快速原型制造技术.ppt

快速原型制造技术 （Rapid Prototyping),孙艳萍 昆明学院自动控制与机械工程学院,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,2,学习目的及要求,认识和理解快速成形技术的基本原理、基本方法； 了解快速成型设备的基本结构、技术性能； 掌握一、两种成型设备的操作技能及原型件制造的工艺方法； 对快速成形技术及应用有较全面的了解。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,3,学习内容,快速成型原理及应用 数据处理软件 设备控制软件 成型准备及演示设备操作 操作设备、制作典型零件、故障处理及分析 标准零件制作 实体零件制作 薄壁零件制作 零件的后处理 注：考试通过将发给科技部国有制造业信息化“3D-CAD应用工程师”资格证书,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,4,目录,第1章 绪论 第2章 几种典型的快速成型工艺 第3章 快速成形的软件系统 第4章 快速原型设备 第5章 快速成形技术的工程应用,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,5,第1章 绪 论,快速原型制造技术的产生 快速原型制造技术的基本原理与过程 快速原型制造技术的特点 快速原型制造技术的重要特征 快速原型制造技术的种类 快速原型制造技术的应用 快速原型制造技术的发展趋势,RP技术是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狀，进而以此建立数字化模型，再利用计算机控制的机电集成制造系统，逐点、逐面地进行材料“三维堆积”成型，再经过必要的后处理，使其在外观、強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的方法。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,6,快速原型技术（RP Rapid Prototyping ）是一种基于离散堆积成形思想的新型成形技术，它产生于20世纪80年代，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等的基础上集成发展起来的先进的产品研究与开发技术，实现从零件设计到三维实体原型制造一体化的系统技术。 2、快速原型制造(RPM Rapid Prototyping Manufacturing）技术是使用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。 RP技术在不需要任何刀具、模具及工装卡具的情况下，可将任意复杂形状的设计方案快速转换为三维的实体模型或样件，这就是 RP 技术所具有的潜在的革命意义。, 1.1 快速原型制造技术的产生,快速原型制造技术的基本概念,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,7,快速原型制造技术产生的背景,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,8,全球一体化市场、制造业竞争激烈，产品的开发速度成为市场竞争的主要矛盾。 从技术发展角度，计算机、CAD/CAM、材料、激光等技术的发展和普及为新的制造技术的产生奠定了基础。 快速原型制造于20世纪80年代后期产生于美国，并很快扩展到日本及欧洲，于20世纪90年代初引入我国，是近20年来制造技术领域的一项重大突破。 它借助计算机、激光、精密传动、数控技术等现代手段，将CAD和CAM集成于一体，根据在计算机上构造的三维模型，能在很短的时间内直接制造出产品样品，使设计工作进入一种全新的境界。 改善了设计过程中的人机交流，缩短了产品开发周期，加快了产品交新换代的速度，降低了企业投资新产品的风险。,快速原型制造技术产生的背景,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,9, 1.2 快速原型制造技术的基本原理与过程,快速原型制造技术的基本原理 传统的零件加工过程是先制造毛坯，然后经切削加工，从毛坯上去除多余的材料得到零件的形状和尺寸，这种方法统称为材料去除制造。 快速原型技术彻底摆脱了传统的“去除”加工法，而基于“材料逐层堆积”的制造理念，将复杂的三维加工分解为简单的材料二维添加的组合，它能在CAD模型的直接驱动下，快速制造任意复杂形状的三维实体，是一种全新的制造技术。 快速成形技术是由CAD模型直接驱动，快速制造任意复杂形状的三维物理实体的技术。快速成形技术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 “切”（Spice）成设定厚度的一系列片层，从而变为简单的二维图形，再采用粘接、聚合、熔结、焊接或化学反应等手段使其逐层堆积成一体制造出所设计的三维模型或样件。如图1.1、图1.2和1.3所示。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,10,图1.1 快速成形过程示意图,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,11,图1.2 快速成形过程示意图,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,12,图1.3 快速成形过程示意图,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,13,快速成形由6个步骤组成：,CAD模型设计 Z向离散化 层面信息处理 层面加工与粘结 层层堆积 后置处理,图1.4 快速成形的基本过程,分解过程,组合过程,快速原型制造技术的基本过程,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,14,图1.5 快速原型详细工艺流程,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,15,（1）CAD模型设计：应用三维CAD软件，根据产品要求设计三维模型，或采用逆向工程技术获取产品的三维模型。 （2）三维模型的近似处理：用一系列小三角形平面来逼近模型上的不规则曲面，从而得到产品的近似模型。 （3）三维模型的Z向离散化（即分层处理）：将近似模型沿高度方向分成一系列具有一定厚度的薄片，提取层片的轮廓信息 （4）处理层片信息，生成数控代码：根据层片几何信息，生成层片加工数控代码，用以控制成形机的加工运动。 （5）逐层堆积制造：在计算机控制下，根据生成的数控指令，RP系统中的成形头在XY平面内按截面轮廓进行扫描，固化液态树脂，从而堆积出当前的一个层片，并将当前层与已加工好的零件部分粘合。然后，成形机工作台面下降一个层厚的距离，再堆积新的一层。如此反复进行直到整个零件加工完毕。 （6）后置处理：对完成的原型进行处理，使之达到要求。（清理零件表面，去除辅助支撑结构）,快速原型制造技术的基本过程,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,16,RP技术的基本原理图,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,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,17,快速原型制造技术与传统加工的比较,人工：慢,CNC加工机床： 1. 复杂性高，加工不容易； 2. 加工时需要设计工装夹具； 3. 编程工作繁琐。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,18,成形机理和工艺控制方面： （1）RP加工不是一般意义上的模具或刀具，而是利用光、热、电等物理手段实现材料的转移或堆积； （2）原型是通过堆积不断增大，其力学性能不但取决于成型材料本身，而且与成型中所施加的能量大小及施加方式有密切关系，故在成型工艺控制方面，需要对多个坐标进行精确的动态控制； （3）能量在成型物理过程中是一个极为关键的因素，在以往的去除成形和受迫成形中，能量是被动地供给的，一般无须对加工能量进行精确的预测与控制，而在离散、堆积类型的RP中，单元体制造中能量是主动供给的，需要准确地预测与控制，对成型中的能量形式、强度、分布、供给方式以及变化等进行有效的控制，从而经由单元体的制造而完成成型。,快速原型技术与传统成形方式的区别：,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,19,快速原型制造技术与传统加工的比较,RP机器： 1. 工件复杂程度不受限制（产品制造过程几乎与零件的复杂程度无关）； 2.产品的单价几乎与批量无关，特别适合于新产品的开发和 单件小批量零件的生产； 3. 加工时，不需要夹具； 4.无切割、噪音和振动等，有利于环保； 5.采用非接触加工，没有工具更换和磨损之类的问题，可以 做到无人值守； 6.生产过程数字化，与 CAD 模型具有直接的关联，零件可 大可小，所见即所得，可随时修改，随时制造； 7. 编程简便。 8.与传统方法相结合，可实现快速铸造、快速模具制造、小批量零件生产等功能，为传统制造方法注入新的活力。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,20,1.3 快速原型制造技术的特点,高度柔性 CAD模型直接驱动 技术的高度集成 设计、制造一体化 快速响应性 制造成型自由化 材料使用的广泛性,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,21,高度柔性,RP技术最特出的特点就是柔性好，在计算机管理和控制下使所制造的零件的信息过程和物理过程并行发生，把可重编程、重组、连续改变的生产装备用信息方式集成到一个制造系统中，使制造成本完全与批量无关。 不需要任何刀具，模具及工装卡具的情况下，可将任意复杂形状的设计方案快速转换为三维的实体模型或样件。 对整个制造过程，仅需改变CAD模型或反求数据结构模型，对成形设备进行适当的参数调整，即可在计算机的管理和控制下制造出不同形状的零件或模型。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,22,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。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,23,CAD模型直接驱动,CAD/CAM一体化，无需人员干预或较少干预，是一种自动化的成形过程。提高了新产品开发的一次成功率，缩短了开发周期，降低了研发成本。（据统计：可减少产品开发成本3070%，缩短开发时间50%至更少。）,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,24,技术的高度集成,快速成形技术是CAD/CAM技术、计算机技术、数控技术、控制技术、激光技术、新材料技术和机械工程等多项交叉学科的综合集成。它以离散堆积为方法，在计算机和数控技术的基础上，追求最大的柔性为目标。 CAD技术通过计算机进行精确的离散运算和繁杂的数据转换，实现零件的曲面或实体造型，数控技术为高速精确的二维扫描提供必要的基础，这又是以精确高效堆积材料为前提的，激光器件和功率控制技术使材料的固化、烧结、切割成为现实。快速扫描的高分辨率喷头为材料精密堆积提供了技术保证。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,25,设计、制造一体化,在传统的CAD/CAM技术中，复杂的CAPP一直是实现设计、制造一体化过程中比较难以克服的一个障碍。而快速成形技术突破了成形思想的局限性，采用了离散 堆积的加工工艺，避开了传统的工艺规划制定，使CAD和CAM能够很顺利地结合在一起，实现了设计制造一体化。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,26,快速响应性,快速原型零件制造从CAD设计到原型 (或零件 )的加工完毕，只需几个小时至几十个小时，复杂、较大的零部件也可能达到几百小时，但从总体上看，速度比传统的成形方法要快得多。尤其适合于新产品的开发，RP技术已成为支持并行工程和快速反求设计及快速模具制造系统的重要技术之一。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,27,制造成型自由化,可根据零件的形状，不受任何专用工具或模具的限制而自由成形，也不受零件复杂程度的限制，能够制造任意复杂形状与结构、不同材料复合的零件。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,28,材料使用广泛性,金属、纸张、塑料、树脂、石蜡、陶瓷，甚至纤维等材料在快速原型制造领域已有很好的应用。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,29,RP技术的优点,（1）任何无论多复杂的形狀都非常容易成型。 （2）任谁因无机器各部动作干涉問題，对操作者无熟练要求。 （3）即刻因无需准备工具夾具等，可立即开始加工。 （4）自动加工过程完全自动化，可完全无人运转。 （5）安静无加工噪音、振动，无大量切屑。 （6）短期可在短時間內制作模型，交货快，費用省。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,30,1.4 快速原型制造技术的重要特征,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 分层制造 材料添加制造 直接CAD制造 实体自由成形制造 即时制造,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,31,离散堆积制造 （DAM，Discretization Accumulation Manufactruing）,“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。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,32,分层制造 (LM, Layered Manufacturing),“分层制造”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，每层可采取低一维单元进行累加成高维单元进行加工得到。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,33,材料添加制造 (MIM，Material Increse Manufacturing),“材料添加制造”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。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,34,直接CAD制造 (DCM，Direct CAD Manufacturing),“直接CAD制造” 使计算机中的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，成形设备则完成零件的三维输出，实现了设计与制造一体化。 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。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,35,实体自由成形制造 (SFF，Solid Freeform Fabrication),“实体自由成形制造”表明快速成形技术无需专用的模具或夹具，零件的形状和结构可不受任何约束。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，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成本。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,36,即时制造 (Instant Manufacturing),“即时制造”反映了该技术的快速响应性。由于无需针对特定零件制定工艺规程，无需专用夹具和工具，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。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,37,1.5 快速原型制造技术的种类,1.材料累加法 （Material Increase Manufacturing） 2.材料去除法:三维雕刻机 （Material Increase Manufacturing）,成型工艺,加工能量,（1）Laser beam(激光束)RP （2）Lamp(光照)RP （3）Heat energy(热能)RP （4）Mechanical energy(机械能)RP,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,38,快速原型制造种类,激光束RP可分为： 立体光刻(SLA: Stereolithography) 选择激光沉积(SLS: Selective Laser Sintering) 分层制造(LOM: Laminated Object Manufacturing) 形状沉积制造(SDM: Shape Deposition Manufacturing),机械能RPM又可分为 冲击颗粒制造(BPM: Ballistic Particle Manufacturing) 三维打印(3D Printing) 熔化沉积造型(FDM: Fused Deposition Modelling),LOM又叫固体分层制造(SSM: Solid Slicing Manufacturing) FDM又叫熔化挤出造型(MEM: Melted Extrusion Modelling),1.6 快速原型制造技术的应用,RP技术自出现以来，以其显著的时间效益和经济效益受到制造业的广泛关注，并已在航空航天、汽车外形设计、玩具、电子仪表与家用电器塑料件制造、人体器官制造、建筑美工设计、工艺装饰设计制造、模具设计制造等领域展现出良好的应用前景。,0,5,10,15,20,25,30,军事领域,其他,宇航业,学术机构,医疗领域,机械设备,汽车行业,日用消费品,需求量（%）,图1.7 对RP原型需求的行业,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,40,图1.8 对RP原型需求的目的,模具制造可视化,0,5,10,15,20,25,其他,直接模具,人体研究,建议和讨论模型,金属铸造母模,快速模具母模,工程设计可视化,装配检验,功能模型,需求目的和用途量（%）,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,41,图1.9 全球RP设备装机量,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,42,图1.10 RP技术应用领域,RPM,制造业,美学相 关工程,康复考 古工程,医学,其它, 快 速 产 品 开 发, 快 速 工 具, 微 型 机 械, 小 批 零 件, 建 筑 设 计, 桥 梁 设 计, 古 建 筑 恢 复, 首 饰 灯 饰, 颅 外 科, 辅 助 诊 断, 软 组 织, 牙 科, 假 肢, 整 形, 考 古, 三 维 地 图, 光 弹 模 型,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,43,RP技术在新产品开发中的应用,采用RP技术之后，从产品设计的最初阶段开始，设计者、制造者、推销者和用户都能在第一时间拿到实实在在的样品甚至小批量生产的产品，因而可以及早地、充分地进行评价、测试和反复修改，并且对制造工艺过程及其所需的工具、模具的设计进行校核，因此可以大大减少失误和不必要的返工，从而能以最快的速度、最低的成本、最好的品质和最低的风险投入市场。 RP技术在新产品开发中的应用主要在以下三方面： 设计模型可视化及设计评价 装配校核 功能验证,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,44,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,45,RP系统相当于一台三维打印机，能迅速地将设计的CAD模型高精度地“打印”出来，为设计者和产品评审决 策者提供直接、准确的模型，大大提高产品设计和决策的可靠性。,1. 设计模型可视化及设计评价,在新产品设计中，利用RP技术制作产品样件，一般只需传统样件制作工时的30%50%和成本的20%35%，而其精确性却是传统方法无法媲美的。RP样件是产品从设计到商品化各个环节中进行交流的有效手段，可作为新产品展示，进行市场调研、市场宣传和供货询价。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,46,进行装配校核和干涉检查对新产品开发，尤其是在有限空间内的复杂、昂贵系统（如卫星、导弹）的可制造性和可装配性检验尤为重要。如果一个产品的零件多而且复杂就需要作总体装配校核。在投产之前，先用RP技术制作出全部零件原型，进行试安装，验证设计的合理性和安装工艺与装配要求，若发现有缺陷，便可以迅速、方便地进行纠正，使所有问题在投产之前得到解决。,2. 装配校核,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,47,快速原型除了可以进行设计评价和装配校核之外，还可以直接用于性能和功能参数试验与相应的研究，如机构运动分析、流动分析、应力分析、流体和空气动力学分析等。采用RP技术可以严格地按照设计将模型迅速制造出来进行实验测试，对各种复杂的空间曲面更能体现RP技术的优势。如通过风扇、风毂等设计的功能检验和性能参数确定，可获得最佳扇叶曲面、最低噪声的结构。如果用传统的方法制造原型，这种测试与比较几乎是不可能的。,3. 功能验证,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,48,由于RP技术彻底摒弃了传统的加工模式，其加工难易程度与产品复杂程度无关，其加工成本与批量无关，其加工过程与刀具、夹具、模具无关，从而使得原来过于复杂无法加工的结构变得不存在加工难度，原来追求个性化而带来的小批量、高成本的问题迎刃而解，原来不合理的设计结构和装配结构变得合理。,4. RP技术给产品设计带来革命,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,49,RP技术将复杂的三维加工简化为一系列二维加工的叠加，因此，原则上讲，任意复杂程度的零件都可以成形，不再会因为零件复杂而增加加工难度；,1）设计中可以不再考虑产品的复杂程度和批量,RP技术类似于“三维打印”的加工模式带来加工的极大柔性，加工成本对产品批量的敏感性几乎为零，复杂产品的单件小批量生产是它的特长。这就为产品设计者追求设计独创性和产品使用者追求个性化提供了有力的支持。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,50,2）加工工艺性概念的变革,这一产品结构虽不复杂，但采用传统的加工方法是无法制作。,采用RP技术的FDM工艺，通过合理设定分层参数和加工参数，成形时不用支撑，顺利制作出该零件，得到的制件形状完美，表面光洁，无需任何后续处理工序。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,51,3）装配结构的改变简化了设计和制造过程,这是仅由一个零件组成的 整体扳手,设计过程得以简化，设计中不再考虑传统的加工工艺性问题；,制造工艺得以简化，避免了采用分体加工时诸多的加工工序以及后续的装配过程；,产品质量得以改善，避免了由于装配过程带来的装配误差和装配痕迹，从而提高产品精度和外观质量，增加局部强度，采用这一技术成形有密封要求的部位，可以做到绝对防渗漏。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,52,基于RP的快速模具技术,采用基于RP的快速模具技术（Rapid Tooling，简称RT），从模具的概念设计到制造完毕仅为传统加工方法所需时间和费用的1/3左右，使模具制造在提高质量、缩短研制周期、提高制造柔性等方面取得了明显的效果。RP技术领域中，目前发展最迅速，产值增长最明显的应属快速模具技术。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,53,由于基于RP技术的快速模具制造的技术集成度高，从CAD数据到物理实体转换过程快，因而与传统的数控加工方法相比，快速模具制造技术具有以下特点。 （1）制模周期短。通过该方法加工一件模具的周期大约是传统机加工制模法的1030%；（2）制模成本低。生产成本仅为传统机加工方法1/31/5；（3）模具寿命较短。特别适用于新产品开发试制、工艺验证和功能验证。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,55,1. 直接快速模具制造,SLS工艺制模,LOM快速制模工艺,形状沉积制造(SDM)工艺,三维打印（3DP）工艺直接制造金属模具,直接法是指根据模具的CAD模型由RP系统直接制造成 形，它不需要RP制作样件，也不依赖传统的模具制造工 艺，对金属模具的制造尤其快捷，是一种有开发前景的快 速模具制造方法。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,56,采用SLS(Selective Laser Sintering)工艺可直接烧结 涂敷有粘接剂的金属粉末，当模型制造完成后，再加热去 除粘接剂，并对模型进行金属浸渗，从而获得金属模具。 SLS法可以选择不同的粉末来制造不同用途的模具。用SLS 法可直接烧结金属模具或陶瓷模具，用作注塑、压铸、挤 塑等塑料成型模及冲压成形模。SLS制作的模具经渗铜 后，还可直接用作金属模具。,SLS工艺制模,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,57,采用LOM工艺成型的纸基原型可直接用来代替传统木 模，不仅大大缩短了制模时间，而且原型的尺寸精度也比木 模高，强度和尺寸稳定性也优于木模。对于形状复杂的高精 度模具，其优点尤为突出。快速成型件具有较好的机械强度 和稳定性，其性能优于硬木，可承受200的高温。经表面 处理后，可用作砂型铸造的木模，一般可用来重复制作50 100件砂型。其不足之处是RP原型经长时间保存后会产生变 形。 LOM法主要用以制造下列用途的纸模具：灌注石蜡铸造 蜡模的模具、石膏成型模、塑料压铸成型模和低熔点合金铸 造模等。,LOM快速制模工艺,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,58,2. 间接快速模具制造,根据材质的不同，间接制模法生产出来的模具 一般分为软质模具和硬质模具两大类。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,59,利用RPM原型制造软质模具 软质模具因其所使用的软质材料（如硅橡胶、环氧树脂等） 有别于传统的钢质材料而得名。其工艺流程是将快速原型配置浇 注系统作为芯模，悬置于模盒内，注入流态硅胶，经真空脱气、 固化后沿预设的分型面分开，模具制造即告完成。 这些软模具可用作试制、小批量生产用注塑模，制造硬模具的中间过渡模和低熔点合金铸造模等。这些软模具具有很好的弹性、复印性和一定的强度，在浇注成形复杂模具时，可以大大简化模具的结构设计，且便于脱模。由于其制造成本低和制作周期短，因而在新产品开发过程中作为产品功能检测和投入市场试运行以及在国防、航空等领域单件、小批量产品的生产方面受到高度重视，尤其适合于批量小、品种多、改型快的现代制造模式。硅胶模具可以用来制作塑料件和低熔点合金件，寿命只有几十次至上百次。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,60,利用RPM原型制造硬质模具 硬质模具主要用于砂型铸造、消失模的压型制作、注塑模以及简易非钢质拉伸模。硬质模具制造主要有以下几种方法：,电火花加工法,熔模精铸法,陶瓷型精密铸造法,金属熔射喷涂制造法,铝基合成材料制造法,化学粘结陶瓷材料制造法,铸造法,钢丝模具,电铸制模,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,61,设 计 模 型,原型,原型,原型,原型,复制消失型,复制陶瓷型,复制石墨电极,烧结+渗透,金 属 模 具,原型,原型,复制被加工 原型,熔射、电铸,直接成型,铸造,EDM,快速制造金属模具的工艺路线,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,62,电火花加工法,电火花加工法是利用RPM原型制作EDM电极，然后利用电火花加工制作钢模。其制作过程一般为：RPM原型三维砂轮 石墨电极钢模。,熔模精铸法,在批量生产硬质模具时可采用熔模精密铸造法。该方法是利用RPM原型或根据原型翻制的软质模具生产蜡模，然后利用熔模精铸工艺制作钢质模具。大部分的RPM原型都可以作为熔模精密铸造的母模。其工艺路线是：RP原型（中间过渡模）制作蜡型熔模铸造成型/处理模具。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,63,陶瓷型精密铸造法,金属熔射喷涂制造法,在陶瓷型精密铸造中，通常采用的母模（如木模、石膏模和金属模等）存在着加工困难、精度难以保证、制造周期长、使用寿命短和成本高等问题，因此对于复杂形状的零件将RP原型技术直接用于陶瓷型铸造，可比传统加工方法节省工时，降低成本。其工艺路线是：RP原型软模移出母模浇注/喷涂浆料浇注金属成型/处理模具。,金属熔射喷涂制造模具的方法是在RP原型或过渡模型为母模的表面上，用电弧或等离子喷涂雾状金属，形成金属硬壳层，移去母模后，在金属壳背面补铸金属基合成材料或环氧树脂，形成硬背衬，经后处理得到金属表面与硬背衬构成的模具。用该方法制作的模具机械性能较好，精度也容易保证，可以制作工作压力较高的模具，模具寿命可达100030000件。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,64,铝基合成材料制造法,化学粘结陶瓷材料制造法,以RP原型为母模，浇注硅橡胶等软材料形成软模具，再在软模具中浇注室温下液态铝基合成材料形成型腔，型腔经后处理制得模具。由于是在室温下浇注，避免了高温熔化金属浇注导致的较大翘曲变形，精度容易得到保证。用这种方法制作的注塑模具寿命一般为5005000件(取决于被注射成形零件的材料和形状)。,以RP原型为母模，浇注硅橡胶等软材料形成软模具，再在软模具中浇注化学粘结陶瓷材料（CBC），在205下固化形成型腔，经处理后制得模具。用该法制得的模具寿命一般为300件。其工艺路线为：快速原型制作纸质母模（浇注硅橡胶、环氧树脂、聚氨酯等软材料）构成软模移去母模在软模中浇注化学粘结陶瓷(CBS) 在205下固化CBS型腔型腔表面抛光加入浇注系统和冷却系统小批量生产用注塑模。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,65,铸造法,钢丝模具,用快速原型作为石蜡铸造模具的蜡型或砂型铸造模具的模型，制作铸造壳型或砂型，然后浇注出金属模具来，但铸造出来的模具一般还要经过打磨或少量切削加工。,钢丝模具是利用细钢丝在某个方向沿快速原型的外形排列而形成模腔的模具。钢丝可采用机械紧固，也可在钢丝上涂抹或在钢丝间注入环氧树脂或低熔点合金等作为粘结剂，压紧固化后即可。模腔内壁可冷喷涂金属合金，以提高使用寿命和表面质量。钢丝模不但适合生产塑料制品，还可用于生产金属制品。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,66,电铸制模,电铸制模法的原理和过程与金属喷涂法比较类似。它是采用电化学原理，通过电解液使金属沉积在原型表面上，再背衬其他充填材料来制作模具的方法。电铸法制作的模具复制性好且尺寸精度高，适合于精度要求较高、形态均匀一致和形状花纹不规则的型腔模具，如人物造型模具、儿童玩具和鞋模等。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,67,基于RP的陶瓷型精铸子午线轮胎活络模,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,68,大型汽车覆盖件模具,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,69,金属喷涂快速模具制造,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,70,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,71,冰箱内饰件的快速原型件、硅胶模具及塑料件,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,72,RP技术在医学领域的应用,人体骨骼和内部器官结构极其复杂，要真实地复制人体内部的器官构造，反应病变特征，RP几乎是唯一的方法。,首先，RP原型可以作为硬拷贝数据提供视觉和触觉的信息，作为诊断和治疗的文件，它能够促进医生和医生之间、医生与病人之间的沟通；,其次，RP原型可以作为外科手术模拟的模型，有助于快速制定复杂外科手术的计划。,第三，RP原型能够直接制造成植入物，植入人体，基于RP制造的植入体具有相当准确的适配度，能够提高美观度、缩短手术时间、减少术后并发症。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,73,根据患者的人体CT数据制作的骨盆RP原型,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,74,手术模型,根据CT扫描信息，应用熔融挤压 快速成形的方法可以快速制造人体 的骨骼（如颅骨、牙齿）和软组织 （如肾）等模型，并且不同部位采 用不同颜色的材料成形，病变组织 可以用醒目颜色，可以进行手术模 拟、人体骨关节的配制，颅骨修复。 在康复工程上，采用熔融挤压快 速成形的方法制造人体假肢具有最 快的成形速度，假肢和肌体的结合 部位能够做到最大程度的吻合，减 轻了假肢使用者的痛苦。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,75,人工骨头制作 手术规划 齿模制作 义耳制作,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,76,RP技术在铸造领域的应用,RP技术自出现以来，一直在铸造领域有着比较活跃的应用，在典型铸造工艺和熔模铸造中，为单件或小批量铸件的生产带来了显著的经济效益。在制造业特别是航空、航天、国防、汽车等重点行业，其基础的核心部件一般均为结构精细、复杂的金属零件，其生产方式常为铸造，铸造环节复杂、周期长、耗资大，略有失误有时甚至要全部返工，风险很大。如果借助RP 技术，使RP 技术与传统工艺相结合，扬长避短，可收到事半功倍的效果。 如某燃气发动机的S段，若按传统金属铸件方法制造，模具制造周期约需半年，费用几十万。而采用基于 RP原型的快速铸造方法，快速成形铸造熔模7天（分6段组合），拼装、组合、铸造10天，每件费用不超过2万（共6件）。,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,77,采用快速铸造生产的四缸发动机蜡模及零件,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,78,古生物学模型 生物模型 考古研究模型,考古领域应用,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,79,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,80,模型实例1 轿车车灯,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,81,模型实例2 电话机外壳,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,82,模型实例3 皮鞋底,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,83,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,84,模具实例1 手机外壳橡胶模,2019/11/4,昆明学院 孙艳萍,85,模具实例2 拐头树脂型复合