快速成型技术.pptx

精密与特种加工技术精密与特种加工技术机械与电子工程学院山东农业大学机电学院本科专业选修课程山东农业大学机电学院本科专业选修课程5 快速原型制造技术快速原型制造技术Rapid Prototyping Manufacturing 3快速原型制造技术产生背景快速原型制造技术产生背景 进进入入2020世世纪纪8080年年代代，市市场场需需求求已已由由卖卖方方市市场场转转化化为为买买方方市市场场并并日日趋趋全全球球化化。产产品品开开发发的的速速度度和和制制造造技技术术的的柔柔性性成成为赢得竞争的关键问题。为赢得竞争的关键问题。1 概述概述计计算算机机技技术术、CADCAD、材材料料科科学学、数数控控技技术术、激激光光技技术术等等的的发发展展与与普普及及为为新新的的制制造造技技术术的的产产生生奠奠定定了了基基础础。快快速速原原型型制制造造（RPMRPM）技技术术就就是是在在这这种种社社会会背背景景下下于于2020世世纪纪8080年年代代后后期期在在美美国国问问世世，然然后后又又扩扩展展到到了了日日本本及及欧欧洲洲，并并于于2020世纪世纪9090年代初期引入我国。年代初期引入我国。RPMRPM技技术术将将CADCAD与与CAMCAM集集成成于于一一体体，根根据据在在计计算算机机上上构构造造的的产产品品三三维维模模型型，能能在在很很短短的的时时间间内内直直接接制制造造出出产产品品的的样样品品，无无需需使使用用传传统统制制造造中中的的刀刀具具、夹夹具具和和模模具具，从从而而缩缩短短了了产产品品开开发发周周期期，加加快快了了产产品品更更新新换换代代的的速速度度，降降低低了了企业投资新产品的风险。企业投资新产品的风险。4市场变化市场变化 客户要求客户要求计算机技术计算机技术材料科学材料科学CAD/CAM 能源科学能源科学RP5RPMRPM技术的基本原理技术的基本原理 物物体体成型方式成型方式RPMRPM技技术术是是由由CADCAD模模型型直直接接驱驱动动的的快快速速制制造造任任意意复复杂杂形形状状三三维维实实体体和和技技术术总总称称。基基本本原原理理：先先由由三三维维CADCAD软软件件设设计计出出所所需需零零件件的的三三维维曲曲面面或或实实体体模模型型；然然后后根根据据工工艺艺要要求求将将三三维维数数据据模模型型进进行行分分层层切切片片得得到到各各层层截截面面的的轮轮廓廓数数据据，计计算算机机据据此此信信息息控控制制激激光光束束有有选选择择性性地地切切割割一一层层一一层层的的纸纸，或或烧烧结结一一层层接接一一层层的的粉粉末末材材料料，或或固固化化一一层层又又一一层层的的液液态态光光敏敏树树脂脂，或或用用喷喷嘴嘴喷喷射射一一层层又又一一层层的的热热熔熔材材料料或或粘粘合合剂剂，形形成成一一系系列列具具有有一一个个微微小小厚厚度度的的的的片片状状实实体体；再再采采用用熔熔结结、聚聚合合、粘粘结结等等手手段段使使其其逐逐层层堆堆积积成成一一体体，从从而而制制造造出出所所设设计的新产品样件、模型或模具。计的新产品样件、模型或模具。去除成型去除成型(Dislodge Forming)(Dislodge Forming)添加成型添加成型(Adding Forming)(Adding Forming)净净尺寸成型尺寸成型(Net Forming)(Net Forming)CONCEPTDESIGNINGDATA COLLECTIONDATAPROCESSINGPROTOTYPINGPARTCAD MODELREVERSE ENGINEERINGRPM原理图 RPM原理图 RP工作流程示意图 立体光刻（立体光刻（Stereo Lithography ApparatusStereo Lithography Apparatus，SLASLA）立立体体光光刻刻又又称称光光敏敏液液相相固固化化成成形形，是是由由Cahries Cahries HullHull于于19841984年年提提出出并并获获美美国国专专利利，19881988年年美美国国3D 3D SystemsSystems公公司司推推出世界上第一台商品化样机出世界上第一台商品化样机SLA-250SLA-250。原原理理：使使用用液液态态光光敏敏树树脂脂为为成成形形材材料料，采采用用激激光光器器，利利用用光光固固化化原原理理一一层层层层扫扫描描液液态态树树脂脂成成形形。控控制制激激光光束束按按切切片片软软件件截截取取的的层层面面轮轮廓廓信信息息对对液液态态光光敏敏树树脂脂逐逐点点扫扫描描，被被扫扫描描区区的的液液态态树树脂脂发发生生聚聚合合反反应应形形成成一一薄薄层层的的固固态态实实体体。一一层层固固化化完完毕毕后后，工工作作台台下下移移一一个个切切片片厚厚度度，使使新新一一层层液液态态树树脂脂覆覆盖盖在在已已固固化化层层的的上上面面，再再进进行行第第二二层层固固化化。重重复复此过程，并层层相互粘结堆积出一个三维固体制件。此过程，并层层相互粘结堆积出一个三维固体制件。2 典型的典型的RPM工艺方法工艺方法11选择性激光烧结（选择性激光烧结（Selective Laser SinteringSelective Laser Sintering，SLSSLS）此此方方法法是是由由美美国国得得克克萨萨斯斯大大学学奥奥斯斯汀汀分分校校的的C.C.R.R.DechardDechard于于19891989年年首首先先研研制制出出来来的的，同同年年获获美美国国专专利利。DTMDTM公公司司19921992年首先推出了年首先推出了SLSSLS商品化产品商品化产品“烧结站烧结站20002000系统系统”。工工作作原原理理：采采用用COCO2 2激激光光束束对对粉粉末末状状的的成成形形材材料料进进行行分分层层扫扫描描，受受到到激激光光束束照照射射的的粉粉末末被被烧烧结结，而而未未扫扫描描的的区区域域仍仍是是可可对对后后一一层层进进行行支支撑撑的的松松散散粉粉末末。当当一一层层烧烧结结完完毕毕后后，工工作作台台下下移移一一个个片片层层厚厚度度，而而供供粉粉活活塞塞则则相相应应上上移移，铺铺粉粉滚滚筒筒再再次次将将加加工工平平面面上上的的粉粉末末铺铺平平，激激光光束束再再烧烧结结出出新新的的一层并粘结于前一层上，如此反复便堆积出三维实体制件。一层并粘结于前一层上，如此反复便堆积出三维实体制件。12SLS工艺原理图1-CO2激光束；2-扫描镜；3-CO2激光器；4-粉末；5-平整滚筒13熔融沉积成形熔融沉积成形(Fused Deposition Modeling(Fused Deposition Modeling，FDM)FDM)FDMFDM工工艺艺由由美美国国学学者者Scott Scott CrumpCrump博博士士于于19881988年年研研制制成成功功，并并于于19911991年年由由美美国国的的StratasysStratasys公公司司率率先先推推出出商商品品化化设设备备FDM-1000FDM-1000。FDMFDM系系统统主主要要由由喷喷头头、供供丝丝机机构构、运运动动机机构构、加加热热成成形形室室和和工工作作台台等等五五个个部部分分组组成成，而而喷喷头头是是结结构构最最复复杂杂的的部部分分。工工作作原原理理：将将热热熔熔性性丝丝材材由由供供丝丝机机构构送送至至喷喷头头，并并在在喷喷头头中中被被加加热热至至临临界界半半流流动动状状态态，喷喷头头底底部部有有一一喷喷嘴嘴供供熔熔融融的的材材料料以以一一定定的的压压力力挤挤出出，喷喷头头按按零零件件截截面面轮轮廓廓信信息息移移动动，在在移移动动过过程程中中所所喷喷出出的的半半流流动动材材料料沉沉积积固固化化为为一一个个薄薄层层。其其后后工工作作台台下下降降一一个个切切片片厚厚度度再再沉沉积积固固化化出出另另一一新新的的薄薄层层，如此一层层成形且相互粘结便堆积出三维实体制件。如此一层层成形且相互粘结便堆积出三维实体制件。1415RPMRPM不受复杂形状的任何限制，迅速地将示于计算机屏幕不受复杂形状的任何限制，迅速地将示于计算机屏幕上的设计变为可进一步评估的实物。上的设计变为可进一步评估的实物。根据原型，可对设计的根据原型，可对设计的正确性、造型合理性、可装配和干涉等进行具体的检验。正确性、造型合理性、可装配和干涉等进行具体的检验。快速产品开发快速产品开发(Rapid Product Development(Rapid Product Development，RPD)RPD)3 RPM技术的应用技术的应用 16实例实例1 1：轿车车灯：轿车车灯 17实例实例2 2：电话机外壳：电话机外壳 18实例实例3 3：皮鞋底：皮鞋底 19实例实例1 1：手机外壳橡胶模：手机外壳橡胶模 20实例实例2 2：拐头树脂型复合模：拐头树脂型复合模21实例实例3 3：电子产品注射模：电子产品注射模22实例实例1 1：CTCT扫描股骨模型扫描股骨模型23实例实例2 2：艺术模型：艺术模型