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diazope先进制造导论论文
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--GuoGeTech
快速成型制造及其应用
学院：
机械工程学院＿
专业：
材料成型及控制工程＿
班级：
＿＿＿成型091＿＿
学号：
＿＿＿0908030029＿＿
学生姓名：
＿＿＿朱杰＿＿
2010年6月24日
目录
摘要……………………………………………………3
引言………………………………………………………3
1快速成型技术发展历史………………………………4
2快速成型技术应用领域…………………………………4
3快速成型技术成型原理…………………………………5
4快速成型技术应用分类……………………………………7
5快速成型技术现代应用………………………………………9
6快速成型技术发展趋势……………………………………10
参考文献…………………………………………………10
【摘要】系统的介绍了快速成型技术的原理及其技术体系的基本环节，分析了快速成型制造技术的应用现状和发展前景，并给出了工业应用实例。
【关键词】快速成型CADRPM
引言
快速成型技术是当今世界上飞速发展的制造技术之一。
快速成型制造（RapidPrototypingManufacturing，RPM）——材料堆积法（MaterialIncreasManufacturing）．是根据零件的三维模型数据，迅速而精确地制造出该零件．集CAD技术、数控技术、激光加工、新材料科学以及机械电子工程等多学科、多技术为一体的新技术。
传统的零件制造过
程往往需要车、钳、铣、磨等多种机加工设备和各种夹具、刀具、模具，成本高，周期长，一个比较复杂的零件，其加工周期甚至以月计，很难适应低成本、高效率的要求。
快速成型技术能够适应这种要求．是现代制造技术的一次重大变革。
1快速成型技术发展历史
20世纪70年代末到80年代初期，美国3M公司的AlanJ.Herbert（1978年）、日本名古屋市工业研究所的小玉秀男（1980年）、美国UVP公司的CharlesW.Hull（1982年）和日本大阪工业技术研究所的丸谷洋二（1993年），各自独立地提出了快速成型（RP）的技术设想，即利用连续层的选区固化生产三维实体。
在1984年CharlesW.Hull申请了世界上第一台SLA设备（SLA-1）的专利，并且于1986年获得通过（美国专利号US4,575,330），这标志着RP技术从研究阶段进入了使用阶段。
2快速成型技术应用领域
快速成型技术在制造领域应用最多，达到了67%，一方面显示出了快速成型技术在生产制造业独特的优势，另一方面也显示出了制造行业对新技术、新工艺的需求。
严格来说，目前快速成型技术应用在制造领域中的方式并不是利用快速成型技术设备直接制造不经过再加工即可使用的制品。
通常快速成型技术在制造业的应用主要在产品试制和试验阶段（57%），比如功能检测和装配检测等。
同时，也有利用快速成型技术直接制造的例子。
例如，波音公司建立了一整套的“定制生产”生产流程，可以在很短时间内制造传统加工方法很难加工的航空航天工业中的导风管道。
3快速成型技术成型原理
快速成型技术都有一个共同几何物理基础一一分层制造原理。
从几何上讲或大学我们学习的积分理论也可以明白这个道理，将任意复杂的三维实体沿某一确定方向用平行的截面去依次截厚度为a的制造单元，可获得若干个层面，将这些厚度为a的单元叠加起来又可形成原来的三维实体，这样就将三维问题转化为二维问题，既降低了处理的难度，又不受零件复杂程度的限制。
快速成型（RPM）这一先进制造技术在约这几年的时间中得到蓬勃发展，可以将RPM技术体系分解为几个彼此联系的基本环节。
1．三维CAD造型
利用各种三维CAD软件进行几何造型，得到零件的三维CAD数学模型，是快速成型技术的重要组成部分，也是制造过程的第l步。
三维造型方式主要有实体造型和表面造型，目前许多CAD软件在系统中加入一些专用模块，将三维造型结果进行离散化，生成面片模型文件（STL文件、CFL文件等）或屡片模型文件（LEAF文件、CLI文件、HPGL文件等）。
2．反求工程
物理形态的零件是快速成型技术体系中零件几何信息的另一个重要来源。
几何实体同样包含了零件的几何信息，但这些信息必须通过反求工程进行数字化，方可进行下一步的处理。
反求工程要对零件表面进行数字化处理，提取零件的表面三维数据。
主要的技术手段有三坐标测量仪、三维激光数字化仪、工业CT和自动断层扫描仪等。
通过三维数字化设备得到的数据往往是一些散乱的无序点或线的集合，还必须对其三维重构得到三维CAD模型，或者屡片模型等。
3．数据转换
三维CAD造型或反求工程得到的数据必须进行大量处理，才能用于控制RPM成型设备制造零件。
数据处理的主要过程包括袭面离散化，生成STL文件或CFL文件，分层处理生成SLC，CLI，HPGL等层片文件，根据工艺要求进行填充处理，对数据进行检验和修正并转换为数控代码。
4．原型制造
原型制造即利用快速成型设备将原材料堆积成为三维物理实体。
材料、设备、工艺是快速原型制造中密切相关的3个基本方面。
成型材料是快速成型技术发展的关键。
它影响零件的成型速度、精度和性能，直接影响到零件的应用范围和成型工艺设备的选择
5物性转换
通过快速成型系统制造的零件，其力学、物理性能往往不能直接满足要求，仍然需要进一步的处理，即对其物理性质进行转换。
该环节是RPM实际应用的一个重要环节，包括精密铸造、金属喷涂制模、硅胶模铸造、快速EDM电极陶瓷型精密铸造等多项配套制造技术，这些技术与RPM技术相结合，形成快速铸造、快速模具制造等新技术。
4快速成型技术应用分类
随着CAD建模和光、机、电一体化技术的发展，快速成型技术的工艺方法发展很快。
目前已有十余种，如光固法（SLA）、层叠法（LOM）、激光选区烧结法（SIS）、熔融沉积法（FDM）、掩模固化法（SGC）、三维印刷法（TDP）、喷粒法（BPM）等，已商品化的快速成型系统主要有4种，在这里做详细分析：
1．光固化立体造型
该技术以光敏树脂为原料．将计算机控制下的紫外激光，以预定零件各分层截面的轮廓为轨迹，对液态树脂逐点扫描，由点到线到面，使被扫描区的树脂薄层产生聚合反应，从而形成零件的1个薄层截面。
当1层固化完毕，升降工作台移动1个层片厚度的距离，在原先固化好的树脂表面再覆盖1层新的液态脂以便进行新一层扫描固化。
新固化的一层牢固地牯合在前一层上．如此重复直到整个零件原型制造完毕。
光固化立体造型法的特点是精度高、表面质量好、原材料利用率将近100，可以制造形状特别复杂（如空心零件）、外观特别精细（如首饰等）的零件。
2．层片叠加制造
层片叠加制造工艺是将单面涂有热溶胶的箔材（涂覆纸——涂有牯接剂覆层的纸、涂覆陶瓷箔、金属箔等）通过热辊加热牯接在一起．位于上方的激光器按照CAD分层模型所获数据，用激光束将箔材切割成所制零件的内外轮廓，然后新的1层箔材再叠加在上面，通过热压装置和下面已切割层粘台在一起．激光束再次切割，这样反复逐层切割一粘台一切割，直至整个零件模型制作完成。
3．选择性激光烧结
以CO激光器为能量源．通过红外激光束使塑料、蜡、陶瓷和金属（或复合物）的粉末材料均匀地烧结在加工平面上。
激光束在计算机的控制下，通过扫描器以一定的速度和能量密度按分层面的二维数据扫描。
激光束扫描之处．粉末烧结成一定厚度的实体片层，未扫描的地方仍然保持松散的粉末状。
根据物体截层厚度而升降工作台，铺粉滚筒再次将粉末铺平后，开始新一层的扫描。
如此反复，直至扫描完所有层面。
去掉多余粉末，经打磨、烘干等处理后获得零件。
4．熔融沉积造型
将CAD模型分为一层层极薄的截面，生成控制FDM喷嘴移动轨迹的二维几何信息FDM加热头把热熔性材料（ABS、尼龙、蜡等材料）加热到临界半流动状态，在计算机控制下，喷嘴头沿CAD确定的二维几何信息运动轨迹挤出半流动的材料，沉积固化成精确的零件薄层，通过垂直升降系统降下新形成屡，进行固化这样层层堆积粘结，自下而上形成一个零件的三维实体。
5快速成型技术现代应用
快速成型技术即可用于产品的概念设计、功能测试等方面．又可直接用于工件设计、模具设计和制造等领域．RPM技术在汽车、电子、家电、医疗、航空航天、工艺品制作以及玩具等行业有着广泛的应用。
1．产品设计评佶与功能测验
为提高设计质量，缩短试制周期．快速成型技术系统可在几小时或几天内将图纸或CAD模型转变成看得见、摸得着的实体模型。
根据设计原型进行设计评估和功能验证．迅速地取得用户对设计的反馈信息。
同时也有利于产品制造者加深对产品的理解．合理地确定生产方式、工艺流程和费用。
与传统模型制造相比，快速成型方法不仅速度快、精度高．而且能够随时通过CAD进行修改与再验证．使设计更完善。
2．快速模具制造
以RPM生成的实体模型作为模芯或模套，结合精铸、粉末烧结或电极研瞎等技术可以快速制造出产品所需要的功能模具，其制造周期一般为传统的数控切削方法的1／5～l／10。
模具的几何复杂程度越高，这种效益愈显著。
3．医学上的仿生制造
医学上的CT技术与RPM技术结合可复制人体骨骼结构或器官形状，整容、重大手术方案预演．以及进行假肢设计和制造。
4．艺术品的制造
艺术品和建筑装饰品是根据设计者的灵感，构思设计出来的，采用RPM可使艺术家的创作、制造一体化．为艺术家提供最佳的设计环境和成型条件。
6快速成型技术发展趋势
从目前RP技术的研究和应用现状来看，快速成型技术的进一步研究和开发工作主要有以下几个方面：
（1）开发性能好的快速成型材料，如成本低、易成形、变形小、强度高、耐久及无污染的成形材料。
（2）提高RP系统的加工速度和开拓并行制造的工艺方法。
（3）改善快速成形系统的可靠性，提高其生产率和制作大件能力，优化设备结构，尤其是提高成形件的精度、表面质量、力学和物理性能，为进一步进行模具加工和功能实验提供基础。
（4）开发快速成形的高性能RPM软件。
提高数据处理速度和精度，研究开发利用CAD原始数据直接切片的方法，减少由STL格式转换和切片处理过程所产生精度损失。
（5）开发新的成形能源。
（6）快速成形方法和工艺的改进和创新。
直接金属成形技术将会成为今后研究与应用的又—个热点。
（7）进行快速成形技术与CAD、CAE、RT、CAPP、CAM以及高精度自动测量、逆向工程的集成研究。
（8）提高网络化服务的研究力度，实现远程控制。
参考文献
1．陈永华·快速原型制造技术的集成应用方法．1998．5
2．刘书华·快速原型制造技术及应用·《新技术新32艺》
3．《先进制造导论》朱晓春主编
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