快速成型技术

快速成型技术第一页，共六十页，编辑于2023年，星期六8.1概述什么是快速成型RP（RAPIDPROTOTYPING）?

快速成型又称快速原型，原型是被仿制或研制的第一个模型或最原始的模型。要求原型尽可能与样品相像，能精确地再现样品的形状。

RP就是可以不用模具也可制作模型的技术，可制作出任意复杂形状或极细微结构，不用分割。第二页，共六十页，编辑于2023年，星期六典型成型方式光敏树脂液相固化成型选择性激光粉末烧结成型薄片分层叠加成型熔丝堆积成型3D打印快速成型增材加工第三页，共六十页，编辑于2023年，星期六快速成型技术过程示意创建CAD模型软件分层或离散化分层制造逐层制造直至完成最终零件必要的后处理取出零件第四页，共六十页，编辑于2023年，星期六快速成型过程1)产品CAD实体模型的构建。

2)三维模型的分层处理。

3)层层制造，堆积成型。

4)后处理。第五页，共六十页，编辑于2023年，星期六1)产品CAD实体模型的构建

由于RP系统是由三维CAD模型直接驱动，因此首先要构建成型产品的三维CAD模型。三维CAD模型可以利用计算机辅助设计软件(如Pro/E，IDEAS，SolidWorks，UG等)直接构建；也可以将已有产品的二维图样进行转换而形成三维模型；或对产品实体进行激光扫描、CT断层扫描，得到点云数据，然后利用逆向工程的方法来构造三维模型。由于目前快速成型软件接受的数据文件一般为STL格式，所以必须对三维模型进行近似处理，用一系列的小三角形平面逼近原来的模型。一般的CAD软件都带有转换和输出STL格式文件的功能。第六页，共六十页，编辑于2023年，星期六2)三维模型的分层处理第七页，共六十页，编辑于2023年，星期六3)层层制造，堆积成型

根据切片处理的截面轮廓，在计算机控制下，相应的成型头(激光头或喷头)按各截面轮廓信息作扫描运动，在工作台上一层一层地堆积材料，然后将各层粘结，最终得到原型产品。第八页，共六十页，编辑于2023年，星期六4)后处理

从成型系统里取出成型件，进行剥离、后固化、修补、打磨、抛光、涂挂等处理，降低其表面粗糙度，提高强度等。第九页，共六十页，编辑于2023年，星期六快速成型技术的特点1)可以制造任意复杂的三维几何实体。

2)快速成型产品单价与原型的复杂程度和原型的制造数量均无关。

3)高度的柔性。

4)成型的快速性。

5)成型过程中信息过程和材料过程的一体化，尤其适合成型材料为非均质并具有功能梯度或有孔隙要求的原型。

6)技术的高度集成性。第十页，共六十页，编辑于2023年，星期六1)可以制造任意复杂的三维几何实体RP技术采用离散/堆积成型的原理，将十分复杂的三维制造过程简化为二维制造过程的叠加,越是复杂的零件越能显示RP技术的优越性。第十一页，共六十页，编辑于2023年，星期六2)快速成型产品单价与原型的复杂程度和原型的制造数量均无关第十二页，共六十页，编辑于2023年，星期六3)高度的柔性

成型过程无需专用的工具或夹具即可以完成任意复杂形状的三维实体的制造，通过对CAD模型的修改重组就可获得新零件的设计和加工信息。第十三页，共六十页，编辑于2023年，星期六4)成型的快速性

从CAD设计到原型(或零件)加工完毕，只需几十分钟至几十小时，能够适应现代竞争激烈的产品市场。第十四页，共六十页，编辑于2023年，星期六6)技术的高度集成性RP技术与逆向工程、CAD技术、网络技术等相结合，实现了设计制造的高度集成，成为产品快速开发的有力工具。第十五页，共六十页，编辑于2023年，星期六快速成型技术的应用

目前，就RP技术的发展水平而言，在国内主要是应用于新产品（包括产品的更新换代）开发的设计验证和模拟样品的试制上，即完成从产品的概念设计（或改型设计）——造型设计——结构设计——基本功能评估——模拟样件试制这段开发过程。但实际上，快速成型技术应用的领域几乎包括了制造领域的所有行业，以及医疗、人体工程、文物保护等领域。第十六页，共六十页，编辑于2023年，星期六快速成型在新产品研发中的应用1.概念模型的可视化、设计评价

2.结构设计验证与装配干涉校验

3.性能和功能测试第十七页，共六十页，编辑于2023年，星期六1.概念模型的可视化、设计评价第十八页，共六十页，编辑于2023年，星期六2.结构设计验证与装配干涉校验第十九页，共六十页，编辑于2023年，星期六第二十页，共六十页，编辑于2023年，星期六车灯快速成型样件性能测试第二十一页，共六十页，编辑于2023年，星期六汽车前保险杠第二十二页，共六十页，编辑于2023年，星期六3.性能和功能测试第二十三页，共六十页，编辑于2023年，星期六快速成型在模具制造中的应用

传统模具制造的方法很多,如数控铣削加工、成形磨削、电火花加工、线切割加工、铸造模具、电解加工、电铸加工、压力加工和照相腐蚀等。由于这些工艺复杂、加工周期长、费用高而影响了新产品对于市场的响应速度。而传统的快速模具(例如中低熔点合金模具、电铸模、喷涂模具等)因其工艺粗糙、精度低、寿命短，很难完全满足用户的要求。第二十四页，共六十页，编辑于2023年，星期六快速模具制造(RapidTooling，简称RT)技术是用快速成型技术及相应的后续加工来快速制作模具的技术。应用快速模具制造技术制造模具，在最终生产模具开模之前进行新产品试制与小批量生产，可以大大提高产品开发的一次成功率，制造周期仅为原来的1/3～1/10，生产成本仅为原来的1/3～1/5，这些优点使RT技术具有很好的发展条件。由于市场需求旺盛，许多公司都研制出RT新工艺、新设备，并且取得了良好的经济效益。由于这些技术中高新技术的含量高，并且涉及许多科技领域，解决了以前难以解决甚至认为是不可能解决的技术难题，所以得到了广泛的关注。快速模具制造技术在快速成型技术领域中，发展最迅速，产值增长最明显。第二十五页，共六十页，编辑于2023年，星期六快速成型在快速铸造中的应用1.直接成型熔模铸造用蜡模

2.直接成型铸造用可消失模

3.直接成型砂型铸造用砂型(芯)或木模

4.直接成型精密铸造用型壳

5.用快速样件成型方法制造压型第二十六页，共六十页，编辑于2023年，星期六1.直接成型熔模铸造用蜡模汽车发动机进气歧管第二十七页，共六十页，编辑于2023年，星期六2.直接成型铸造用可消失模第二十八页，共六十页，编辑于2023年，星期六3.直接成型砂型铸造用砂型(芯)或木模直接制得的铸模第二十九页，共六十页，编辑于2023年，星期六快速成型在艺术领域的应用1)快速成型制造技术在艺术家创作中的应用：艺术家在利用陶瓷、玻璃、石材及其他材料进行三维艺术创作时，从创作灵感的萌发到作品的完成需经历几个月乃至几年的时间，其中绝大多数时间为创作思想的物化过程，如力求三维表达的准确而作的逐步修正，艺术品制作过程中因各种失误造成作品残缺而返工。

2)快速成型制造技术在珍稀艺术品复制或修复中的应用：在考古及保存过程中都可能造成艺术品破损，传统的人工修复方法要求修复人员有高超的技艺和丰富的经验，且往往要花费较长的时间。第三十页，共六十页，编辑于2023年，星期六第三十一页，共六十页，编辑于2023年，星期六正位头像侧位头像第三十二页，共六十页，编辑于2023年，星期六快速成型在医学领域的应用1.设计和制作可植入假体

2.外科手术规划第三十三页，共六十页，编辑于2023年，星期六2.外科手术规划第三十四页，共六十页，编辑于2023年，星期六8.2光敏树脂液相固化成型SLSL基本原理第三十五页，共六十页，编辑于2023年，星期六光敏树脂液相固化成型的基本原理

液槽中盛满液相光敏树脂，激光束在偏转镜作用下，在液体表面扫描，扫描的轨迹和有无由计算机控制，光点扫描到的地方，液体就固化。第三十六页，共六十页，编辑于2023年，星期六成型系统组成：

1、光学部分

2、树脂容器系统

3、数控系统和控制软件第三十七页，共六十页，编辑于2023年，星期六SL后处理：1)当原型在激光成型系统中生成后，工作台升出液面，停留5～10min，以晾干多余的树脂。

2)用工业酒精和丙酮对树脂原型表面和型腔内部进行清洗，尤其需要将内部未排干的树脂清洗干净。

3)从工作台上取出原型，去除原型表面的支撑。

4)由于原型中尚有部分未完全固化的树脂，清洗过的原型必须放在后固化装置的转盘上进行完全固化，以满足所要求的机械性能。

5)由于原型是逐层固化的，所以还需要对原型表面光整处理，对加支撑的部位进行打磨修剪，降低原型表面粗糙度，对要求较高的原型还需进行喷砂处理。第三十八页，共六十页，编辑于2023年，星期六第三十九页，共六十页，编辑于2023年，星期六特点：1)尺寸精度高，但尺寸稳定性差。

2)表面质量较好。

3)可以制作结构十分复杂的模型。

4)可以直接制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失型。

5)需要设计成型件的支撑结构，否则会引起成型件变形。

6)设备运转及维护成本较高。

7)材料利用率高，可达100%，但可使用的材料种类较少。

8)液态树脂具有气味和毒性，并且需要避光保护，以防止其提前发生聚合反应，选择时有局限性。

9)需要二次固化。10)液态树脂固化后的性能不如常用的工业塑料，一般较脆、易断裂，不便进行机加工。第四十页，共六十页，编辑于2023年，星期六8.3选择性激光烧结成型SLSSLS原理示意图SLS工艺是利用粉末材料在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下逐层堆积成型。第四十一页，共六十页，编辑于2023年，星期六烧结件后处理：

1、高温烧结

2、热等静压

3、熔浸

4、浸渍第四十二页，共六十页，编辑于2023年，星期六SLS技术特点除陶瓷外，其它材料成形后不再需要烧结；不需要设计支撑结构，未烧结的粉末对悬伸部位可起支撑作用；原材料来源广泛，如石蜡、塑料、金属、陶瓷粉末等，材料利用率高，约100％；零件精度及表面质量中等；可成型中小尺寸的复杂零件；设备投资高，生产成本较低，生产率较高。第四十三页，共六十页，编辑于2023年，星期六典型复杂零件示例（1）第四十四页，共六十页，编辑于2023年，星期六典型复杂零件示例（2）第四十五页，共六十页，编辑于2023年，星期六典型复杂零件示例（3）第四十六页，共六十页，编辑于2023年，星期六SLS——材料多样性第四十七页，共六十页，编辑于2023年，星期六8.4薄片分层叠加成型（LOM）基本原理：

采用薄片材料（如：纸、塑料薄膜）作为成型材料，片材表面事先涂覆一层热熔胶。加工时，激光器在计算机控制下按照CAD分层模型轨迹切割片材，然后通过热压辊热压，使当前层与下面已成型的工件粘结，从而堆积成型。第四十八页，共六十页，编辑于2023年，星期六第四十九页，共六十页，编辑于2023年，星期六特点1）精度高，翘曲变形小，成型过程无需设计和制作支撑结构。2）有较高的强度和良好的力学性能，但薄壁件的抗拉强度和弹性不够好。3）适用于制造中大型零件。4）后续打磨处理耗时费力，制造周期增加，成本提高。第五十页，共六十页，编辑于2023年，星期六示例LOM原型经硅橡胶模转移制得的消失模铝合金模具第五十一页，共六十页，编辑于2023年，星期六8.5熔丝堆积成型FDM基本原理

熔丝堆积成形是指将热熔性材料（ABS、尼龙或蜡）通过加热器熔化，挤压喷出并堆积一个层面，然后将第二个层面用同样的方法建造出来，并与前一个层面熔结在一起，如此层层堆积而获得一个三维实体。第五十二页，共六十页，编辑于2023年，星期六第五十三页，共六十页，编辑于2023年，星期六双喷头FDM的工艺原理第五十四页，共六十页，编辑于2023年，星期六特点1)使用、维护简单，成本低。

2)去除支撑结构简单易行，可快速构建复杂的内腔、中空零件以及一次成型的装配结构件。

3)原材料以材料卷的形式提供，易于搬运和快速更换。

4)可选用多种材料，如各种色彩的工程塑料ABS、PC、PPSF以及医用ABS等。

5)原材料在成型过程中无化学变化，制件的翘曲变形小。

6)用蜡成型的原型零件，可直接用于熔模铸造。

7)原型的表面有较明显的条纹。

8)沿成型轴垂直方向的强度比较弱。

9)需要设计与