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快速成型复习题
第一章思考题（红色作业）
1、上世纪中叶以来，整个世界制造业的战略是如何变迁的？
答：
从如何做得更多；到如何做得更便宜；再到如何做得更好；再到如何做得更快
2、快速成型英文是什么?
主要有哪些方法，各种主要方法的英文及缩写是什么？
答：
RP&M主要方法有光固化成型法SLA；叠层实体制造法LOM;选择性激光烧结法SLS；熔融沉积制造法FDM
3、快速成型是哪些先进技术的集成？
答：
新材料、激光应用技术、精密伺服驱动技术、计算机技术以及数控技术的高度集成
4、快速成型的主要用途有哪些？
其显著优势是什么？
答：
被用于制造原型、新产品开发、复杂零件制造、模具设计与制造、产品设计外观评估和装配检验、快速反求和复制以及难加工材料的制造
优势有自由成型制造、制造过程快速、添加式和数字化驱动成型方式、技术高度集成、突出的经济效益、广泛的应用领域
5、快速成型技术具有哪些特点，能使哪些方面受益？
答：
自由成型制造、制造过程快速、添加式和数字化驱动成型方式、技术高度集成、突出的经济效益、广泛的应用领域受益的有设计者、制造者、推销者、用户
6、快速成型技术发展趋势有哪些？
你认为还会有哪些发展趋势？
答：
金属零件的直接快速成型、概念创新和工艺改进、数据优化处理及分层方式演变、快速成型设备的专用化和大型化、开发性能优越的成型材料、成型材料系列化标准化、喷射成型技术的广泛应用、梯度功能材料应用、组织过程材料快速成型、开发新的成型能源、拓展新的应用领域、集成化我认为还会更加智能化、技术的平民化
7、列举快速成型应用的目的或用途主要有哪些？
答：
缩短产品投放市场的周期、降低成本、提高质量、增强企业竞争力
8、列举对快速成型需求较多的领域有哪些？
答：
模具制造、复杂零件的制造、快速反求和复制、新产品的开发及性能的测试
第二章光固化快速成型工艺
1、叙述光固化快速成型的原理。
氨一镉激光器或氯离子激光器发出的紫外激光束在控制系统的控制下按零件的各分层截面信息在光敏树脂表面进行逐点扫描，使被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。
一层固化完毕后，工作台下移一个层厚的距离,以使在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平，然后进行下一层的扫描加工，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，如此重复直至整个零件制造完毕，得到一个三维实体原型。
2、光固化快速成型的特点有哪些？
优点：
（1）成型过程自动化程度高；
（2）尺寸精度高；
（3）优良的表面质量；
（4）可以制作结构十分复杂的模型、尺寸比较精细的模型；
（5）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；
（6）制作的原型可以一定程度地替代塑料件。
缺点：
（1）制件易变形，成型过程中材料发生物理和化学变化；
（2）较脆，易断裂性能尚不如常用的工业塑料；
（3）设备运转及维护成本较高，液态树脂材料和激光器的价格较高；
（4）使用的材料较少，目前可用的材料主要为感光性的液态树脂材料；
（5）液态树脂有气味和毒性，并且需要避光保护，以防止提前发生聚合反应，选择时有局限性；
（6）需要二次固化
3、光固化材料的优点有哪些？
光固化树脂主要分为几大类？
优点：
（1）固化快
（2）不需要加热
（3）可配成无溶剂产品
（4）节省能量。
（5）可使用单组分，无配置问题，使用周期长。
（6）可以实现自动化操作及固化，提高生产的自动化程度，从而提高生产效率和经济效益。
分类：
（1）自由基光固化树脂
（2）阳离子光固
（3）混杂型光固化树脂
4、列举供应光固化成型设备国内外主要商家及其基本型号
答：
美国3DSystems公司：
SLA-250,SLA-250HR,SLA-3500、SLA-5000,SLA-7000
Aaroflex公司SolidImagerl>SolidImager2>SolidImager3
日本CMETOUP-400;SONYJSC-2000
德国EOSSTEREOSMAX-400;
国内：
西安交通大学SPS250;上海联泰科技有限公司RS-600H;华中科技大学HRPL-
I;北京殷华公司Auro350
5、光固化成型工艺过程主要分为几个阶段，其后处理工艺过程包括哪些基本步骤?
阶段：
前处理、原型制作和后处理三个阶段。
后处理步骤：
（1）原型叠层制作结束后，工作台升出液面，停留5〜lOmin（晾干）；
（2）将原型和工作台一起斜放景干，并将其浸入丙酮、酒精等清洗液中，搅动并
刷掉残留的气泡，45min后放入水池中清洗工作台；
（3）由外向内从工作台上取下原型，并去除支撑结构；
（4）再次清洗后置于紫外烘箱中进行整体后固化。
6、光固化成型的支撑结构的类型有哪些？
支撑的作用是什么？
类型：
斜支撑、直支撑、单腹板、双腹板、十字壁板。
作用：
支撑结构除了确保原型的每一结构部分都能可靠固定之外，还有助于减少原型在制作过程中发生的翘曲变形。
7、光固化原型工艺中的收缩变形来自于哪几个方面？
（1）零件成型过程中树脂收缩产生的变形；
（2）后固化时收缩产生的变形。
8、影响光固化原型精度的因素有哪些？
为提高原型精度，各因素是如何控制的？
1.几何数据处理造成的误差；
措施：
（1）直接切片；
（2）自适应分层。
2.成型过程中材料的固化收缩引起的翘曲变形；
措施：
（1）成型工艺的改进；
（2）树脂配方的改进。
3.树脂涂层厚度对精度的影响；措施：
二次曝光法一多次反复曝光后的固化深度与以多次曝光量之和进行一次曝光的固化深度是等效的。
4.光学系统对成型精度的影响；
措施：
（1）光路校正；
（2）光斑校正。
5.激光扫描方式对成型精度的影响；
措施：
采用分区扫描方式。
6.光斑直径大小对成型尺寸的影响；
措施：
光斑补偿方法。
7.激光功率、扫描速度、扫描间距产生的误差。
措施：
首先对扫描固化过程进行理论分析，进而找出各个工艺参数对扫描过程的影响。
9、影响光固化原型制作效率的因素有哪些？
如何提高原型的制作效率？
答：
扫描固化时间和辅助时间、扫描参数；可通过减少辅助时间、选择层数较少的制作方向、增大扫描间距
第三章叠层实体快速成型工艺
1、叠层实体快速原型制造工艺的基本原理
答：
叠层实体快速原型制造技术由计算机、材料存储及送进机构、热粘压机构、激光切割系统、可升降工作台和数控系统和机架等组成。
首先在工作台上制作基底,工作台下降，送纸滚筒送进一个步距的纸材，工作台回升，热压滚筒滚压背面涂有热熔胶的纸材，将当前迭层与原来制作好的迭层或基底粘贴在一起，切片软件根据模型当前层面的轮廓控制激光器进行层面切割，逐层制作，当全部迭层制作完毕后,再将多余废料去除，最终形成三维工件原型。
2、叠层实体快速原型制造工艺的特点
答：
优点：
原材料价格便宜，原型制作成本低；制件尺寸大；无须后固化处理；无须设计和制作支撑结构；废料易剥离；热物性与机械性能好，可实现切削加工；精度高；设备可靠性好，寿命长；操作方便。
缺点：
不能直接制作塑料工件；工件的抗拉强度和弹性不够好；工件易吸湿膨胀；工件表面有台阶纹，需打磨
3、当前开发出来的叠层实体快速成型材料主要有几种？
其中常用的是什么？
答：
薄层材料：
纸、塑料薄膜、金属箔等
粘结剂:
热熔胶
制备工艺：
涂布工艺；
常用的是涂有热熔胶的纸材
4、列举若干叠层实体快速成型设备的主要型号
答.
表金3国内外部分碧层实体（LOM）快速成型设备一览表
数
型
研制单位
加工尺寸mm
精度
mm
层厚
nun
敷光
光源
扫描速
度（ms）
外型尺寸mm
HRP-IIB
华中
科技
大学
450x450x350
0.02
50WCO：
1470X1100X1250
HRP-IIIA
600x4（X）x500
50WCO：
157OX11OOX17OO
HRP-IV
800x500x500
50WCO：
2000x1400X1500
LOM1015
Hdisys
（美国）
380x250x350
0254
0.4318
25WCO：
LOM2030
815x550x508
0.254
0.4318
50WCO：
1120X1020X1140
SD300
Solidimen
（以色列）
160x210x135
0.2-0.3
0.165
450x725x415
PLT-A4
Kira
（曰本）
280x190x200
0.051
840X870X1200
PLA-A3
400x280x300
0.051
1150X800X1220
ZIPPYI
KINER
GY（新
加坡）
380x280x340
0.1
CO：
1730X1000X1580
ZIPPYII
1180x730x550
0.1
CO：
2570X1860X2000
ZIPPYIII
750x500x450
0.1
co：
2100X1500X1800
SSM-500
着华
大学
6（X）x400x500
0.1
40WCO：
（M.5
SSM4600
1600x800x700
0.15
50WCO：
（M.5
5、影响叠层实体快速原型制造精度的原因答：
CAD模型STL文件输出造成的误差；切片软件STL文件输入设置造成的误差；成型过程误差：
不一致的约束，成型功率控制不当，切碎网格尺寸，工艺参数不稳定；设备精度误差：
激光头的运动定位精度，X、Y轴系导轨垂直度，Z轴与工作台面垂直度；
成型之后环境变化引起误差：
热变形，湿变形。
6、提局叠层实体快速原型制造质量的措施
答：
在进行STL转换时，可以根据零件形状的不同复杂程度来定。
在保证成形件形状完整平滑的前提下，尽量避免过高的精度。
不同的CAD软件所用的精度范围也不一样，例如Pro/E所选用的范围是0.01~0.05mm,UGII所选用的范围是0.02〜0.08mm,如果零件细小结构较多可将转换精度设高一些；
STL文件输出精度的取值应与相对应的原型制作设备上切片软件的精度相匹配。
过大会使切割速度严重减慢，过小会引起轮廓切割的严重失真；
模型的成型方向对工件品质（尺寸精度、表面粗糙度、强度等）、材料成本和制作时间产生很大的影响。
应该将精度要求较高的轮廓（例如，有较高配合精度要求的圆柱、圆孔），尽可能放置在X-Y平面；
为提高成形效率，在保证易剥离废料的前提下，应尽可能减小网格线长度，可以根据不同的零件形状来设定。
当原型形状比较简单时，可以将网格尺寸设大一些，提高成型效率；当形状复杂或零件内部有废料时，可以采用变网格尺寸的方法进行设定，即在零件外部采用大网格划分，零件内部采用小网格划分；
热湿变形控制：
采用新的材料和新的涂胶方法；改进后处理方法；根据制件的热变形规律预先对CAD模型进行反变形修正；原型制作后的处理措施：
加压下冷却叠层块；充分冷却后剥离；及时进行表面处理（涂覆增强剂如强力胶、环氧树脂漆或聚氨酯漆等，有助于增加制件的强度和防潮效果）。
7、新型的**OffsetFabrication”叠层实体快速原型工艺方法的基本原理
答：
该方法使用的薄层材料为双层结构，上面一层为制作原型的叠层材料，下面的薄层材料是衬材。
双层薄材在叠层之前进行轮廓切割，将叠层材料层按照当前叠层的轮廓进行切割，然后进行粘接堆积，粘接后，衬层材料与叠层材料分离，带走当前叠层的余料。
第四章选择性激光烧结成型工艺
1、叙述选择性激光烧结快速原型工艺的基本原理。
答：
选择性激光烧结加工过程是采用铺粉辗将一层粉末材料平铺在已成形零件的上表面，并加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度，控制系统控制激光束按照该层的截面轮廓在粉层上扫描，使粉末的温度升至熔化点，进行烧结并与下面已成形的部分实现粘接。
当一层截面烧结完后，工作台下降一个层的厚度，铺料辗又在上面铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的烧结，如此反复，直至完成整个模型。
2、选择性激光烧结工艺的特点有哪些？
答：
优点：
①可直接制作金属制品；②可采用多种材料；③无需支撑结构；④制造工艺比较简单；⑤材料利用率高。
缺点：
①原型表面粗糙；②烧结过程挥发异味；③有时需要比较复杂的辅助工艺。
3、简述高分子粉末材料的烧结工艺过程。
答：
高分子粉末材料激光烧结快速原型制造工艺过程同样分为前处理、粉层烧结叠加以及后处理过程三个阶段。
①前处理阶段主要完成模型的三维CAD造型，并经STL数据转换后输入到粉末激光烧结快速原型系统中。
②粉层激光烧结叠加：
首先对成型空间进行预热，对于PS高分子材料，一般需要预热到100°C左右。
在预热阶段，根据原型结构的特点进行制作方位的确定，当摆放方位确定后，将状态设置为加工状态；然后设定建造工艺参数，如层厚、激光扫描速度和扫描方式、激光功率、烧结间距等。
当成形区域的温度达到预定值时，便可以启动制作了。
在制作过程中，为确保制件烧结质量，减少翘曲变形，应根据截面变化相应的调整粉料预热的温度；所有叠层自动烧结叠加完毕后，需要将原型在成型缸中缓慢冷却至40°C以下，取出原型并进行后处理。
③后处理：
激光烧结后的PS原型件，强度很弱，需要根据使用要求进行渗蜡或渗树脂等进行补强处理。
由于该原型用于熔模铸造，所以进行渗蜡处理。
4、简述金属粉末材料间接烧结工艺过程。
答：
金属零件间接烧结工艺使用的材料为混合有树脂材料的金属粉末材料，SLS工艺主要实现包裹在金属粉粒表面树脂材料的粘接。
其工艺过程如图1所示。
由图中可知，整个工艺过程主要分三个阶段：
一是SLS原型件（"绿件”）的制作，二是粉末烧结件（“褐件"）的制作，三是金属溶渗后处理。
图1
5、简述金属粉末材料直接烧结工艺过程。
答：
金属零件直接烧结工艺采用的材料是纯粹的金属粉末，是采用SLSX艺中的激光能源对金属粉末直接烧结，使其融化，实现叠层的堆积。
其工艺流程如图2所
金属零件直接烧结成型过程较间接金属零件制作过程明显缩短，无需间接烧结时复杂的后处理阶段。
但必须有较大功率的激光器，以保证直接烧结过程中金属粉末的直接熔化。
因而，直接烧结中激光参数的选择，被烧结金属粉末材料的熔凝过程及控制是烧结成型中的关键。
6、高分子材料粉末激光烧结原型的后处理一般有哪两种方式？
各自面向的用途是什么？
答：
高分子粉末材料烧结件的后处理工艺主要有渗树脂和渗蜡两种。
当原型件主要用于熔模铸造的消失型时，需要进行渗蜡处理。
当原型件为了提高强硬性指标时,需要进行渗树脂处理。
以高分子粉末为基底的烧结件力学性能较差，作为原型件一般需对烧结件进行树脂增强。
在树脂涂料中，环氧树脂的收缩率较小，可以较好地保持烧结原型件的尺寸精度，提高高分子粉末烧结件的适用范围。
7、粉末激光烧结快速原型工艺中的烧结工艺参数主要有哪些？
它们是如何影响原型尺寸和性能的？
图2答：
（1）激光功率:
1激光功率的增加，尺寸误差向正方向增大
2激光功率增加时，强度也随着增大
3激光功率过大会加剧因熔固收缩而导致的制件翘曲变形
（2）扫描速度
1扫描速度增加，尺寸误差向负误差的方向减小
2扫描速度增加，烧结制件强度减小
（3）烧结间距
1烧结间距增加，尺寸误差向负误差方向减小
2烧结间距增加，烧结制件强度减小
3烧结间距增加，成型效率提高
（4）单层层厚
1单层层厚增加，尺寸误差向负误差方向减小
2单层层厚增加，烧结制件强度减小
3单层厚度增加，成型效率提高
（5）预热
1没有预热，或者预热温度不均匀，将会使成型时间增加，所成型零件的性能低和质量差，零件精度差，或使烧结过程完全不能进行。
2对粉末材料进行预热，可以减小因烧结成型时受热在工件内部产生内应力，防止其产生翘曲和变形，提高成型精度。
第五章熔融沉积快速成型工艺
1、熔融沉积快速成型工艺的基本原理
熔融沉积（FusedDepositionModeling,FDM）又叫熔丝沉积，它是将丝状的热熔性材料加热熔化，通过带有一个微细喷嘴的喷头挤喷出来，如果热熔性材料的温度始终稍高于固化温度，而成型部分的温度稍低于固化温度，就能保证热熔性材料挤喷出喷嘴后，随即与前一层面熔结在一起。
一个层面沉积完成后，工作台按预定的增量下降一个层的厚度，再继续熔喷沉积，直至完成整个实体造型。
将实芯丝材原材料缠绕在供料辗上，由电机驱动辗子旋转，辗子和丝材之间的摩擦力使丝材向喷头的出口送进。
在供料辗与喷头之间有一导向套，导向套采用低摩擦材料制成，以便丝材能顺利、准确地由供料辗送到喷头的内腔。
喷头的前端有电阻丝式加热器，在其作用下，丝材被加热熔融，然后通过出口涂覆至工作台上，并在冷却后形成制件当前截面轮廓。
2、熔融沉积成型工艺的特点有哪些
优点：
◎系统构造和原理简单，运行维护费用低（无激光器）
◎原材料无毒，适宜在办公环境安装使用
◎用蜡成形的零件原型，可以直接用于失蜡铸造
◎可以成型任意复杂程度的零件
◎无化学变化，制件的翘曲变形小
◎原材料利用率高，且材料寿命长
◎支撑去除简单，无需化学清洗，分离容易
◎可直接制作彩色原型
缺点：
◎成型件表面有较明显条纹◎沿成型轴垂直方向的强度比较弱
◎需要设计与制作支撑结构◎原材料价格昂贵
◎需要对整个截面进行扫描涂覆，成形时间较长
3、双喷头熔融沉积快速成型工艺的突出优势是什么？
双喷头的优点除了沉积过程中具有较高的沉积效率和降低模型制作成本以外，还可以灵活地选择具有特殊性能的支撑材料，以便于后处理过程中支撑材料的去除，如水溶材料、低于模型材料熔点的热熔材料等。
指标
SLA
LOM
SLS
FDM
成型
速度
较快
快
较慢
较慢
原型
精度
高
较高
较低
较低
制造
成本
较高
低
较低
较低
复杂
复杂
简单
复杂
中等
程度
零件
大小
中小件
中大件
中小件
中小件
常用
热固性光敏
纸、金属箔、
石蜡、塑料、金
石蜡、尼龙、
材料
树脂等
塑料薄膜等
属、陶瓷等粉末
ABS、低熔点金属
FDM工艺与其它快速成型工艺方法的比较
熔融沉积快速成型材料
熔融沉积快速成型制造技术的关键在于热融喷头，喷头温度的控制要求使材料挤出时既保持一定的形状又有良好的粘结性能。
除了热熔喷头以外，成型材料的相关特性（如材料的粘度、熔融温度、粘结性以及收缩率等）也是该工艺应用过程中的关键。
熔融沉积工艺使用的材料分为两部分：
一类是成型材料，另一类是支撑材料。
4、熔融沉积快速成型工艺对原型材料的要求：
◎材料的粘度
材料的粘度低、流动性好，阻力就小，有助于材料顺利挤出。
材料的流动性差，需要很大的送丝压力才能挤出，会增加喷头的启停响应时间，从而影响成型精度。
◎材料熔融温度
熔融温度低可以使材料在较低温度下挤出，有利于提高喷头和整个机械系统的寿命。
可以减少材料在挤出前后的温差，减少热应力，从而提局原型的精度。
◎材料的粘结性
FDM工艺是基于分层制造的一种工艺，层与层之间往往是零件强度最薄弱的地方,粘结性好坏决定了零件成型以后的强度。
粘结性过低，有时在成型过程中因热应力会造成层与层之间的开裂。
◎材料的收缩率
由于挤出时，喷头内部需要保持一定的压力才能将材料顺利挤出，挤出后材料丝一般会发生一定程度的膨胀。
如果材料收缩率对压力比较敏感，会造成喷头挤出的材料丝直径与喷嘴的名义直径相差太大，影响材料的成型精度。
FDM成型材料的收缩率对温度不能太敏感，否则会产生零件翘曲、开裂。
由以上材料特性对FDM工艺实施的影响来看，FDM工艺对成型材料的要求是熔融温度低、粘度低、粘结性好、收缩率小。
5、熔融沉积快速成型工艺对支撑材料的要求:
◎能承受一定高温度由于支撑材料要与成型材料在支撑面上接触，所以支撑材料必须能够承受成型材料的高温，在此温度下不产生分解与融化。
◎与成型材料不浸润，便于后处理
支撑材料是加工中采取的辅助手段，在加工完毕后必须去除，所以支撑材料与成型材料的亲和性不应太好。
◎具有水溶性或者酸溶性
对于具有很复杂的内腔、孔等原型，为了便于后处理，可通过支撑材料在某种液体里溶解而去支撑。
由于现在FDM使用的成型材料一般是ABS工程塑料，该材料一般可以溶解在有机溶剂中，所以不能使用有机溶剂。
目前已开发出水溶性支撑材料。
◎具有较低的熔融温度
具有较低的熔融温度可以使材料在较低的温度挤出，提高喷头的使用寿命。
◎流动性要好
由于支撑材料的成型精度要求不高，为了提高机器的扫描速度，要求支撑材料具有很好的流动性，相对而言，对于粘性可以差一些。
FDMI艺对支撑材料的要求是能够承受一定的高温、与成型材料不浸润、具有水溶性或者酸溶性、具有较低的熔融温度、流动性要特别好等。
6、熔融沉积快速成型的工艺过程（前处理、成型、后处理）
◎前处理
—数字建模
载入模型，即导入STL文件
—文件校验与修复
目的：
保证无裂缝、空洞，无悬面、重叠面和交叉面
确定摆放方位
针对多个模型：
更好地布局以便成型
针对单个模型：
提高成型质量及效率
目的：
保证无裂缝、空洞，无悬面、
确定分层参数
存储分层文件◎成型
打开快速成型机，连接设备
检查工作台上是否有未取下的零件或障碍物
系统初始化：
X、Y、Z轴归零
成型室预热：
按下温控、散热按钮
调试：
检查运动系统及吐丝是否正常
对高：
将喷头调至与工作台间距0.3mm处
打印模型：
注意开始时观察支撑粘接情况
成型结束，取出模型，清理成型室
◎后处理
去除支撑
打磨
7、熔融沉积工艺成型过程影响因素有哪些？
这些因素是如何影响成型过程的？
◎材料性能的影响
凝固过程中，由材料的收缩而产生的应力变形会影响成形件精度。
（1）热收缩
（2）分子取向的收缩
措施：
（1）改进材料的配方
（2）设计时考虑收缩量进行尺寸补偿
◎喷头温度和成型室温度的影响
喷头温度决定了材料的粘结性能、堆积性能、丝材流量以及挤出丝宽度。
成型室的温度会影响到成形件的热应力大小。
措施：
（1）喷头温度应根据丝材的性质在一定范围内选择，以保证挤出的丝呈熔融流动状态
（2）一般将成型室的温度设定为比挤出丝的熔点温度低1〜2°Co
◎填充速度与挤出速度的交互影响
单位时间内挤出丝体积与挤出速度成正比，当填充速度一定时，随着挤出速度增大,挤出丝的截面宽度逐渐增加，当挤出速度增大到一定值，挤出的丝粘附于喷嘴外圆锥面，就不能正常加工。
若填充速度比挤出速度快，则材料填充不足，出现断丝现象，难以成型。
措施：
挤出速度应与填充速度相匹配
◎分层厚度的影响
一般来说，分层厚度越小，实体表面产生的台阶越小，表面质量也越高，但所需的分层处理和成型时间会变长，降低了加工效率。
相反，分层厚度越大，实体表面产生的台阶也就越大，表面质量越差，不过加工效率则相对较高。
措施：
兼顾效率和精度确定分层厚度，必要时可通过打磨提高表面质量与精度
◎成型时间的影响
每层的成型时间与填充速度、该层的面积大小及形状的复杂度有关。
若层的面积小,形状简单，填充速
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