第8章快速成型技术PPT.ppt

1、快速成形技术快速成形技术第八章第八章 1.快速成形技术概述快速成形技术概述在制造业中各种零件的制造工艺在制造业中各种零件的制造工艺按加工后原材料体积的变化按加工后原材料体积的变化分为：分为：n去除成形（去除成形（DislodgeForming）传统的的车、铣、刨、磨等工艺传统的的车、铣、刨、磨等工艺方法就属于去除成性，它是制造业最主要的零件成型方式。方法就属于去除成性，它是制造业最主要的零件成型方式。n受迫成形（受迫成形（ForcedForming）按其加工材料的自然状态又分为固按其加工材料的自然状态又分为固态成形法（锻造、冲剪、挤压、拉拔等）、液态成形法（铸造）和半液态成形法（锻造、冲剪、挤

2、压、拉拔等）、液态成形法（铸造）和半液态成形法（注塑）。态成形法（注塑）。n添加成形（添加成形（AdditiveForming）八十年代初一种全新的制造概念。八十年代初一种全新的制造概念。通过添加材料来达到零件设计要求的成形方法，这种新型的零件生产工通过添加材料来达到零件设计要求的成形方法，这种新型的零件生产工艺就是艺就是RP（快速成形）的主要实现手段。（快速成形）的主要实现手段。1.1.零件成形方法分类零件成形方法分类1.快速成形技术概述快速成形技术概述n快速成型快速成型(RapidPrototyping)是上世纪是上世纪80年代末及年代末及90年代年代初发展起来的高新制造技术，初发展起来的

3、高新制造技术，是由三维是由三维CAD模型直接驱动模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体的总称。的快速制造任意复杂形状三维实体的总称。它集成了它集成了CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果，是技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果，是先进制造技术的重要组成部分。先进制造技术的重要组成部分。n由于它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在由于它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不不用模具和工具用模具和工具的条件下生成几乎的条件下生成几乎任意复杂任意复杂的零部件，极大地提高了生产的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。效率和制造柔性。

4、1.1.快速成形技术概念快速成形技术概念1.快速成形技术概述快速成形技术概述n与传统制造方法不同，与传统制造方法不同，快速成型从零件的快速成型从零件的CAD几何模型几何模型出发，通过软件分层离散和数控成型系统，用激光束或出发，通过软件分层离散和数控成型系统，用激光束或其他方法将材料一层层堆积而形成实体零件。其他方法将材料一层层堆积而形成实体零件。n通过与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段相结合，通过与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段相结合，已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段，在航空航天、汽已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段，在航空航天、汽车、机械、电子、电

5、器、医学、建筑、玩具、工艺品等很多领域得车、机械、电子、电器、医学、建筑、玩具、工艺品等很多领域得到了广泛应用。到了广泛应用。1.1.快速成形技术概念快速成形技术概念1.快速成形技术概述快速成形技术概述快速成形的工艺过程一般包快速成形的工艺过程一般包括以下几个步骤：括以下几个步骤：（1）产品三维建模）产品三维建模（2）三维模型的近似处理）三维模型的近似处理（3）三维模型的分层切片和）三维模型的分层切片和生产加工路径生产加工路径（4）成型加工）成型加工（5）成形零件的后处理）成形零件的后处理1.2.快速成形技术过程快速成形技术过程1.快速成形技术概述快速成形技术概述n（1）高度柔性化、自由成形化

6、）高度柔性化、自由成形化nRP技术从技术从“电子模型电子模型”直接制造零件，将三维实体离散，直接制造零件，将三维实体离散，可以成形任意复杂的零件，制造工艺与零件的几何形状无关，可以成形任意复杂的零件，制造工艺与零件的几何形状无关，设计及加工的柔性（适用性）极大，能够制造任意复杂形状设计及加工的柔性（适用性）极大，能够制造任意复杂形状与结构，或不同材料复合而成的零件。与结构，或不同材料复合而成的零件。1.2.快速成形技术特点快速成形技术特点1.快速成形技术概述快速成形技术概述n（2）技术高度集成化）技术高度集成化nRP技术是计算机技术、数控技术、材料科学技术、激光技技术是计算机技术、数控技术、材

7、料科学技术、激光技术和机加工技术等多项交叉学科的综合集成。它采用离散术和机加工技术等多项交叉学科的综合集成。它采用离散-堆积的方法，在计算机和数控技术的基础上，追求最大的柔堆积的方法，在计算机和数控技术的基础上，追求最大的柔性为目标性为目标。1.2.快速成形技术特点快速成形技术特点1.快速成形技术概述快速成形技术概述n（3）产品开发快速化）产品开发快速化nRP技术建立在高度技术集成的基础上，从技术建立在高度技术集成的基础上，从CAD设计到成形设计到成形加工的完成只需几小时至几十小时，从而大大缩短了产品设加工的完成只需几小时至几十小时，从而大大缩短了产品设计、开发的周期，降低了新产品的开发成本和

8、风险。尤其适计、开发的周期，降低了新产品的开发成本和风险。尤其适合于小批量、复杂的新产品的开发，充分体现了其合于小批量、复杂的新产品的开发，充分体现了其“快速快速”的优越性。的优越性。1.2.快速成形技术特点快速成形技术特点1.快速成形技术概述快速成形技术概述n（4）材料使用广泛性）材料使用广泛性n理论上理论上RP技术适用的材料并无限制，金属及非金属均可使技术适用的材料并无限制，金属及非金属均可使用，随着该技术的发展越来越广泛，各类金属、树脂、塑料、用，随着该技术的发展越来越广泛，各类金属、树脂、塑料、纸张、石蜡、陶瓷等材料在纸张、石蜡、陶瓷等材料在RP技术领域已有很好的应用。技术领域已有很好

9、的应用。1.2.快速成形技术特点快速成形技术特点2.快速成形工艺快速成形工艺按照按照成形原理成形原理的不同，快速成形技术可分为两大类：的不同，快速成形技术可分为两大类：2.1.快速成形工艺方法快速成形工艺方法按成形原理按成形原理RP技术分类技术分类基于激光及其他光源的成形技术基于激光及其他光源的成形技术基于喷射的成形技术基于喷射的成形技术立体立体光刻光刻技术技术SL分层分层实体实体制造制造技术技术LOM选区选区激光激光烧结烧结技术技术SLS熔融熔融沉积沉积成形成形技术技术FDM三维三维立体立体印刷印刷技术技术3DP多相多相喷射喷射沉积沉积技术技术MJD2.快速成形工艺快速成形工艺2.2.1.S

10、L工艺原理工艺原理n立体光刻成形立体光刻成形(Stereo-Lithography，SL)是目前最为成熟和广泛应用的是目前最为成熟和广泛应用的一种快速成型制造工艺。一种快速成型制造工艺。2.2.立体光刻成形（立体光刻成形（SL）2.快速成形工艺快速成形工艺2.2.1.SL工艺原理工艺原理n该工艺以该工艺以液态光敏树脂液态光敏树脂为原材料，计算机控制紫外激光按预定零件各分为原材料，计算机控制紫外激光按预定零件各分层截面的轮廓轨迹对液态树脂逐点扫描，使被扫描区的树脂薄层产生层截面的轮廓轨迹对液态树脂逐点扫描，使被扫描区的树脂薄层产生光光聚合聚合(固化固化)反应反应，从而形成零件的一个薄层截面。完成

11、一个扫描区域的，从而形成零件的一个薄层截面。完成一个扫描区域的液态光敏树脂固化层后，工作台下降一个层厚，使固化好的树脂表面再液态光敏树脂固化层后，工作台下降一个层厚，使固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂然后敷上一层新的液态树脂然后重复扫描、固化重复扫描、固化，新固化的一层牢固地粘接，新固化的一层牢固地粘接在一层上，如此反复直至完成整个零件的固化成型。在一层上，如此反复直至完成整个零件的固化成型。2.2.立体光刻成形（立体光刻成形（SL）2.快速成形工艺快速成形工艺2.2.2.SL工艺过程工艺过程nSL成形工艺过程总体包括成形工艺过程总体包括4个过程，如下图个过程，如下图2.2.立体光刻成形

12、（立体光刻成形（SL）制造数据获取制造数据获取层准备层准备层固化并堆积层固化并堆积后处理后处理CAD模具离散模具离散再涂层再涂层激光束扫描液面激光束扫描液面拆除支撑及清洗拆除支撑及清洗2.快速成形工艺快速成形工艺2.2.3.SL成形材料成形材料1）材料的基本要求）材料的基本要求光敏树脂光敏树脂是立体成形工艺的基材，其性能对成形零件的质量是立体成形工艺的基材，其性能对成形零件的质量具有决定性影响。光敏性树脂应具有特性：具有决定性影响。光敏性树脂应具有特性：n黏度低黏度低n固化速度快固化速度快n固化收缩小固化收缩小n一次固化程度高一次固化程度高n湿态强度高湿态强度高n溶胀小溶胀小n毒性小毒性小2.

13、2.立体光刻成形（立体光刻成形（SL）2.快速成形工艺快速成形工艺2.2.3.SL成形材料成形材料 2）材料种类（按反应机理）材料种类（按反应机理）n自由基光固树脂自由基光固树脂固化速度快，生产周期短，但固化收缩严重，易受氧阻聚固化速度快，生产周期短，但固化收缩严重，易受氧阻聚n阳离子光固化树脂阳离子光固化树脂n固化收缩较小，不易受氧阻聚，但固化速度慢，工作效率低固化收缩较小，不易受氧阻聚，但固化速度慢，工作效率低n混杂型光固化树脂混杂型光固化树脂2.2.立体光刻成形（立体光刻成形（SL）2.快速成形工艺快速成形工艺2.2.4.SL成形工艺特点成形工艺特点n优点是精度较高，优点是精度较高，一般

14、尺寸精度可控制在一般尺寸精度可控制在0.01mm;表面质表面质量好量好;原材料利用率接近原材料利用率接近100%;能制造形状特别复杂、精细能制造形状特别复杂、精细的零件的零件;设备市场占有率很高。设备市场占有率很高。n缺点是缺点是需要设计支撑需要设计支撑;可可以选择的材料种类有限以选择的材料种类有限;制件容制件容易发易发生翘曲变形生翘曲变形;材料价格较昂贵材料价格较昂贵。n该工艺适合该工艺适合比较复杂的中小型零件比较复杂的中小型零件的制作。的制作。2.2.立体光刻成形（立体光刻成形（SL）2.快速成形工艺快速成形工艺2.3.1.SLS工艺原理工艺原理n选区激光烧结选区激光烧结(Selectiv

15、eLaserSintering，SLS)又称为选择性激光烧又称为选择性激光烧结、粉末材料选择性烧结等。结、粉末材料选择性烧结等。nSLS成形机的主体结构是安装两个活塞机构的成形工作缸，一个用于供成形机的主体结构是安装两个活塞机构的成形工作缸，一个用于供粉，另一个用于成形，如图。粉，另一个用于成形，如图。2.3.选区激光烧结（选区激光烧结（SLS）2.快速成形工艺快速成形工艺2.3.1.SLS工艺原理工艺原理n在开始加工之前，先将充有氮气的工作室升温，并保持在粉在开始加工之前，先将充有氮气的工作室升温，并保持在粉末的熔点以下。末的熔点以下。n成型时，送料筒上升，铺粉滚筒移动，先在工作平台上铺一成

16、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。最后经过型零件。最后经过5-10时冷却，即可从粉末缸中取出零件。时冷却，即可从粉末缸中取出零件。2.3.选区激光烧结（选区激光烧结（SLS）2.快速成形工艺快速成形工艺2.3.2.SLS成形材料成形材料目前目前SLS的材料主要有以下几种：的材料主要有以下几种：n高分子粉末材料高分子粉末材料n金属粉末材料金属粉末材料n陶瓷粉末材料陶瓷粉末材料n覆膜砂粉末材料覆膜砂粉末材料 2.3.选区激光烧结（选区激光烧结（SLS）2.快速成形工艺快速成形工艺2.3.4.SLS成形系统成形系统选区激光烧结快速成形系统一般由选区激光烧结快速