第8章快速成型技术PPTPPT课件

快速成型技术，第8章，快速成型技术概述，制造业中各种零件的制造工艺分为：去除成型传统的车削、铣削、刨削、磨削等工艺方法，这是制造业中最重要的零件成型方法。强制成形)分为实体成形法(锻造、冲压和剪切、挤压、拉拔等。)，液态成型法(铸造)和半液态成型法(注射成型)根据被加工材料的自然状态而定。额外成形)一个全新的制造概念在20世纪80年代早期。这种新的零件生产工艺是快速成型的主要实现方法，通过添加材料来满足零件的设计要求。1.1。零件成形方法的分类，3.1。快速打字技术概述。快速原型制造是20世纪80年代末90年代初发展起来的一种高科技制造技术。它是由三维CAD模型直接驱动的具有任意复杂形状的三维实体的快速制造的通称。它集成了计算机辅助设计技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果，是先进制造技术的重要组成部分。由于它将复杂的三维制造转化为一系列的二维制造叠加，几乎可以生成任何复杂的零件，无需使用模具和工具，大大提高了生产效率和制造灵活性。1.1。快速原型技术的概念。4，1。快速原型技术概述。不同于传统的制造方法，快速成型从零件的计算机辅助设计几何模型开始，通过软件分层离散和数控成型系统，用激光束或其他方法逐层堆叠材料，形成实体零件。它与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模具等制造方法相结合，已成为制造现代模型、模具和零件的有力手段，并广泛应用于航空航天、汽车、机械、电子、电器、医药、建筑、玩具、工艺品等诸多领域。1.1。快速原型技术的概念，5.1。快速原型技术概述。快速成型的过程通常包括以下步骤：(1)产品的三维建模(2)三维模型的近似处理(3)三维模型和生产加工路径的分层切片(4)成形加工(5)成形零件的后处理(1.2)。快速原型技术的过程，6.1。快速成型技术概述(1)高柔性、自由成型的快速成型技术可以直接从“电子模型”中制造零件，并将三维实体分散成任意复杂的零件。制造过程与零件的几何形状无关，设计和加工的灵活性(适用性)非常大。它可以制造任何复杂形状和结构的零件，或者由不同材料复合而成的零件。1.2。快速原型技术的特点。7，8，9，1。快速成型技术概述，(2)技术高度集成快速成型技术是计算机技术、数控技术、材料科学技术、激光技术和加工技术等交叉学科的综合集成。它采用离散累加法，以计算机和数控技术为基础，追求最大的灵活性为目标。(3)产品开发的快速原型制造技术是基于高度的技术集成。从CAD设计到成型加工只需要几个小时到几十个小时，大大缩短了产品设计和开发的周期，降低了新产品的开发成本和风险。它特别适用于小批量、复杂新产品的开发，充分展示了其“快速”优势。1.2。快速成型技术的特点，12.1。快速成型技术概述，(4)材料的广泛应用理论上，快速成型技术不限于可以使用的材料，金属和非金属都可以使用。随着这项技术的发展越来越广泛，各种金属、树脂、塑料、纸张、石蜡、陶瓷等材料在快速成型技术领域得到了很好的应用。快速原型技术的特点，13，13，14，2。根据不同的成型原理，快速成型技术可分为两类：2.1。快速原型技术方法，2.1。快速原型技术，2.2.1.SL技术p，2.2。光固化成型。16，2。快速成型工艺，2.2.1.SL工艺原理该工艺以液态光敏树脂为原料，由计算机控制紫外激光，根据预定零件各分层部分的轮廓轨迹，逐点扫描液态树脂，使扫描区域的树脂薄层发生光聚合(固化)反应，从而形成零件的薄层部分。在扫描区域的液态光敏树脂固化层完成后，工作台降低一层厚度，从而在固化的树脂表面上施加一层新的液态树脂，然后重复扫描和固化，新固化的层牢固地粘附在该层上，如此重复，直到整个部件的固化成型完成。2.2。立体平版印刷成型。17，2。快速成型工艺，2.2.2.SL工艺整体SL成型工艺包括四个工艺，如下图2.2所示。立体平版印刷成型(SL)、制造数据采集、层准备、层固化和累积、后处理、计算机辅助设计模具离散化、重涂、激光束扫描液位、支架移除和清洁、18、2。快速成型工艺，2.2.3.SL成型材料1)材料的基本要求光敏树脂是立体成型工艺的基础材料，其性能对成型零件的质量有决定性的影响。光敏树脂应具有低粘度、固化速度快、固化收缩率小、一次固化度高、湿强度高、高膨胀性和低毒性的特点。2.2。光固化成型。2)材料类型(根据反应机理)自由基光固化树脂固化速度快，生产周期短，但阳离子光固化树脂固化收缩严重，固化收缩小，易受氧抑制。混合光固化树脂不易被氧抑制，但固化速度慢，工作效率低，2.2。立体光刻成型。20、2。快速成型工艺，2.2.4.SL成型工艺具有精度高优点，一般尺寸精度可控制在0.01毫米；良好的表面质量；原料利用率接近100%。能够制造形状极其复杂和精细的零件；设备的市场份额很高。缺点是需要设计支持；可以选择的材料类型是有限的；制造的零件容易发生翘曲变形；材料更贵。该工艺适用于制造复杂的中小型零件。2.2。光固化成型。21、22，2。快速成型工艺，2.3.1。选择性烧结工艺原理选择性烧结(SLS)也称为选择性激光烧结、粉末材料的选择性烧结等。SLS成型机的主要结构是一个带有两个活塞机构的成型气缸，一个用于供粉，另一个用于成型，如图所示。2.3。选择性激光烧结。23、2。快速成型工艺，2.3.1.SLS工艺原理在开始加工之前，充满氮气的工作室被加热并保持在粉末的熔点以下。在成型过程中，喂料桶上升，撒粉辊移动。首先，在工作台上铺一层粉末材料。然后，在计算机的控制下，激光束将根据横截面轮廓烧结固体部分所在的粉末，以熔化粉末并形成一层固体轮廓。第一层烧结完成后，工作台下降到横截面层的高度，在工作台上放置一层粉末，进行下一层烧结，循环形成三维原型零件。最后，在冷却5-10小时后，可以从粉末筒中取出零件。选择性激光烧结(SLS)，快速成型技术，2 . 3 . 2。SLS成型材料目前，SLS材料主要包括：聚合物粉末材料，金属粉末材料，陶瓷粉末材料，覆膜砂粉末材料，2.3。选择性激光烧结，25，2。快速成型技术，2 . 3 . 4 SLS成型系统选择性激光烧结快速成型系统一般由三部分组成：主机、控制系统和冷却器。主机：主要由成型工作缸、废桶、撒粉辊装置、送料工作缸、激光器、振镜式动态聚焦扫描系统、加热装置、机体和机壳等组成。计算机控制系统：主要由计算机、应用软件缺点是产品表面粗糙，需要后处理。成型速度慢；制造成本高。具有不同组成的金属粉末用于烧结，并且特别适合于在后处理如铜渗透后制造功能测试部件。也可以直接制造金属型腔的模具。蜡粉直接烧结适用于小批量复杂中小零件的熔模铸造生产。选择性激光烧结(SLS)，快速成型工艺，2.4.1。熔丝沉积位置模拟(FDM)，也称为丝状材料的选择性熔融涂覆和熔融挤出，由美国学者ScottCrump博士于1988年成功开发，并由Stratasys商业化。2.4。熔融沉积制造工艺(FDM)。29，2。快速成型工艺，2 . 4 . 1。FDM工艺原理FDM工艺是利用热塑性材料的热熔性和粘结性在计算机控制下形成层。如图所示，在计算机的控制下，加热喷嘴可以根据截面轮廓信息在X-Y平面和高度z方向上移动。丝状热塑性材料(如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和MABS塑料长丝、蜡长丝、聚烯烃树脂、尼龙长丝、聚酰胺长丝)由长丝供应机构供给喷嘴，在喷嘴中加热至熔融状态，然后选择性地涂覆在工作台上，并快速冷却以形成横截面轮廓。在完成一层横截面后，喷头上升到一层横截面的高度，然后涂覆下一层。这个循环最终形成了一个三维产品。2.4。熔融沉积制造工艺(FDM)。30、2。快速成型工艺，2.4.2.FDM成型材料FDM成型材料的工艺要求是低熔点、低粘度、良好的附着力和低收缩率。影响材料挤出过程的主要因素是粘度。该材料粘度低、流动性好、阻力小，有利于材料的顺利挤出。材料流动性差，挤出时需要很大的送丝压力，会增加喷嘴的启停响应时间，从而影响成型精度。FDM工艺中使用的材料是丝状热塑性材料，通常使用的是低熔点材料，例如石蜡、塑料、尼龙线，以及线或线材料，例如低熔点金属和陶瓷。就保险丝而言，主要材料是ABS、人造橡胶、铸造蜡和聚酯热塑性塑料。目前，FDM使用的材料主要是斯特拉斯特斯的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物长丝(ABSP400)、甲基丙烯腈-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物长丝(ABSP 500，医用)、消失模铸造蜡长丝(ICW06wax蜡)和塑料长丝(弹力丝20)。2.4。熔融沉积制造工艺(FDM)。31，2。作为一种非激光快速成型制造系统，熔融沉积制造工艺具有以下优点：成形材料范围广。FDM工艺的喷嘴直径一般为0.1 1毫米，因此，一般热塑性材料如塑料、蜡、尼龙、橡胶等。经过适当的改性后可用于熔融沉积工艺。设备成本和加工成本低。熔融沉积成型技术使用液化器代替激光。与其他使用激光的工艺方法相比，制造成本大大降低。它易于使用和维护。成型过程对环境无污染。FDM工艺中使用的材料一般是无毒无味的热塑性材料，因此不会对周围环境造成污染。设备运行时，噪音也很小。2.4。熔融沉积制造工艺(FDM)，32，33，34，2。快速成型工艺，2 . 4 . 3。FDM工艺特点基于上述优势，FDM工艺得到广泛应用并发展迅速。然而，FDM技术也存在一些问题：它只适用于成型中小型塑料零件；成形件表面有明显的条纹，质量不如SL成形件。沿成型轴线垂直方向的强度相对较弱，需要设计制造支撑结构。整个截面需要扫描和涂层，成型时间长。因此，可以使用多个热喷头同时涂覆，从而提高成型效率。2.4。熔融沉积制造工艺(FDM)。35、36，37，2。快速成型工艺，2 . 5 . 1。LOM工艺原理，2.5。层压固体制造工艺。38、2。快速成型工艺，2 . 5 . 1。LOM工艺原理LOM工艺使用纸张、塑料薄膜等板材。片材的表面预先涂有一层热熔胶。在加工过程中，热压辊热压材料以与下面的成形工件结合。用CO2激光切割新粘结层上工件的零件和外框的截面轮廓，并在截面轮廓和外框之间的冗余区域切割上下对齐的网格；激光切割完成后，工作台带动成型工件下降并与带状板材(料带)分离；送料机构转动接料轴和送料轴，带动料带移动，使新层移动到加工区；工作台上升到加工平面；热压辊热压使工件层数增加一层，高度增加一层材料厚度；然后在新图层上剪切轮廓。重复这一过程，直到零件的所有部分都被切割和粘合，最后不必要的材料被剥离，以获得三维实体零件。2.5。层压固体制造工艺(LOM)，39.2。快速成型工艺，2 . 5 . 2。LOM成型材料LOM材料通常由两部分组成：板材和热熔胶。板材可分为：纸板材、金属板材、陶瓷板材、塑料薄膜和复合材料板材。板材性能：防潮性(保证原料不会因时间长而吸水，这可以用纸张的施胶度来表示)；(2)良好的润湿性(确保良好的胶合性能)；(3)抗拉强度(保证加工过程中不断裂)；(4)收缩率小(确保热压过程中不会因局部失水而变形，可用收缩率表示)；(5)剥离性能好、表面光滑、稳定性好的热熔胶按基体树脂分为乙烯-醋酸乙烯共聚物热熔胶、聚酯热熔胶、尼龙热熔胶或它们的混合物。热熔胶要求以下性能：良好的热熔和冷固性能(室温固化)；(2)在反复“熔融固化”条件下，其物理和化学性质稳定；(3)涂层性能好，与熔融状态的板材均匀一致；(4)足够的粘结强度；良好的废物分离性能。与其他快速成型方法相比，LOM方法具有以下优点：精度高(0.15毫米)。当薄材料被选择性地切割和成形时，在原材料中只有非常薄的胶层改变状态，即从固态变为熔融状态，而主要的基材保持固态，因此翘曲变形小并且没有内应力。在分层实体制造中，只需根据分层信息提供的截面轮廓切割激光束，无需扫描整个截面，也无需设计和制造支持，因此制造效率高，成本低。结构件可承受高达200的温度，具有较高的硬度和较好的机械性能，可用于各种切削加工。2.5。层压固体制造工艺(LOM)，41.2。快速成型工艺，2 . 5 . 3。LOM工艺的特点及其缺点是：由于材料的质地，加工后的原型零件拉伸性能和弹性不高；它易于吸收水分和膨胀，因此需要进行表面防潮处理。薄壁