快速成型技术概述.doc

快速成型技术概述一、快速成形简介和分类快速成型技术 (Rapid Prototyping简称RP)是80年代末才发展起来的数字制造工艺技术，它把零件的三维数字模型先进行离散化，然后按照数字积分的思路进行逐层加工。利用这一技术可以在计算机控制下，迅速将CAD数字模型变为零件的物理模型。因而CADRP原型评价CAD修改已逐渐成为保证一次设计成功的新设计模式。目前，它在国内主要分以下几类：1、 薄形材料选择性切割（Laminated Object Manufacturing）简称LOM，直译名为“分层物体制造”它是由新加坡KINERGY公司开发、生产的一种ZIPPY型薄形材料选择性切割成形机，材料是一种经过特殊处理的纸材，利用激光切割叠加得到实体件。特性：适用大中型实体件，能承受高达到200的温度，无需设计和制作支撑，有较高的硬度和较好的机械性能，可直接用来翻砂模。缺点：不能直接制作塑料工件，工件的抗拉和弹性不好，易吸湿膨胀，成形后应尽快进行表面防潮处理。但随着CNC机加工的广泛应用，该方法已逐步被淘汰。2、 液态光敏聚合物选择性固化（Stereo Lithography Apparatus）简称SLA，直译名为“立体平板印刷设备” 它是由美国3D公司研制开发的利用UV紫外激光灯对液态光敏聚合物选择性固化成形的一种快速成形加工方式。该方法适合成形中、小精巧机构零件，能够直接得到类似塑料的产品，精度较高能达到0.15mm。缺点：需要设计支撑，且成形过程中有化学和物理变化，尤其对于薄壁件易产生翘曲；工件强度韧性不高，较脆易断裂，不适于进行动态功能测试。3、 丝状材料选择性熔覆（Fused Deposition Modeling）简称FDM，直译名为“熔积成型” 它的工作原理是将丝状热塑性材料有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却成形后截面轮廓，并逐层涂覆形成实体。该方法适合中小型塑料件，能够直接制作ABS塑料件，制件的翘曲变形比SLA小，原材料的利用率高，成形件精度可达到0.127mm。缺点是原材料价格昂贵，且成形件表面有明显的条纹；沿成形轴垂直方向的强度较弱，也需要设计制作支撑结构。、4、 粉末材料选择性烧结（Selected Laser Sintering）简称SLS，直译名为“选择性激光烧结”它的工作原理是对直径为50125m的粉粒用激光进行选择性烧结，并逐层叠加后得到成形件。SLS能采用尼龙粉、聚碳酸酯粉、丙烯酸类聚合物粉、聚氯乙烯粉、混有50%玻璃珠的尼龙粉、弹性体聚合物粉，以及陶瓷或金属与粘结剂的混合物等多种材料，但其在成形过程中的材料收缩率高达2%4%，成形表面比较疏松粗糙。5、 精密数控机加工（简称CNC或手板）该加工方法是目前国内快速成形行业中应用最广泛的一种，它直接对ABS或其它可机加的塑料板材进行精密加工，制作出高强度的样板。优点：材料可选择ABS、PMMA、POM、PP、PC、PE、代木等，金属件如铝合金、铜、钢，能满足客户进行功能测试的要求，尤其适用于大件产品模型，生产成本低。 材料说明： ABS-丙烯晴-丁二烯-苯乙烯Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS)优点缺点 高硬度 好的冲击强度，甚至在低温下也具有较好的冲击强度 易加工（可以电镀） 好的绝缘性 易焊接 耐磨性、耐蚀性 高的尺寸稳定性（低吸水性） 好的涂覆性能和可镀性 较差的耐候性 易燃，而且当火被移开时继续燃烧 不耐刮擦 较差的抗溶剂性，特别是芳香族化合物、酮和酯 在油脂存在的情况下易应力开裂机械性能弹性 (弯曲模量)1.6-2.4GPa低温韧性 (低温缺口冲击强度)20-160J/m断裂伸长率10-50%拉伸强度29.8-43MPa拉伸屈服强度29.6-48MPa屈服伸长1.7-6%韧性 (室温缺口冲击强度)200-215J/m肖氏硬度D100杨氏模量1.79-3.2GPa硬度 (弯曲模量)1.6-2.4GPa燃烧性能可燃烧性可燃耐火性(LOI)19%使用温度热变形温度(0.46 Mpa)68-100C热变形温度(1.8 Mpa)88-100C韧性/脆性温度-25-40C最低持续工作温度60-80C最高持续工作温度86-89C物理性能玻璃化转变温度90-102C密度1.02-1.21g/cm3应用应用主要性能汽车 / 运输领域仪表板挡泥板组件门衬垫和把手座椅靠背座舱安全带组件 美观（颜色、光泽.） 易加工 耐热性 高的冲击强度 阻流板车轮装饰尾灯罩 抗紫外性 表面光洁 易加工（流动性好） 优异的冲击性能电器领域电器控制面板 优异的热性能 颜色稳定性 抗紫外线性能 园艺领域割草机盖 美观（颜色，光泽.） 易加工（流动性好） 抗紫外线性能 实用的冲击强度PMMA-压克力 Acrylic (PMMA)优势局限性 突出的透明性； 抗紫外线辐射性优异； 色彩鲜艳稳定； 具有一定的表面硬度； 质量是玻璃的一半； 尺寸稳定性好； 绝缘性能好。 耐冲击性差； 耐热温度不高 (80C) 耐化学性一般，易被有机溶剂侵蚀； 耐磨损磨耗性能差； 应力下易产生裂纹。 光学特性透明度 (% 透明度)80-93%雾度1-96%机械性能弹性 (弯曲模量)2.5-3.5GPa断裂伸长率2-10%拉伸强度38-70MPa拉伸屈服强度38-70MPa洛氏硬度70-105屈服伸长2-10%韧性 (室温缺口冲击强度)10-25J/m肖氏硬度D90-99杨氏模量2.5-3.5GPa硬度 (弯曲模量)2.5-3.5GPa燃烧性能可燃烧性可燃耐火性(LOI)19-20%使用温度热变形温度(0.46 Mpa)80-110C热变形温度(1.8 Mpa)70-100C最高持续工作温度70-90C物理性能玻璃化转变温度90-110C密度1.17-1.2g/cm3应用主要性能汽车尾灯指示器 具有一定光学性能； 着色性好； 耐气候性好； 仪表罩 高透明度、清晰度； 抗划伤性； 耐化学性； 电子灯罩 透明性及良好的光学性能； 易于加工； 耐化学性； POM-聚缩醛 Acetal (POM) 机械性能弹性 (弯曲模量)2.8-3.7GPa低温韧性 (低温缺口冲击强度)53-250J/m断裂伸长率15-75%拉伸强度60-70MPa拉伸屈服强度54-78MPa洛氏硬度75-94屈服伸长8-23%韧性 (室温缺口冲击强度)60-120J/m肖氏硬度D80-95杨氏模量2.8-3.7GPa硬度 (弯曲模量)2.8-3.7GPa燃烧性能可燃烧性可燃耐火性(LOI)18%使用温度热变形温度(0.46 Mpa)158-172C热变形温度(1.8 Mpa)110-136C韧性/脆性温度-40C最低持续工作温度-40C最高持续工作温度80-105CPP-聚丙烯 Polypropylene (PP)10-21%玻璃纤维PP - 10-21%玻璃纤维PP优点缺点 刚度更高 韧性有着微小的改进 热变形温度（HDT）较高 价格低 对于大部分的无机酸、碱金属和盐，耐化学药品性很好 当与乙醇、酯、去垢剂或极性烃接触时，耐环境应力破裂性很好 耐疲劳性非常好 密度非常低 介电性能优异 在严格温度下，与聚乙烯（PE）和树脂的机械性能相比，硬度较高 在水中，机械性能和电性能不受影响 耐蒸气消毒性较好 加工特性优异 能够通过热气、高温设备、高频或摩擦焊接接合。 比通用PP的加工性差 表面外观差 未经FDA认可 耐紫外线性差，需要使其稳定 在-20以下变脆 上限使用温度低，90-120 易被强氧化性酸腐蚀，在氯化了的溶剂和芳香性溶剂中能迅速膨胀 与金属接触，热老化性能变差 由于易结晶，迅速浇铸的尺寸变化大 抗冲击性受限 抗划伤性低 油漆粘合性差 机械性能弹性 (弯曲模量)2.5-3.5GPa低温韧性 (低温缺口冲击强度)48J/m断裂伸长率3-4%拉伸强度35-56MPa拉伸屈服强度35-56MPa洛氏硬度20-50屈服伸长3-4%韧性 (室温缺口冲击强度)50-145J/m肖氏硬度D80-85杨氏模量2.8-4GPa硬度 (弯曲模量)2.5-3.5GPa燃烧性能可燃烧性可燃耐火性(LOI)17-18%使用温度热变形温度(0.46 Mpa)110-140C热变形温度(1.8 Mpa)90-127C韧性/脆性温度-30-5C最低持续工作温度-40-5C最高持续工作温度100-130C应用主要性能汽车汽车内部件 (仪表盘.) 价格低 加工性优异 冲击/刚度平衡性好汽车外部件(缓冲器，表面装饰 .) 价格低 密度低 耐化学药品性好 冲击/刚度平衡性好PC-聚碳酸酯 Polycarbonate (PC)优势局限性 韧性很高，且到 -20C依然很高； 透明，光传导如玻璃一样好； 电绝缘性能良好, 且不受水和温度的影响； 良好的耐磨性； 到140C仍能保持很高的机械强度； 符合美国 FDA 标准； 可经受多次的蒸汽消毒； 自身阻燃，且比其他的工程塑料阻燃性更加有效。 耐疲劳性能差； 60C以上长时间浸放在水中机械性能下降； 易被烃类化合物及碱腐蚀； 加工前需要进行适当的干燥； 长时间经受紫外线后泛黄。 机械性能弹性 (弯曲模量)2.1-2.5GPa低温韧性 (低温缺口冲击强度)640J/m断裂伸长率100-150%拉伸强度55-77MPa拉伸屈服强度58.6-70MPa洛氏硬度50-85屈服伸长6-8%韧性 (室温缺口冲击强度)650-950J/m肖氏硬度D85-95杨氏模量2.1-2.5GPa硬度 (弯曲模量)2.1-2.5GPa燃烧性能可燃烧性可燃耐火性(LOI)25-27%使用温度热变形温度(0.46 Mpa)130-145C热变形温度(1.8 Mpa)130-140C韧性/脆性温度-25C最低持续工作温度-100-25C最高持续工作温度90-125C应用主要性能电气仪表箱及保险丝盒家用开关插头插座开关设备继电器连接器 多变环境中电气性能持久 冲击强度高 热性能优秀汽车/运输头盔 冲击强度高 表面光洁度好 良好的抗划伤性 良好的耐气候性矿灯透镜 多变环境中持续的电气性能 冲击强度高 热性能优秀摩托车挡风玻璃 透明性高 冲击强度高 耐化学腐蚀性 汽车缓冲器 冲击强度高 着色性好 良好的耐气候性车轮罩 多变环境中持续的电气性能 冲击强度高 热性能优异器具吹风机电东剃须刀 冲击强度高 着色性好 热性能优异咖啡过滤器 优异的热性能 良好的耐化学腐蚀性 良好的表面光洁度蒸汽熨斗水箱 高质量的与玻璃相似的透明性及表面光泽 良好的冲击强度 持续的可加工性食品加工机 高质量的与玻璃相似的透明性及表面光泽 良好的冲击强度 高热阻隔性 电信手机 寻呼机零部件 冲击强度高 着色性好 热性能优异 PA-尼龙 Nylon (PA6)优点缺点 在高温下有高强度和高硬度 甚至在低温下，都有优良的抗冲击强度(优于PA 6) 极优异的流动性，易于加工 优良的耐磨性能 卓越的耐油和耐燃料性能 优良的耐疲劳性 优良的电绝缘性能 加工性能比PA6,6好 吸水性和吸水平衡值高 尺寸稳定性差 不耐强无机酸，易吸附极性溶剂 加工前需要适当干燥处理 机械性能弹性 (弯曲模量)0.8-2GPa低温韧性 (低温缺口冲击强度)16-210J/m断裂伸长率200-300%拉伸强度50-95MPa拉伸屈服强度50-90MPa洛氏硬度30-80屈服伸长3.4-140%韧性 (室温缺口冲击强度)50-160J/m肖氏硬度D80-95杨氏模量0.8-2GPa硬度 (弯曲模量)0.8-2GPa燃烧性能可燃烧性可燃耐火性(LOI)23-26%使用温度热变形温度(0.46 Mpa)150-190C热变形温度(1.8 Mpa)60-80C最低持续工作温度-40-20C最高持续工作温度80-120C应用主要性能汽车用品/运输门把手 卓越的表面形貌 优良的涂漆能力 优良的抗UV能力 优良的机械性能，如硬度和韧性散热器格子 高耐热性 优良的抗风化能力 优良的耐化学性安全气袋容器 卓越的韧性和耐疲劳性能 优良的耐磨损和摩擦行为 优良的硬度保持性和长时间的热稳定性 对油及各种化学药品有优良的抵抗性 进气支管 高硬度 卓越的流动特性 短的注射成型循环时间继电器箱 优良的机械特性 高温下有卓越的焊缝强度 实际尺寸精确发动机罩 高韧性和高硬度的结合 低的热变形 优良的表面光洁度 快速简单的加工特性 电市场低电压开关设备 优良的电绝缘性能 优良的加工性能，可以制得薄墙 有激光标记的能力 低的可燃性，用作无卤阻燃剂断路开关 实用的球压温度 低可燃性 高硬度与高韧性相结合电流接触器 良好的绝缘性能 低可燃性 高的热变形温度连接器 短的注射成型循环时间 卓越的流动特性 高硬度与高韧性相结合配线和电缆的保护软管 高的耐温性能 优良的耐化学性 相比金属管重量损失少光纤/纺织品/地毯地毯和小垫子 因其高的回弹性而有出众的外形保持性 卓越的耐磨、耐压及耐消光性 卓越的耐粘污性，易于清洁刚毛刷子扫帚 高强度 易于清洁 优良的耐化学性 家具设备露天运动场的座位 表面质量光亮 优良的耐老化性能（尤其是在户外） 卓越的耐粘污性 与聚丙烯有卓越的可替代性 运