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第4章 快速成型技术概述

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快速成型技术的综述

快速成型技术的综述

快速成型技术的综述概要：快速成型技术又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)技术，被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。

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。

并且随着这一技术本身的发展，其应用领域将不断拓展。

关键词：引言：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。

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。

一.RP技术的定义快速成型技术是集机械工程、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.RP技术的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。

三.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；三.类型3D打印技术是一系列快速原型成型技术的统称，其基本原理都是叠层制造，由快速原型机在X-Y平面内通过扫描形式形成工件的截面形状，而在Z坐标间断地作层面厚度的位移，最终形成三维制件。

逆向工程及快速成型技术概述(ppt 49张)

逆向工程及快速成型技术概述(ppt 49张)

2.2 快速成型技术加工方法和设备
• •
目前快速成型技术的快速成型工艺方法 有十多种。比较成熟的而且常用的四种成 型方法有：光固化成型、分层实体制造、 选择域激光粉末烧结成型、熔融沉积成型。
• 1. 光固化法技术是基于液态光敏树脂的光 聚合原理工作的，这种液态材料在一定波 长和强度的紫外光照射下，能迅速发生聚 合反应，分子量急剧增大，材料也就从液 态转变为固态。 • 优点： • (1)原材料的利用率将近100%。 • (2)尺寸精度高 • (3)表面质量优良 • (4)可以制作结构十分复杂的模型
熔融沉积快速成型
2.3快速成型技术的应用
• 快速成型技术的最初应用主要集中在产品开发 中的设计评价、功能试验上。设计人员根据快速 成型得到的试件原型对产品的设计方案进行试验 分析、性能评价，借此缩短产品的开发周期、降 低设计费用。经过十几年的发展，快速原型技术 早已突破了其最初意义上的“原型”概念，向着 快速零件、快速工具等方向发展。 • 目前快速成型技术已经得到了工业界的普遍关 注，尤其在家用电器、汽车、玩具、轻工业产品、 建筑模型、医疗器械及人造器官模型、航天器以 及从事CAD的部门都得到了良好的应用。
•
鞋楦的扫描与反求
汽车造型的扫描与反求
• 复杂曲面的反求
骨骼扫描及反求
牙颌的点云及反求
狗 头 部 的 点 云 及 反பைடு நூலகம்求
人 面 部 的 点 云 和 反 求
• 艺术品的点云和反求
• 二、逆向工程的发展趋势
• 逆向工程技术是目前CAD/CAM领域一个十分活 跃的研究方向，以下技术的发展值得期待： • （1）发展面向逆向工程的专用测量系统 • （2）研究适应不同的测量方法和后续用途的离散 数据后处理技术。 • （3）拟合曲面应能控制曲面的光顺性和进行光滑 的拼接 • （4）有效的特征识别和考虑约束的模型重建方法 • （5）发展基于集成的逆向工程技术

先进制造技术——快速成型技术课件

先进制造技术——快速成型技术课件
国内的清华大学与北京殷华公司较早地进行了FDM 工艺商品化系统的研制工作，并推出熔融挤压制造设备 MEM250等。
先进制造技术——快速成型技术
FDM 原理 图
先进制造技术——快速成型技术
先进制造技术——快速成型技术
先进制造技术——快速成型技术
先进制造技术——快速成型技术
二、特点
优点：
1、采用热熔挤压头专利技术，系统结构原理和操作简 单，且使用无毒的原材料，设备可安装在办公环境中。
先进制造技术——快速成型技术
图解过程
先进制造技术——快速成型技术
实例照片
先进制造技术——快速成型技术
精度 表面 材料 材料 运行 生产 设备 市场
质量 质量 利用 成本 成本 费用 占有
率
率
SLA 好 优 较贵 接近 较高 高 较贵 70 100%
SLS 一般 一般 较贵 接近 较高 一般 较贵 10 100%
主要适用于模具行业新产品开发和医疗、考古等基 于数字成像技术的三维实体模型制造。
先进制造技术——快速成型技术
FDM工艺由美国学者Dr.Scott Crump于1988年研制 成功，并由美国Stratasys公司推出商品化的机器。1993 年开发第一台FDM1650机型后，先后推出FDM2000、 FDM3000、FDM8000等。
先进制造技术——快速成型技术
三、材料
3.1 成型材料
FDM工艺常用ABS工程塑料丝作为成形材料。
成型材料的特性要求：
1、材料的粘度（影响材料的挤出过程）。 2、材料熔融温度。 3、粘结性（影响零件强度）。 4、收缩率。
结论：
粘度低、熔融温度低、粘结性好、收缩率小。
先进制造技术——快速成型技术

快速成型技术

快速成型技术
（3）原材料有污染，可能使皮肤过敏。
2020年12月29日星期二
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2.分层实体制造 分层实体制造（laminated object manufacturing，简称为LOM）
也称为薄形材料选择性切割，是近几年才发展起来的一种快速成型技术。 LOM的展开装置将涂有热熔胶的箔材带（如涂覆纸、涂覆陶瓷箔、金属 箔、塑料箔）经热压辊加热后，一段段送至工作台上方。LOM的激光切 割系统，根据三维模型提取的每一个横截面的轮廓，在计算机的控制下， 用CO2激光束对工作台上的箔材沿轮廓线切割成所需制件的内外轮廓， 制件轮廓以外的区域被切割成小方块，成为废料。在该层切割完成后， 工作台下降相当于一个纸厚的高度，然后新的一层纸再平铺在刚成型的 表面，通过热压装置将其与已切割的型面黏结在一起，激光束再一次进 行新的轮廓切割，以此逐步得到各层截面，并黏结在一起，形成三维产 品。其原理如图4-30所示。该工艺材料的厚度一般为0.07～0.15 mm， 由于激光束只需扫描面轮廓，因而成型速度较快，制件完成后用聚氨酯 喷涂即可。
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2.间接制模 利用快速成型技术，结合精密铸造、硅橡胶、粉末烧结等技术可
间接制造出模具。其最关键的技术是利用快速原型制造出模芯，然后 再用该模芯去复制与型芯对应的外模。一般是先制造出石膏型或陶瓷 型，再由石膏型或陶瓷型浇注出金属模具。常用的间接制模的加工方 法包括金属喷涂法、硅橡胶模法、熔模精铸法和精铸型腔法。
FOM成型速度较慢，适合成型小塑料件特别是瓶状和中空 零件，具有工艺简单、费用较低的特点。但制件的翘曲变形小， 需要设计支承结构。此外，由于其成型精度较低，因而难以构 建结构复杂的零件。为了克服成型速度较慢这一缺点，可采用 多个热喷头同时进行涂覆，以提高成型效率。

FDM快速成型技术及其应用

FDM快速成型技术及其应用

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4、医疗行业：在医疗领域，FDM技术被用于制造人体植入物、医疗器械等。 由于其制造的材料安全、无毒，且精度高，使得FDM成为医疗行业的重要选择。
5、教育行业：在教育领域，FDM技术常被用于教学示范和实验中，通过打印 出三维模型来帮助学生更好地理解复杂的概念和结构。此外，学生也可以使用 FDM技术来制作自己的设计项目，提高实践能力和创新思维。
六、未来展望
随着科技的快速发展和社会的不断进步，我们期待快速成型技术能够在以下 几个方面有所突破：首先，设备的效率和稳定性还有待提高，以提高生产效率和 质量；其次，材料的种类和性能需要进一步拓展和优化，以满足不同应用场景的 需求；最后，我们期待这种技术能够更好地融入环保理念，以实现可持续的制造 和发展。
（4）材料广泛：光敏树脂种类繁多，可以满足各种不同类型制品的需求。
2、不足
然而，光固化快速成型技术也存在以下不足之处：
（1）成本较高：光固化快速成型技术的设备、材料和维护成本较高，限制 了其广泛应用。
（2）技术难度较大：光固化快速成型技术的技术门槛较高，需要专业人员 进行操作和维护。
（3）环境影响：光固化过程会产生有害的紫外光和挥发性有机化合物，对 环境和操作者的健康有一定影响。
8、环保行业：在环保领域，FDM技术提供了一种可持续的制造方法。通过使 用可降解或可回收的材料进行打印，可以减少废弃物的产生和对环境的影响。此 外，FDM技术还可以用于制造环保设备零件等。
9、科研领域：在科学研究领域，FDM技术常被用于制造实验模型和测试样品。 例如在材料科学中，研究人员可以使用FDM来制造不同材料的复合结构以研究其 物理和化学性能。此外在生物学领域，FDM技术也被用于制造生物组织的复杂结 构以研究其生长和发育的机制。

快速成型技术.doc

快速成型技术.doc

快速成型[编辑]使用快速成型技术生成的精致模型使用快速成型技术，不借助于模具而生成一个球体。

〔加工过程为30分钟，本视频精简为4分钟〕快速成型或快速成形〔英语：Rapid prototyping，RP〕是一种快速生成模型或者零件的制造技术。

在电脑控制与管理下，依靠已有的CAD数据，采用材料精确堆积的方式，即由点堆积成面，由面堆积成三维，最终生成实体[1]。

依靠此技术可以生成非常复杂的实体，而且成型的过程中无需模具的辅助[2]。

目录[隐藏]1 发展历史2 技术原理2.1 工艺过程2.2 工艺技术2.2.1 光固化立体造型〔SLA〕2.2.2 层片叠加制造〔LOM〕2.2.3 选择性激光烧结〔SLS〕2.2.4 熔融沉积造型〔FDM〕2.2.5 三维印刷工艺〔三维P〕2.3 工艺与材料3 特点4 应用5 参见6 相关文献7 参考资料发展历史[编辑]对于快速成型技术的研究始于1970年代，但是直到1980年代末才逐渐出现了成熟的制造设备[3]。

美国3M公司的Alan J.Herbert〔1982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Charles W. Hull〔1984年〕、日本大阪工业技术研究所的丸谷洋二〔1984年〕，各自独立地提出了快速成型的技术设想，实现的材料和方式有差异，但均以多层叠加并固化来产生实体。

在1986年，Charles W. Hull在美国获得了光固化立体造型设备〔SLA〕的专利，标志着快速成型技术即开始进入实用阶段[4]，在设计领域及汽车工业上有广泛应用。

技术原理[编辑]快速成型过程示意图〔使用SLA工艺〕1.在电脑中创建的实体造型2.实体造型中的一层3.通过聚合反应生成的一层实体4.平台5. 激光器快速成型设备开始生成模型〔图中灰色部分〕模型逐渐增厚模型完成一个完成的模型尽管快速成型有多种不同工艺技术，但基本原理都和三维打印相同，即将一定厚度的材料反复打印在平台上，循环往复，直到生成整个成型件。

快速成型技术概述

快速成型技术概述

三、快速成型技术的特点 优点： • 制造任意复杂的三维几何实体。 • 快速成型产品单价与原型的复杂程度和制造 数量无关。 • 高度的柔性。 • பைடு நூலகம்型的快速性 • 信息过程和材料过程一体化。 • 技术的高度集成。
缺点： • 成型后的残余应力难以消除。 • RP技术能够处理的材料种类有限。 • 成型材料和设备价格高 • 只适用小批量生产 • 成型精度和速度不够。
四、快速成型制造工艺分类 按制造工艺原理分：
1）光固化成型（SLA）★ 2）分层实体制造（LOM) 3) 选择性激光烧结（SLS） 4) 熔融沉积制造（FDM) 5) 三维打印（3DP）
五、快速成型技术的应用：
1、在新产品研发中的应用： • 概念模型的可视化、设计评价。 • 结构设计验证与装配干涉校验。 • 性能和功能测试 2、在模具中的应用：（RT—快速模具制造） • 直接快速模具制造（树脂模、陶瓷模、金属模） • 间接快速模具制造（软质模具—硅胶模具、环氧 树脂、低熔点合金模具；硬质模具—精密铸造、 熔模铸造法、电火花加工等）。
3.在快速铸造中的应用 利用快速成型技术直接制造铸造用的蜡膜、消 失模、模样、模板、型芯或型壳等。
4.在艺术领域的应用 工艺品的制造和古文物的仿制。 • 在艺术家的创作中的应用，把创作灵感变成成品， 可以进行修改。 • 在珍稀艺术品复制或修复中的应用。 5.在医学领域的应用 • 设计和制作可植入假体 • 外科手术规划
六、快速成型技术的现状和发展趋势 现状： 快速成型技术工艺日趋成熟。 在功能上从原型制造到批量定制发展； 在应用上集中在产品的设计、测试、装配。 从RP—RM的转变。 发展趋势： 1.材料成型和材料制备 2.生物制造和生长成型 3.计算机外设和网络制造 4.快速成型与微纳米制造 5.直写技术与信息处理

快速成型技术总结

快速成型技术总结

快速成型技术总结快速成型总结报告一、快速成型技术的发展及原理快速成形技术（RapidPrototyping，简称RP）是二十世纪八十年代末九十年代初兴起并迅速发展起来的新的先进制造技术.是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维物理实体的技术总称，其基本过程是：首先设计出所需零件的计算机三维模型（数字模型、CAD 模型），然后根据工艺要求，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；再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；最后由成形机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。

快速成型技术的原理：快速成型技术(RP)的成型原理是基于离散-叠加原理而实现快速加工原型或零件.这里所说的快速加工原型是指能代表一切性质和功能的实验件,一般数量较少,常用来在新产品试制时作评价之用.而这里所说的快速成型零件是指最终产品,已经具有最佳的特性,功能和经济性.二、快速成型技术的分类快速成型技术 - 分类快速成型技术根据成型方法可分为两类：基于喷射的成型技术（JettingTechnoloy），例如：熔融沉积成型（FDM）、三维印刷（3DP）、多相喷射沉积（MJD）。

下面对其中比较成熟的工艺作简单的介绍。

SLA技术是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。

这种液态材料在一定波长和强度的紫外光照射下能迅速发生光聚合反应，分子量急剧增大，材料也就从液态转变成固态。

1、SLA（光固化成型）SLA工作原理：液槽中盛满液态光固化树脂激光束在偏转镜作用下，能在液态表而上扫描，扫描的轨迹及光线的有无均由计算机控制，光点打到的地方，液体就固化。

成型开始时，工作平台在液面下一个确定的深度．聚焦后的光斑在液面上按计算机的指令逐点扫描，即逐点固化。

当一层扫描完成后．未被照射的地方仍是液态树脂。

然后升降台带动平台下降一层高度，已成型的层面上又布满一层树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平，然后再进行下一层的扫描，新周化的一层牢周地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕，得到一个三维实体模型。

快速成型技术的主要工艺

快速成型技术的主要工艺

快速成型技术的主要工艺一、概述快速成型技术是指通过计算机辅助设计、制造及快速成型设备，将三维数字模型直接转化为实体模型的制造技术。

其主要工艺包括：CAD 建模、STL文件生成、切片处理、快速成型设备加工等。

二、CAD建模CAD（计算机辅助设计）建模是快速成型技术的第一步。

它通过计算机软件进行三维物体的建模，生成三维数字模型。

CAD建模需要注意以下几点：1. 精度要求高：由于快速成型技术制造的实体模型必须与数字模型完全一致，因此CAD建模时需要精确到小数点后几位。

2. 模型结构简单：复杂的结构会增加后续工艺中的难度和时间成本。

3. 设计合理性：需要考虑到实际应用场景中可能遇到的问题，例如支撑结构、壁厚等。

三、STL文件生成STL（Standard Triangle Language）文件是将CAD建模生成的三维数字模型转化为可供切片处理和快速成型设备加工的格式。

STL文件生成需要注意以下几点：1. 模型完整性：STL文件必须包含完整的物体表面信息，否则会影响后续切片和加工。

2. 模型精度：STL文件生成时需要设置合适的精度，以保证数字模型与实体模型的一致性。

3. 文件大小：STL文件大小直接影响切片处理和快速成型设备加工的效率，因此需要控制在合理范围内。

四、切片处理切片处理是将STL文件按照一定厚度进行分层，并将每一层转化为快速成型设备可以识别的加工指令。

切片处理需要注意以下几点：1. 切片厚度：不同的快速成型设备对切片厚度有不同要求，需要根据设备要求进行设置。

2. 支撑结构：由于快速成型设备在制造过程中需要支撑结构来保证模型稳定性，因此在切片处理时需要设置支撑结构。

3. 加工顺序：不同部位的加工顺序会影响到实体模型的质量和加工效率，因此需要根据实际情况进行设置。

五、快速成型设备加工快速成型设备加工是将经过CAD建模、STL文件生成和切片处理后的数字模型转化为实体模型。

快速成型设备包括SLA、SLS、FDM、3DP等多种类型，其加工过程大致相同，需要注意以下几点：1. 材料选择：不同的快速成型设备需要使用不同材料进行加工，需要根据设备要求进行选择。

快速成型技术ppt课件

快速成型技术ppt课件
4、对STL文件进行分层处理，生成CLI文件（使用Daphne 数据处理软件）
5、退出数据处理软件系统
制 造 原
型
打开电源、计算机
启 动 控 制 软 件 C a rk 打 开 要 成 形 的 C LI 文 件
初始化系统 启动温度控制系统
工作台清理 对高
检查系统
成形原型件
原型保温
原型后处理
成形准备 造型
FDM特点
系统及运行成本： FDM工艺无需其他快速成形系统中昂贵的 关键部件－激光器，故MEM快速成形控制系统成本较低；成 形材料相对其他快速成形系统价格低廉；MEM原型特有空隙 结构，节约材料与成形时间。
后处理：原型后处理简单，方便。 工艺适用范围： FDM工艺适用于薄壳体零件及微小零件，如
电器外壳、手机外壳、玩具等，都是现代社会比较实用流行 的用品；而且原型强度比较好，近似于实际零件，可以作模型设计
CAD模型 的近似处
理
对STL文 件
切片处理
原型制作流程图
逐层 制造
三维CAD模型设计
在PC机或图形工作站上用三维软件 pro/E solidworks UG CATIA
等设计零件的三维CAD模型。
CAD模型的近似处理
用STL文件格式进行数据 转换，将三维实体表面用一系 列相连的小三角形逼近，得到 STL格式的三维近似模型文件。
RP技术是借助计算机辅助设计或由实体逆向方法取得原型或零件几进而以 此建立数字化模型，再利用控制的机电集成制造系统，逐点、逐面地进行材料 “三维堆积”成型，再必要的后处理，使其在外观、強度和性能等方面达到设计 要求，达到快速、准确地制造原型或实际零件之方法。
➢ 基本原理 ➢ 重要特征 ➢ 技术特点 ➢ 工艺分类

机械制造基础的课件第四章

机械制造基础的课件第四章

第4章 快速成形技术
4.3几种常用快速成形技术的原理 4.3.1立体印刷（SLA)
图 4-3
立体印刷工艺原理图
1-紫外激光器；2-成形零件；3-光固化树脂；4-液面；5-刮平器；6-升降台
第4章 快速成形技术
4.3几种常用快速成形技术的原理 4.3.1立体印刷（SLA)
SLA 方法是目前快速成形技术领域中研究得最多的方法，也是技术上最为成熟 的方法。采用该工艺的 RP 设备属于高端产品，价格昂贵，但由于以下优点仍受到广 大用户的欢迎。 （1）精度高。SLA 工艺的紫外激光束在聚焦平面上聚焦的光斑最小直径可达 0.075mm，最小层厚在 20μm 以下。材料单元离散得如此细小，很好地保证了成形件 的精度和表面质量。SLA 工艺成形件的精度一般可保证在 0.05～0.1mm 之内。 （2）成形速度较快。在快速成形过程中，离散与堆积是矛盾的统一，离散得越 细小，精度越高，但成形速度越慢。因此，为了提高成形速度，在减小光斑直径和 层厚的同时必须提高激光光斑的扫描速度。美国、日本、德国和中国的商品化光固 化成形设备均采用振镜系统(两面振镜)来控制激光束在聚焦平面上的平面扫描。轻 巧的振镜系统可保证激光束获得极大的扫描速度，加上功率强大的半导体激励固体 激光器(其功率在 800～1000MW 以上)使得光固化成形机最大扫描速度可达 10m／s 以 上。
第4章 快速成形技术
4.1快速成形技术概述
快速成形的基本过程如图 4-1 所示，首先设计出所需零件的计算机三维曲面或 实体模型,即数字模型、CAD 模型，然后根据工艺要求，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 模型变成一系列的二维层片；再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；最后由成形机制造一系列层片并自动将它们连接起来， 得到一个三维物理实体。这样就将一个复杂的三维加工离散成一系列二维层片的加 工，大大降低了加工难度，并且成形过程的难度与待成形的物理实体形状和结构的 复杂程度无关，这也是所谓的降维制造。

激光诱导蚀刻快速成型技术_概述及解释说明

激光诱导蚀刻快速成型技术_概述及解释说明

激光诱导蚀刻快速成型技术概述及解释说明1. 引言1.1 概述激光诱导蚀刻快速成型技术是一种先进的制造方法，通过利用高能激光束对材料表面进行精确的物理和化学处理，实现对复杂结构零件的快速制造。

这项技术在工业界引起了广泛关注，并被广泛应用于各个领域。

1.2 文章结构本文将分为五个主要部分来介绍激光诱导蚀刻快速成型技术。

首先在引言部分将简要介绍该技术的背景和重要性。

接下来，在第二部分中将详细解释这项技术的定义、原理以及其发展历程。

第三部分将探讨激光源与扫描系统、材料选择与准备工作以及制造参数优化与控制策略等关键技术与方法。

然后，我们将通过实际应用案例分析，包括制造行业中的运用、医疗领域中的应用实例以及航空航天及国防领域的实践案例，来说明该技术在不同领域的优势和应用前景。

最后，在结论部分总结概括了本文的主要内容，并展望了未来该技术的发展趋势和前景。

1.3 目的本文的目标是全面介绍激光诱导蚀刻快速成型技术，包括定义、原理、发展历程以及其在不同领域中的应用案例。

通过深入了解这项技术，我们可以认识到其重要性和潜力，在未来的制造业中推动其进一步发展并促进创新。

此外，本文还旨在为相关领域的研究人员和工程师提供指导，以便更好地应用和开发该技术。

2. 激光诱导蚀刻快速成型技术2.1 定义和原理激光诱导蚀刻快速成型技术（Laser-Induced Etching Rapid Prototyping，简称LIEP）是一种基于激光与材料相互作用的三维打印技术。

它通过控制激光在材料表面的扫描路径和能量分布来实现高精度、高效率的零件制造。

该技术基于激光束在材料表面聚焦产生局部加热，在材料与环境之间形成临界温度，使材料发生化学反应或物理改变。

这些反应或改变可以通过调整激光的功率、扫描速度和扫描路径等参数来精确控制。

同时，由于激光束可以非常准确地聚焦并扫描在材料表面，因此LIEP技术具有较高的空间分辨率和制造精度。

2.2 发展历程激光诱导蚀刻快速成型技术最早起源于20世纪90年代初期，随着激光器、计算机控制系统和材料研究的不断进步，该技术得到了快速发展。

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•1）光固化成型(Stereo Lithography Apparatus,简称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，从而形成制件的一个薄层截面。 •一层固化完毕后，向下移动工作台，在刚刚固化的树脂表面布
•4）熔融沉积制造(Fused Deposition Modeling，简称FDM)： 采用热熔喷头，使半流动状态的材料流体按模型分层数据控
制的路径挤压出来，并在指定的位置沉积、凝固成型，这样逐层
沉积、凝固后形成整个原型。
• 5）三维打印(Three Dimensional Printing，简称3DP)：
三维打印原理类似于喷墨打印机原理，首先铺粉，利用喷嘴 按指定路径将液态粘结剂喷在粉层上的特定区域，粘结后去除多
余的材料便得到所需的原型或零件。也可以直接逐层喷涂陶瓷或
其他材料粉浆，硬化后即得到所需的原型或零件。
4.3 快速成型技术的应用
•目前，就RP技术的发展水平而言，在国内主要是应用于新产品
（包括产品的更新换代）开发的设计验证和模拟样品的试制上， •即完成从产品的概念设计（或改型设计）- 造型设计 - 结构设 计 - 基本功能评估 - 模拟样件试制这段开发过程。但实际上， 快速成型技术 •应用的领域几乎包括了制造领域的所有行业，以及医疗、人体 工程、文物保护等领域。
4.3.2.2 间接快速模具制造 快速模具间接制造就是以快速原型作为母模，然后转用其 他工艺在快速原型的基础上复制出所要求的模具。实际上该 工艺的实践基础在模具行业中早就存在，即以母模或者样件 通过各种方法如铸造、喷涂和电铸等制造相应的模具，因此 技术开发和应用都很实用。 尽管直接快速制模法的工序少，但是模具精度和性能很 难满足要求，而间接制造方法是快速原型和传统成型工艺的 结合，可以根据模具的应用要求选择不同复杂程度和成本的 配合工艺，模具的精度、表面质量、材质要求和力学性能等 更接近实际应用情况，因此目前工业界多使用快速模具间接 制造方法。
而传统的快速模具(例如中低熔点合金模具、电铸模、喷涂 模具等) 因其工艺粗糙、精度低、寿命短,很难完全满足用
4.3.2 快速成型在模具制造中的应用
快速模具制造(RT)技术是用快速成型技术及相应的后续加工来 快速制作模具的技术。
应用快速模具制造技术制造模具,在最终生产模具开模之前进 行新产品试制与小批量生产,可以大大提高产品开发的一次成功 率, 制造周期仅为原来的1/3～1/10,生产成本仅为原来的1/3～ 1/5,这些优点使RT技术具有很好的发展条件。 由于市场需求旺盛,许多公司都研制出RT 新工艺、新设备,并 且取得了良好的经济效益。由于这些技术中高新技术的含量高, 并且涉及许多科技领域,解决了以前难以解决甚至认为是不可能 解决的技术难题,所以得到了广泛的关注。 快速模具制造技术在快速成型技术领域中,发展最迅速,产值增
粉末成型法

粉末成型法中最具代表性的是美国3DSystems公司开 发的3DKeltool工艺。
原材料是液态的，利用光能或热能使特殊的液态聚合物固 2）粉末烧结与粘结：
原材料是固态粉末，通过激光烧结或用粘结剂把材料粉末粘
3）丝材、线材熔化粘结：
原材料为丝材或线材，通过升温使其熔化并按指定的路线堆
4）膜、板材层合： 原材料是固态的板材或膜，通过粘结把各片薄层板粘结在一
2. 按制造工艺原理分类
• (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。
4.1 快速成型技术的原理
•快速成型又称快速原型。 •原型是被仿制或研制的第一个模型或最原始的模型。 •要求原型尽可能与样品相像，能精确的再现样品的形状。
RP技术基本原理
光束或其他方法将材料逐层堆积而形成原型或零件。
4.1.2
快速成型过程
1)产品CAD实体模型的构建。 2)三维模型的分层处理。
3)层层制造，堆积成型。
4)后处理。
图4-1
快速成型的过程
1) 产品CAD实体模型的构建。
•由于RP系统是由三维CAD模型直接驱动，因此首先要构建成型产
品的三维CAD模型。 •三维CAD模型可以利用计算机辅助设计软件(如Pro/E，I DEAS， Solid Works，UG等)直接构建；也可以将已有产品的二维图样进 行转换而形成三维模型；或对产品实体进行激光扫描、CT断层扫 描，得到点云数据，然后利用逆向工程的方法来构造三维模型。 •由于目前快速成型软件接受的数据文件一般为STL格式，所以必 须对三维模型进行近似处理，用一系列的小三角形平面逼近原来 的模型。一般的CAD软件都带有转换和输出STL格式文件的功能。
薄层物体叠加技术 薄层物体叠加（LOM）工艺是用加热辊和激光束对背 面涂有热熔胶的薄片材料（纸、塑料、金属等）进行逐层 粘结和切割，以形成模具的各层截面轮廓，最终制成模具。 由于金属片的粘结温度和环境温度难以协调和控制，金属 片经过加热、粘结和冷却很容易发生扭曲，模具成型质量 不是很高。 三维打印技术 三维打印（3DP）工艺利用粘结剂喷头有选择地喷涂 粘结剂，使金属粉末如不锈钢、碳化钨等粘结成截面轮廓， 一层层粘结形成三维形状，这种低密度的成形件在经过高 温烧结和渗铜处理，便可得到致密度达到92%以上的金属 实体，对其表面进行抛光打磨处理后就可作模具使用。
4)成型的快速性。
5)成型过程中信息过程和材料过程的一体化，尤其适合成型
材料为非均质并具有功能梯度或有孔隙要求的原型。
6)技术的高度集成性。
4.2 快速成型制造工艺的分类
1.按制造工艺所使用的材料的状态、性能特征分类
2.按制造工艺原理分类
1. 按制造工艺所使用的材料的状态、性能特征分类
1）液态聚合、固化：
激光粉末熔覆近净成型技术
是一种基于激光熔覆技术的快速金属零件和模具制造工艺， 成型零件组织致密，具有明显的快速熔凝特征，力学性能 高，并可实现非均质和梯度材料零件和模具的制造。不过， 由于热应力的影响和缺乏支撑材料，制造的模具在表面粗 糙度值和尺寸精度方面尚不能满足大部分模具的要求，限
制了LENS工艺在模具制造领域的应用。
3）选择性激光烧结(Slected Laser Sintering，简称SLS)： 按照计算机输出的原型或零件分层轮廓，采用激光束按指定路
径在选择区域内扫描并熔融工作台上很薄、且均匀铺层的材料粉
末。处于扫描区域内的粉末颗粒被激光束熔融后，形成一层烧结 层。各层全部烧结后去掉多余的粉末即获得原型或零件。
术的优越性。
2)快速成型产品单价与原型的复杂程度和原型的制造数量均 无关，如图4-2所示。
2)快速成型产品单价与原型的复杂程度和原型的制造数量均无关， 如图4-2所示。
图4-2 快速成型与传统制造方法的产品单价比较
3)高度的柔性。 成型过程无需专用的工具或夹具即可以完成任意复杂形 状的三维实体的制造，通过对CAD模型的修改重组就可获 得新零件的设计和加工信息。

快速模具直接制造的工艺还有激光选区熔化（SLM）、
电子束选区熔化（EBM）、电子束自由制造（EBF）等， 这些工艺都是利用高能量使粉末材料选择性熔化而形成金 属零件的。 Stanford大学开发的形状沉积制造（SDM）快速成型工 艺，结合了材料增长和材料去除2种成型方法。首先微滴 金属液根据CAD模型的二维层片信息沉积为实体层片，然 后通过数控加工形成精确尺寸和形状的层片，每一层的制 作过程都是一个结合微型铸造和数控加工的工艺，在快速 制造大型模具方面有很广阔的发展前景。
2、 三维模型的分层处理
根据被加工模型的特征选择合适的成型方向，在成型 高度方向上用一系列一定间隔的平面切割模型，以便提取 截面的轮廓信息。 间隔一般取0.05-0.5mm。 间隔越小，成型精度越高，但成型时间越长，效率越低； 反之则成型精度降低，但效率提高。
3) 层层制造，堆积成型。
•根据切片处理的截面轮廓，在计算机控制下，相应的成型头(激 光头或喷头)按各截面轮廓信息作扫描运动，在工作台上一层一
工艺过程更易控制，直接制造金属模具成为最被看好的先进技术， 是快速模具制造技术所追求的目标。
快速模具直接制造最成功的快速成型工艺是激光选区烧结技 术（SLS）。 工艺过程为：高能量激光选择性地将粉末烧结为层片，逐层 烧结后，将未烧结的松散粉末除去，然后经过高温烧结及渗 铜后即可作为模具使用。该方法在小型注射模和吹塑模上已 得到成功应用。 直接金属激光烧结工艺是德国EOS公司基于SLS工艺开发的一 种新型模具直接制造技术，不用中间粘结剂而直接烧结金属 粉末，所制造出的模具密度接近纯金属。DMLS模具不必再进 行后期的高温烧结和渗铜，但需在表面渗入一层高温环氧树 脂，目前模具的精度能达到0.05mm，用于注射模能注射出高 达1.5万件的塑件，用于压铸模可以铸造几百件金属零件。
层地堆积材料，然后将各层粘结，最终得到原型产品。
4) 后处理。
•从成型系统里取出成型件，进行剥离、后固化、修补、打磨、 抛光、涂挂等处理，降低其表面粗糙度，提高强度等。
4.1.3 快速成型技术的特点
1)可以制造任意复杂的三维几何实体。 RP技术采用离散/堆积成型的原理，将十分复杂的三维制造过
程简化为二维制造过程的叠加,越是复杂的零件越能显示RP技
逆向工程与快速成型技术应用
第4章 快速成型技术概述
RP 技术产生背景
• (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。