加工技术的产生,超高速切削概念示意图,3.1 超高速加工技术,超高速加工技术是指采用超硬材料刀具和磨具，利用能可靠地实现高速运动的高精度、高自动化和高柔性的制造设备，以提高切削速度来达到提高材料切除率、加工精度和加工质量的先进加工技术。,3.4.2 超高速加工技术的内涵,目前世界各国尚未统一对超高速切削速度范围的认 识，但通常把切削速度比常规高出510倍以上的 切削加工称为超高速切削。,3.1 超高速加工技术,高速切削的核心是速度与精度，由于刀具材料、工件材料和加工工艺的多样性，对高速切削不可能用一个确定的速度指标来定义。对于铣刀等回转刀具，通常以刀具或主轴的转速作为衡量标准，根据不同的刀具直径，现阶段一般把转速10000r/min以上视为高速切削。,3.1 超高速加工技术,超高速车削,超高速铣削1,超高速铣削2,3.1 超高速加工技术,（1）随着切削速度的大幅度提高，进给速度也相应提高 510倍，从而提高了加工效率和设备利用率，缩短了生产周期。 （2）在超高速切削速度范围内，随切削速度的提高切削力平均可降低30以上，单位功率材料切除率的提高，有利于延长刀具使用寿命。,3.4.3 超高速加工技术的优越性,3.1 超高速加工技术,（3）由于切屑可以很高的速度被排出，带走大量的热量，提高工件的加工精度。 （4）使得加工过程平稳，有利于提高加工表面质量。 （5）高速切削可加工硬度高达HRC4565的淬硬钢铁件，因此对淬硬后的模具等复杂零件，可直接铣成，省去 后续的传统放电加工或磨削加工。这就是所谓的“一次过” 技术。,3.1 超高速加工技术,对刀具材料的基本要求： 较高的硬度和耐磨性；较高的强度和韧性； 耐热性；较好的工艺性能和经济性。 超高速切削的刀具材料的更高要求： 可靠性；高的耐热性和抗热冲击性能； 良好的高温力学性能；适应新型材料的加工,3.4.4 超高速切削的相关技术,1. 超高速切削的刀具技术,3.1 超高速加工技术,涂层刀具 金属陶瓷刀具 陶瓷刀具 立方氮化硼（CBN） 聚晶金刚石(PCD)刀具等,适合于超高速切削的刀具材料主要有：,3.1 超高速加工技术,涂层刀具,金属陶瓷刀具,陶瓷刀具,立方氮化硼,聚晶金刚石刀具,3.1 超高速加工技术,2. 超高速切削的机床技术,3.1 超高速加工技术,主轴电机与主轴合二为一的结构形式。即采用无外壳电机，将其空心转子直接套装在机床主轴上，带有冷却套的定子则安装在主轴单元的壳体内，形成内装式电机主轴，简称“电主轴” 。,返回,3.1 超高速加工技术,要求超高速切削机床的进给系统不仅要能达到很高的进给速度，还要求有大的加速度以及高的定位精度。 传统机床采用旋转电机带动滚珠丝杠的进给方案，由于其工作台的惯性以及受螺母丝杠本身结构的限制，进给速度和加速度一般比较小。要获得更高的进给加速度，只有采用直线电机直接驱动的形式。,3.1 超高速加工技术,返回,3.1 超高速加工技术,目前普遍应用的是7：24锥度的刀柄系统随着超高速切削技术的发展，此类刀柄系统暴露出以下不足： 刚性不足； 自动换刀的重复精度不稳定； 当主轴高速转动时，主轴前端孔径在离心力作用下会增大，易导致主轴与刀柄锥面脱离， 刀柄的锥部较长，不利于快速换刀及机床的小型化。,3.1 超高速加工技术,为解决上述问题，一些研究机构和刀具企业开发了一种可使刀柄在主轴内孔锥面和端面同时定位的新型连接方式两面定位刀柄系统，其中最具代表性的是日本的BIG-PLUS刀柄系统和德国的HSK刀柄系统。,HSK刀柄,BIG-PLUS刀柄,3.2 超精密加工技术,3.2.1 精密和超精密加工的加工范畴,精密和超精密加工代表了加工精度发展的不同阶段，通常，按加工精度划分，可将机械加工分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。 精密加工：加工精度在0.11m，加工表面粗糙度在Ra0.020.1m之间的加工方法称为精密加工； 超精密加工：加工精度高于0.1m，加工表面粗糙度小于Ra0.01m之间的加工方法称为超精密加工,超例如：金刚石刀具切削刃钝圆半径的大小是金刚石刀具超精密切削的一个关键技术参数，日本声称已达到2nm，而我国尚处于亚微米水平，相差一个数量级；又如金刚石微粉砂轮超精密磨削在日本已用于生产，使制造水平有了大幅度提高，突出地解决了超精密磨削磨料加工效率低的问题。,3.2.2 精密和超精密加工技术的地位与作用,超精密加工是国家制造工业水平的重要标志之一,3.2 超精密加工技术,精密和超精密加工是先进制造技术的基础和关键,3.2 超精密加工技术,作为制造技术的主战场，作为真实产品的实际制造，必然要靠精密加工和超精密加工技术，例如，计算机工业的发展不仅要在软件上，还要在硬件上，即在集成电路芯片上有很强的能力，应该说，当前，我国集成电路的制造水平约束了计算机工业的发展。美国制造工程研究者提出的汽车制造业的“两毫米工程”使汽车质量赶上欧、日水平，其中的举措都是实实在在的制造技术。,超精密加工技术与国防工业关系密切，如陀螺仪的加工涉及多项超精密加工，导弹系统的陀螺仪质量直接影响其命中率，1kg的陀螺转子，其质量中心偏离其对称轴0.0005m，则会引起100m的射程误差和50m的轨道误差。,3.2.3 精密和超精密加工的需求,国防工业上的需求,3.2 超精密加工技术,红外线探测器反射镜，其抛物面反射镜形状精度为1m，表面粗糙度为Ra0.01m，其加工精度直接影响导弹的引爆距离和命中率。 激光核聚变用的曲面镜，其形状精度小于1m，表面粗糙度小于Ra0.01m，其质量直接影响激光的光源性能。 大型天体望远镜的透镜、直径达2.4m，形状精度为0.01m，如著名的哈勃太空望远镜，能观察140亿光年的天体。（图）,3.2 超精密加工技术,服役的哈勃望远镜,狮子座螺旋星系,宇宙深处的星体,银河系环形星群,3.2 超精密加工技术,计算机上的芯片、磁板基片、光盘基片等都需要超精密加工技术来制造。录像机的磁鼓、复印机的感光鼓、各种磁头、激光打印机的多面体、喷墨打印机的喷墨头等都必须进行超精密加工，才能达到质量要求。,信息产品中的需求,计算机上的芯片,录像机的磁鼓,现代小型、超小型的成像设备，如摄相机、照相机等上的各种透镜，特别是光学曲面透镜，激光打印机、激光打标机等上的各种反射镜都要靠超精密加工技术来完成。至于超精密加工机床、设备和装置当然更需要超精密加工技术才能制造。,民用产品中的需求,3.2 超精密加工技术,(1)美国是开展研究最早的国家。加利福尼亚大学的 LLNL国家实验室和美国空军合作研制出的大型光学金刚石车床(Large Optics Diamond Turning MachineLODTM)是为镜面加工大直径光学镜头而开发的 。 (2)日本是当今世界上超精密加工技术发展最快的国家。日本在工科大学里，大多设置了精密工学科，十分注重培养精密加工方面的高级人材。许多著名的企业，如东芝、精工、三菱电气、西铁城等，在超精密加工设备、测量系统等方面卓有成效。,3.2.4 超精密加工现状及发展趋势,国内外现状,3.2 超精密加工技术,英、德等欧洲国家在超精密加工机床的制造与精密测量方面也处于世界的先进行列。如：当今世界上最大的超精密大型CNC光学零件磨床“OAGM2500”大型非球面反射镜 (3)我国的超精密加工技术在70年代末期有了长足进步，80年代中期出现了具有世界水平的超精密机床和部件。,3.2 超精密加工技术,LODTM,OAGM2500,北京机床研究所研制,哈尔滨工业大学研制,高精度 超精密加工技术的终极目标是 “移动原子”，实现原子级精度的加工。 大型化 研制各种大型超精密加工设备，以满足航天航空等领域的需要。,发展趋势,3.2 超精密加工技术,微型化 向微型化发展，以适应微型机械、集成电路等发展的需要。 光机电一体化、加工检测一体化。 新工艺与复合加工技术 面对越来越多的高硬度、高脆性的难加工材料以及低刚度的零件，激光加工、粒子束加工等新工艺将会得到更多的发展和应用。,3.2 超精密加工技术,3.2 超精密加工技术,近年来，在传统加工方法中，金刚石刀具超精密切削、金刚石微粉砂轮超精密磨削、精密高速切削、精密砂带磨削等已占有重要地位；在非传统加工中，出现了电子束、离子束、激光束等高能加工、微波加工、超声加工、蚀刻、电火花和电化学加工等多种方法，特别是复合加工，如磁性研磨、磁流体抛光、电解研磨、超声珩磨等，在加工机理上均有所创新。,加工机理,3.2.5 超精密加工的关键技术,3.2 超精密加工技术,用于精密和超精密加工的零件，其材料的化学成分、物理力学性能、加工工艺性能均有严格要求，要求被加工材料质地均匀，性能稳定，无外部及内部微观缺陷。,被加工材料,3.2 超精密加工技术,(1)高精度。 (2)高刚度。 (3)高稳定性。 (4)高自动化。 加工设备的质量与基础元部件，如主轴系统、导轨、直线运动单元和分度转台等密切相关，应注意这些元部件质量。此外，夹具、辅具等也要求有相应的高精度、高刚度和高稳定性。,加工设备及其基础元部件,3.2 超精密加工技术,加工工具主要是指刀具、磨具及刃磨技术。用金刚石刀具超精密切削，值得研究的问题有：金刚石刀具的超精密刃磨，其刃口钝圆半径应达到24nm，同时应解决其检测方法，刃口钝圆半径与切削厚度关系密切，若切削的厚度欲达到10nm，则刃口钝圆半径应为2nm。,加工工具,3.2 超精密加工技术,磨具当前主要采用金刚石微粉砂轮超精密磨削，这种砂轮有磨料粒度、粘接剂、修整等问题，通常，采用粒度为W20W0.5的微粉金刚石，粘接剂采用树脂、铜、纤维铸铁等。,3.2 超精密加工技术,环境温度可根据加工要求控制在10.02，甚至达到0.0005。 在恒温室内，一般湿度应保持在55%60%，防止机器的锈蚀、石材膨胀，以及一些仪器，如激光干涉仪的零点漂移等。 洁净度要求1000100级，100级是指每立方英尺空气中所含大于0.5m的尘埃不超过100个，依此类推。,工作环境,3.2 超精密加工技术,3.3 微细加工技术,微型机械加工或称微型机电系统或微型系统是指可以批量制作的、集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、甚至外围接口、通讯电路和电源等于一体的微型器件或系统。,3.3.1 概述,微型机械概念,3.3 微细加工技术,体积小（特征尺寸范围为：1m-10mm）、重量轻、耗能低、性能稳定； 有利于大批量生产，降低生产成本； 集约高技术成果，附加值高。,微型机械特点,3.3 微细加工技术,微型机械加工技术是指制作为机械装置的微细加工技术。 起源于半导体制造工艺，原来指加工尺度约在微米级范围的加工方式。,微细加工技术概念,3.3 微细加工技术,从基本加工类型看，微细加工可大致分四类: 分离加工将材料的某一部分分离出去的加工方式，如分解、蒸发、溅射、破碎等； 接合加工同种或不同材料的附和加工或相互结合加工，如蒸镀、淀积、掺入、生长、粘结等；,3.3 微细加工技术,变形加工使材料形状发生改变的加工方式，如塑性变形加工、流体变形加工等； 材料处理或改性，如一些热处理或表面改性等。,3.3 微细加工技术,目前微型加工技术主要有硅平面加工和体加工工艺，LIGA加工（微型铸模电镀工艺）、准LIGA加工，超微细加工、微细电火花加工（EDM）等技术。,三维微细加工 埃菲尔铁塔微模型,3.3 微细加工技术,3.3.2 微细加工技术,1.硅微加工技术,硅微细加工技术主要是指以硅材料为基础制作各种微机械零部件。分为：,体微机械加工,表面微机械加工,3.3 微细加工技术,体微机械加工技术是针对整块材料通过刻蚀去除部分基体或衬底材料，从而得到所需元件的体构形。,刻蚀工艺分为干法刻蚀和湿法刻蚀,返回,3.3 微细加工技术,表面微机械加工技术就是利用集成电路中的平面化制造技术来制造微机械装置 如牺牲层技术 20世 纪80年代美国U.C. Berkeley发明了表 面牺牲层工艺，并 采用该工艺制备了 可动的微型静电马 达。,世界上第一个MEMS器件微型静电马达,3.3 微细加工技术,获得更复杂的三维微结构，可以连续添加牺牲层和结构层，并分别采用恰当的光刻和刻蚀技术。,采用五层多晶硅工艺 备的微型传动结构,3.3 微细加工技术,LIGA是德文的平版印刷术该工艺在80年代初创立于德国的卡尔斯鲁厄原子核研究所，是为制造喷嘴而开发出来的。,2. LIGA,3.3 微细加工技术,b) 组装后的电磁驱动微马达的SEM 照片，由牺牲层和LIGA技术获得，转子直径为150m，三个齿轮的直径分别为77m,100m和150m,a) LIGA工艺得到的三个镍材料的微型齿轮，每个齿轮高100m,威斯康星大学通过LIGA方法制作的微齿轮 和组装后的微马达,3.3 微细加工技术,电火花加工是利用工件和工具电极之间的脉冲性火花放电，产生瞬间高温使工件材料局部熔化和气化，从而达到蚀除的目的。电火花加工由于其非机械接触的特点，因而适合于微细加工。,3. 微细电火花加工,3.3 微细加工技术,4. 微细切削加工技术,微型阶 梯轴,微型 螺纹,微小 铣刀,微小 螺旋 槽,3.3.3 微细加工技术的应用,谁来做 微电子生产装备？,谁来做喷墨头？,标准喷墨打印头 喷墨面积14平方毫米 喷嘴3072个 直径15微米,打印时加热器在十万分之一秒内升温至三百多度，使喷嘴内形成约100大气压,由此从喷嘴中喷出直径为20微米、体积为4微微升的墨滴，速度每秒24000滴,这还只是微米技术,微器件,比蚂蚁小许多的微齿轮,光交换机,DWDM模块,以太网光纤,全光开关,波分复用器,DWDM测试仪,光通信元器件,压电传感器,制造压力传感器要用晶片的深度蚀刻,共振压力传感器,4吋晶片上的16000个传感器,微纳制造应用广阔,轿车上的 微型传感器,用于加速度、光亮度、位置、温度、湿度、扭矩、负荷、重量、空气流量、氧气含量等测量控制,Analog Devices公司截止2002年已制造出一亿只MEMS加速度传感器,新华网洛杉矶2007年10月22日专电： 据纽约时报报道，美国科学家莱斯大学教授詹姆斯托尔等人耗费年时间研制成了世界上第一辆“纳米车辆”。科学家说，未来这种车辆可用来运输单个的分子，成为“纳米生产”中的有用工具。这种“纳米车辆”不过至纳米见方，不到头发丝直径的万分之一，却拥有完整的底盘、轮轴和车轮。 它的轮轴能像汽车的轮轴一样平滑旋转，而轮轴末端是个“巴基球”做成的轮子。“巴基球”是由个碳原子构成的纳米级球状分子。,无限风光在“微小”,3.4 高能束加工技术,高能密度束流加工主要方法:,激光加工 电子束加工 离子束加工,3.4 高能束加工技术,高能束流加工的共同特点：,1.加工速度快，热流输入少，对工件热影响极少，工件变形小。 2.束流能够聚焦且有极高的能量密度，激光加工、电子束加工可使任何坚硬、难熔的材料在瞬间熔融汽化，而离子束加工是以极大能量撞击零件表面，使材料变形、分离破坏。 3.工具与工件不接触，无工具变形及损耗问题。 4.束流控制方便，易实现加工过程自动化。,3.4 高能束加工技术,激光加工（laser beam machining，LBM）是在光热效应下产生的高温熔融和冲击波的综合作用过程。,3.4.1 激光加工,影 片,3.4 高能束加工技术,激光加工属非接触加工，无明显机械力，也无工具损耗，工件不变形，加工速度快，热影响区小，可达高精度加工，易实现自动化。,激光加工的特点,因功率密度是所有加工方法中最高的，所以不受 材料限制，几乎可加工任何金属与非金属材料。,3.4 高能束加工技术,激光加工可通过惰性气体、空气或透明介质对工件进行加工，如可通过玻璃对隔离室内的工件进行加工或对真空管内的工件进行焊接。 激光可聚焦形成微米级光斑，输出功率大小可调节，常用于精密细微加工。 能源消耗少，无加工污染，在节能、环保等方面有较大优势。,3.4 高能束加工技术,用于特殊材料或特殊工件上的孔加工，如仪表中的宝石轴承、陶瓷、玻璃、金刚石拉丝模等非金属材料和硬质合金、不锈钢等金属材料的细微孔的加工。 激光打孔的效率非常高，打孔时间可缩短至传统切削加工的百分之一以下，生产率大大提高。 激光打孔的尺寸公差等级可达IT7，表面粗糙度Ra值可达0.160.08。,激光加工应用,（1）激光打孔,影 片,3.4 高能束加工技术,激光束焊接是以聚集的激光束作为能源的特种熔化焊接方法。 激光器将电能转化为光能，激光波长均一，方向一致，强度非常高。经聚焦后，激光束的能量更为集中，将焦点调节到焊件结合处，光能迅速转换成热能，使金属瞬间熔化，冷却凝固后成为焊缝。,（2）激光焊接,影 片,3.4 高能束加工技术,激光切割是激光加工中应用最广泛的技术，利用激光聚焦以后的高功率密度，连续照射工件，光束与工件相对移动，使材料形成切缝。,（3）激光切割,影 片,3.4 高能束加工技术,（4）激光表面热处理,激光热处理工艺简单，生产率高，对环境无污染，硬度比常温淬火高约15%20%；耗能少，工件变形小，适合精密局部表面硬化及内孔或形状复杂零件表面的局部硬化处理。,电子束加工是在真空条件下，利用电子枪中产生的电子经加速、聚焦后能量密度为106109w/cm2的极细束流高速冲击到工件表面上极小的部位，并在几分之一微秒时间内，其能量大部分转换为热能，使工件被冲击部位的材料达到几千摄氏度，致使材料局部熔化或蒸发，来去除材料。,3.4.2 电子束加工,1-发射阴极 2-控制栅极 3-加速阳极 4-聚焦系统 5-电子束斑点 6-工件 7-工作台,3.4 高能束加工技术,3.4 高能束加工技术,1）高功率密度 属非接触式加工，工件不受机械力作用，很少产生应力变形，不存在工具损耗问题。 2）电子束强度、位置、聚焦可精确控制，可在工件上以任何速度行进，便于自动化控制。 3）环境污染少 适合加工纯度要求很高的半导体材料及易氧化的金属材料。,不锈钢宝石、陶瓷、玻璃等各种材料上的小孔、深孔。最小加工直径可达0.003mm，最大深径比可达10。 像机翼吸附屏的孔、喷气发动机套上的冷却孔，此类孔数量巨大（高达数百万），且孔径微小，密度连续分布而孔径也有变化，非常适合电子束打孔。 塑料和人造革上打许多微孔，令其象真皮一样具有透气性。 还可凭借偏转磁场的变化使电子束在工件内偏转方向加工出弯曲的孔。,3.4 高能束加工技术,(1)电子束打孔,3.4 高能束加工技术,可对各种材料进行切割，切口宽度仅有36m。 利用电子束再配合工件的相对运动，可加工所需要的曲面。,（2）电子束切割,3.4 高能束加工技术,电子束加工曲面、弯孔,3.4 高能束加工技术,电子束加工的喷丝头异形孔,3.4 高能束加工技术,用计算机控制，对陶瓷、半导体或金属材料进行电子刻蚀加工；异种金属焊接；电子束热处理等。,（4）其它应用,离子束加工是在真空条件下利用离子源产生的离子经加速聚焦形成高能的离子束流投射到工件表面，使材料变形、破坏、分离以达到加工目的。 因为离子带正电荷且质量是电子的千万倍，且加速到较高速度时，具有比电子束大得多的撞击动能，因此，离子束撞击工件将引起变形、分离、破坏等机械作用，而不像电子束是通过热效应进行加工。,3.4.3 离子束加工,3.4 高能束加工技术,3.4 高能束加工技术,1）加工精度高。离子束流密度和能量可得到精确控制。 2）在较高真空度下进行加工，环境污染少。特别适合加工高纯度的半导体材料及易氧化的金属材料。 3）加工应力小，变形极微小，加工表面质量高，适合于各种材料和低刚度零件的加工。,3.4 高能束加工技术,离子束加工方式包括离子蚀刻、离子镀膜及离子溅射沉积和离子注入等。,3.5 快速成形制造技术,CAD建模 分层切片 层面信息处理 层面加工与粘接 层层堆积 后处理,根据每层轮廓信息，进行工艺规划，选择加工参数，自动生成数控代码,清理零件表面，去除辅助支撑结构,由CAD软件设计出所需零件的计算机三维曲面或实体模型,将三维模型沿一定方向离散成一系列有序的二维层片,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,3.5.1 快速成形制造的主要方法,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）,3.5 快速成形制造技术,选择性液体固化的基本原理,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。,选择性液体固化工艺(SLA),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。,立体光刻（SLA Stereo Lithography Apparatus) 又称 立体印刷 光成形 激光印刷 光固化立体造型,SLA工艺成形的产品特点,鼠标外壳激 光树脂原型,照相机激光树脂原型,SLA方法是目前快速成形技术领域中研究得最多最为成熟的方法。 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。,选择性液体固化工艺(SLA),返回,选择性层片粘接的基本原理,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。,选择性层片粘接（LOM）,分层实体制造（ (Laminated Object Manufacturing- LOM),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。,选择性层片粘接工艺,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。,LOM产品的特点,选择性层片粘接（LOM）,返回,选择性激光烧结的基本原理,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。,选择性激光烧结（SLS）,选择性激光烧结(SLS) Selective Laser Sintering 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。,影片,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。 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。,SLS的产品特点,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。,选择性激光烧结（SLS）,返回,熔融沉积成形的基本原理,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。,熔融沉积成形 (FDM) Fused Deposition Modeling 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。,熔融沉积成型(FDM),1. FDM工艺不用激光 器件，因此使用、维护简单，成本较低。,2. 精度可达0.12mm，适合做薄壁件。 3. 污染小，材料可以回收。,FDM的产品特点,熔融沉积成型(FDM),3.5.2 快速成形技术的理解,在快速成形技术的发展过程中，各个研究机构和人员均按照自己的理解赋予其不同的称谓，这些不同称谓即反映了快速成形技术不同方面的重要特征。,离散堆积制造 实体自由成形制造 材料添加制造 即时制造 分层制造 直接CAD制造,离散堆积制造是现代成形学理论中在对成形技术发展进行总结的基础上提出的，表明了模型信息处理过程的离散性，强调了成形物理过程的材料堆积性，体现了快速成形技术的基本成形原理，具有较强的概括性和适应性。,实体自由成形制造(Solid Freeform Fabrication)表明快速成形技术无需专用的模腔或夹具，零件的形状和结构也相应不受任何约束。RP工艺是用逐层变化的截面来制造三维形体，在制造每一层片时都和前一层自动实现联接，不需要专用夹具或工具，使制造成本完全与批量无关，既增加了成形工艺的柔性，又节省了制造工装和专用工具的大量成本。,材料添加制造(Material Increase Manufacturing)将材料单元采用一定方式堆积、叠加成形，有别于车削等基于材料去除原理的传统加工工艺。,即时制造(Instant Manufacturing) 反映该类技术的快速响应性。由于无需针对特定零件制定工艺操作规程，也无需准备专用夹具和工具，快速成形技术制造一个零件的全过程远远短于传统工艺相应过程，使得快速成形技术尤其适合于新产品的开发，显示了其适合现代科技和社会发展的快速反应的特征和时代要求。,分层制造 (Layered Manufacturing)将复杂的三维加工分解成一系列二维层片的加工，着重强调层作为制造单元的特点，每层可采取更低维单元进行累加或高维单元进行加工得到。,直接CAD制造(Direct CAD Manufacturing)反映了快速成形是CAD模型直接驱动，实现了设计与制造一体化，计算机中的CAD模型通过接口软件直接驱动快速成形设备，接口软件完成CAD数据向设备数控指令的转化和成形过程的工艺规划，成形设备则象打印机一样“打印”零件，完成三维输出。 快速成形由于采用了离散/堆积的加工工艺，CAD和CAM能够很顺利地结合在一起，快速成形的工艺规划主要作用是对成形过程进行优化以提高造型精度、速度和质量，所以快速成形可容易地实现设计制造一体化。,快速成形制造技术的基本概念,快速成形（RP Rapid Prototyping ）是一种基于离散堆积成形思想的新型成形技术，是集成计算机、数控、激光和新材料等最新技术而发展起来的先进的产品研究与开发技术。,快速成形制造(RPM Rapid Prototyping Manufacturing） 是使用RP技术，由CAD模型直接驱动的快速完成任意复杂形状三维实体零件的技术的总称。,3.5.3 快速成形制造技术的应用,全球RP设备装机量,医学 实验分析模型 快速模具 快