3D打印技术和应用概论第三章 3D打印应用于小批量生产-改

第3章3D打印应用于小批量产品的制造13D打印应用于小批量产品制造的优势23D打印应用于零件制造33D打印应用于熔模铸造43D打印应用于制造产品的模具3D打印应用于小批量产品制造的优势1大批量生产小批量生产概念：生产大批量标准化产品的生产类型生产特点：产品结构稳定，自动化程度高主要途径：大量生产线，自动化车间或工厂概念：小批量需求的专用产品的生产生产特点：成本偏高、生产效率低、生产周期过长主要途径：定制生产塑料轴承3D打印胸腔13D打印应用于小批量产品制造的优势

快速性——直接利用电子模型文件进行打印经济性高

——不需要夹辅具自由性好

——便于产品的设计与改进13D打印应用于小批量产品制造的优势传统制造过程制造准备时间长准备相应工具、设备、辅具等选择具体的制作方法、步骤3D打印的优势以塑料件生产为例以打印塑料件为例塑料件生产工艺过程观看视频3D打印应用于制造零件23D打印应用于制造零件方法一、直接打印零件二、间接制造零件三维模型3D打印直接打印零件后处理三维模型打印零件制作模具小批量生产零件1、

直接打印零件3D打印风力发电机概念：用3D打印方法直接成型零件（具有功能的），多为塑料件和金属件3D打印时尚眼镜零件成形方法：在SLS设备上，用大功率的激光，直接熔化金属粉末，直接制作出金属件SLS成型的薄壁涡轮燃烧室零件3D打印艺术品周恩来像古希腊英雄像3D打印的实例汽车自动变速箱结构验证复杂的数学模型3D打印的实例人脸模型供使用的人行桥SLA成形产品盖子表面质量好尺寸精度高SLS烧结金属功能件应用领域广工艺应用多FDM成形插线板制造精细价格合理操作简单3D打印在工业上的应用实例序号材料的应用类型优点1特殊材料零件主要用于难制造、难加工的复杂形状的部分陶瓷材料以及其他材料的生产2复杂结构零件用于镂空、空间扭曲、非规则几何形状等复杂结构的零件3复合类型零部件由几个零件组成的装配结构变更为一体化零件4小批量零件制造制造数量比较少

3D打印技术在零件的应用类型3D打印陶瓷用品节约成本和节省时间，在有限的时间内快速的开发出新零件2、

间接制造零件SLS打印的模具的镶件照片其中的随行冷却水路示意图方法一：3D打印件可直接作为铸造造型用的模型用SLS烧结PS材料，成型出曲轴零件，然后用成形件作为木模，去制造浇铸用的砂型，最后，用传统的铸造方法制出金属曲轴件。3D打印+铸造生产金属件的方法

扫描完成图封装完成图Geomagic处理图点云图存在问题：点云碎片、空洞点云转化为三角形面片实体存在问题：表面不平整、空洞，标记点痕，油孔，变形的键槽成型用SLS设备材料对比PS粉ABS粉PA粉PC粉其成型的收缩率小(仅为0.45%），成型件精度高。玻璃化温度不高(90℃-100℃，所以预热温度较低。材料的老化不严重。因吸湿率小，不需要专门的干燥工序。PS从开始熔融流动至开始明显分解的温度范围宽，可摸索最佳参数。ABS与PS同属于热塑性塑料，烧结性能与聚苯乙烯相近，只是烧结温度高20℃左右，成型件强度较高。但烧结密度不高，成型件也要通过浸树脂后处理提高强度，才能用做功能件。尼龙为结晶型聚合物，熔程窄，当温度达到熔点后迅速熔化，因此在成型时完全熔化，即粉末由固体变成液体再凝固成一体，所以得到的成型件具有较高的强度和密度，接近注塑成型的零件。可以达到注塑成型80%的强度，密度几乎与注塑成型相等。聚碳酸酯烧结性能良好，成型件强度高，表面质量好且脱模容易，适合于制造形状复杂、多孔、薄壁铸件;用来制作要求不高的模型或增强塑料模。但是熔点(225℃-250℃)和热变形温度(145℃)都很高。PC的加工困难，加工过程中制件质量对含湿量很敏感。

校准SLS打印机的精度第三次打印时，尺寸基本稳定在±0.1mm,基本符合实验要求。我们得出最终的修正系数为X=1.0131，Y=1.0146，Z=0.9854。修正系数=(理论值/实际测量值）X原修正系数

试打印整个曲轴1、加工温度设置为90℃，加温层30个，数量过多，且除第一层外其余每层加温度温度均设置为105℃，分层相隔距离近，温度集中，余粉固化结块2、每次激光烧结范围在484mm*484mm*0.3mm以内才能保证烧结时效果较好。而整个曲轴尺寸为483.16mm*148.41mm*145.95mm，接近临界值484mm,，容易崩坏，如图中红色标记处。需要进行分模块打印。失败原因：打印时间：11小时39分钟冷却时间：3小时以上重点：分模原因：1、SLS工作缸尺寸（484mmX484mm)不能直接打印整个曲轴(483mmX148mm)2、铸造双箱造型要求问题：1、扫描，geomagic处理获得的电子模型不能在CAD编辑2、多次在geomagic里运用裁剪，对称裁剪等方式无法解决分模同轴度和相位问题3、铸造双箱合型时打定位钉确定相位方法：1、操作geomagic软件，在曲颈中心面创建特征平面2、裁剪，封闭相交面，单个保存3、反向保存另一半主要工艺参数介绍2填充间距相邻扫描线之间的间距，一般取值为0.15mm5加温层识别加温层是打印时每个一定距离给随后烧结层次作基础面的加工层。摸索单个模块加温层一般为5-6层较好6加工温度除加工层外其余切片层的加工温度。摸索最佳为87℃1分层厚度一般为0.1-0.3mm（摸索最佳为0.2mm）4填充功率激光输出功率。摸索最佳为18W3填充速度振镜扫描头运动的速度，取值范围为400-6000mm/s。摸索最好为3000mm/s

SLS打印件及后处理在清粉台上用工具，对着零件三维图，小心操作问题点：底部平面作为烧结第一层，清理存在困难，平均每个模块打印时间：3小时37分钟左右冷却时间：2小时以上

曲轴轴颈加工余量添加试验原因：1、曲轴电子模型不能被CAD编辑,也不能在geomagic软件上编辑方案一：测量曲轴电子模型尺寸，CAD作图，轴套式贴合加加工余量结果：失败原因：2mm厚的空心圆柱筒打印完难以取出，操作困难方案二：用梳毛笔沾往曲轴模块上的轴颈涂加蜡液，加工余量约为0.2mm结果：成功问题：涂抹超过0.2mm将导致局部不均，表面不平整

标准件渗蜡强化测试

长度1长度2长度3长度4厚度a厚度b厚度c厚度d原件Sb199.7199.6200.1199.8620.120.220.120.18渗蜡件Sf199.96199.64200.12199.8620.1520.2420.1220.12收缩比-0.2%-0.15%-0.1%0-0.25%-0.19%-0.09%-0.30%时间：十分钟温度：73℃表中收缩比最大为0.3%，误差在±0.1左右，影响不大

曲轴渗蜡强化操作过程：1、吹走零件上所有浮粉，烘干机预热模块，30min,73℃,垫吸蜡纸2、渗蜡，蜡液73℃，标准：时间10min，无气泡冒出3、烘干机烘干，30分钟。73℃问题点：1、渗蜡后，零件处于高温，移动时间有要求，移动极容易破碎，2、只能通过标准件来测试渗蜡工艺参数对零件尺寸变化的影响失败样品用SLS烧结粉末材料，成型出曲轴零件，然后用成形件作为木模，去制造浇铸用的砂型，最后，用传统的铸造方法制出金属曲轴件。3D打印件用3D打印件做的沙箱

砂型制作砂形制作的工艺流程:模具定位填砂舂砂扎通气孔打泥号开箱起模修型插钉开设浇注系统合型铸造双箱。附加：浇道，冒口，浇筑口浇筑金属曲轴1、孕育铁水，温度高达1500多℃，加脱氧剂，除渣剂，其他球化药剂2、浇筑，动作要比较快，防止局部铁水过快冷却3、压铁，防止冒浮，影响精度

材料化验抗拉强度Rm/MPa屈服强度Rp0.2/MPa布氏硬度HBW球化率%39719616786（三级）材料牌号抗拉强度Rm/MPa≧屈服强度Rp0.2/MPa≧伸长率A(%)≧布氏硬度HBW≧基体组织QT400-1540025015120-180铁素体铸造金属曲轴件的后处理第一步，机械加工如除飞边、冒口、浇注口和打磨修整曲轴与浇道接触面等，第二步，进行喷砂处理，用压缩空气将砂粒高速喷到铸件表面，除去铸件表面的残砂、粘砂和氧化皮。第三步，进行为了改善或改变铸件的原始组织，消除内应力，保证铸件性能，防止铸件变形和破坏，铸件清理后，有的需要进行退火热处理。

总技术路线方法二：用3D打印方法烧结出铸造用的砂型+铸造如图是德国EOS公司用SLS方法烧结覆膜砂+铸造方法制造的发动机缸体金属件。还有用3DP方法也可以直接成型出铸造用砂型。SLS制造的砂芯(上）及金属铸件（下）方法三：3D打印消失模+铸造先用3D打印出零件，然后用消失模方法，在零件表面制作出砂型壳体，用加热的方法，使3D打印出零件气化掉，再用该模型去浇铸激光选区烧结原型与精密铸造结合得到的铝合金汽车零部件用SLS烧结PS材料成型出零件，再用消失模+低压铸造的方法，制作的铝合金外壳件3D打印应用于熔模铸造3熔模铸造：在由易熔材料制成的模样上涂敷耐火材料形成型壳，熔出模样，注入液态金属冷却后，获得铸件的方法王子午鼎云纹铜禁3.13D打印熔模制造的工艺：融入3D打印技术熔模设计制造熔模型壳制造浇注金属脱壳与清理制造压型传统熔模制造看视频3D打印用于制造熔模：3D打印技术制造熔模有两种方法直接成形熔模实体：用SLS、FDM方法，使用粉末蜡材料，直接烧结出融模模型适用范围：一般用于数件或数十件精铸件的生产制造熔模模具：用3D打印技术成形出一个其内腔为融模模型的成形件，通过对其进行后处理，表面增强、耐热涂层处理后，用其来制作融模模型适用范围：数百件及以上的批量熔模铸件生产时进气歧管材料准备制壳熔失熔模焙烧型壳1324黏结剂

石英刚玉（氧化铝）撒用料混合配置耐火涂料清除杂质、水分增加强度型壳制造步骤：

硅溶胶

硅酸乙酯

水玻璃1）热水法

2）水蒸气法1）涂挂涂料2）撒砂3）型壳层的硬化观看视频FDM、SLSSLALOM材料：蜡特点：熔失熔模后材料可回收再次使用。材料：新型树脂特点：需对其外表面进行处理方可使用材料：纸特点：不需要熔失熔模，焙烧后需对型壳进行清洁粉末烧结蜡模及其铸造的铝合金零件3D打印——蜡树脂—饰品树脂—饰品3.23D打印方法在熔模铸造中的应用及举例都可直接制造融熔模模具3.3熔模制造优点1、熔模制造优点产品尺寸精度高，表面粗糙度低铸件机械性能优越，综合工艺成本低材质适应广泛

优良的柔性生产性铸件外表精细2、3D打印应用于熔模制造的优势经济性好实用性好FDM（熔融沉积成型）熔模制造零件3.4熔模制造局限性1、材料性能的影响：原因：材料热收缩会产生应力变形从而影响成型件的精度；2、分层厚度的影响：原因:成形件表面产生的台阶将随着分层厚度的变化而变化，从而影响表面质量以及加工效率3、扫描方式的影响43D打印用于制造零件的模具1、传统模具制造审图——备料——加工——模架加工——模芯加工——电极加工——模具零件加工——检验——装配——飞模——试模——生产1）工艺流程：2）生产优点：生产效率好、质量好、成本低、节省能源等；3D打印件用作制造产品的模具

3.1直接制模3.2间接制模3.3金属喷涂模具技术4.1直接制模1、打印塑料模材料：特殊的塑料；优点：强度、耐磨性较高，可承受200℃

左右的高温。应用范围：较低温度下使用的模具，如：试制产品的注塑模和精密铸造的蜡模成型模具、

消失模铸造法制造消失模型的模具、

替代砂型铸造中使用的木模。2、树脂模使用范围：可直接作为吸塑模使用；

可以用作形状、表面复杂的型腔模具。优点：复制性好，尺寸精度高分类：（1）SLA工艺打印树脂模优势——强度、韧性和精度等方面的性能较好（2）SLS工艺打印树脂模应用——模具成型后，组合在注射模的模座上，用于实际的注射成型SLS烧结覆膜砂作为模型和砂芯及铸造出来的金属零件3、金属模SLS烧结金属粉末成形的具有复杂形状的模具SLS工艺打印金属模——金属粉末大功率激光烧结激光烧结金属粉末打印模具后处理工艺流程：应用：可作为注射模、压铸模、锻模使用4.2间接制模树脂模（1）环氧树脂模具体的工艺流程为：打印原型→表面处理→制造模框→设计分型面→刷脱模剂及胶衣树脂→浇注模具材料：金属粉末与环氧树脂的混合材料；（2）金属树脂模优点：强度、耐温性方面较硅胶模好；优点：环氧树脂模寿命比硅胶模高；环氧树脂塑料模具3.3金属喷涂模具技术应用领域：注塑模、吹塑模、反应注塑模、吸塑模、浇注模等优点：经济有效、生产周期短、频繁更新的市场产品1、金属喷涂模具的类型（1）金属冷喷涂模具技术：使用喷枪将充分雾化的低熔点金属以一定的速度喷射到产品原型的表面，形成模具的型腔表面，背衬支撑材料后，分离得到精密金属模具的方法（2）金属热喷涂模具技术：将熔化的金属雾化后，使用喷枪高速喷射沉积在产品原型上，获得特殊性能的金属层，背衬支撑材料后，分离得到金属模具