快速成型技术及应用讲解课件

快速成型技术及应用中北大学学习略记快速成型技术及应用中北大学学习略记1目录快速成型及技术原理及方法概要快速模具制造技术概要快速成型技术的软件技术中北大学在此方面的一些成果目录快速成型及技术原理及方法概要2第一章快速成型原理及方法概要快速成型（RapidPrototyping--RP）技术属于机械工程学科特种加工工艺的范围，用激光作为能源的快速成型技术（RPT）还可以归入激光加工门类，它是一项多学科交叉多技术集成的先进制造技术，也是制造理论研究成果中具有代表性的成果之一．笼统地讲,快速成型属于添加成型,严格地讲,快速成型是离散/堆积成型.将计算机上制作的零件三维模型,进行网格化处理并存储,对其进行分层处理,得到各层截面的二维轮廓信息,按照这些轮廓信息生成加工路径,由成型头在控制系统的控制下,选择性地固化或切割一层层的成型材料,形成各个截面轮廓薄片,并逐渐顺序叠加成三维坯件,然后进行坯件的后处理,形成零件,如图1-1所示.第一章快速成型原理及方法概要快速成型（RapidProt3快速成型技术及应用讲解课件4第一章快速成型原理及方法概要1.1成型方式分类根据现代成形学的观点,从物质的组织方式分为以下四类:(1)去除成形(DislodgeForming).去除成型是利用分离的方法,把一部分材料有序地从基体上分离出去而成型的方法.(2)堆积成形(StackingForming)．堆积成型是运用合并与连接的方法，把材料（气．液．固相）有序地合并堆积起来的成型方法．RP即属于堆积成型．堆积成型是在计算机控制下完成的，其最大特点是不受成型零件复杂程度的限制．从广义上讲，焊接也属堆积成型范畴．第一章快速成型原理及方法概要1.1成型方式分类5第一章快速成型原理及方法概要1.1成型方式分类(3)受迫成形（StackingForming）受迫成型是利用材料的可成形性（如塑性等）在特定外围约束（边界约束或外力约束）下成形的方法．传统的锻压，铸造和粉末冶金等均属于受迫成形．(4)生长成形(GrowthForming)生长成形是利用材料的活性进行成形的方法，自然界中生物个体发育均属于生长成形，“克隆”技术是产生在人为系统中的生长成形方式．随着活性材料，仿生学，生物化学，生命科学的发展，这种成形方式将会得到很大发展．第一章快速成型原理及方法概要1.1成型方式分类6第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法1.2.1立体印刷(StereoLithographyApparatus--SLA)

此工艺方法也称液态光敏树脂选择性固化．这是一种最早出现的RPT，它的原理如图1-3所示．液槽中盛满液态光敏树脂，它在紫外激光束的照射下快速固化．成形开始时，可升降工作台使其处于液面下一层厚的地方。聚焦后的紫外激光束在计算机的控制下按截面轮廓进行扫描，使扫描区域的液态树脂固化，形成该层面的固化层．然后工作台下降一层的高度，其上覆盖另一层液态树脂，再进行第二层的扫描固化，与此同时新固化的一层牢固地黏结在前一层上，如此重复直到整个产品完成．第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法7第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法1.2.2分层实体制造(LaminatedObjectManufacturing--LOM)也称薄形材料选择性切割．它根据三维模型每一个截面的轮廓线．在计算机的控制下，用CO2激光束对薄形材料(如底面涂胶的纸)进行切割，逐步得到各层截面，并黏结在一起，形成三维产品，如图所示．这种方法适合成形大．中型零件，翘曲变形小，成形时间较短，但尺寸精度不高，材料浪费大，且清除废料困难．第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法8第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法1.2.3选择性激光烧结(SelectedLaserSintering--SLS)

粉末材料选择性激光烧结的原理如图1-5所示.使用CO2激光器烧结粉末材料(如蜡粉,PS粉,ABS粉,尼龙粉,覆膜陶瓷和金属粉等).成形时先在工作台上铺上一层粉末材料,激光束在计算机的控制下,按照截面轮廓的信息,对制件的实心部分所在的粉末进行烧结.一层完成后,工作台下降一层厚,再进行后一层的铺粉烧结.如此循环,最终形成三维产品.第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法9第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法1.2.4熔化沉积成形(FusedDepositionModel--FDM)熔化沉积成形也称丝状材料选择性熔覆，其原理如图1-6所示．三维喷头在计算机控制下，根据截面轮廓的信息，做x-y-z运动。丝材（如塑料丝）由供丝机构送至喷头，并在喷头中加热，熔化，然后被选择性地涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层截面。一层完成后，工作台下降一层厚，再进行后一层的涂覆，如此循环形成三维产品。第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法10第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法1.2.5三维打印(Three-DimensionalPrinting---3D-P)

三维打印也称粉末材料选择性粘结，如图1-7所示。喷头在计算机的控制下，按照截面轮廓的信息，在铺好的一层粉末材料上，有选择性地喷射粘结剂，使部分粉末粘结，形成截面层。一层完成后，工作台下降一个层厚，铺粉，喷粘结剂，再进行后一层的粘结，如此循环形成三维产品。粘结得到的制件要置于加热炉中，作进一步的固化或烧结，以提高粘结强度。第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法11第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法

1.2.6固基光敏液相法（Solidgroundcurling--SGC）

固基光敏液相法的工艺原理如图1-8所示。一层的成型过程由五步来完成：添料；掩膜紫外光曝光；清除未固化的多余液体料；向空隙处填充蜡料和磨平。掩膜的制造采用了离于成像技术，因此同一底片可以重复使用。由于过程复杂，SGC成形机是所有成形机中最庞大的一种。

第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法12第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法1.2.7热塑性材料选择性喷洒下图是一种喷墨式的热塑性材料选择性喷洒快速成型系统的原理图。它采用两个喷嘴，其中一个用于喷洒成形用热塑性材料，另一个用于喷洒支撑成形件的蜡。这两个喷嘴能根据截面轮廓的信息，在计算机的控制下做x-y平面运动，选择性地分别喷洒溶化的热塑性材料和蜡，此两种材料在工作台基底上迅速冷却后形成固态截面层和支撑结构。随后，用一刀具铣平它们的上表面，使其控制在预定的截面高度，每层截面成型之后，工作台下降一截面层的高度，再进行后一层的喷洒，如此循环。第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法13第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法1.2.8变长线扫描SLSRPT1.2.9高功率激光二极管线阵能量源SLSRPT第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法14第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向

RPT是当今世界上发展最迅速的先进制造技术之一，在短短十几年的时间里，从只有一家公司的一台设备（1988年第一台商业化成形机问世）发展到数百家机构从事成形设备、工艺和相关材料的研究开发，成批的加工中心面向社会承揽来图加工服务，更多的企业利用RPT直接为生产和新产品开发服务。美国在这一领域一直处于领先地位，而欧洲、日本和中国在RPT上也取得了长足的进步。1.国外RPT的现状美国许多世界著名大学和研究机构投入了大量经费和人力进行这方面的研究，具有代表性的有：

第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向15第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向

美国MIT(MassachusettsInstituteofTechnology),是3D－P技术的发源地，包括金属型和陶瓷型，后者已商业化。目前MIT在直接金属熔化沉积制造中取得了相当的进展。美国DaytonUniversity，从事包括SLA在内的多种RPT工艺。美国UT（TexasUniversityatAustin），与DTM公司合作，主要为SLS工艺。美国CarnegieMellonUniversity，主要从事基于RPT的微型机械研究和开发。第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向16第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向美国DrexelUniversity、NewJersey理工学院、斯坦福以及许多大学都在进行这方面的研究工作。美国海军的DavidTaylorResearchCentre以及AerospacCompanyRohrIndustriesofSanDiego也参加到了这个领域中来。英国Nottingham和苏格兰Dundee等许多大学和研究机构在开展这方面的工作。日本以东京大学为首，一批学术、研究单位也积极开展了这方面的工作。第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向17第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向

德国、新加坡、以色列等国也在RPT方面投入力量进行了卓有成效的研究。国外各类RP设备和工艺的产业化情况如下表。第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向18快速成型技术及应用讲解课件19第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向2.国内RPT的现状国内RPT的研究从20世纪90年代初开始，起步较早，发展很快，具有代表性的有：清华大学，主要从事基于LOM和FDM工艺的设备、工艺和材料的研究，已经产业化。华中理工大学，主要从事基于LOM工艺的设备、工艺和材料的研究，进来也开展了对SLS的研究，已经产业化。浙江大学，主要对光敏树脂的成形性能进行了许多研究。第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向20第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向

南京航空航天大学、北京隆源公司，主要从事基于SLS工艺的设备、工艺和材料的研究，后者已经产业化。西安交通大学则在SLS设备、工艺和材料的研究方面取得了很大进展，也已经产业化。西北工业大学利用高功率激光器直接烧结金属粉，成形结构零件取得了阶段性成果。中北大学（原华北工学院）对SLS的研究取得了重大突破，研制成功线扫描SLS设备，提高了成形效率和质量。该项成果具有自主知识产权，技术达国际先进水平。第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向21第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向该校开发的点扫描SLS设备，具有光斑尺寸小（直径0.3mm）、加工精度高等特点，技术达到国内领先水平。同时自主开发的蜡粉、PS粉等成形材料性能也好于国内同类产品，已获得较好的产业化成果。近年来在全国各地建立的RPT中心已经遍布北京、太原、深圳、广州、天津、上海、西安、武汉、宁波、重庆以及香港、台湾等地。一些大型企业配备了RPS，服务于本企业的生产和新产品开发。目前，RPT在我国的推广和发展呈现出大好势头。第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向22第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向

3.RPT的发展方向由于RPT属于一种新的制造技术，因此在设备、工艺和材料各方面都存在很大的发展空间。上述介绍的各种RP工艺方法各具优缺点，加工对象和应用方向也各有侧重，使用的材料也不同。因此如何扬长避短，进一步完善和改进各种RP工艺，提高加工效率和质量，降低设备制造成本和运行成本，研究开发更多适用材料，降低材料成本，这是RPT到了产业化阶段参与激烈的市场竞争必须要面临的问题。直接使用金属材料和陶瓷成形产品结构件，这是全世界RPT的发展方向，国外已经从事这方面的研究并第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向23第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向取得重大成果。如美国DTM公司利用SLS工艺成形金属件。一般可通过两种途径：一是使用高功率二氧化碳激光直接烧结金属粉，逐层堆积成致密度高的结构件；二是使用中低功率二氧化碳激光烧结覆膜金属粉成形，然后通过高温烧结和渗金属处理获得致密度高的结构件。国内如中北大学已利用SLS工艺间接成形小型结构件并获得阶段成果。西工大在高功率激光直接烧结金属粉的研究已取得重大进展。加强RPT的应用研究，最大程度地拓宽其应用领域。我国更应重视将RPT与反求工程相结合设计开发新产品，符合中国国情。第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向24第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向

完善系统工艺，进一步提高成形速度和精度，降低系统价格和运行成本，开发出满足工程要求的材料是RPT发展的重点。另外，完善RP系统与CAD系统的接口，制定统一的数据交换标准也是一直研究的重点之一。第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向25第二章快速模具制造技术概要2.1快速模具制造技术的概念

在传统制造业中一般是采用对锻材火型材进行机械加工的方法获得模具。下图为一种典型的金属模具生产工艺流程。第二章快速模具制造技术概要2.1快速模具制造技术的概念26第二章快速模具制造技术概要2.1快速模具制造技术的概念

应用快速成型方法制造模具的技术称为快速模具制造技术（简称RT），而基于RT技术的快书模具制造由于技术集成程度高，从CAD数据到物理实体转换过程快，因而同传统的数控加工方法相比，加工一件模具的制作周期仅为前者的1/3～1/10，生产成本仅为1/3～1/5。快速模具制造技术的具体实现途径或工艺路线如下图所示。第二章快速模具制造技术概要2.1快速模具制造技术的概念27快速成型技术及应用讲解课件28第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类

目前RT技术主要集中在两个大的研究方向：第一是直接快速制模（DirectRapidTooling--DRT），即用SLS，FDM，LOM等快速成型工艺方法直接制造出树脂模，陶瓷模和金属模具；第二是间接制模（IndirectRapidTooling--IRT），即用快速成型件作母模或过渡模具，再通过传统的模具制造方法来制造模具。第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类29第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类2.2.1直接快速制模技术直接制模技术包括三种工艺方法。1.软模技术采用各种快速成型技术包括SLA，SLS，LOM，可直接将CAD模具（虚拟模型）转化为具有一定机械性能的非金属的原形（物理模型），在许多场合下可作为软模具使用，用于小批量塑料零件的生产。第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类30第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类2.2.1直接快速制模技术2.准直接快速制模技术这里准直接主要是指通过RP技术生产的模具还需要较多的后续工作才能用于工件的生产，其主要方法是通过RP方法将包有粘结剂的金属粉（SLS），金属悬浮液（SLS），带有金属粒子的塑料（FDM）成型为半成品，再经过粘结剂的去除和渗金属等后续工艺从而生产模具。第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类31第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类2.2.1直接快速制模技术3.真直接快速制模技术该技术可直接从RP系统制造高密度的金属模具，通常采用金属粉末的激光烧结成型技术（SLS）。它包括两种工艺方法：第一，金属粉末大功率激光烧结成型法，即利用高功率激光（1000W以上）对金属粉末进行扫描烧结，逐层叠加成型，成型件经表面后处理（打磨，经加工）即完成模具制作，制作的模具可作为压铸模，煅模使用；第二，混合金属粉末激光烧结成型法，即金属粉末为两种金属粉末的混合体，其中的一种熔点较低，起粘结剂的作用。第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类32第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类2.2.2间接快速制模技术（IRT）该技术所涉及的RP方法包括了LOM，SLS，SLA，FDM等，它有两种制模方法：第一种是通过RP方法成型一个木模或树脂模型，再通过模型用硅橡胶模，电击成型，金属喷涂等传统模具制造方法生产模具；第二种是通过RP技术生产铸模（蜡模，消失模）和铸型（砂型或壳型），再结合铸造技术生产金属模具。第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类33第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类2.2.2间接快速制模技术（IRT）常用的间接快速制模技术有以下几种：（1）喷涂法。采用喷枪将金属喷涂到RP原型上形成一个金属硬壳层，将其分离下来，用填充铝粉的环氧树脂或硅橡胶支撑，即可制成注塑模具的型腔。（2）硅橡胶模法。硅橡胶的制备方法是将液体硅胶按照快速成型母模的分型线依次浇铸，待硅胶固化后，再将母模脱去，形成一副橡胶模具。(3)Hausermann研磨法。将环氧树脂与碳化硅磨料的混合物浇附在RP原型上，产生一个工件的印模，此印模第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类34第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类2.2.2间接快速制模技术（IRT）

可作为压力振动法研磨工具，用以制造形状复杂的石墨电极（电火花加工用）。（4）尿烷铸造。又称室温固化（RTV）型铸造，在航空航天，体育用品，玩具和装饰品等很多领域中应用广泛。可用RP原型制作RTV硅铜模，用于小批量生产多种塑料零件。（5）真空成形。真空成形已广泛应用于塑料杯，食品包装，高档家具以及汽车内部装饰件等领域。由于成型过程的温度低于54.4℃，多种RP原型均可直接用真空成形模，从而有效地缩短了生产时间和降低了成本。第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类35第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类2.2.2间接快速制模技术（IRT）（6）基于RP原型的精密铸造。根据实物的RP原型（正型）可翻制成硅胶型腔（负型），再翻制成陶瓷型（正型）；利用陶瓷正型可精铸出一个金属（如锌铝合金，钹铜）型腔（负腔）用以注塑成形。利用SLS技术则可以直接成型陶瓷型进行金属模具的制造。（7）熔模铸造。RP技术的最大优势在于它能迅速产生复杂形状的原型，而熔模铸造（失蜡铸造）的长处是利用模型制造复杂的零件，两者结合在一起，可快速制造出各种零件。第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类36第二章快速模具制造技术概要2.3快速模具制造技术的发展趋势

许多间接模具制造工艺正被开发出来，用以制作生产用模具，特别是用钢和其他金属及陶瓷来制作注塑模具。传统的靠熟练模具技师用电加工和机加工模具的制造工艺总是引起严重的成本方面的问题和较长的生产周期，RP技术的使用大大加速了模具制造过程。今后快速模具制造技术的发展趋势是：（1）提高模具制造精度，尺寸精度在±0.015mm～±0.05mm之间，并且具有良好的表面质量，尽量减少最终机加工和抛光的工序，以保证工艺的经济性；（2）大力开发新材料新工艺，开发高强度金属模具的直接制造技术，以缩短生产周期，降低生产成本。第二章快速模具制造技术概要2.3快速模具制造技术的发展趋势37第二章快速模具制造技术概要2.3快速模具制造技术的发展趋势以下对目前国际上有关快速模具制造技术的新进展做简单介绍：

1.NCC模具制作技术CEMCOM研究公司正在开发一种基于RPT的短期使用的生产级注塑模具工艺——NCC模具制作工艺。它采用RP原型作模板，在模板上镀镍，然后在薄而坚硬的镀镍表面压上坚硬的陶瓷材料，来快速制造镍-陶瓷组分的注塑模具。与传统机加工模具制造技术相比，这种技术能将制造模具的时间缩短一半，模具可使用几十次到几千次不等。第二章快速模具制造技术概要2.3快速模具制造技术的发展趋势38第二章快速模具制造技术概要2.3快速模具制造技术的发展趋势

这种工艺特适合尺寸大于250mm×250mm模具的制造，模具精度主要取决于原始模具精度。目前CEMCOM公司和PitneyBowes公司、伊士曼柯达公司、福特汽车公司合作，正在继续完善该项技术，主要解决尺寸精度、易操作性和加工速度等问题。2.基于RP技术的金属粉末锻造工艺RapidDynamics公司正在开发一种基于RP技术的金属粉末锻造工艺，用来制造钢模和嵌件。按照发明者PaulVawter的说法，金属粉末锻造工艺可以在数天内完成模具制造，该专利技术是由铸造专家Vawter教授用了7年时间开发完成的。第二章快速模具制造技术概要2.3快速模具制造技术的发展趋势39第二章快速模具制造技术概要2.3快速模具制造技术的发展趋势

其制造工序为：（1）利用一种新的低缩水（低于0.5％）的陶瓷材料作为成型材料，结合RP技术制作原型，作为金属模具或嵌件的模型；（2）将H13或P20钢粉涂在模型表面，然后加热到锻造温度并用空气锤进行锻造，在合适的温度和压力下使金属粉末被热压为固体金属，形成金属模具或嵌件。这种模具或嵌件的制造精度可达0.02mm～0.05mm.实际上，这种工艺非常类似于粉末冶金。第二章快速模具制造技术概要2.3快速模具制造技术的发展趋势40第二章快速模具制造技术概要2.3快速模具制造技术的发展趋势

3.三维打印技术（3DP）三维打印技术（3DP）是由麻省理工学院发明的，最近他们开发了一种注塑模具的快速制造工艺，基本制造工序为：（1）向不锈钢粉末喷射丙烯酸加胶体粘合剂制造原型；（2）将原型放入加热炉中燃烧，去除有机树脂成分；（3）渗入铜和锡形成致密的注塑金属模具，模具制造精度可达0.05mm。第二章快速模具制造技术概要2.3快速模具制造技术的发展趋势41第二章快速模具制造技术概要2.3快速模具制造技术的发展趋势该项技术从生产角度出发，更加重视快速热循环技术，在模具中增加了仿型的冷却水通道，用油加热模具，注射塑料零件，然后用冷油通过冷却管道快速冷却，以减少热变形和内部热应力，使模具能承受高频率的热疲劳从而保证在注塑过程中温度保持一致，从而保证了产品质量。专用模具和机械制造商Extrude-Hone公司购买了使用三维打印（3DP）技术的独家使用许可权，用来生产金属模具和金属零件。4.金属粉末激光直接成型技术该项技术利用大功率激光熔化高熔点金属粉末，第二章快速模具制造技术概要2.3快速模具制造技术的发展趋势42第二章快速模具制造技术概要2.3快速模具制造技术的发展趋势通过逐层激光涂敷的方式从三维CAD模型直接制造出金属模具。所使用的激光器功率在千瓦级以上，金属粉由送粉器送进，经过激光熔池时熔化，涂敷在位于数控工作台的底板上。由于激光涂敷时熔化和冷却速度极快，得到的材料组织细小、均匀、致密，制件的力学性能和耐腐蚀性能得到提高。目前，该技术在西方发达国家即将进入实际使用阶段。国内西北工业大学、清华大学、上海交通大学、北京航空航天大学也正在开展该项技术的研究，但与国外先进水平还存在较大差距。第二章快速模具制造技术概要2.3快速模具制造技术的发展趋势43第二章快速模具制造技术概要2.3快速模具制造技术的发展趋势

5.LOM技术采用金属带、不锈钢带为成型材料，利用LOM技术可以直接制造出金属零件和模具，这是LOM技术目前发展的一个主要方向。该技术在国外已接近实用阶段，在国内尚未开展。第二章快速模具制造技术概要2.3快速模具制造技术的发展趋势44第三章快速成型系统的软件技术3.1CAD软件系统——RP的支持性软件

快速成型的前提条件是在计算机上构造的三维模型，因而要求用于模型的CAD软件系统有较强的三维造型功能。

第三章快速成型系统的软件技术3.1CAD软件系统——RP45第三章快速成型系统的软件技术3.2快速成型技术中常用的文件格式

常用的有以下几种：（1）STL格式。该格式最初出现于1989年美国3DSystema公司生产的SLA快速成型系统，它是目前常见到的文件格式，用于将三维模型近似成小三角形平面的组合。（2）IGES格式。该格式是大多数CAD系统采用的一种国际如行转换标准，用于支持不同文件格式见的转化。（3）STEP格式。该格式是一种正在逐步国际标准化的产品数据交换标准。第三章快速成型系统的软件技术3.2快速成型技术中常用的文46第三章快速成型系统的软件技术3.3切片软件

快速成型系统的输入数据，通常可以由CAD模型数据转换成STL数据格式，经片层处理而得到；也可以通过由CAD底层开发出来的成型系统软件直接产生。第三章快速成型系统的软件技术3.3切片软件47第三章快速成型系统的软件技术3.3切片软件3.3.1STL文件的切片处理STL文件的切片处理过程如下图所示。先由CAD设计的三维模型产生STL文件，再经过转化，形成一系列平行于x-y平面的轮廓线，表示所设计的三维模型。切片的目的是将模型以片层方式来描述，片层的厚度通常再0.05－0.5mm之间。切片处理将计算机中的集合模型变成轮廓线表述。第三章快速成型系统的软件技术3.3切片软件48快速成型技术及应用讲解课件49第三章快速成型系统的软件技术3.3切片软件3.3.2拓扑处理用上述方法取得的成型机输入数据只是平行扫描矢量，而一般的激光扫描系统还要做各种其他方式的扫描，如边界轨迹扫描，分半扫描和智能扫描，通常要求再切片平面中带有拓扑信息。上述切片方法很难实现这些高级的扫描方式。第三章快速成型系统的软件技术3.3切片软件50第三章快速成型系统的软件技术3.3切片软件3.3.3扫描路径的生成算法（传统的分区方法）扫描路径生成主要有两种方法：（1）方向平行路径：每一段路径均相互平行，再边界线内往复扫描，也成为Z字路径。如图a.（2）轮廓平行路径：扫描路径由轮廓的一系列等距线组成。如图b.第三章快速成型系统的软件技术3.3切片软件51第三章快速成型系统的软件技术3.4基于UG的快速成型技术第三章快速成型系统的软件技术3.4基于UG的快速成型技术52第三章快速成型系统的软件技术3.4基于UG的快速成型技术

其主要过程如下：1）三维模型设计在设计师完成产品概念设计之后，利用UG的特征造型模块和曲面造型模块完成模型的三维设计。2）零件设计好后用UG的注塑模块和冲压模块以三维CAD模型作为参考零件设计制造该零件的模具。3）对于一些复杂的三维产品模型上的不规则的自由曲面，ug软件将其二维模型传输给快速成型系统进行制造钱必须对该曲面进行近似处理。用一系列的小三角行平面来近似逼近自由曲面。因此首先将设计好的三维模型选择File菜单中的Export命令下拉菜单中的Rapid-Prototyping操作，产生STL格式文件，并输入到快速成第三章快速成型系统的软件技术3.4基于UG的快速成型技术53第三章快速成型系统的软件技术3.4基于UG的快速成型技术型系统。实现快速成型的系统根据计算机上的构造的三维设计模型，从此STL格式文件的三维模型上沿成型的高度方向，每隔一定的间隔自动提取截面轮廓线的信息，进行逐层平面切片处理，根据切片处理得到平面截面轮廓。4）原型制造快速成形系统的成形头（激光头或喷头）在x-y平面内，自动按照轮廓线运动，切割纸（或固化液态树脂，烧结粉末标准，或喷射黏合剂，热溶材料），得到一层层的截面轮廓，每层截面轮廓成形之后，快速成形系统将下一层材料送至已成形的轮廓面上，然后进行新一层截面轮廓材料的成形，从而将一层层截面轮廓重合在一起，最终形成三维产品。第三章快速成型系统的软件技术3.4基于UG的快速成型技术54第三章快速成型系统的软件技术3.4基于UG的快速成型技术5）三坐标检测在用快速成形方法制成成品后，利用自动检查设备（如激光测量机）对成品进行检查，取得数据，通过UG中强有力的分析工具UG/scenarioforstructuers模块，再与UG的设计模型进行对比，通过比较制成品和原始实体模型来快速检查复杂产品的制造精度。在仿制产品时，CAE模块提供了用坐标测量机对已有的产品实体进行扫描，将数据转入UG的三位模型的工具。在接口技术上，其CAD模块提供了多种标准接口，UG/DataExchange数据交换模块提供基于STEP、IGDS和DXF标准的双向数据接口功能，可以方便转化成为快速成形的数据输入。第三章快速成型系统的软件技术3.4基于UG的快速成型技术55第四章中北大学在此方面的一些成果概述：第四章中北大学在此方面的一些成果概述：56第四章中北大学在此方面的一些成果4.1变长线扫描SLSRPT第四章中北大学在此方面的一些成果4.1变长线扫描SLSR57第四章中北大学在此方面的一些成果4.1变长线扫描SLSRPT一般的SLSRPT是将二氧化碳激光器的输出光束通过聚焦透镜在工作面上形成具有很高能量密度且尺寸很小的光斑，此光斑对铺平在工作台上的粉末材料进行烧结。面变长线扫描SLSRPT是将二氧化碳激光束通过柱面透镜在工作面上形成具有与上述光斑相同能量密度的细长线束，此线束的长度可随x-y二维直线导轨扫描同步地变化，使之与当前烧结层截面的几何形状相适应。这一长度可变面能量密度不便的现状能源对工作台的粉末材料进行烧结，形成由任意曲线未成的片层实体，片层叠加成为所需要的三维产品。如果片层尺寸大于激光线束的最大长度，可以在线长方向搭接往复扫描；如果片层内含有孔洞不需要烧结，则应以此孔的两个定点为基准进行分区扫描。第四章中北大学在此方面的一些成果4.1变长线扫描SLSR58第四章中北大学在此方面的一些成果4.1变长线扫描SLSRPT本项技术已经成熟，它与点扫描SLSRPT相比，具有成形尺寸大，成形效率高（尤其是对大型实心零件）的优点。中北大学研制的LLS-500D变长线扫描RPS的性能指标为：最大工件尺寸：￠500mm×400mm；线束长度：0.15mm～50mm连续无极可调；线束宽度：0.15mm;二氧化碳激光器功率:100W;扫描方式：直线导轨扫描第四章中北大学在此方面的一些成果4.1变长线扫描SLSR59第四章中北大学在此方面的一些成果4.2高功率激光二极管线阵能量源SLSRPT这种线扫描SLSRPT也是由中北大学发明且具有自主知识产权的新技术。下面是其原理图：第四章中北大学在此方面的一些成果4.2高功率激光二极管线60第四章中北大学在此方面的一些成果4.2高功率激光二极管线阵能量源SLSRPT其能量源不是使用二氧化碳激光器而是使用高功率激光二极管（功率0.5W～1W)。将若干个二极管通过光纤耦合后，将光纤输出端对准，使各激光二极管发出的光束再工作面上形成直径约为0.25mm的光斑。如果光斑直径小于光纤间的中心距p（成为节距），说明形成的长线为断续的虚线，需要将若干线阵形成的虚线像互相镶嵌，使之成为实线。这种工艺方法具有很高的加工效率，当线阵长度足够大时，扫描只要再一个方向上进行；线阵长度小于片层时，可以分区扫描。由激光二极管线阵构成的SLSRP系统的能量源体积小，结构紧凑，可成为研制桌面型SLSRP系统的技术基础。第四章中北大学在此方面的一些成果4.2高功率激光二极管线61第四章中北大学在此方面的一些成果4.3快速成型用材料方面4.3.1精铸蜡粉（PCPI）中北大学采用化学合成法，开发了以杨花聚乙烯蜡为主要成分的复合精铸蜡粉（PCP1），其主要性能指标如下表所示：

其烧结成型件经简单后处理（清粉、涂液）即可达到精铸蜡模的要求，再通过传统的精铸工艺，进行涂壳、脱蜡、焙烧等，便可制得合格铸件。第四章中北大学在此方面的一些成果4.3快速成型用材料方面62第四章中北大学在此方面的一些成果4.3快速成型用材料方面与PS、PC等用于快速精铸的树脂成型粉末材料相比，具有以下优点：（1）烧结性能好，无需预热；（2）成型性能优良，成型件变形小；（3）脱模性好，用蒸气法即可脱除干净，无需燃烧分解，避免了环境污染。（国内只有中北大学开发了低熔点的激光烧结成型用精铸蜡粉）第四章中北大学在此方面的一些成果4.3快速成型用材料方面63第四章中北大学在此方面的一些成果4.3快速成型用材料方面以下是精铸蜡粉（PCPI）的激光烧结成型件。第四章中北大学在此方面的一些成果4.3快速成型用材料方面64第四章中北大学在此方面的一些成果4.3快速成型用材料方面4.3.2覆膜金属粉国内中北大学与华中科技大学开展了覆膜金属粉的激光烧结成型技术研究，中北大学开发的覆膜金属粉（CMP）主要性能如下：（1）成分：（2）外观：灰色粉末；（3）粒度：160目～300目（4）激光烧结成型温度140℃，烧结件变形很小，成型尺寸精度正负0.15mm。第四章中北大学在此方面的一些成果4.3快速成型用材料方面65第四章中北大学在此方面的一些成果4.3快速成型用材料方面下图为覆膜金属粉（CMPI）激光烧结成型件及其后处理金属成品件第四章中北大学在此方面的一些成果4.3快速成型用材料方面66第四章中北大学在此方面的一些成果4.3快速成型用材料方面4.3.3覆膜陶瓷粉（CCPI）国内北京隆源自动成型有限公司、华中科技大学、中北大学在进行覆膜陶瓷粉末产品及其激光快速成型工艺发面的研究工作，中北大学开发的覆膜陶瓷粉末（CCPI）主要性能如下：（1）外观：黑色粉末；（2）粒度：160目～300目；（3）激光烧结成型温度130℃，烧结件变形很小，尺寸稳定。第四章中北大学在此方面的一些成果4.3快速成型用材料方面67第四章中北大学在此方面的一些成果4.3快速成型用材料方面4.3.4原型烧结粉（STPI）中北大学开发的原型烧结粉制作的原型经过浸树脂后处理已成功用于制造芯盒和模板第四章中北大学在此方面的一些成果4.3快速成型用材料方面68第四章中北大学在此方面的一些成果另外，中北大学铸造工程中心从乌克兰引进了国内第一台电磁泵低压浇注系统，已成功应用于坦克发动机铝铸件的生产。第四章中北大学在此方面的一些成果另外，中北大学铸造工程中心69第四章中北大学在此方面的一些成果4.4技术产业化北京北方恒利科技发展有限公司/该公司是由中国兵器科学研究院、中北大学、中国兵器新技术推广所共同投资创办的高新技术企业。其快速成型产品有：HLP-350;HLP-450;成型材料。第四章中北大学在此方面的一些成果4.4技术产业化70第四章中北大学在此方面的一些成果HLP-350性能指标：

（1）成型尺寸：350×350×380(mm);

（2）扫描速度：4000mm/s;

（3）精度：±0.2mm;

（4）功率：3kw(220v,50Hz);

（5）运行环境：15-28℃

（6）烧结材料：精铸蜡粉、PS粉、尼龙粉、覆膜陶瓷粉、覆膜金属粉；

（7）外型尺寸：2000×808×1850（mm）第四章中北大学在此方面的一些成果HLP-35071第四章中北大学在此方面的一些成果4.4技术产业化4.4.1HLP-350

系统软件组成：（1）前处理软件

主要功能：分层切片、STL文件错误修复、比例缩放、实体分割/组合，支撑填加、尺寸测量；STL、SSL、CLI图形文件图形文件读入、STL图形显示、等间隔分层切片、自适应分层切片、扫描轨迹优化及控制代码生成，加工时间预测等；可与工业CT扫描设备接口，对扫描数据文件（CLI）加工成型。

第四章中北大学在此方面的一些成果4.4技术产业化72第四章中北大学在此方面的一些成果4.4技术产业化4.4.1HLP-350（2）系统控制软件

主要功能:扫描控制代码读入、加工参数设置、加工过程预热温度曲线设置、加工过程激光功率曲线设置，免支撑预热等待温度/时间设定,加工过程层片图形实时显示、故障诊断及报警等。第四章中北大学在此方面的一些成果4.4技术产业化73第四章中北大学在此方面的一些成果4.4技术产业化4.4.2HLP-350技术指标(1)成型尺寸：450×450×450(mm)

(2)扫描速度：4000mm/s

(3)精度：±0.2mm

(4)功率：7kw(220V,50Hz)

(5)烧结材料：精铸蜡粉、PS粉、尼龙粉、覆膜金属粉

(6)外型尺寸：2700×1100×2200(mm)第四章中北大学在此方面的一些成果4.4技术产业化74第四章中北大学在此方面的一些成果4.4技术产业化4.4.3成形用材料第四章中北大学在此方面的一些成果4.4技术产业化75第四章中北大学在此方面的一些成果4.4技术产业化4.4.3成形用材料

公司自主开发了适合于激光烧结快速成型技术的粉末材料，包括五种类型：精铸蜡粉、PS粉、复合尼龙粉、覆膜陶瓷粉及覆膜金属粉。其中精铸蜡粉烧结件可以采用常规蒸气脱蜡。精铸蜡粉及复合尼龙粉、覆膜陶瓷粉、覆膜金属粉为国内独家生产。各种材料主要性能及应用介绍如下：

1、精铸蜡粉（PCP1）

由化学合成法制得，其主要性能指标为：

（1）外观：白色粉末

（2）粒度：140目、160目多种规格

（3）熔点：＜100℃

具有烧结性能好，变形小，预热温度低（40℃以下）的优点。制得的烧结成型件经简单后处理，即可作为精铸蜡模使用；采用蒸气法脱模，避免了环境污染。该产品已在多家快速成型加工单位得到应用。第四章中北大学在此方面的一些成果4.4技术产业化76第四章中北大学在此方面的一些成果4.4技术产业化4.4.3成形用材料

2、PS粉（STP1、STP2）

主要性能指标：

（1）外观：白色粉末

（2）粒度：140目，160目，200目等多种规格

（3）熔点：150℃、180℃

该粉末烧结性能优良，熔点较低，烧结变形小，利于加工成型，可重复使用。其烧结成型件经不同的后处理方法具有以下功能：

①结合浸树脂工艺，进一步提高其强度，可做为原型件及功能零件。

②经浸蜡后处理，做为精铸模使用，可用燃烧法方便脱除。

3、复合尼龙粉（CPP1）

主要性能指标：

（1）外观：白色粉末

（2）粒度：160目，200目等多种规格

（3）熔点：140℃

该粉末烧结性能优良，熔点较低，烧结变形小，利于加工成型，可重复使用。其烧结成型件与PS成型件相比，具有以下优点：

①无需浸树脂后处理即可做为原型件及功能零件使用；

②强韧性能好，尤其是韧性大大好于PS成型件。

第四章中北大学在此方面的一些成果4.4技术产业化77第四章中北大学在此方面的一些成果4.4技术产业化4.4.3成形用材料4、覆膜陶瓷粉（CCP1）

对陶瓷粉末经过树脂包覆制得，其性能如下：（1）外观：灰色粉末（2）粒度：160--300目（3）烧结成型温度：130℃

烧结件变形很小，尺寸稳定，后处理工艺包括，脱脂及高温烧结二步，最终得到铸造用陶瓷型壳或陶瓷零件。

5.覆膜金属粉（CMP1）

对不锈钢粉末经过树脂包覆制得，其性能如下：

（1）外观：黑灰色粉末

（2）粒度：160目、200目、260目、300目

（3）烧结成型温度：130℃

烧结件变形很小，尺寸稳定，后处理工艺包括，脱脂、高温烧结（或渗金属）处理，最终得到金属零件或注塑、压蜡用金属模具。

第四章中北大学在此方面的一些成果4.4技术产业化78第四章中北大学在此方面的一些成果4.4技术产业化4.4.4快速原型制造该公司设有快速成型加工中心，利用SLS技术可以方便、快捷地制造出所需要的原型，主要是塑料（PS、PA、ABS等）原型。它在新产品的开发中具有十分重要的作用。

第四章中北大学在此方面的一些成果4.4技术产业化79快速成型技术及应用讲解课件80快速成型技术及应用讲解课件81快速成型技术及应用讲解课件82快速成型技术及应用讲解课件83快速成型技术及应用讲解课件84快速成型技术及应用讲解课件85快速成型技术及应用讲解课件86快速成型技术及应用讲解课件87快速成型技术及应用讲解课件88快速成型技术及应用讲解课件89谢谢大家多多指教谢谢大家多多指教90快速成型技术及应用中北大学学习略记快速成型技术及应用中北大学学习略记91目录快速成型及技术原理及方法概要快速模具制造技术概要快速成型技术的软件技术中北大学在此方面的一些成果目录快速成型及技术原理及方法概要92第一章快速成型原理及方法概要快速成型（RapidPrototyping--RP）技术属于机械工程学科特种加工工艺的范围，用激光作为能源的快速成型技术（RPT）还可以归入激光加工门类，它是一项多学科交叉多技术集成的先进制造技术，也是制造理论研究成果中具有代表性的成果之一．笼统地讲,快速成型属于添加成型,严格地讲,快速成型是离散/堆积成型.将计算机上制作的零件三维模型,进行网格化处理并存储,对其进行分层处理,得到各层截面的二维轮廓信息,按照这些轮廓信息生成加工路径,由成型头在控制系统的控制下,选择性地固化或切割一层层的成型材料,形成各个截面轮廓薄片,并逐渐顺序叠加成三维坯件,然后进行坯件的后处理,形成零件,如图1-1所示.第一章快速成型原理及方法概要快速成型（RapidProt93快速成型技术及应用讲解课件94第一章快速成型原理及方法概要1.1成型方式分类根据现代成形学的观点,从物质的组织方式分为以下四类:(1)去除成形(DislodgeForming).去除成型是利用分离的方法,把一部分材料有序地从基体上分离出去而成型的方法.(2)堆积成形(StackingForming)．堆积成型是运用合并与连接的方法，把材料（气．液．固相）有序地合并堆积起来的成型方法．RP即属于堆积成型．堆积成型是在计算机控制下完成的，其最大特点是不受成型零件复杂程度的限制．从广义上讲，焊接也属堆积成型范畴．第一章快速成型原理及方法概要1.1成型方式分类95第一章快速成型原理及方法概要1.1成型方式分类(3)受迫成形（StackingForming）受迫成型是利用材料的可成形性（如塑性等）在特定外围约束（边界约束或外力约束）下成形的方法．传统的锻压，铸造和粉末冶金等均属于受迫成形．(4)生长成形(GrowthForming)生长成形是利用材料的活性进行成形的方法，自然界中生物个体发育均属于生长成形，“克隆”技术是产生在人为系统中的生长成形方式．随着活性材料，仿生学，生物化学，生命科学的发展，这种成形方式将会得到很大发展．第一章快速成型原理及方法概要1.1成型方式分类96第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法1.2.1立体印刷(StereoLithographyApparatus--SLA)

此工艺方法也称液态光敏树脂选择性固化．这是一种最早出现的RPT，它的原理如图1-3所示．液槽中盛满液态光敏树脂，它在紫外激光束的照射下快速固化．成形开始时，可升降工作台使其处于液面下一层厚的地方。聚焦后的紫外激光束在计算机的控制下按截面轮廓进行扫描，使扫描区域的液态树脂固化，形成该层面的固化层．然后工作台下降一层的高度，其上覆盖另一层液态树脂，再进行第二层的扫描固化，与此同时新固化的一层牢固地黏结在前一层上，如此重复直到整个产品完成．第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法97第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法1.2.2分层实体制造(LaminatedObjectManufacturing--LOM)也称薄形材料选择性切割．它根据三维模型每一个截面的轮廓线．在计算机的控制下，用CO2激光束对薄形材料(如底面涂胶的纸)进行切割，逐步得到各层截面，并黏结在一起，形成三维产品，如图所示．这种方法适合成形大．中型零件，翘曲变形小，成形时间较短，但尺寸精度不高，材料浪费大，且清除废料困难．第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法98第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法1.2.3选择性激光烧结(SelectedLaserSintering--SLS)

粉末材料选择性激光烧结的原理如图1-5所示.使用CO2激光器烧结粉末材料(如蜡粉,PS粉,ABS粉,尼龙粉,覆膜陶瓷和金属粉等).成形时先在工作台上铺上一层粉末材料,激光束在计算机的控制下,按照截面轮廓的信息,对制件的实心部分所在的粉末进行烧结.一层完成后,工作台下降一层厚,再进行后一层的铺粉烧结.如此循环,最终形成三维产品.第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法99第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法1.2.4熔化沉积成形(FusedDepositionModel--FDM)熔化沉积成形也称丝状材料选择性熔覆，其原理如图1-6所示．三维喷头在计算机控制下，根据截面轮廓的信息，做x-y-z运动。丝材（如塑料丝）由供丝机构送至喷头，并在喷头中加热，熔化，然后被选择性地涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层截面。一层完成后，工作台下降一层厚，再进行后一层的涂覆，如此循环形成三维产品。第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法100第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法1.2.5三维打印(Three-DimensionalPrinting---3D-P)

三维打印也称粉末材料选择性粘结，如图1-7所示。喷头在计算机的控制下，按照截面轮廓的信息，在铺好的一层粉末材料上，有选择性地喷射粘结剂，使部分粉末粘结，形成截面层。一层完成后，工作台下降一个层厚，铺粉，喷粘结剂，再进行后一层的粘结，如此循环形成三维产品。粘结得到的制件要置于加热炉中，作进一步的固化或烧结，以提高粘结强度。第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法101第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法

1.2.6固基光敏液相法（Solidgroundcurling--SGC）

固基光敏液相法的工艺原理如图1-8所示。一层的成型过程由五步来完成：添料；掩膜紫外光曝光；清除未固化的多余液体料；向空隙处填充蜡料和磨平。掩膜的制造采用了离于成像技术，因此同一底片可以重复使用。由于过程复杂，SGC成形机是所有成形机中最庞大的一种。

第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法102第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法1.2.7热塑性材料选择性喷洒下图是一种喷墨式的热塑性材料选择性喷洒快速成型系统的原理图。它采用两个喷嘴，其中一个用于喷洒成形用热塑性材料，另一个用于喷洒支撑成形件的蜡。这两个喷嘴能根据截面轮廓的信息，在计算机的控制下做x-y平面运动，选择性地分别喷洒溶化的热塑性材料和蜡，此两种材料在工作台基底上迅速冷却后形成固态截面层和支撑结构。随后，用一刀具铣平它们的上表面，使其控制在预定的截面高度，每层截面成型之后，工作台下降一截面层的高度，再进行后一层的喷洒，如此循环。第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法103第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法1.2.8变长线扫描SLSRPT1.2.9高功率激光二极管线阵能量源SLSRPT第一章快速成型原理及方法概要１.２快速成形的主要工艺方法104第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向

RPT是当今世界上发展最迅速的先进制造技术之一，在短短十几年的时间里，从只有一家公司的一台设备（1988年第一台商业化成形机问世）发展到数百家机构从事成形设备、工艺和相关材料的研究开发，成批的加工中心面向社会承揽来图加工服务，更多的企业利用RPT直接为生产和新产品开发服务。美国在这一领域一直处于领先地位，而欧洲、日本和中国在RPT上也取得了长足的进步。1.国外RPT的现状美国许多世界著名大学和研究机构投入了大量经费和人力进行这方面的研究，具有代表性的有：

第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向105第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向

美国MIT(MassachusettsInstituteofTechnology),是3D－P技术的发源地，包括金属型和陶瓷型，后者已商业化。目前MIT在直接金属熔化沉积制造中取得了相当的进展。美国DaytonUniversity，从事包括SLA在内的多种RPT工艺。美国UT（TexasUniversityatAustin），与DTM公司合作，主要为SLS工艺。美国CarnegieMellonUniversity，主要从事基于RPT的微型机械研究和开发。第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向106第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向美国DrexelUniversity、NewJersey理工学院、斯坦福以及许多大学都在进行这方面的研究工作。美国海军的DavidTaylorResearchCentre以及AerospacCompanyRohrIndustriesofSanDiego也参加到了这个领域中来。英国Nottingham和苏格兰Dundee等许多大学和研究机构在开展这方面的工作。日本以东京大学为首，一批学术、研究单位也积极开展了这方面的工作。第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向107第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向

德国、新加坡、以色列等国也在RPT方面投入力量进行了卓有成效的研究。国外各类RP设备和工艺的产业化情况如下表。第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向108快速成型技术及应用讲解课件109第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向2.国内RPT的现状国内RPT的研究从20世纪90年代初开始，起步较早，发展很快，具有代表性的有：清华大学，主要从事基于LOM和FDM工艺的设备、工艺和材料的研究，已经产业化。华中理工大学，主要从事基于LOM工艺的设备、工艺和材料的研究，进来也开展了对SLS的研究，已经产业化。浙江大学，主要对光敏树脂的成形性能进行了许多研究。第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向110第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向

南京航空航天大学、北京隆源公司，主要从事基于SLS工艺的设备、工艺和材料的研究，后者已经产业化。西安交通大学则在SLS设备、工艺和材料的研究方面取得了很大进展，也已经产业化。西北工业大学利用高功率激光器直接烧结金属粉，成形结构零件取得了阶段性成果。中北大学（原华北工学院）对SLS的研究取得了重大突破，研制成功线扫描SLS设备，提高了成形效率和质量。该项成果具有自主知识产权，技术达国际先进水平。第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向111第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向该校开发的点扫描SLS设备，具有光斑尺寸小（直径0.3mm）、加工精度高等特点，技术达到国内领先水平。同时自主开发的蜡粉、PS粉等成形材料性能也好于国内同类产品，已获得较好的产业化成果。近年来在全国各地建立的RPT中心已经遍布北京、太原、深圳、广州、天津、上海、西安、武汉、宁波、重庆以及香港、台湾等地。一些大型企业配备了RPS，服务于本企业的生产和新产品开发。目前，RPT在我国的推广和发展呈现出大好势头。第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向112第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向

3.RPT的发展方向由于RPT属于一种新的制造技术，因此在设备、工艺和材料各方面都存在很大的发展空间。上述介绍的各种RP工艺方法各具优缺点，加工对象和应用方向也各有侧重，使用的材料也不同。因此如何扬长避短，进一步完善和改进各种RP工艺，提高加工效率和质量，降低设备制造成本和运行成本，研究开发更多适用材料，降低材料成本，这是RPT到了产业化阶段参与激烈的市场竞争必须要面临的问题。直接使用金属材料和陶瓷成形产品结构件，这是全世界RPT的发展方向，国外已经从事这方面的研究并第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向113第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向取得重大成果。如美国DTM公司利用SLS工艺成形金属件。一般可通过两种途径：一是使用高功率二氧化碳激光直接烧结金属粉，逐层堆积成致密度高的结构件；二是使用中低功率二氧化碳激光烧结覆膜金属粉成形，然后通过高温烧结和渗金属处理获得致密度高的结构件。国内如中北大学已利用SLS工艺间接成形小型结构件并获得阶段成果。西工大在高功率激光直接烧结金属粉的研究已取得重大进展。加强RPT的应用研究，最大程度地拓宽其应用领域。我国更应重视将RPT与反求工程相结合设计开发新产品，符合中国国情。第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向114第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向

完善系统工艺，进一步提高成形速度和精度，降低系统价格和运行成本，开发出满足工程要求的材料是RPT发展的重点。另外，完善RP系统与CAD系统的接口，制定统一的数据交换标准也是一直研究的重点之一。第一章快速成型原理及方法概要1.3RPT的现状和发展方向115第二章快速模具制造技术概要2.1快速模具制造技术的概念

在传统制造业中一般是采用对锻材火型材进行机械加工的方法获得模具。下图为一种典型的金属模具生产工艺流程。第二章快速模具制造技术概要2.1快速模具制造技术的概念116第二章快速模具制造技术概要2.1快速模具制造技术的概念

应用快速成型方法制造模具的技术称为快速模具制造技术（简称RT），而基于RT技术的快书模具制造由于技术集成程度高，从CAD数据到物理实体转换过程快，因而同传统的数控加工方法相比，加工一件模具的制作周期仅为前者的1/3～1/10，生产成本仅为1/3～1/5。快速模具制造技术的具体实现途径或工艺路线如下图所示。第二章快速模具制造技术概要2.1快速模具制造技术的概念117快速成型技术及应用讲解课件118第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类

目前RT技术主要集中在两个大的研究方向：第一是直接快速制模（DirectRapidTooling--DRT），即用SLS，FDM，LOM等快速成型工艺方法直接制造出树脂模，陶瓷模和金属模具；第二是间接制模（IndirectRapidTooling--IRT），即用快速成型件作母模或过渡模具，再通过传统的模具制造方法来制造模具。第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类119第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类2.2.1直接快速制模技术直接制模技术包括三种工艺方法。1.软模技术采用各种快速成型技术包括SLA，SLS，LOM，可直接将CAD模具（虚拟模型）转化为具有一定机械性能的非金属的原形（物理模型），在许多场合下可作为软模具使用，用于小批量塑料零件的生产。第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类120第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类2.2.1直接快速制模技术2.准直接快速制模技术这里准直接主要是指通过RP技术生产的模具还需要较多的后续工作才能用于工件的生产，其主要方法是通过RP方法将包有粘结剂的金属粉（SLS），金属悬浮液（SLS），带有金属粒子的塑料（FDM）成型为半成品，再经过粘结剂的去除和渗金属等后续工艺从而生产模具。第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类121第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类2.2.1直接快速制模技术3.真直接快速制模技术该技术可直接从RP系统制造高密度的金属模具，通常采用金属粉末的激光烧结成型技术（SLS）。它包括两种工艺方法：第一，金属粉末大功率激光烧结成型法，即利用高功率激光（1000W以上）对金属粉末进行扫描烧结，逐层叠加成型，成型件经表面后处理（打磨，经加工）即完成模具制作，制作的模具可作为压铸模，煅模使用；第二，混合金属粉末激光烧结成型法，即金属粉末为两种金属粉末的混合体，其中的一种熔点较低，起粘结剂的作用。第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类122第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类2.2.2间接快速制模技术（IRT）该技术所涉及的RP方法包括了LOM，SLS，SLA，FDM等，它有两种制模方法：第一种是通过RP方法成型一个木模或树脂模型，再通过模型用硅橡胶模，电击成型，金属喷涂等传统模具制造方法生产模具；第二种是通过RP技术生产铸模（蜡模，消失模）和铸型（砂型或壳型），再结合铸造技术生产金属模具。第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类123第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类2.2.2间接快速制模技术（IRT）常用的间接快速制模技术有以下几种：（1）喷涂法。采用喷枪将金属喷涂到RP原型上形成一个金属硬壳层，将其分离下来，用填充铝粉的环氧树脂或硅橡胶支撑，即可制成注塑模具的型腔。（2）硅橡胶模法。硅橡胶的制备方法是将液体硅胶按照快速成型母模的分型线依次浇铸，待硅胶固化后，再将母模脱去，形成一副橡胶模具。(3)Hausermann研磨法。将环氧树脂与碳化硅磨料的混合物浇附在RP原型上，产生一个工件的印模，此印模第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类124第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类2.2.2间接快速制模技术（IRT）

可作为压力振动法研磨工具，用以制造形状复杂的石墨电极（电火花加工用）。（4）尿烷铸造。又称室温固化（RTV）型铸造，在航空航天，体育用品，玩具和装饰品等很多领域中应用广泛。可用RP原型制作RTV硅铜模，用于小批量生产多种塑料零件。（5）真空成形。真空成形已广泛应用于塑料杯，食品包装，高档家具以及汽车内部装饰件等领域。由于成型过程的温度低于54.4℃，多种RP原型均可直接用真空成形模，从而有效地缩短了生产时间和降低了成本。第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类125第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类2.2.2间接快速制模技术（IRT）（6）基于RP原型的精密铸造。根据实物的RP原型（正型）可翻制成硅胶型腔（负型），再翻制成陶瓷型（正型）；利用陶瓷正型可精铸出一个金属（如锌铝合金，钹铜）型腔（负腔）用以注塑成形。利用SLS技术则可以直接成型陶瓷型进行金属模具的制造。（7）熔模铸造。RP技术的最大优势在于它能迅速产生复杂形状的原型，而熔模铸造（失蜡铸造）的长处是利用模型制造复杂的零件，两者结合在一起，可快速制造出各种零件。第二章快速模具制造技术概要2.2快速模具制造技术的分类126第二章快速模具制造技术概要2.3快速模具制造技术的发展趋势

许多间接模具制造工艺正被开发出来，用以制作生产用模具，特别是用钢和其他金属及陶瓷来制作注塑模具。传统的靠熟练模具技师用电加工和机加工模具的制造工艺总是引起严重的成本方面的问题和较长的生产周期，RP技术的使用大大加速了模具制造过程。今后快速模具制造技术的发展趋势是：（1）提高模具制造精度，尺寸精度在±0.015mm～±0.05mm之间，并且具有良好的表面质量，尽量减少最终机加工和抛