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快速成型技术的发展和应用

快速成型技术的发展和应用
快速成型技术的发展和应用

快速成型技术的发展和应用

摘要:科技飞速发展的今天,人类对制造业也提出了更高的要求,行业竞争也日趋激烈。

快速成型技术也应运而生,并且展现了它强大的生命力和广阔的应用前景。目前,快速成型技术已在工业造型、机械制造、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到了广泛应用。并且随着这一技术本身的发展,其应用领域将不断拓展。

The rapid development of science and technology today, the human is put forward higher requirements on manufacturing, industry competition is increasingly fierce. Rapid prototyping technology also arises at the historic moment, and shows its strong vitality and broad application prospects. At present, the modelling of rapid prototyping technology has been in the industry, machinery manufacturing, aerospace, military, architecture, film and television, home appliances, light industry, medicine, archaeology, cultural art, sculpture, jewelry, and other fields has been widely used. And with the development of the technology itself, and will continue to expand its application field.

关键词:快速成型,堆积法,高集成性、高柔性、高速性,自动、直接、快速、精确。

前言:

21世纪是以知识经济和信息社会为特征的时代,随着科学技术的发展和社会需求的多样化,全球统一市场和经济全球化的逐步形成,产品的竞争更加激烈。在工业化的国家中,60%—80%的财富是由制造业提供的。制造业是衡量一个国家实力水平的重要标志之一,也是创造社会财富和国民经济赖以生存发展的重要支柱产业。

现代制造已不仅仅是机械制造,而且具有大制造,全过程,多科学的新特点。大制造应包括机电产品的制造,工业流程制造,材料科学制造等等,所以它是一个广义的制造概念。

我国在先进制造技术方面和国外有比较大的差距,特别是我国制造业的自动化,信息化水平不高。大力发展和应用先进制造技术,勇气改造传统产业和形成高技术,提升我国制造业得产业结构,产品结构和组织结构,增强其技术创新能力,产品开发,和市场竞争能力。是制造业,特别是机械制造业走出困局的关键性措施。这样才能保证我们世界工厂地位的确立,实现由制造业大国向制造业强国的转变。

快速成型技术的诞生

快速成型技术作为一个专用名词在20世纪80年代末期,美国为了加强其制造业的竞争力与促进国民经济的增长,根据其制造业面临的挑战与机遇,并对其制造业存在的问题进行深刻反省提出来的。快速成型技术是集成制造技术,电子技术,信息技术,自动化技术,能源晕技术,材料科学以及现在管理技术等众多技术的交叉,融合和渗透而发展起来的,涉及到制造业中的产品设计,加工装配,检验测试,经营管理等产品生命周期全过程,已实现优质,高效,低耗,清洁,灵活生产,提高对动态多变,细分的市场的适应能力和竞争能力的一项综合技术。

快速成型技术是顺应这一潮流而出现的先进制造技术,它能自动,直接,快速,精确的将设计思想物转化具有一定功能的原型或直接制造零件,快速成型技术是先进制造技术的重要组成部分,也是制造技术在制造理论的一次革命性飞跃,快速成型技术目前在美国,欧洲,日本等地已被广泛应用,受到制造业界及各类用户的普遍重视。

世界上第一台快速成形机于自1988年诞生于美国。快速成型制造技术是国外20世纪80年

代后期发展起来的一种新的技术,它与虚拟制造技术一起,被称为未来制造行业的两大支柱制造技术,快速成型制造技术的英文名称缩写是RPM,它全方位的提供了一种可测量,可触摸的手段,是设计者,制造者与用户之间的新媒体,其核心是基于数字化得新形成型制造技术。可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件,从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成效低。快速成形技术就是利用三维CAD的数据,通过快速成型机,将一层层的材料堆积成实体原型,被称为是近20年来制造技术领域的一次重大突破。

快速成型的工作原理

快速成形技术是在计算机控制下,基于离散、堆积的原理采用不同方法堆积材料,最终完成零件的成形与制造的技术。

1、从成形角度看,零件可视为“点”或“面”的叠加。从CAD电子模型中离散得到“点”或“面”的几何信息,再与成形工艺参数信息结合,控制材料有规律、精确地由点到面,由面到体地堆积零件。

2、从制造角度看,它根据CAD造型生成零件三维几何信息,控制多维系统,通过激光束或其他方法将材料逐层堆积而形成原型或零件。

RP系统可以根据零件的形状,每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截面,然后再把它们逐层粘结起来,就得到了所需制造的立体的零件。不同于传统成型加工方法,利用RP技术加工零件,不需要刀具和模具,而是利用光、热、电等手段,通过固化、烧结、聚合等作用,实现材料的堆积,并从液态、粉末态过渡到实体状态从而完成造型过程,当然,的成形材料不同,系统的工作原理也有所不同,但其基本原理都是一样的,那就是"分层制造、逐层叠加"。这种工艺可以形象地叫做"增长法"或"加法"。

快速成型技术的发展

国际上首台快速成型机于1987年诞生于美国,是由美国3DSystems公司制造的快速成型系统SLA-1,采用立体光刻法的快速成形制造系统。

1998年在我国上海举行的第七届国际模具技术和设备展览会上,美国、日本、德国、新加坡等国都展出了RPM设备。

目前全世界已有2000多台RPM系统投入使用。

我国RPM技术的研究始于1991年。清华大学、西安交通大学、华中科技大学、南京航空航天大学等高校和北京隆源RPM公司、广州中望商业机器有限公司等都在RPM的研究与应用放面取得了显著成果。

清华大学现已开发出“M-RPMS-Ⅱ”型多功能快速成型制造系统,这是我国自主知识产权的世界唯一拥有两种RPM工艺的系统。

快速成型技术的基本类型

1.光固化成型SLA(Stereo lithography Apparatus)工艺也称光造型、立体光刻及立体印刷,

其工艺过程是以液态光敏树脂为材料充满液槽,由计算机控制激光束跟踪层状截面轨迹,并照射到液槽中的液体树脂,而使这一层树脂固化,之后升降台下降一层高度,已成型的层面上又布满一层树脂,然后再进行新一层的扫描,新固化的一层牢固地粘在前一层上,如此重复直到整个零件制造完毕,得到1个三维实体模型。

2.分层实体制造LOM(Laminated Object Manufacturing)工艺或称为叠层实体制造,其工艺

原理是根据零件分层几何信息切割箔材和纸等,将所获得的层片粘接成三维实体。其工

艺过程是:首先铺上一层箔材,然后用CO2,激光在计算机控制下切出本层轮廓,非零件部分全部切碎以便于去除。当本层完成后,再铺上一层箔材,用滚子碾压并加热,以固化黏结剂,使新铺上的一层牢固地粘接在已成形体上,再切割该层的轮廓,如此反复直到加工完毕,最后去除切碎部分以得到完整的零件。

3.选择性激光烧结SLS(Selective Laser Sintering)工艺,常采用的材料有金属、陶瓷、ABS

塑料等材料的粉末作为成形材料。其工艺过程是:先在工作台上铺上一层粉末,在计算机控制下用激光束有选择地进行烧结(零件的空心部分不烧结,仍为粉末材料),被烧结部分便固化在一起构成零件的实心部分。一层完成后再进行下一层,新一层与其上一层被牢牢地烧结在一起。全部烧结完成后,去除多余的粉末,便得到烧结成的零件。

4.熔融沉积制造FDM(Fused Deposition Manufacturing)工艺又称为熔融挤出成型,其工艺

过程是以热塑性成形材料丝为材料,材料丝通过加热器的挤压头熔化成液体,由计算机控制挤压头沿零件的每一截面的轮廓准确运动,使熔化的热塑材料丝通过喷嘴挤出,覆盖于已建造的零件之上,并在极短的时间内迅速凝固,形成一层材料。之后,挤压头沿轴向向上运动一微小距离进行下一层材料的建造。这样逐层由底到顶地堆积成一个实体模型或零件。

5.三维打印3DP(也称三维印刷或喷涂粘结),是一种高速多彩的快速成型方法。3DP的

工艺过程是:1)采集粉末原料;2)将粉末铺平到打印区域;3)打印机喷头在模型横截面定位,喷黏结剂;4)送粉活塞上升一层,实体模型下降一层以继续打印;5)重复上述过程直至模型打印完毕。

快速成型技术的应用

(2)在机械制造领域的应用由于RP技术自身的特点,使得其在机械制造领域内,获得广泛的应用,多用于制造单件、小批量金属零件的制造。有些特殊复杂制件,由于只需单件生产,或少于50件的小批量,一般均可用RP技术直接进行成型,成本低。

(3)快速模具制造传统的模具生产时间长,成本高。将快速成型技术与传统的模具制造技术相结合,可以大大缩短模具制造的开发周期,提高生产率,是解决模具设计与制造薄弱环节的有效途径。

(4)在医学领域的应用近几年来,人们对RP技术在医学领域的应用研究较多。以医学影像数据为基础,利用RP技术制作人体器官模型,对外科手术有极大的应用价值。

(5)在文化艺术领域的应用在文化艺术领域,快速成形制造技术多用艺术创作、文物复制、数字雕塑等。

(6)在航空航天技术领域的应用在航空航天领域中,空气动力学地面模拟实验(即风洞实验)是设计性能先进的天地往返系统(即航天飞机)所必不可少的重要环节。

快速成形制造技术广泛应用于汽车制造,航空航天,船舶工程,动力机械,家电,电动工具,医疗机械的修复,轻工玩具与工艺品的制作等行业,设计艺术,建筑等众多领域。

快速成型技术的发展趋势

RP技术随着成型工艺的进步和应用的扩展,其概念逐渐从快速成型向快速制造转变,从概念模型向批量定制转变;与此同时,成型设备也向概念型,生产型和专用型三个方向分化。RP技术的发展日益依赖于实现“离散—堆积”过程的使能技术的发展。采用新的使能技术更新工艺,使成型过程与材料制备相结合,在应用上将向生物医学制造和微细制造领域拓宽

快速成型技术是当今世界上发展迅速的先进制造技术之一。当今时代为网络时代,快速成型技术已经与其他技术相结合,形成一个完整而又庞大的技术体系。该体系具有技术系统化,

需求多样化,技术多样化和复杂化以及技术更新速度不断加快等特点。

结束语

快快速成型技术仍然是一种处在发展完善过程的高新技术, 其技术本身和应用领域尚需进行大量的开发研究。随着人们对快速成型技术研究越来越深入, 其将被广泛的应用到生产、生活的各个领域。他将推动相关技术、产业的快速发展,在未来快速成型技术所应用的领域会越来越广,在工业生产中的地位会越来越高。可以预见该项技术大规模用于工业产品造型设计及制造将为时不远,我们应该努力探索其在产品设计领域的应用,以提高工业产品造型的设计、制造水平。

参考文献

当代先进制造技术概论[M].上海:同济大学出版社,2008

先进制造技术[M]. 北京:科学工业出版社,2006

先进制造技术导论[M]. 北京:国防科技出版社,2005 先进制造技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2006

快速先进导论应用与分析[H].北京:机械工业出版社,2005

快速成型技术产品开发[L].机械与电子,2009

快速成形技术的未来发展与自动化技术[M],2008

认识快速成型技术

教学难点与重点: 难点: 《产品逆向工程技术》教案 共 页 第 页 授课教师: 教研室: 备课日期: 年 月 日 课 题: 教 学 准 备: 教学目的与要求: 授 课 方 式: 项目四 快速成型技术认识 任务一 认识快速成型技术 PPT 掌握快速成型技术的原理、工作流程和特点。 讲授(90') 重点:快速成型技术的原理、工作流程和特点。 教 学 过 程: 上节课回顾→讲授课题→课堂小结

“ “ 张家界航院教案 第 页 上节课回顾: 讲授课题: 项目四 快速成型技术认识 通过前面的几节课我们学习了什么是逆向工程。通过逆向工程技术, 企业可以迅速的设计出符合当前流行趋势,以及符合人们消费需求的产品, 快速抢占市场。市场这块蛋糕就那么大,谁先抢到谁先吃,后来的就只能 看别人吃。现在的企业发展战略已经从以前的“如何做的更多、更好、更 便宜”转变成了“如何做的更快”。所以快速的响应市场需求,已经是制 造业发展的必经之路。 但是一件产品是不是设计出来就完事了?从设计到产品,中间还有一 个制造的过程,逆向工程解决了快速设计的问题,但是如果在制造加工阶 段耗费太长的时间,最后依然是无法快速的响应市场。尤其是在加工复杂 薄壁零件的时候,往往加工一件零件的周期要好几周,甚至几个月才能完 成,比如飞机发动机上的涡轮,加工周期要 90 天。 怎么解决这个问题呢?这就要用到今天我们这节课要讲的内容:快速 成型技术。快速成型技术就是在这种背景需求下发展起来的一种新型数字 化制造技术,利用这项技术可以快速的将设计思想转化为具有结构和功能 的原型或者是直接制造出零部件,以便可以对设计的产品进行快速评价、 修改。按照以往的技术,在生产一件样品的时候,要么开模、要么通过复 杂的机加工艺来生产,这样不管是从成本的角度还是时间的角度来讲,都 会带来成本的提高。而快速成型技术可以极大地缩短新产品的开发周期, 降低开发成本,最大程度避免产品研发失败的风险,提高了企业的竞争力。 任务一 认识快速成型技术 快速成型技术(Rapid Prototype ,简称 RP)有许多不同的叫法,比如 “3D 打印”( 3D printing)、分层制造”( layered manufacturing ,LM) 、增材制 造”( additive manufacturing ,AM) 等。同学们最熟悉的应该就是“3D 打 印”,其实刚开始的时候,3D 打印本是特指一种采用喷墨打印头的快速成 型技术,演变至今,3D 打印成了所有快速成型技术的通俗叫法,但是现在 在学术界被统一称为“增材制造”。 增材制造是一种能够不使用任何工具(模具、各种机床),直接从三 维模型快速地制作产品物理原型也就是样件的技术,可以使设计者在产品 的设计过程中很少甚至不需要考虑制造工艺技术的问题。使用传统机加的 方法来加工零件时,在设计阶段设计师就需要考虑到零件的工艺性,是不 是能够加工出来。对于快速成型技术来讲,任意复杂的结构都可以利用它 的三维设计数据快速而精确的制造出来,解决了许多过去难以制造的复杂 结构零件的成型问题,实现了“自由设计,快速制造”。 一、物体成型的方式 之所以叫“增材制造”很好理解就是通过“堆积”材料的方式进行制 造。与之相应的还有“减材制造”和“等材制造”。在现代成型学的观点 中,物体的成型方式可分以下几类:

快速成型技术的多领域应用与发展

快速成型技术的多领域应用与发展 摘要:简要介绍了快速成型技术的基本原理、工艺方法和技术特点。阐述了快速成型技术在工业造型、制造、模具、医学、航天等多领域的应用,探讨了快速成型技术今后的发展趋势。关键词:快速成型技术原型快速制模应用快速成型技术RP(Rapid Protot-yping RP)是20世纪80年代末开始发展起来的一种基于逐层累加成型的新兴制作工艺,它是集多种先进科技于一体的能够迅速将设计思想转化为产品的现代先进制造技术。它为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。快速成型工艺是一个涉及CAD/CAM、逆向工程技术、分层制造技术、数据编程、材料编制、材料制备、工艺参数设置及后处理等环节的集成制造过程。通俗地说,快速成型技术就是利用三维CAD的数据,通过快速成型机,将一层层的材料堆积成实体原型。近十几年来,随着全球市场一体化的形成,制造业的竞争十分激烈。尤其是计算机技术的迅速普遍和 CAD/CAM技术的广泛应用,使得RP技术得到了异乎寻常的高速发展,表现出很强的生命力和广阔的应用前景。快速成型制造工艺PR技术是将传统的“去除”加工方法(由毛坯切去多余材料形成产品)改变为“增加”加工方法(将材料逐层累

积形成产品),采用离散分层/堆积的原理,由CAD模型直接驱动,快速制作原型或三维实体零件的一种全新的制造技术。快速成型技术发展至今,以其技术的高集成性、高柔性、高速性而得到了迅速发展,目前,快速成型的工艺方法已有几十种之多,其中主要工艺有四种基本类型: 光固化成型法(Stereo lithography Apparatus, SLA)、叠层实体制造法(Laminated Object Manufacturing, LOM)、选择性激光烧结法(Selective Laser Sintering, SLS) 和熔融沉积制造法(Fused Deposition Manufacturing, FDM)。 1、SLA工艺SLA工艺也称光造型或立体光刻,其工艺过程是以液态光敏树脂或丙稀酸树脂为材料充满液槽,由计算机控制激光束跟踪层状截面轨迹并照射到液槽中的液体树脂上而固化一层树脂,之后升降台下降一层高度,已成型的层面上又布满一层树脂,刮平器将粘度较大的树脂液面刮平,然后再进行新一层的扫描,新固化的一层牢固地粘在前一层上,如此重复直到整个零件制造完毕,得到一个三维实体模型。该工艺的特点是精度高,生产零件强度和硬度好,可制出形状特别复杂的空心零件,生产的模型柔性化好,可随意拆装,是间接制模的理想方法,缺点是清洗和养护等后处理工序较费时。 2、LOM工艺LOM工艺称叠层实体制造或分层实体制造,其工艺过程是由加热辊筒将薄形材料(如纸片,塑料薄膜,复合材料或金

快速成型技术的发展与应用

快速成型技术的发展与应用 摘要:快速成型技术是一项多学科交叉多技术集成的先进制造技术,本文简要介绍该技术的原理、特点,并重点研究阐述该技术在国内外应用和发展状况,并结合实际指出了该技术开发方向。 关键词:快速成型;原理;应用;开发 一引言 最近英国经济学人指出:快速成型技术(简称RP技术)市场潜力巨大,必将引领未来制造业,它将使工厂彻底告别车床、钻床等传统工具,改由更加灵巧的电脑软件主宰,这便是第三次工业革命到来的标志。虽然究竟谁能够引领第三次工业革命?目前我们要下这个结论,显得时机过早。但重视这被西方媒体誉为将带来“第三次工业革命” 的“RP技术”是非常必要的。本文就这一技术的原理及发展应用情况予以介绍。 二快速成型技术原理及特点 RP技术是20世纪90年代发展起来的一项高新技术。笼统地讲,RP技术属于堆积成形;严格地讲,它是基于离散和堆积原理,将零件的CAD模型按一定方式离散,成为可加工的离散面、离散线、离散点,而后采用物理或化学手段,将这些离散的面、线段和点堆积而形成零件的整体形状。RP技术工艺流程如图1所示。其主要工艺方法有:SLA、SLS、FDM、TDP,具体见下表: 用粉末材料为原料,按照分层信息铺好一层粉末材料计算机控制喷头有选择性地喷射粘接剂,使部分粉末粘接形成截面层。一层完成后,工作台下降一个层厚,如此循环形成三维产品。 三快速成型技术的发展现状 3.1国外的快速成型技术的发展现状 这种为现代社会带来强大冲击和震撼的新技术起源于1988年,美国3D System 公司推出的SLA-250液态光敏树脂选择性固化成形机,标志着RP技术的诞生。目前,RP技术被广泛应用于各个领域,如航天航空、医疗、军工、艺术设计等领域,应用最为广泛的是航空零部件的快速制造,包括快速精铸技术、金属直接制造零部件、风洞模型的制造。 国外主要的航空企业都在应用RP技术研制新型航空器。例如,美国军用和商用航空发动机制造商Sundstrand公司使用RP技术制作新型燃气轮发动机进风口外壳原型(φ300×250,壁厚仅1.5),节省了4个多月的加工制造时间和超过8.8万美元的费用。

快速成形技术的快速模具制造技术(doc 6)

快速成形技术的快速模具制造技术(doc 6)

基于快速成形技术的快速模具制造技术 一、引言 近10年来,制造业市场环境发生了巨大的变化,迅速将产品推向市场已成为制造商把握市场先机的重要保障。因此,产品的快速开发技术将成为赢得21世纪制造业市场的关键 快速成形技术(以下简称RP)是一种集计算机辅助设计、精密机械、数控激光技术和材料学为一体的新兴技术,它采用离散堆积原理,将所设计物体的CAD模型转化成实物样件。由于RP技术采用将三维形体转化为二维平面分层制造的原理,对物体构成复杂性不敏感,因此物体越复杂越能体现它的优越性。 以RP为技术支撑的快速模具制造RT(Rapid Tooling)也正是为了缩短新产品开发周期,早日向市场推出适销对路的、按客户意图定制的多品种、小批量产品而发展起来的新型制造技术。由于产品开发与制造技术的进步,以及不断追求新颖、奇特、多变的市场消费导向,使得产品(尤其是消费品)的寿命周期越来越短已成为不争的事实。例如,汽车、家电、计算机等产品,采用快速模具制造技术制模,制作周期为传统模具制造的1/3~1/10,生产成本仅为1/3~1/5。所以,工业发达国家已将RP/RT作为缩短产品开发时间及模具制作周期的重要研究课题和制造业核心技术之一,我国也已开始了快速制造业的研究与开发应用工作。 二、基于RPM的快速模具制造方法 模具是制造业必不可少的手段,其中用得最多的有铸模、注塑模、冲压模和锻模等。传统制作模具的方法是:对木材或金属毛坯进行车、铣、刨、钻、磨、电蚀等加工,得到所需模具的形状和尺寸。这种方法既费时又费钱,特别是汽车、摩托车和家电所需的一些大型模具,往往造价数十万元以上,制作周期长达数月甚至一年。而基于RPM技术的RT直接或间接制作模具,使模具的制造时间大大缩短而成本却大大降低。 1. 用快速成形机直接制作模具 由于一些快速成形机制作的工件有较好的机械强度和稳定性,因此快速成形件可直接用作模具。例如,Stratasys公司TITAN快速成形机的PPSF制件坚如硬木,可承受30 0℃高温,经表面处理(如喷涂清漆,高分子材料或金属)后可用作砂型铸造木模、低熔点合金铸造模、试制用注塑模以及熔模铸造的压型。当用作砂形铸造的木模时,它可用来重复制作50~100件砂型。作为蜡模的成型模时,它可用来重复注射100件以上的蜡模。用FDM快速成形机的ABS工件能选择性地融合包裹热塑性粘结剂的金属粉,构成模具的半成品,烧结金属粉并在孔隙渗入第二种金属(铝)从而制作成金属模。

快速成型技术的现状和发展趋势

快速成型技术的现状和发展趋势 1 快速成型技术的基本成型原理 近十几年来,随着全球市场一体化的形成,制造业的竞争十分激烈。尤其是计算机技术的迅速普遍和CAD/CAM技术的广泛应用,使得快速成型技术 (Rapid Prototyping简称RP)得到了异乎寻常的高速发展,表现出很强的生命力和广阔的应用前景。 传统的加工技术是采用去材料的加工方式,在毛坯上把多余的材料去除,得到我们想要的产品。而快速成型技术基本原理是:借助计算机或三维扫描系统构建目标零件的三维数字化模型,之后将该信息传输到计算机控制的机电控制系统,计算机将模型按一定厚度进行“切片”处理,即将零件的3D数据信息离散成一系列2D轮廓信息,通过逐点逐面的增材制造方法将材料逐层堆积,获得实体零件,最后进行必要的少量加工和热处理,使零件性能、尺寸等满足设计要求。。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身,可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件,从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。 目前,快速成形的工艺方法已有几十种之多,大致可分为7大类,包括立体印刷、叠层实体制造、选择性激光烧结、熔融沉积成型、三维焊接、三维打印、数码累积成型等。其基本的原理如下图所示。 图1 快速成型原理示意图 2 快速成型技术在产品开发中的应用 不断提高RP技术的应用水平是推动RP技术发展的重要方面。目前,交通大学机械学院,快速成型国家工程研究中心,教育部快速成型工程研究中心快速成

型技术已在工业造型、机械制造、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到了广泛应用。并且随着这一技术本身的发展,其应用领域将不断拓展。RP技术的实际应用主要集中在以下几个方面: 2.1 用于新产品的设计与试制。 (1)CAID应用: 工业设计师在短时间得到精确的原型与业者作造形研讨。 (2)机构设计应用: 进行干涉验证,及提早发现设计错误以减少后面模具修改工作。 (3)CAE功效:快速模具技术以功能性材料制作功能性模具,以进行产品功能性测试与研讨。 (4)视觉效果:设计人員能在短时间之便能看到设计的雛型,可作为进一步研发的基石。 (5)设计确认:可在短时间即可完成原型的制作,使设计人员有充分的时间对于设计的产品做详细的检证。 (6)复制于最佳化设计:可一次制作多个元件,可使每个元件针对不同的设计要求同时进行测试的工作,以在最短时间完成设计的最佳化。 (7)直接生产: 直接生产小型工具,或作为翻模工具 2.2 快速制模及快速铸造 快速模具制造传统的模具生产时间长,成本高。将快速成型技术与传统的模具制造技术相结合,可以大大缩短模具制造的开发周期,提高生产率,是解决模具设计与制造薄弱环节的有效途径。快速成形技术在模具制造方面的应用可分为直接制模和间接制模两种,直接制模是指采用RP技术直接堆积制造出模具,间接制模是先制出快速成型零件,再由零件复制得到所需要的模具 2.3 机械制造 由于RP技术自身的特点,使得其在机械制造领域,获得广泛的应用,多用于制造单件、小批量金属零件的制造。有些特殊复杂制件,由于只需单件生产,或少于50件的小批量,一般均可用RP技术直接进行成型,成本低,周期短。2.4 医疗中的快速成形技术 在医学领域的应用近几年来,人们对RP技术在医学领域的应用研究较多。以医学影像数据为基础,利用RP技术制作人体器官模型,对外科手术有极大的应用价值。 2.5 三维复制 快速成形制造技术多用于艺术创作、文物复制、数字雕塑等。 2.6 航空航天技术领域 航空航天产品具有形状复杂、批量小、零件规格差异大、可靠性要求高等特点,产品的定型是一个复杂而精密的过程,往往需要多次的设计、测试和改进,耗资大、耗时长,而快速成型技术以其灵活多样的工艺方法和技术优势而在现代航空航天产品的研制与开发中具有独特的应用前景。

(整理)快速成型技术的应用与发展前景

快速成型技术的应用与发展前景 一.什么是快速成型技术 快速成形技术又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing,简称RPM)技术,诞生于20世纪80年代后期,是基于材料堆积法的一种高新制造技术,被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身,可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件,从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。即,快速成形技术就是利用三维CAD的数据,通过快速成型机,将一层层的材料堆积成实体原型。 二.快速成型技术的产生背景 (1)随着全球市场一体化的形成,制造业的竞争十分激烈,产品的开发速度日益成为主要矛盾。在这种情况下,自主快速产品开发(快速设计和快速工模具)的能力(周期和成本)成为制造业全球竞争的实力基础。 (2)制造业为满足日益变化的用户需求,要求制造技术有较强的灵活性,能够以小批量甚至单件生产而不增加产品的成本。因此,产品的开发速度和制造技术的柔性就十分关键。 (3)从技术发展角度看,计算机科学、CAD技术、材料科学、激光技术的发展和普及为新的制造技术的产生奠定了技术物质基础。 三.快速成形技术的特点 快速成型技术具有以下几个重要特征: l )可以制造任意复杂的三维几何实体。由于采用离散/堆积成型的原理.它将一个十分复杂的三维制造过程简化为二维过程的叠加,可实现对任意复杂形状零件的加工。越是复杂的零件越能显示出 RP 技术的优越性此外, RP 技术特别适合于复杂型腔、复杂型面等传统方法难以制造甚至无法制造的零件。 2 )快速性。通过对一个 CAD 模型的修改或重组就可获得一个新零件的设计和加工信息。从几个小时到几十个小时就可制造出零件,具有快速制造的突出特点。 3 )高度柔性。无需任何专用夹具或工具即可完成复杂的制造过程,快速制造工模具、原型或零件。 4)技术高度集成性。RP技术是计算机、数控、激光、材料和机械等技术的综合集成。CAD技术通过计算机进行精确的离散运算和繁杂的数据转换,实现零件的曲面或实体造型,数控技术为高速精确的二维扫描提供必要的基础,这又是以精确高效堆积材料为前提的,激光器件和功率控制技术使材料的固化、烧结、切割成为现实。快速扫描的高分辨率喷头为材料精密堆积提供了技术保证术产生背景。 5)快速响应性。快速原型零件制造从CAD设计到原型 (或零件 )的加工完毕,只需几个小时至几十个小时,复杂、较大的零部件也可能达到几百小时,但从总体上看,速度比传统成形方法要快得多。尤其适合于新产品的开发,RP技术已成为支持并行工程和快速反求设计及快速模具制造系统的重要技术之一

快速成型技术的发展和应用

快速成型技术的发展和应用 摘要:科技飞速发展的今天,人类对制造业也提出了更高的要求,行业竞争也日趋激烈。 快速成型技术也应运而生,并且展现了它强大的生命力和广阔的应用前景。目前,快速成型技术已在工业造型、机械制造、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到了广泛应用。并且随着这一技术本身的发展,其应用领域将不断拓展。 The rapid development of science and technology today, the human is put forward higher requirements on manufacturing, industry competition is increasingly fierce. Rapid prototyping technology also arises at the historic moment, and shows its strong vitality and broad application prospects. At present, the modelling of rapid prototyping technology has been in the industry, machinery manufacturing, aerospace, military, architecture, film and television, home appliances, light industry, medicine, archaeology, cultural art, sculpture, jewelry, and other fields has been widely used. And with the development of the technology itself, and will continue to expand its application field. 关键词:快速成型,堆积法,高集成性、高柔性、高速性,自动、直接、快速、精确。 前言: 21世纪是以知识经济和信息社会为特征的时代,随着科学技术的发展和社会需求的多样化,全球统一市场和经济全球化的逐步形成,产品的竞争更加激烈。在工业化的国家中,60%—80%的财富是由制造业提供的。制造业是衡量一个国家实力水平的重要标志之一,也是创造社会财富和国民经济赖以生存发展的重要支柱产业。 现代制造已不仅仅是机械制造,而且具有大制造,全过程,多科学的新特点。大制造应包括机电产品的制造,工业流程制造,材料科学制造等等,所以它是一个广义的制造概念。 我国在先进制造技术方面和国外有比较大的差距,特别是我国制造业的自动化,信息化水平不高。大力发展和应用先进制造技术,勇气改造传统产业和形成高技术,提升我国制造业得产业结构,产品结构和组织结构,增强其技术创新能力,产品开发,和市场竞争能力。是制造业,特别是机械制造业走出困局的关键性措施。这样才能保证我们世界工厂地位的确立,实现由制造业大国向制造业强国的转变。 快速成型技术的诞生 快速成型技术作为一个专用名词在20世纪80年代末期,美国为了加强其制造业的竞争力与促进国民经济的增长,根据其制造业面临的挑战与机遇,并对其制造业存在的问题进行深刻反省提出来的。快速成型技术是集成制造技术,电子技术,信息技术,自动化技术,能源晕技术,材料科学以及现在管理技术等众多技术的交叉,融合和渗透而发展起来的,涉及到制造业中的产品设计,加工装配,检验测试,经营管理等产品生命周期全过程,已实现优质,高效,低耗,清洁,灵活生产,提高对动态多变,细分的市场的适应能力和竞争能力的一项综合技术。 快速成型技术是顺应这一潮流而出现的先进制造技术,它能自动,直接,快速,精确的将设计思想物转化具有一定功能的原型或直接制造零件,快速成型技术是先进制造技术的重要组成部分,也是制造技术在制造理论的一次革命性飞跃,快速成型技术目前在美国,欧洲,日本等地已被广泛应用,受到制造业界及各类用户的普遍重视。 世界上第一台快速成形机于自1988年诞生于美国。快速成型制造技术是国外20世纪80年

快速成型技术及应用论文

基于激光快速成型技术的金属快速成型技术 摘要:文章详细介绍了金属粉末快速成型的研究现状 ,分析了金属粉末选择性激光烧结的工艺特点,对这些工艺的影响因素进行了讨论。 关键词:选区激光烧结;金属零件;影响因素。 引言 快速制造 (Rapid Manufacturing) 金属零件一直受到国内外的广泛重视 , 是当今快速成型领域的一个重要研究方向。到目前为止 ,用于直接成型金属材料、制备三维金属零件的技术主要有激光近形制造与金属粉末的选择性激光烧结技术。激光近形制造(LENS) ,又称激光熔覆制造或熔滴制造 ,它将激光熔覆工艺与激光快速成型技术相结合 , 利用激光熔覆工艺逐层堆积累加材料,形成具有三维形状的三维结构。在该方面 ,美国的Aeromet、德国的汉诺威激光中心以及清华大学激光加工研究中心等均进行了大量的研究 , 并得到了具有一定形状的三维实体零件。有异于激光近形制造 ,选择性激光烧结则有选择地逐层烧结固化粉末金属得到三维零件。在这一领域,美国的DTM丶德国的汉诺威激光中心等进行了多元金属的烧结研究。就选区激光烧结(SelectiveLaser Sintering , SLS)而言 ,根据成型用金属粉末的不同 , 人们又开发出多种工艺途径来实现金属零件的烧结成型 ,主要有三种途径:一是利用金属粉末与有机粘结剂粉末共混粉体的间接烧结,金属粉末与有机粘结剂粉末均匀共混,烧结中,低熔点的粘结剂粉末熔化并将高熔点的金属粉末粘结,形成原型(“绿件”),经后处理,烧失粘结剂,形成“褐件”,最后通过金属熔渗工艺得到致密的金属件;二是利用金属混合粉末的直接烧结 , 其中一种粉末具有较低的熔点(如铜粉) ,另一种粉末熔点较高 (如铁粉) ,烧结中低熔点的金属粉末铜熔化并将难熔的铁粉粘结在一起 , 这种方法同样需要较大功率激光器;三是利用单一成分金属粉末的直接烧结,这种方法目前主要用于低熔点金属粉末的烧结,对熔点高的金属粉末,需采用大功率激光器。本文分别对上述的间接和直接烧结成型工艺进行了初步的研究。 1 SLS的烧结原理 激光选择性烧结快速成型技术是使用激光束熔化或烧结粉末材料 ,利用分层的思想 ,把计算机中的 CAD 模型直接成型为三维实体零件。它的创新之处在于将激光、光学、温度控制和材料相联系。SLS烧结原理如图1所示,烧结过程可分为三部分: (1)首先在粉体床上铺一薄层粉体 , 并压实 , 可以根据需要 ,在激光烧结前进行预热; (2)激光照射粉体层 ,烧结粉体,形成所设计零件一层的形状;(3) 粉体床下降一个薄层厚度的距离;重复上面的过程 ,直到原型零件完成。 SLS对粉末烧结的明显优势在于: (1) 和其它的加工方法比较,能获得优良的材料性能,同时,它的加工材料范围比较宽 (聚合物、金属、陶瓷、铸造砂等);(2) 易于实现液相烧结 , 烧结周期比较短; (3) 比传统的烧结方法更易得到密实的以粉末金属为原料的产品;(4)工艺比较简单 , 烧结路线、烧结温度便于控制。

快速成型技术与试题---答案

试卷 2. 3.快速成型技术的主要优点包括成本低,制造速度快,环保节能,适用于新产品开发和单间零件生产等 4.光固化树脂成型(SLA)的成型效率主要与扫描速度,扫描间隙,激光功率等因素有关 5. 也被称为:3D打印,增材制造; 6.选择性激光烧结成型工艺(SLS)可成型的材料包括塑料,陶瓷,金属等; 7.选择性激光烧结成型工艺(SLS)工艺参数主要包括分层厚度,扫描速度,体积成型率,聚焦光斑直径等; 8.快速成型过程总体上分为三个步骤,包括:数据前处理,分层叠加成型(自由成型),后处理; 9.快速成型技术的特点主要包括原型的复制性、互换性高,加工周期短,成本低,高度技术集成等; 10.快速成型技术的未来发展趋势包括:开发性能好的快速成型材料,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,开发新的成形能源,快速成形方法和工艺的改进和创新,提高网络化服务的研究力度,实现远程控制等; 11.光固化快速成型工艺中,其中前处理施加支撑工艺需要添加支撑结构,支撑结构的主要作用是防止翘曲变形,作为支撑保证形状; 二、术语解释 1.STL数据模型 是由3D SYSTEMS 公司于1988 年制定的一个接口协议,是一种为快速原型制造技术服务的三维图形文件格式。STL 文件由多个三角形面片的定义组成,每个三角形面片的定义包括三角形各个定点的三维坐标及三角形面片的法矢量。stl 文件是在计算机图形应用系统中,用于表示三角形网格的一种文件格式。它的文件格式非常简单,应用很广泛。STL是最多快速原型系统所应用的标准文件类型。STL是用三角网格来表现3D CAD模型。STL只能用来表示封闭的面或者体,stl文件有两种:一种是ASCII明码格式,另一种是二进制格式。 2.快速成型精度包括哪几部分 原型的精度一般包括形状精度,尺寸精度和表面精度,即光固化成型件在形状、尺寸和表面相互位置三个方面与设计要求的符合程度。形状误差主要有:翘曲、扭曲变形、椭圆度误差及局部缺陷等;尺寸误差是指成型件与CAD模型相比,在x、y、z三个方向上尺寸相差值;表面精度主要包括由叠层累加产生的台阶误差及表面粗糙度等。 3.阶梯误差 由于快速成型技术的成型原理是逐层叠加成型,因此不可避免地会产生台阶效应,使得零件的表面只是原CAD模型表面的一个阶梯近似(除水平和垂直表

快速成型技术的介绍

快速成型技术的介绍 ————3D打印技术的介绍及设计 摘要:快速成型制造技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术,自该技术问世以来,已经在发达国家的制造业中得到了广泛应用,并由此产生一个新兴的技术领域。3D打印即快速成型技术的一种,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术;3D打印现在运用在生产生活的各个领域。 关键词:快速成型;3D打印 1 快速成型制造技术 1.1 简介 快速原型制造技术,又叫快速成形技术,(简称RP技术)。 RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同,成形原理和系统特点也各有不同。但是,其基本原理都是一样的,那就是"分层制造,逐层叠加",类似于数学上的积分过程。形象地讲,快速成形系统就像是一台"立体打印机"。 1.2 产生背景 随着全球市场一体化的形成,制造业的竞争十分激烈,产品的开发速度日益成为主要矛盾。在这种情况下,西安交通大学机械学院,快速成型国家工程研究中心,教育部快速成型工程研究中心自主快速产品开发(快速设计和快速工模具)的能力(周期和成本)成为制造业全球竞争的实力基础。 制造业为满足日益变化的用户需求,要求制造技术有较强的灵活性,能够以小批量甚至单件生产而不增加产品的成本。因此,产品的开发速度和制造技术的柔性就十分关键。 从技术发展角度看,计算机科学、CAD技术、材料科学、激光技术的发展和普及为新的制造技术的产生奠定了技术物质基础。 1.3 技术特点 (1) 制造原型所用的材料不限,各种金属和非金属材料均可使用; (2) 原型的复制性、互换性高; (3) 制造工艺与制造原型的几何形状无关,在加工复杂曲面时更显优越; (4) 加工周期短,成本低,成本与产品复杂程度无关,一般制造费用降低50%,加工周期节约70%以上; (5) 高度技术集成,可实现了设计制造一体化。 1.4 基本原理 快速成形技术是在计算机控制下,基于离散、堆积的原理采用不同方法堆积材料,最终完成零件的成形与制造的技术。

快速成型技术及其发展综述

计算机集成制造技术与系统——读书报告 题目名称: 专业班级: 学号: 学生姓名: 指导老师

快速成型技术及其发展 摘要:快速成型技术兴起于20世纪80年代,是现代工业发展不可或缺的一个重要环节。本文介绍了快速成型技术的产生、技术原理、工艺特点、设备特点等方面,同时简述快速成型技术在国内的发展历程。 关键词:快速成型烧结固化叠加发展服务 1 快速成形技术的产生 快速原型(Rapid Prototyping,RP)技术,又称快速成形技术,是当今世界上飞速发展的制造技术之一。快速成形技术最早产生于二十世纪70年代末到80年代初,美国3M公司的阿伦赫伯特于1978年、日本的小玉秀男于1980年、美国UVP公司的查尔斯胡尔1982年和日本的丸谷洋二1983年,在不同的地点各自独立地提出了RP的概念,即用分层制造产生三维实体的思想。查尔斯胡尔在UVP的继续支持下,完成了一个能自动建造零件的称之为Stereolithography Apparatus (SLA)的完整系统SLA-1,1986年该系统获得专利,这是RP发展的一个里程碑。同年,查尔斯胡尔和UVP的股东们一起建立了3D System公司。与此同时,其它的成形原理及相应的成形系统也相继开发成功。1984年米歇尔法伊杰提出了薄材叠层(Laminated Object Manufacturing,以下简称LOM)的方法,并于1985年组建Helisys 公司,1992年推出第一台商业成形系统LOM-1015。1986年,美国Texas大学的研究生戴考德提出了选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,简称SLS)的思想,稍后组建了DTM 公司,于1992年开发了基于SLS的商业成形系统Sinterstation。斯科特科瑞普在1988年提出了熔融成形(Fused Deposition Modeling,简称FDM)的思想,1992年开发了第一台商业机型3D-Modeler。 自从80年代中期SLA光成形技术发展以来到90年代后期,出现了几十种不同的RP技术,但是SLA、SLS和FDM几种技术,目前仍然是RP技术的主流,最近几年LJP(立体喷墨打印)技术发展迅速,以色列、美国、日本等国的RP设备公司都力推此类技术设备。 2基本原理 快速成形技术是在计算机控制下,基于离散、堆积的原理采用不同方法堆积材料,最终完成零件的成形与制造的技术。 1、从成形角度看,零件可视为“点”或“面”的叠加。从CAD电子模型中离散得到“点”或“面”的几何信息,再与成形工艺参数信息结合,控制材料有规律、精确地由点到面,由面到体地堆积零件。 2、从制造角度看,它根据CAD造型生成零件三维几何信息,控制多维系统,通过激光束或其他方法将材料逐层堆积而形成原型或零件。 3快速成型技术特点 RP技术与传统制造方法(即机械加工)有着本质的区别,它采用逐渐增加材料的方法(如凝固、焊接、胶结、烧结、聚合等)来形成所需的部件外型,由于RP技术在制造产品的过程中不会产生废弃物造成环境的污染,(传统机械加工的冷却液等是污染环境的),因此在当代讲究生态环境的今天,这也是一项绿色制造技术。 RP技术集成了CAD、CAM、激光技术、数控技术、化工、材料工程等多项技术,解决了传统加工制造中的许多难题。 RP技术的基本工作原理是离散与堆积,在使用该技术时,首先设计者借助三维CAD或者

快速成型技术及应用学习心得doc

《快速成型技术及应用》学习心得 对于本学期黄老师的《快速成型技术及应用》学习心得,主要从RP技术的应用现状和发展趋势、主要的RP成型工艺分析和RP技术在当代模具制造行业的应用三个方面进行说明: 一、RP技术的应用现状与发展趋势 快速成型(Rapid Prototyping)技术是由三维CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体的总称。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,是先进制造技术的重要组成部分。 目前,快速成型技术已在工业造型、机械制造、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到了广泛应用。 RP技术虽然有其巨大的优越性,但是也有它的局限性,由于可成型材料有限,零件精度低,表面粗糙度高,原型零件的物理性能较差,成型机的价格较高,运行制作的成本高等,所以在一定程度上成为该技术的推广普及的瓶颈。从目前国内外RP 技术的研究和应用状况来看,快速成型技术的进一步研究和开发的方向主要表现在以下几个方面: (1)大力改善现行快速成型制作机的制作精度、可靠性和制作能力,提高生产效率,缩短制作周期。尤其是提高成型件的表面质量、力学和物理性能,为进一步进行模具加工

和功能试验提供平台。 (2)开发性能更好的快速成型材料。材料的性能既要利于原型加工,又要具有较好的后续加工性能,还要满足对强度和刚度等不同的要求。 (3)提高RP 系统的加工速度和开拓并行制造的工艺方法。目前即使是最快的快速成型机也难以完成象注塑和压铸成型的快速大批量生产。 (4)RPM 与CAD、CAM、CAPP、CAE 以及高精度自动测量、逆向工程的集成一体化。该项技术可以大大提高新产品的第一次投入市场就十分成功的可能性,也可以快速实现反求工程。 (5)研制新的快速成型方法和工艺。除了目前SLA、LOM、SLS、FDM 外,直接金属成型工艺将是以后的发展焦点。 二、几种常见RP工艺 1、FDM,丝状材料选择性熔覆(Fused Deposition Modeling)快速原型工艺是一种不依靠激光作为成型能源、而将各种丝材(如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等)加热熔化进而堆积成型方法,简称FDM。 2、SLA,光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,是最早出现的一种快速成型技术。 3、SLS,粉末材料选择性烧结(Selected Laser

快速成型技术与试题-答案

试卷 —、填空题 1?快速成型技术是由计算机辅助设计及制造技术、逆向工程技术、分层制造技术(SFF)、材料去除成形(MPR)、材料增加成形(MAP)技术等若干先进技术集成的; 2. 3. 快速成型技术的主要优点包括成本低,制造速度快,环保节能,适用于新产品开发和单间零件生产等 4?光固化树脂成型(SLA的成型效率主要与扫描速度,扫描间隙,激光功率等因素有关 5. 快速成型技术的英文名称为:Rapid Prototyping Manufacturing (RPM),其目前 也被称为:3D打印,增材制造; 6. 选择性激光烧结成型工艺(SLS可成型的材料包括塑料,陶瓷,金属等; 7. 选择性激光烧结成型工艺(SLS工艺参数主要包括分层厚度,扫描速度,体积成型率,聚焦光斑直径等; 8. 快速成型过程总体上分为三个步骤,包括:数据前处理,分层叠加成型(自由成型),后处理; 9. 快速成型技术的特点主要包括原型的复制性、互换性高,加工周期短,成本低,高度技术集成等; 10?快速成型技术的未来发展趋势包括:开发性能好的快速成型材料,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,开发新的成形能源,快速成形方法和工艺的改进和创新,提高网络化服务的研究力度,实现远程控制等; 11.光固化快速成型工艺中,其中前处理施加支撑工艺需要添加支撑结构,支撑结构的主要作用是防止翘曲变形,作为支撑保证形状; 二、术语解释 1.STL数据模型 是由3D SYSTEM公司于1988年制定的一个接口协议,是一种为快速原型制造技术服务的三维图形文件格式。STL文件由多个三角形面片的定义组成,每个三角形面片的定义包括三角形各个定点的三维坐标及三角形面片的法矢量。stl 文件是在计算机图形应用系统中,用于表示三角形网格的一种文件格式。它的文件格式非常简单,应用很广泛。STL是最多快速原型系统所应用的标准文件 类型。STL是用三角网格来表现3D CAD模型。STL只能用来表示封闭的面或者体,stl文件有两种:一种是ASCII明码格式,另一种是二进制格式。 2■快速成型精度包括哪几部分 原型的精度一般包括形状精度,尺寸精度和表面精度,即光固化成型件在形状、尺寸和表面相互位置三个方面与设计要求的符合程度。形状误差主要有:翘曲、扭曲变形、椭圆度误差及局部缺陷等;尺寸误差是指成型件与CAD模型相比,在x、y、z三个方向上尺寸相差值;表面精度主要包括由叠层累加产生的台阶误差及表面粗糙度等。 3■阶梯误差

快速成型技术及原理

RP技术简介 快速原型制造技术,又叫快速成形技术,(简称RP技术); 英文:RAPID PROTOTYPING(简称RP技术),或 RAPID PROTOTYPING MANUFACTUREING,简称RPM。 快速成型(RP)技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术,是为制造业企业新产品开发服务的一项关键共性技术, 对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。自该技术问世以来,已经在发达国家的制造业中得到了广泛应用,并由此产生一个新兴的技术领域。 RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同,成形原理和系统特点也各有不同。但是,其基本原理都是一样的,那就是"分层制造,逐层叠加",类似于数学上的积分过程。形象地讲,快速成形系统就像是一台"立体打印机"。 RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。RP技术的基本原理是:将计算机内的三维数据模型进行分层切片得到各层截面的轮廓数据,计算机据此信息控制激光器(或喷嘴)有选择性地烧结一层接一层的粉末材料(或固化一层又一层的液态光敏树脂,或切割一层又一层的片状材料,或喷射一层又一层的热熔材料或粘合剂)形成一系列具有一个微小厚度的的片状实体,再采用熔结、聚合、粘结等手段使其逐层堆积成一体,便可以制造出所设计的新产品样件、模型或模具。 快速成型机的工艺 立体光刻成型sla 层合实体制造lom 熔融沉积快速成型fdm 激光选区烧结法SLS 多相喷射固化mjs 多孔喷射成型mjm 直接壳法产品铸造dspc 激光工程净成型lens 选域黏着及热压成型SAHP 层铣工艺lmp 分层实体制造som 自美国3D公司1988年推出第一台商品SLA快速成形机以来,已经有十几种不同的成形系统,其中比较成熟的有SLA、SLS、LOM和FDM等方法。其成形原理分别介绍如下: (1)SLA(光固化成型法)快速成形系统的成形原理: 成形材料:液态光敏树脂; 制件性能:相当于工程塑料或蜡模;

快速成型技术的发展历史

快速成型技术的发展历史 一、国外RP技术的发展历史 从历史上看,很早以前就有“材料叠加”的制造设想,例如,1892年,J.E.Blanther在他的美国专利(#473 901)中,曾建议用分层制造法构成地形图。这种方法的原理是,将地形图的轮廓线压印在一系列的蜡片上,然后按轮廓线切割蜡片,并将其粘结在一起,熨平表面,从而得到三维地形图。1902年,Carlo Baese在他的美国专利(#774 549)中,提出了用光敏聚合物制造塑料件的原理,这是现代第一种快速成型技术——“立体平板印刷术”(Stereo Lithogrphy)的初步设想。1940年,Perera提出了在硬纸板上切割轮廓线,然后将这些纸板粘结成三维地形图的方法。50年代之后,出现了几百个有关快速成型技术的专利,其中Paul L Dimatteo在他1976年的美国专利(#3932923)中,进一步明确地提出,先用轮廓跟踪器将三维物体转化成许多二维廓薄片(图1),然后用激光切割这些薄片成型,再用螺钉、销钉等将一系列薄片连接成三维物体,这些设想与现代另一种快速成型技术——“物体分层制造”(Laminated Object Manufacturing)的原理极为相似。

图1 Paul的分层成型法 上述早期的专利虽然提出了一些快速成型的原理,但还很不完整,更没有实现快速成型机械及其使用原材料的商品化。80年代末之后,快速成型技术有了根本性的发展,出现的专利更多,仅在1986~1998年期间注册的美国专利就有24个。这首先是Charles W Hull在他1986年的美国专利(#4 575 330)中,提出了一个用激光束照射液态光敏树脂,从而分层制作三维物体的现代快速成型机的方案。随后,美国的3D Systems公司据此专利,于1988年生产出了第一台现代快速成型机SLA-250(液态光敏树脂选择性固化成型机),开创了快速成型技术发展的新纪元。在伺候的10年中,涌现了10多种不同形式的快速成型技术和相应的快速成型机,如薄形材料选择性切割(LOM)、丝状材料选择性熔覆(FDM)和粉末材料选择性烧结(SLS)等,并且在工业、医疗及其他领域得到了广泛到的应用。1998年止,全世界已拥有快速成型机4259台,快速成型机制造公司约27个,用快速成型机进行对外服务的机构331个。

快速成型技术的应用和发展

快速成型技术的应用和发展 张鹏飞 天津大学机械学院机械工程专业2011级硕士生 摘要: 概括地介绍了快速成型技术的起源,简要介绍快速成型技术(Rapid Photograph Manufacturing——RPM)的工作原理,描述了快速成型技术的发展现状;根据快速成型技术的特点,提出了快速成型技术在现阶段存在的问题及其以后在其它行业领域的发展前景。 关键词:快速成型、应用、特点、发展 0 前言 快速成型技术又称快速原型制造( 简称RPM)技术,诞生于20世纪80年代末期,是基于材料堆积法的一种高新制造工艺,被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。它集机械工程、CAD、数控技术、材料科学、激光技术于一身,可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变成原形或零件,从而为新设计思想的校验提供了一种高效低成本的实现手段。快速成型技术是在计算机的控制下,基于离散、堆积的原理,采用不同方法堆积材料,最终完成零件的成型与制造。现以广泛运用于家电、汽车、航空航天、船舶、工业设计、医疗、艺术、建筑等领,为这些领域的发展提供了强大的推动作用。域但快速成型毕竟是属于新兴的先进制造技术,其在拥有诸多优点的同时也不可避免的存在缺点。[1] 1快速成型技术的起源 1979年,东京大学的中川威雄教授利用分层技术制造了金属冲裁模、成型模和注塑模。20世纪70年代末到80年代初,美国3M公司的AIanJ.Hebert(1978年)、日本的小玉秀男(1980年)、美国UVP公司的Charles W. Hull (1982年)和日本的丸谷洋二(1983年),各自独立地首次提出了RP的概念,即利用连续层的选区固化制作三维实体的新思想。Charles W.Hull在UVP的资助下,完成了第1个RP系统Stereo lithography Apparatus (SLA),并于1986年获得专利,这是RP发展的一个里程碑。随后许多快速成型概念、技术及相应的成型机也相继出现。[2] 2快速成型技术的工作原理特点及 其应用现状 2.1.1快速成型技术的工作原理[3] 快速成型技术不是采用一般意义上的模具或刀具加工零件,而是采用了一种新型工具能源加工原理,即利用光、热、电等手段,通过固化、烧结、粘结、熔结、聚合作用或化学作用等方式,有选择地固化(或粘结) 液体(或固体) 材料,从而实现材料的转移与堆积,形成需要的原型零件。快速成型制造思想的初始思路来源于将三维实体截成一系列连续薄切片的逆过程,即首先对零件的三维CAD 实体模型进行分层处理,获得零件的二维截面数据信息,然后根据每一层的截面数据,采用上述方法生成与该层截面形状一致的薄片,反复进行这一过程,薄片逐层累加,直至“生长”出所需实体零件。产品CAD实体模型构建方法有两种,一是可通过概念设计,设计出所需零件的计算机三维模型(数字模型、CAD模型);二是可通过逆向工程,通过三维数字扫描仪对产品原型进行扫描,而后结合逆向工程对扫描数据进行处理。然后按照一定的规律将该模型离散为一系列有序的单元,通常在Z向将其按一定厚度进行离散(习惯称为分层),把原来的三维CAD 模型变成一系列的层片。根据每个层片的轮廓信息,输入加工参数,自动生成数控代码。由成形系统成形一系列层片并自动将它们联接起来,得到一个三维物理实体。 常用的快速成型的方法有: (1) 光固化立体造型(SLA):以光敏树脂为原料,采用计算机控制下的紫外激光束以原型各分层截面轮廓为轨迹进行逐点扫描,使被扫描区内的树脂薄层产生光聚合反应后固化,从而形成

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