中矿大快速成型技术及其应用课件

中国矿业大学材料学院快速成型技术及其应用王延庆RapidPrototyping(RP)TechnologyandIt’sApplications说明：RapidPrototyping快速成型-快速原型型-形一、产生及发展概况二、典型快速成型系统（SLA、LOM、SLS、FDM）三、应用四、展望一、产生及发展概况产生的背景

全球制造战略的变迁

制造模式的改变

批量小

品种多

改型快1892年，J．E．BLanther在他的美国专利(#473901)中，曾建议用分层制造法构成地形图。这种方法的原理是，将地形图的轮廊线压印在一系列的蜡片上，然后按轮廓线切割蜡片，并将其粘结在一起，熨平表面，从而得到三维地形图。产生历程1902年，CarloBaese在他的美国专利(#774549)中，提出了用光敏聚合物制造塑料件的原理，这是现代第一种快速原型技术——“立体平板印刷术”(StereoLithography)的初始设想。1940年，Perera提出了在硬纸板上切割轮廓线，然后将这些纸板粘结成三维地形图的方法。50年代之后，出现了几百个有关快速成型技术设想及专利产生历程1976年，PaulLDimatteo

在他的美国专利(#3932923)中，进一步明确地提出先用轮廓跟踪器将三维物体转化成许多二维轮廓薄片，然后用激光切割这些薄片（下图），这些设想与现代另一种快速成型技术——“层积实体制造’’(LaminatedObjectManufacturing)的原理极为相似。产生历程1986年，CharlesWHull在他的美国专利(#4575330)中，提出了一个利用激光照射液态光敏树脂，从而分层制作三维物体的快速成型机的方案。1988年，美国3Dsystem公司据此专利生产出了第一台现代快速成型机—SLA250，开创了快速成型技术发展的新纪元。产生历程在此后的10年内，涌现了10多种不同形式的快速原型技术和相应的快速原型设备，如薄形材料选择性切割（LOM）、丝状材料选择性熔融(FDM)和粉末材料选择性烧结(SLS)等，并且在工业、医疗及其它领域得到了普遍的应用。SLA-250机型产生历程总之，快速成型技术带来了制造方式的变革，采取分层—叠加(离散—堆积)的制造方式。华中科技大学；国内发展情况西安交通大学1998年LPS激光快速成型机被认定为国家重点新产品；1998年XH激光快速成型光固化树脂被认定为国家重点新产品；2000年CPS250型激光快速成型机被认定为国家重点新产品；2004年SPS600固体激光快速成形机及光固化树脂被认定为国家重点新产品。2006年SCPS紫外线快速成形机及光固化树脂诞生国内发展情况清华大学1991年组建激光快速成形中心（国家CIMS工程研究中心）开始进行激光快速成形技术的研发。国内发展情况SSM：SlicingSolidManufacturingMEM：MeltingextrusionMolding该中心于2004年成立了生物制造工程研究所，利用其掌握的核心技术开始生物材料的加工成形。香港大学、香港科技大学、香港理工大学、南京航空航天大学、浙江大学等开展了有关设备、材料和工艺的研究；北京隆源自动成型系统有限公司也推出了类似SLS快速原型机的产品；香港快速原型科技中心、深圳生产力促进中心、天津生产力促进中心等为普及和推广快速原型技术进行了卓有成效的工作。国内发展情况美国在RP&M系统(设备)研制、生产、销售方面占全球主导地位，生产RP&M设备系统的公司主要有：◎3DSystems公司(SLA等)◎Strategy’sInc公司(FDM)◎Helisys公司(LOM)◎Sanders公司（3DPlottingSystem)◎DTM公司（SLS等)◎Aeroflex公司(SLA)欧洲和日本等国家也不甘落后，纷纷进行RP&M技术、设备研制等方面的研究工作，如：◎德国的EOS公司◎以色列的Cubital公司◎日本的CMET公司等主要的供应商二、典型快速成型系统构造三维模型模型近似处理成型方向选择切片处理前处理分层叠加原型后处理光固化原型－SLA叠层实体制造－LOM选择性激光烧结－SLS熔融沉积制造－FDM＊＊＊＊＊工件剥离或去支撑等强硬化处理表面处理产品造型快速成型产品原型光固化快速原型－SLA叠层实体快速原型－LOM粉末激光烧结快速原型－SLS熔融沉积快速原型－FDM三、应用主要应用

概念模型可视化主要应用

功能模型主要应用

熔模铸造

砂型铸造

直接用于型腔模具主要应用

用于翻制硅胶模主要应用

医疗主要应用

医疗

医疗总装托纸板前盖底座上盖送纸板齿条齿轮典型应用案例1前盖底座上盖托纸板总装齿条齿轮挡纸板前盖原型上盖原型托纸板原型托纸板硅胶模上盖硅胶模前盖硅胶模总装前盖底座托纸板送纸板上盖底座主体上盖按键典型应用案例2底座模具上盖产品总装上盖模具底座产品典型应用案例3显示屏硅橡胶模具零件总装零件底座上盖典型应用案例4上盖底座装配信号发生器底座模具信号发生器上盖模具树脂产品产品外观设计产品结构设计典型应用案例5概念设计周期:10个工作日快速原型外观评估结构设计典型应用案例6底板上盖2壳体按纽上盖1总装前盖典型应用案例7造型硅橡胶模具LOM原型树脂件轿车前照灯轿车后组合灯典型应用案例8前照灯壳转向灯壳前照灯前盖前照灯后盖转向灯前盖前照灯壳前照灯前盖前照灯前盖转向灯壳及盖典型应用案例9SLASLASLASLASLASLASLSSLSSLSSLS四、展望快速成型技术存在的问题1、零件精度不够高2、材料种类不够多3、机械性能不够强快速成型技术发展趋势1、分层方式的演变

RP数据处理过程需要将CAD模型数据（STL文件)按一定方向分层为层片模型数据（CLI文件)，以便于加工层片从而堆积成实体。目前，分层方式已经由传统的二维平面分层发展为空间的曲面分层（美国DAYTON大学、STANFORD大学对此进行了研究）。快速成型技术发展趋势2、功能材料具有特定电、磁学性能（如超导体、磁存储介质）的特殊功能材料采用快速原型技术制造已经拓展了RP的应用领域。

3、组织工程材料生物医学工程已经发展成为新的科学研究热点，其中生命体的人工合成和人体器官的人工替代是该领域的科学前沿。而生命体中的细胞载体框架结构是一种特殊的结构，从制造科学的角度来讲，它是由纳米级材料构成的极其精细的复杂非均质多孔结构，是传统制造技术无法完成的结构，但快速原型制造是能够很好完成此种特殊制造的技术，这是由于RP＆M是根据离散/堆积成形原理的制造技术，在计算机的管理与控制下，利用激光的粒子性精确地堆积材料（细胞、特殊生物材料细胞）以保证成形件（细胞载体框架结构）的正确拓朴关系，强度，表面质量清华大学于2004年成立了生物制造工程研究所，开始生物材料的加工成形4、快速模具制造技术是RP&M的一个重要应用领域美国、英国等国家已投入相当的人力与财力从事这方面的研究与应用，快速模具制造技术潜力巨大，对于扩大RP&M技术与设备的应用范围至关重要。直接快速模具技术间接快速模具技术快速成型技术发展趋势5、RP大型化

分析各大公司的产品系列可以发现，原型的制造尺寸呈增大的趋势。在大型化方面，日本东京大学作了较多的工作，中国清华大学也自主开发了大型RP设备，其SSM-1600成形尺寸已达1600×800×750mm，为世界之最。

6、数据来源的多样化CT数码相机

DigitalImageImportedfromcamera3DImageGraspedfromourRPMachiningprogramFinalProductMiddleCommercialSoftwareWorkFlowSchematic总结

20世纪80年代末该项技术在美国首先出现

被称为一种数字化制造与成型，具有高度的柔性，带来了制造方式的变革——美国3DSystems公司在1988年推出第一台商品化设备SLA-250——去除加工方式

累积成型方式或添加成型方式快速成型（RapidPrototyping，RP）技术

对制造业的贡献与冲击将与60年代出现的数控技术（NC）相媲美；堪称制造业的第二次革命

集中体现了激光技术、数控技术、计算机应用技术、材料技术的高度集成快速成型（RapidPrototyping，RP）技术比较成熟的系统有：SLA：StereoLithographyApparatusLOM：LaminatedObjectManufacturingSLS：S