四种常见快速成型技术 2Word下载.docx

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敏树脂选择性固化是采用立体雕刻（Stereolithography）原理的一种工艺，简称SLA，也是最早出现的、技术最成熟和应用最广泛的快速原型技术。

在树脂液槽中盛满液态光敏树脂，它在紫外激光束的照射下会快速固化。

成型过程开始时，可升降的工作台处于液面下一个截面层厚的高度，聚焦后的激光束，在计算机的控制下，按照截面轮廓的要求，沿液面进行扫描，使被扫描区域的树脂固化，从而得到该截面轮廓的塑料薄片。

然后，工作台下降一层薄片的高度，以固化的塑料薄片就被一层新的液态树脂所覆盖，以便进行第二层激光扫描固化，新固化的一层牢固的粘结在前一层上，如此重复不已，知道整个产品成型完毕。

最后升降台升出液体树脂表面，即可取出工件，进行清洗和表面光洁处理。

光敏树脂选择性固化快速原型技术适合于制作中小形工件，能直接得到塑料产品。

主要用于概念模型的原型制作，或用来做装配检验和工艺规划。

它还能代替腊模制作浇铸模具，以及作为金属喷涂模、环氧树脂模和其他软模的母模，使目前较为成熟的快速原型工艺。

SLA快速原型技术的优点是：

1、成形速度较快。

2、系统工作相对稳定。

3、尺寸精度较高，可确保工件的尺寸精度在0.1mm（但，国内SLA精度在0.1——0.3mm之间，并且存在一定的波动性）。

4、表面质量较好，工件的最上层表面很光滑，侧面可能有台阶不平及不同层面间的曲面不平；

比较适合做小件及较精细件。

5、系统分辨率较高。

SLA快速原型的技术缺点：

1、需要专门实验室环境，维护费用高昂。

2、成型件需要后处理，二次固化，防潮处理等工序。

2、光敏树脂固化后较脆，易断裂，可加工性不好；

工作温度不能超过100℃，成形件易吸湿膨胀，抗腐蚀能力不强。

3、氦-镉激光管的寿命仅3000小时，价格较昂贵。

同时需对整个截面进行扫描固化，成型时间较长，因此制作成本相对较高。

4、且光敏树脂对环境有污染，使皮肤过敏。

5、需要设计工件的支撑结构，以便确保在成型过程中制作的每一个结构部委都能可*定位，支撑结构需在未完全固化时手工去除，容易破坏成型件。

SLS

粉末材料选择性烧结（SelectedLaserSintering）是一种快速原型工艺，简称SLS。

粉末材料选择性烧结采用二氧化碳激光器对粉末材料（塑料粉、陶瓷与粘结剂的混合粉、金属与粘结剂的混合粉等）进行选择性烧结，是一种由离散点一层层对集成三维实体的工艺方法。

在开始加工之前，先将充有氮气的工作室升温，并保持在粉末的熔点一下。

成型时，送料筒上升，铺粉滚筒移动，先在工作平台上铺一层粉末材料，然后激光束在计算机控制下按照截面轮廓对实心部分所在的粉末进行烧结，使粉末溶化继而形成一层固体轮廓。

第一层烧结完成后，工作台下降一截面层的高度，在铺上一层粉末，进行下一层烧结，如此循环，形成三维的原型零件。

最后经过5-10小时冷却，即可从粉末缸中取出零件。

未经烧结的粉末能承托正在烧结的工件，当烧结工序完成后，取出零件，未经烧结的粉末基本可自

粉末材料选择性烧结工艺适合成型中小件，能直接的到塑料、陶瓷或金属零件，零件的翘曲变形比液态光敏树脂选择性固化工艺要小。

但这种工艺仍需对整个截面进行扫描和烧结，加上工作室需要升温和冷却，成型时间较长。

此外，由于受到粉末颗粒大小及激光点的限制，零件的表面一般呈多孔性。

在烧结陶瓷、金属与粘结剂的混合粉并得到原型零件后，须将它置于加热炉中，烧掉其中的粘结剂，并在孔隙中渗入填充物，其后处理复杂。

粉末材料选择性烧结快速原型工艺适合于产品设计的可视化表现和制作功能测试零件。

由于它可采用各种不同成分的金属粉末进行烧结、进行渗铜等后处理，因而其制成的产品可具有与金属零件相近的机械性能，故可用于制作EDM电极、直接制造金属模以及进行小批量零件生产。

SLS快速原型技术的优点是：

1、与其他工艺相比，能生产较硬的模具，有直接金属型的概念。

2、可以采用多种原料，包括类工程塑料、蜡、金属、陶瓷等。

3、零件的构建时间较短，可达到1in/h高度。

4、无需设计和构造支撑。

SLS快速原型技术缺点是：

2、在加工前，要花近2小时的时间将粉末加热到熔点以下，当零件构建之后，还要花5-10小时冷却，然后才能将零件从粉末缸中取出。

3、成形件强度和表面质量较差，精度低。

表面的粗糙度受粉末颗粒大小及激光光斑的限制。

4、零件的表面多孔性，为了使表面光滑必须进行渗蜡等后处理。

在后处理中难于保证制件尺寸精度，后处理工艺复杂，样件变型大，无法装配。

5、需要对加工室不断充氮气以确保烧结过程的安全性，加工的成本高。

6、该工艺产生有毒气体，污染环境。

LOM

箔材叠层实体制作（LaminatedObjectManufacturing）快速原型技术是薄片材料叠加工艺，简称LOM。

箔材叠层实体制作是根据三维CAD模型每个截面的轮廓线，在计算机控制下，发出控制激光切割系统的指令，使切割头作X和Y方向的移动。

供料机构将地面涂有热溶胶的箔材（如涂覆纸、涂覆陶瓷箔、金属箔、塑料箔材）一段段的送至工作台的上方。

激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓用二氧化碳激光束对箔材沿轮廓线将工作台上的纸割出轮廓线，并将纸的无轮廓区切割成小碎片。

然后，由热压机构将一层层纸压紧并粘合在一起。

可升降工作台支撑正在成型的工件，并在每层成型之后，降低一个纸厚，以便送进、粘合和切割新的一层纸。

最后形成由许多小废料块包围的三维原型零件。

然后取出，将多余的废料小块剔除，最终获得三维产品。

叠层实体制作快速原型工艺适合制作大中型原型件，翘曲变形较小，尺寸精度较高，成型时间较短，激光器使用寿命长，制成件有良好的机械性能，适合于产品设计的概念建模和功能性测试零件。

且由于制成的零件具有木质属性，特别适合于直接制作砂型铸造模。

LOM快速原型技术的优点是：

1、由于只需要使激光束沿着物体的轮廓进行切割，无需扫描整个断面，所以这是一个高速的快速原型?

工艺。

常用于加工内部结构简单的大型零件及实体件。

2、无需设计和构建支撑结构。

LOM快速原型技术的缺点是：

1、需要专门实验室环境，维护费用高昂。

2、可实际应用的原材料种类较少，尽管可选用若干原材料，例如纸、塑料、陶土以及合成材料，但目前常用的只是纸，其他箔材商在研制开发中。

3、表面比较粗糙，工件表面有明显的台阶纹，成型后要进行打磨；

且纸制零件很容易吸潮，必须立即进行后处理、上漆。

4、难以构建精细形状的零件，即仅限于结构简单的零件。

5、由于难以（虽然并非不可能）去除里面的废料，该工艺不宜构建内部结构复杂的零件。

6、当加工室的温度过高时常有火灾发生。

因此，工作过程中需要专职人员职守。

几种快速成型技术的优缺点

优点：

FDM熔融沉积成型

（1）?

成形材料种类较多，成形样件强度好，能直接制作ABS塑料；

（2）尺寸精度较高，表面质量较好，易于装配；

（3）材料利用率高；

（4）操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。

SLA光固化成型

成形速度极快，成形精度、表面质量高；

（2）适合做小件及精细件。

SLS选择性激光烧结

有直接金属型的概念，可直接得到塑料、蜡或金属件；

（2）材料利用率高；

造型速度较快。

LOM分层实体制造

成形精度较高；

（2）只须对轮廓线进行切割，制作效率高，适合做大件及实体件；

（3）制成的样件有类似木质制品的硬度，可进行一定的切削加工。

缺点：

成形时间较长；

（2）做小件和精细件时精度不如SLA。

?

成形后要进一步固化处理；

（2）光敏树脂固化后较脆，易断裂，可加工性不好；

（3）工作温度不能超过100℃，成形件易吸湿膨胀，抗腐蚀能力不强。

成形件强度和表面质量较差，精度低。

（2）在后处理中难于保证制件尺寸精度，后处理工艺复杂，样件变型大，无法装配。

不适宜做薄壁原型；

（2）表面比较粗糙，工件表面有明显的台阶纹，成型后要进行打磨；

（3）易吸湿膨胀，成形后要尽快表面防潮处理；

（4）工件强度差，缺少弹性。

设备购置费用：

FDM熔融沉积成型：

低廉

SLA光固化成型：

高昂

SLS选择性激光烧结：

LOM分层实体制造：

中等

维护和曰常使用费用及发展趋势：

不使用激光，维护简单，运行费用低。

飞速发展

激光器有损耗，光敏树脂价格昂贵，运行费用很高。

稳步发展

激光器有损耗，材料利用率高，原材料便宜，运行费用居中。

激光器有损耗，材料利用率很低，运行费用较高。

渐趋淘汰

无人值守

LOM和SLS使用的CO2激光器是依*热量对成形材料进行切割和融化的，因此在机构发生机械故障时（如：

传动失灵，激光器无法自动关闭等），有发生火灾的可能，因此工作时必需有专人值守。

SLA的紫外光激光器是利用光敏树脂对紫外光敏感凝固的特性进行成形，不产生高热；

FDM的热压喷头温度远低于成形材料的燃点；

因此SLA和FDM在安全性方面可实现无人值守。

办公环境下使用

LOM和SLS使用时产生烟尘，SLA、LOM和SLS使用激光，具有危险性，因此在严格意义上说SLA、LOM和SLS均不适合在办公室内使用。

快速成型技术

（一）

2008-04-0512:

38

1、快速成型：

它结合了数控技术，CAD技术，激光技术，材料科学技术，自动控制技术等多门学科的先进成果，利用光能，热能等能量形式，对材料进行烧结，固化，粘结或熔融，最终成形出零件的三维实物模型。

激光烧结深度：

是直接影响烧结成型质量的重要因素之一，合适的烧结深度是获得良好烧结成型质量的前提，烧结深度必须大于铺粉厚度，以保证激光能量能够溶透当前层，使相邻两层产生烧结，否则就会产生分层导致成型强度精度变差，甚至无法成型，所以对影响烧结深度的因素进行研究，通过合理选择工艺参数来控制烧结深度具有十分重要的意义。

烧结深度主要由激光能量参数及粉末材料的特征参数决定。

其中激光能量参数又包括激光功率激光束，扫描速度，激光线束，长度及宽度；

粉末材料的特征参数则包括粉末材料对激光的吸收率，粉末熔点比热容，颗粒尺寸及分布，颗粒形态及铺粉密度。

成型精度：

是指成型工件的精度，而非快速成型机的机器精度，是保证成型件精度的重要前提，成型精度主要包括形状精度，尺寸精度与表面精度，即烧结成型件在形状尺寸和表面相互位置三个方面指标与设计要求的符合程度。

直接/间接快速制模；

直接快速制模是制用SLS，FDM，LOM等快速成型工艺方法之间制造出树脂模，陶瓷模和金属模具。

间接快速制模是指用快速成型作母件或过度模具，再通过传统的每模具制造方法来制造模具。

软模技术；

采用各种快速成型技术包括SLS，FDM，LOM可直接将CAD模型（虚拟模型）转换为具有一定机械性能的非金属的原型（物理原型），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。

桥模技术；

是将环氧树脂与有机或无机复合材料作为基体材料，以原型为基准烧浇模具的一中间接制模方法。

覆模陶瓷金属粉：

是经混粒-挤压-球磨粉碎制得的，大块的有机树脂与陶瓷粉末的混合替经球磨粉碎后呈不规则的形状，颗粒尺寸从零点几微米到几十微米，大颗粒是由大量有机树脂与陶瓷基本颗粒构成的团粒（聚集体）。

2、SLA/LOM基本原理及特点：

LOM原理也称薄型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，用二氧化碳激光束对薄型材料（如底面涂胶的纸）进行切割，逐步得到各层截面，并粘结在一起，形成三维产品。

特点：

这种方法适合成形大中型零件，翘曲变形小，成型时间较短，但尺寸精度不高，材料浪费，大，且清除废料困难。

SLA使用二氧化碳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）。

成型时先在工作台上铺一层粉末材料，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，工作台下降一个层厚，再进行后一层的铺粉烧结。

如此循环，最终形成三维产品。

这种方法适合成型中小型零件，能直接制造蜡模或塑料，陶瓷和金属产品。

制件的翘曲变形比SLS工艺小，但仍需对容易发生变形的地方设计支撑结构。

这种工艺要对实心部分进行填充扫描烧结，因此成型时间较长。

和、可烧结覆膜陶瓷粉和覆膜金属粉，得到成型件后，将制件置于加热炉中，烧掉其中的粘结剂，并在孔隙渗入填充物。

它最大的优点在与适用材料很广，几乎所用的粉末都可以使用，所以其应用范围也最广。

3、STL文件格式规则：

（1）共顶点规则。

在一个小三角形平面必须与每个小三角形平面共用两个顶点，也就是说，一个小三角形平面的顶点不能落在相邻的任一个三角形平面的边上。

（2）取向规则。

对于每一个平面，其法向量必须向外，3个顶点连成的矢量方向按右手法则确定，而且对于相邻的小三角形平面，不会出现取向矛盾。

（3）取值规则。

每一个小三角形平面的顶点坐标必须是正数，零和负数是错误的。

（4）充满规则。

在三维模型的所有表面上，必须布满小三角形平面，不得有任何遗漏。

4、SLS直接成型精铸蜡模工艺步骤：

（1）首先在CAD环境中，将设计好的蜡模三维实体模型直接翻成零件的反型，经过适当的处理，得到压型的CAD图形；

（2）对覆模金属粉，如树脂包覆的不锈钢粉进行激光烧结成型，得到压型的原型件；

（3）由于原型件中含有大量有机树脂，需在真空炉中经过脱脂处理彻底清除；

（4）为了保证一定的连接强度，以便进行金属处理过程中不致被破坏，对脱脂件要进行预烧结，对不锈钢预烧结温度大约为900℃；

（5）在真空中对上述处理件进行渗金属，以提高其密实程度，在经过表面打磨，抛光处理，即可制得蜡模的金属压型。

5、快速模具优点：

快速成型技术不仅能适应各种生产类型特别是单件小批量的模具生产，而且能适应各种复杂程度的模具制造。

它既能制造塑料模具，也能制造压铸模等金属模具。

因此快速成型一问世，就迅速应用与模具制造上。

意义：

应用快速成型方法快速制作模具的技术称为快速模具制造技术，而基于RP技术的快速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比前着的1∕3～1/10，生产成本也仅为1/3～1/5。

所以国外发达国家已将RT技术作为缩短模具制作周期和产品开发时间的重要研究课题和制造核心技术之一。

6、直接制作金属模具成型金属工艺方法。

1）利用SLS工艺制造金属模具1金属粉末大功率激光烧结成型技术2混合金属粉末激光烧结成型技术3金属-树脂粉末激光烧结成型法2）利用LOM工艺制造金属模具3）用FDM（熔积成型）法也可直接制造金属模具

7、模技术特点，步骤常用材料，材料特性？

硅胶模制模过程简单，不需要高压注射机等专门设备，脱模容易。

一套硅胶模能制造20个左右零件。

一般在真空中浇注，以去除气泡。

硅胶模的主要优点是成本低，许多材料都可以用硅胶模成型，适宜于蜡、树脂，石膏等的浇注成型，广泛应用于精铸蜡模的制作、艺术品的仿制和生产的制备。

硅胶模的主要缺点是制模速度慢，硅胶一般需24小时才能固化，为缩短这个时间，可以预加热原材料，将时间缩短一半。

反应注射模就是针对龟甲们的缺点设计的。

它采用自动混合快速凝固材料的方法，用单一模具，每天能制20—40件，若用多套模具，产量还将大大增加。

常用材料：

室温硫化硅橡胶，硫化硅橡胶种类很多但模具用的RTV要有如下的特征，伸长率和抗撕强度特别高，对原模具优异的兼容性，对于大多数化学物品有极好忍受能力，只有具有上述的RTV特性才能有较长的模具寿命和较低的模具成本

（1）TE-1089硅橡胶，属于双组分试问硫化硅橡胶，具有优异的柔软性，极强的抗撕强度，及耐高温、耐化学腐蚀性。

（2）甲基乙烯基硅橡胶，耐高温性，低温弹性，耐气候性，具有卓越的电性能，优良的物理机械性能，耐化学物质性能，透气性，生理惰性。

（3）RTV358，是一种室温硫化非透明硅橡胶，它在25度加入固化剂，经24小时后初步固化成弹性体。

（4）RTV141，是一种室温硫化透明硅橡胶，它在25度加入固化剂，经24—48小时后初步固化成弹性体。

（5）TEKSIL高温硫化硅橡胶，它比室温硫化硅橡胶哟更好的性能，硬度HSA55—75，抗拉强度12.4—62.1MPA，工作温度可以达到150—500度。

（6）聚氨酯树脂与工程塑料，是三种聚氨酯树脂SG95、SG200、2170与三种工程塑料ABS、Nylon6、聚丙烯PP的性能。

8、快速铸造技术实现途径？

P213

9、金属粉激光烧结成型技术状况？

1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即完成模具制作，制作的模具可作为压铸模、锻模使用。

2optomec公司于1998年和1999年分别推出了LENS-50、LENS-1500机型，以钢合金、铁镍合金、钛镍合金、钛钽合金镍铝合金为原料，采用激光技术，将金属直接熔化沉积成型，其生产的金属零件强度达到了传统方法生产的金属零件，精度在x-y平面可达0.13mm，z方向0.4mm，但表面粗糙度高，相当于砂型铸件的表面光洁程度，在使用前需进行精加工。

3国内今年来也开展了这方面的研究工作，西北工业大学、北京航空航天大学利用这种方法制作了高温合金零件，清华大学也正在开展这项工作。

华中科技大学在国际上提出了一种激光—等离子复合成型技术，即利用大功率激光逐层烧结熔化金属粉末，利用等离子逐层对实体进行轮廓整形，以得到表面精度较高的金属零件或模具。

10、RP在铸造模具快速制造中应用/？

刘光富P147-149

11、LOW原型制造误差分析，提高精度措施？

王广春P37-40

12、覆膜金属粉激光成型件后处理工艺？

1）先用稀碳酸钠溶液清洗金属粉表面油脂，再用稀盐酸清洗表面氧化物，用清水洗涤，最后用润湿剂进行表面处理；

2）包覆溶液制备。

将增滑剂、脱模剂、润湿分散剂、不同熔点的热熔胶按一定比例在卤代烃中加热溶解成溶液；

3）将包覆溶液和表面处理后的金属粉按一定比例在双锥回转真空干燥机中混合、烘干、回收溶剂；

4）将包覆的金属粉在球磨机中进行粉碎加工，过筛得到一定粒度的粉末；

5）在加工好的粉末中添加纳米粉末降低粉末粘度、改善粉末流动性，得到适合选择性激光烧结的覆膜金属粉（CMP1）?

13、铝填充环氧树脂膜？

刘光富P134

14、电弧喷涂快速制摸原理及基本结构？

原理：

将两根待喷金属丝作为自耗性电极，利用两根金属丝端部短路产生的电弧使丝材熔化，用压缩气体把已熔化的金属雾化成微滴，并使其加速沉积到基本表面形成涂层。

以这种金属涂层作为模具的型腔表面，背衬加固并设置相应的钢结构后就形成了简易的快速经济模具。

基本结构：

金属喷涂层，背衬层和钢结构部分

快速成型技术

（二）

快速成型技术，又称实体自由成型技术，快速成型的工艺方法是基于计算机三维实体造型，在对三维模型进行处理后，形成截面轮廓信息，随后将各种材料按三维模型的截面轮廓信息进行扫描，使材料粘结、固化、烧结，逐层堆积成为实体原型。

是直接影响烧结质量的重要因素之一，主要由激光能量参数及粉末材料的特征参数决定的。

其中，激光能量参数又包括激光功率、激光束扫描速度、激光线的长度及宽度；

粉末材料的特征参数则包括粉末材料对激光的吸收率、粉末熔点、比热容、颗粒尺寸及分布、颗粒形态及铺粉密度。

是评价成型质量最主要的指标之一，它是快速成型技术发展的基石。

精度值一般的指机器的精度，即使给出制作也是专门设计的标准件的精度，而并非以为着制作任何制件都能达到的精度。

直接制模：

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。

间接制模：

用快速成型件作母模或过度模具，在通过传统的模具制造方法来制作模具。

软模技术：

采用各种快速成型技术包括SLA、SLS、LOM，可直接将模型（虚拟模型）转换为具有一定机械性能的非金属的原型（物理模型），在许多场合下作为软模使用，用于小批量塑料零件的生产。

桥模制作：

将液态的环氧树脂于有机或无机复合材料作为基体材料，以原型为基准浇注模具的一种间接制模方法。

覆模陶瓷：

与覆模金属粉末类似，包覆陶瓷粉末（Al2O3等）。

金属粉：

按其组成情况分为三种：

（1）单一的金属粉

（2）两种金属粉末的混合体，其中一种熔点较低起粘结剂的作用（3）金属粉末和有机粘结剂的混合体。

2、SLA/LOM基本原理及特点：

（1）SLA基本原理:

SLA技术是交计算机CAD造型系统获得制品的三维模型，通过微机控制激光，按着确定的轨迹，对液态的光敏树脂进行逐层扫描，使被扫描区层层固化，连成一体，形成最终的三维实体，再经过有关的最终硬化打光等后处量，形成制件或模具。

可成型任意复杂形状，成型精度高，仿真性强，材料利用率高，性能可*，性能价格比较高。

适合产品外型评估、功能实验、快速制造电极和各种快速经济模具。

但该技术所用的设备和光敏树脂价格昂贵，使其成本较高。

（2）LOM基本原理:

LOM技术是通过计算机的三维模型，利用激光选择性地对其分层切片，将得到的各层截面轮廓层层粘结，最终叠加成三维实体产品。

成型速度快，成型材料便宜、成本低，因无相变，故无热应力、收缩、膨胀、翘曲等，所以形状与尽寸精度稳定，但成型后废料块剥离较费事，特别是复杂件内部的废料剥离。

该工艺适用于航空、汽车等和中体积较大制件的制作。

3、STL文件格式规则：

（1）共顶点规则：

一个小三角形平面地顶点不能落在相邻的任何一个三角形平面的边上

（2）取向规则：

对于每一个小三角形平面，其法向量必须向外，3个顶点连成的矢量方向按右手法则确定，而且对于相邻的小三角形平面，不能出现取向矛盾（3）取值规则：

每一个小三角形平面的顶点坐标值必须是正数，零和负数是错误的（4）充满规则：

在三维模型的所有表面上，必须布满小三角平面，不得有任何