快速原型制造技术

1、班级：班级：0631班班讲课：蒋昌华讲课：蒋昌华1. 电火花成型的基本原理是什么？电火花成型的基本原理是什么？2. 电火花成型加工与电火花线切割加工上电火花成型加工与电火花线切割加工上有什么不同？加工范围分别是什么？有什么不同？加工范围分别是什么？3. 什么叫极性效应？在加工中如何运用？什么叫极性效应？在加工中如何运用？复习：复习：导入：导入： 零件常规的加工方法包括哪些？零件常规的加工方法包括哪些？机加工机加工, ,其特点为：其特点为： 1.1.刀具材料比工件硬；刀具材料比工件硬； 2.2.靠机械能切除工件上的多于金属。靠机械能切除工件上的多于金属。模具加工，其特点为模具加工，其特点为: :

2、 1. 1.产品从设计到出样需要一段时间产品从设计到出样需要一段时间; ; 2. 2.需要模具辅助加工，结构复杂零件模具复需要模具辅助加工，结构复杂零件模具复杂。杂。 若需加工难切屑金属材料、曲面复杂零件、若需加工难切屑金属材料、曲面复杂零件、缩短产品的研发周期怎么办？缩短产品的研发周期怎么办？速成型技术应运而生，主要解决三个问题：速成型技术应运而生，主要解决三个问题： 1.1.各种难切屑加工金属材料的加工；各种难切屑加工金属材料的加工； 2.2.各种复杂表面的加工问题；各种复杂表面的加工问题； 3.3.新产品开发周期长的问题。新产品开发周期长的问题。主要内容主要内容 快速成型原理快速成型原理

3、 主要主要成形方法成形方法 模具中的应用模具中的应用 快速成形技术快速成形技术Rapid Prototyping TechnologyRapid Prototyping Technology 基本原理基本原理 RPRP技术是借技术是借助助计算机辅助设计计算机辅助设计或由或由实体实体逆向方法取得原型或零逆向方法取得原型或零件件几几何形狀，何形狀，进进而以此建立而以此建立数字数字化模型，再利用化模型，再利用计算机计算机控制控制的机的机电电集成集成制制造系造系统，统，逐逐点点、逐面、逐面地地进进行材料行材料“三三维维堆堆积积”成型，再成型，再经过经过必要必要的后处的后处理，使其在外理，使其在外观观、

4、強度和性能等方面強度和性能等方面达达到到设计设计要求，要求，达达到快速、到快速、准确准确地地制制造原型或造原型或实实际际零件之方法零件之方法。 快速成形技术的基本原理快速成形技术的基本原理对对STL文文件件切片处理切片处理CAD模型模型的近似处的近似处理理三维三维CAD模型设计模型设计逐逐 层层 制制 造造 本质本质:用材料堆积原理制造三维实体零件。它是将复杂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的三维实体模型 “切切”（Spice）成设定厚度的一系列）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。片层，从而变为简单的二维图形，层层叠加而成。原型制作流程图原型

5、制作流程图三维三维CADCAD模型设计模型设计 在PC机或图形工作站上用三维软件pro/Epro/EUGUGCATIACATIA 等设计零件的三维CAD模型。 CADCAD模型的近似处理模型的近似处理 用用STLSTL文件格式进行数据文件格式进行数据转换，将三维实体表面用一系转换，将三维实体表面用一系列相连的小三角形逼近，得到列相连的小三角形逼近，得到STLSTL格式的三维近似模型文件。格式的三维近似模型文件。典型的典型的 STL STL 文件文件 对对STLSTL文件切片处理文件切片处理 切片是将模型以片层的方式来描述，片层的厚度通常在50m500m之间；无论零件形状多么复杂，对每一层来说却

6、是简单的平面矢量扫描组（如图），轮廓线代表了片层的边界。逐逐 层层 制制 造造 用快速成型机制作每一层，自下而上层层叠加就成为三维实体，成型过程如图所示。层层堆层层堆积原型原型件生成生成CLI文件文件生成生成NC指令指令STL文件文件表面处理强化表面处理强化工件剥离去支撑工件剥离去支撑对对STL文件进行文件进行处理处理CAD三维造型三维造型CAD造型软件造型软件前处理前处理监控软件监控软件制造原型制造原型后处理后处理数据处理工艺规划软件数据处理工艺规划软件原原型型制制作作流流程程图图主要工艺方法主要工艺方法 光敏树脂液相固化成型光敏树脂液相固化成型SL 选择性激光粉末烧结成型选择性激光粉末烧结

7、成型SLSSLS 薄片分层叠加成型薄片分层叠加成型LOMLOM 熔丝堆积成型熔丝堆积成型FDMFDM光造型光造型SLA工艺工艺Stereolithography Apparatus SLA技术是基于液态光敏树脂的光聚合原理技术是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态材料在一定波长和强度的紫工作的。这种液态材料在一定波长和强度的紫外光外光(如如=325nm)的照射下能迅速发生光聚合的照射下能迅速发生光聚合反应反应, 分子量急剧增大分子量急剧增大, 材料也就从液态转变成材料也就从液态转变成固态。固态。SLA工作原理图。工作原理图。SLA工作原理工作原理 液槽中盛满液液槽中盛满液态光固化树脂，

8、激态光固化树脂，激光束在偏转镜作用光束在偏转镜作用下，能在液态表面下，能在液态表面上扫描，扫描的轨上扫描，扫描的轨迹及光线的有无均迹及光线的有无均由计算机控制，光由计算机控制，光点打到的地方，液点打到的地方，液体就固化体就固化。 成型开始时，工作平台在液面下一个确定的深成型开始时，工作平台在液面下一个确定的深度，聚焦后的光斑在液面上按计算机的指令逐点扫度，聚焦后的光斑在液面上按计算机的指令逐点扫描，即逐点固化。当一层扫描完成后，未被照射的描，即逐点固化。当一层扫描完成后，未被照射的地方仍是液态树脂。然后升降台带动平台下降一层地方仍是液态树脂。然后升降台带动平台下降一层高度，已成型的层面上又布满

9、一层树脂，刮平器将高度，已成型的层面上又布满一层树脂，刮平器将粘度较大的树脂液面刮平，然后再进行下二层的扫粘度较大的树脂液面刮平，然后再进行下二层的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕直到整个零件制造完毕, 得到一个三维实体模型得到一个三维实体模型。SLA成型过程成型过程光敏树脂液相固化成型样件光敏树脂液相固化成型样件分层实体制造分层实体制造LOM LOM 工艺工艺Laminated Object ManufacturingLaminated Object Manufacturing LOMLOM工艺采用薄片材料，如纸、

10、塑料薄膜工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等。片材表面事先涂覆上一层热熔胶。加工等。片材表面事先涂覆上一层热熔胶。加工时，热压辊热压片材，使之与下面已成形的时，热压辊热压片材，使之与下面已成形的工件粘接；用工件粘接；用COCO2 2激光器在刚粘接的新层上切激光器在刚粘接的新层上切割出零件截面轮廓和工件外框，并在截面轮割出零件截面轮廓和工件外框，并在截面轮廓与外框之间多余的区域内切割出上下对齐廓与外框之间多余的区域内切割出上下对齐的网格；激光切割完成后，工作台带动已成的网格；激光切割完成后，工作台带动已成形的工件下降，与带状片材形的工件下降，与带状片材( (料带料带) )分离。分离。LOM工作原理

11、工作原理 供料机构转动收料轴和供料机构转动收料轴和供料轴，带动料带移动，使供料轴，带动料带移动，使新层移到加工区域，工作台新层移到加工区域，工作台上升到加工平面，热压辊热上升到加工平面，热压辊热压，工件的层数增加一层，压，工件的层数增加一层，高度增加一个料厚，再在新高度增加一个料厚，再在新层上切割截面轮廓。如此反层上切割截面轮廓。如此反复直至零件的所有截面粘接、复直至零件的所有截面粘接、切割完，得到分层制造的实切割完，得到分层制造的实体零件。体零件。 LOM工艺只须在片材上切割出零件截面的轮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。因此成形厚壁零件的廓，而不用扫描整个截面。因此

12、成形厚壁零件的速度较快，易于制造大型零件。工艺过程中不存速度较快，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，零件的精在材料相变，因此不易引起翘曲变形，零件的精度较高，小于度较高，小于0.15mm。工件外框与截面轮廓之。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。工艺无需加支撑。LOM特点特点薄片分层叠加成型样件薄片分层叠加成型样件选择性烧结选择性烧结SLSSLS工艺工艺 Selective Laser SinteringSelective Laser Sintering SLSSLS工艺是利用

13、粉末状材料成形的。将材工艺是利用粉末状材料成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的用高强度的COCO2 2激光器在刚铺的新层上扫描出零激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧件截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部分连接；当一层截面烧结完后，铺上新的的部分连接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，选择地烧结下层截面一层材料粉末，选择地烧结下层截面( (如图如图) )。SLSSLS工作原理图工作原理图 选择性激光粉末烧

14、结成型样件选择性激光粉末烧结成型样件熔融沉积制造熔融沉积制造FDMFDM工艺工艺Fused DepostionFused Depostion Modeling Modeling FDMFDM的材料一般是热塑性材料，如的材料一般是热塑性材料，如蜡、蜡、ABSABS、尼龙等。以丝状供料。材料在、尼龙等。以丝状供料。材料在喷头内被加热熔化。喷头沿零件截面轮喷头内被加热熔化。喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出；材料迅速凝固，并与周围的材料挤出；材料迅速凝固，并与周围的材料凝结凝结( (如图如图) )。FDMFDM工作原理工作原理 系统及运行成本：系

15、统及运行成本： FDM工艺工艺无需其他快速成形系统中昂贵的无需其他快速成形系统中昂贵的关键部件激光器，故关键部件激光器，故MEMMEM快速成形系统成本较低；成形材快速成形系统成本较低；成形材料相对其他快速成形系统价格低廉；料相对其他快速成形系统价格低廉；MEMMEM原型特有空隙结构，原型特有空隙结构，节约材料与成形时间。节约材料与成形时间。 后处理：原型后处理简单，方便。后处理：原型后处理简单，方便。工艺适用范围：工艺适用范围： FDM工艺适用于薄壳体零件及微小零件，如工艺适用于薄壳体零件及微小零件，如电器外壳、手机外壳、玩具等，都是现代社会比较实用流行电器外壳、手机外壳、玩具等，都是现代社会

16、比较实用流行的用品；而且原型强度比较好，近似于实际零件，可以作为的用品；而且原型强度比较好，近似于实际零件，可以作为概念型直接验证设计。概念型直接验证设计。FDMFDM特点特点熔丝堆积成型样件（可以经受高温的样件）熔丝堆积成型样件（精细的样件）模具中的应用模具中的应用 采用熔融沉积采用熔融沉积造型（造型（FDM）方）方法制备各种形状法制备各种形状的冲压头。成形的冲压头。成形材料采用材料采用ABS丝。丝。 模具中的应用模具中的应用 该方法能在该方法能在56内快速烧结内快速烧结60个冲压头。个冲压头。采用快速成形设备能精确地制出冲压头的采用快速成形设备能精确地制出冲压头的曲面，并且通过提高喷头的走速和喷头机曲面，并且通过提高喷头的走速和喷头机构带动齿轮的速度，网格参数减小，可将构带动齿轮的速度，网格参数减小，可将零件层面细化，从而提高冲压头的强度。零件层面细化，从而提高冲压头的强度。该方法制出的冲压头具有较高强度，并且该方法制出的冲压头具有较高强度，并且制件成本较低。制件成本较低。模具中的应用模具中的应用 小结小结四种成型方法的比较：四种成型方法的比较：方法方法材料材料原理原理扫描路径扫描