先进制造技术——快速成型技术共35页

先进制造技术课程论文————快速成型技术课程名称：先进制造技术题目名称：快速成型技术班级：20 级专业班姓名：dh学号：000000000授课教师：时间：摘要：简介了快速成型技术的原理与特点，并阐述了快速成型技术的起源发展历程，分析了快速成型技术的研究现状及其推广应用情况，在此基础上根据快速成型技术的发展成果研究现状与市场需求展望了快速成型技术的未来发展趋势发展状况。

关键词：先进制造技术；快速成型技术; 发展历史；应用现状; 发展趋势；引言：本文阐述了快速成型技术的基本概念,包括快速成型技术基本原理，工艺过程，总结了快速成型技术的方法和特点,快速成型技术在产品开发中的应用现状、最后展望了快速成型技术的未来发展趋势。

正文:制造业是现代国民经济和综合国力的重要支柱，其生产总值一般占一个国家国内生产总值的20%~55%。

在一个国家的企业生产力构成中，制造技术的作用一般占60%左右。

而先进制造技术扮演了极其重要的角色，先进机械制造技术不仅是衡量一个国家科技发展水平的重要标志，也是国际间科技竞争的重点。

先进制造技术包罗万象，快速成型技术的出现和应用，代表着先进制造技术发展的高潮！《一》快速成型的基本原理快速成形技术(Rapid Prototyping；RPM)又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)技术，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。

与传统的机械切削加工，如车削、铣削等“材料减削”方法不同的是，“快速成型制造技术”是靠逐层融接增加材料来生成零件的，是一种“材料迭加”的方法，快速成型技术采用离散/堆积成型原理，根据三维CAD模型，对于不同的工艺要求，按一定厚度进行分层，将三维数字模型变成厚度很薄的二维平面模型。

快速成型技术的工作原理快速成型技术（Rapid Prototyping Technology，RPT），也称为快速制造技术（Rapid Manufacturing Technology，RMT），是指采用计算机辅助设计（CAD）、数控加工（CNC）和分层制造技术（SLM）等手段，快速制作出具有复杂内部结构的三维实物模型或器件的一种先进制造技术。

快速成型技术主要包括三个方面的内容：现代制造方式、CAD技术和快速成型技术。

快速成型技术的工作原理是将设计图或CAD模型转为STL文件，再将STL文件通过计算机化控制系统控制加工设备的动作，并以逐层堆积、覆盖、切割、加压等方式将逐层依次进行制造，直至完成所需产品的加工制造。

其具体工作流程如下：1.设计阶段首先，使用计算机辅助设计（CAD）软件将所需产品的三维模型绘制出来。

CAD绘图是快速成型技术的关键环节，决定了产品的实际制造效果和制造成本，需要使用专业的CAD软件进行设计。

2.模型处理阶段CAD设计完成后，需要进行一系列的模型处理。

主要包括增补模型壳体、提高模型强度、修复模型错误等。

这一阶段的处理对制造成型的质量和效率有直接的影响。

3.数据修复阶段接下来进入数据修复阶段，对CAD绘制过程中的错误进行修复和清理，以确保STL文件的精度和准确性，避免在制造过程中出现数据错乱和失真等问题。

4.切片阶段STL文件经过数据处理后，需要切成非常小的层面，比如0.1mm，这个过程称为切片。

通过这个过程将模型切成多个水平层面形成多个切片。

每层镶嵌在一起就变成了整个模型。

5.加工阶段加工阶段就是将切片依次导入数控加工机中，喷射实现逐层累加和压实，也就是通常所说的“逐层堆叠”过程。

这个过程就是快速成型技术的核心技术。

6.后处理阶段最后的后处理阶段可以将产品进行研磨、喷漆、涂料处理等等。

完成整个产品制造的过程。

总之，快速成型技术极大地缩短了从概念到产品推向市场的时间。

快速成型技术的高效加工和制造过程为设计师提供更好的自由度，可以随意尝试和实验不同的设计方案，以最快的速度推向市场产品。

快速成型技术1、快速成型简介快速成型（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"。

2、RP 技术的原理RP 技术是采用离散∕堆积成型的原理, 由CAD 模型直接驱动的通过叠加成型方出所需要零件的计算机三维曲面或实体模型, 根据工艺要求将其按一定厚度进行分层, 把三维电子模型变成二维平面信息(截面信息), 在微机控制下, 数控系统以平面加工的方式有序地连续加工出每个薄层并使它们自动粘接成型, 图1 为RP 技术的基本原理。

图1 RP 技术的基本原理。

RP 技术体系可分解为几个彼此联系的基本环节: 三维CAD 造型、反求工程、数据转换、原型制造、后处理等。

2.1立体光固化成型(SLA)该方法是目前世界上研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的一种快速成型方法。

SLA 技术原理是计算机控制激光束对光敏树脂为原料的表面进行逐点扫描, 被扫描区域的树脂薄层( 约十分之几毫米) 产生光聚合反应而固化, 形成零件的一个薄层。

工作台下移一个层厚的距离, 以便固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂, 进行下一层的扫描加工, 如此反复, 直到整个原型制造完毕。

由于光聚合反应是基于光的作用而不是基于热的作用, 故在工作时只需功率较低的激光源。

此外,因为没有热扩散, 加上链式反应能够很好地控制, 能保证聚合反应不发生在激光点之外, 因而加工精度高, 表面质量好, 原材料的利用率接近100%, 能制造形状复杂、精细的零件, 效率高。

快速成型技术概述现代科学技术的飞速进展，尤其是微电子、计算机、数控技术、激光技术、材料科学的进步为制造技术的变革与进展制造了前所未有的机遇，使得机械制造能够突破传统的制造模式，进展出一项崭新的制造技术一一，快速成型技术。

诞生背景快速成型技术的诞生主要有两方面的缘由：1）市场拉动市场全球化和用户需求共性化为先进制造技术提出了新的要求，随着市场一体化的进展，市场竞争越来越激烈，产品的开发速度成为竞争的主要冲突。

同时用户需求多样化的趋势日益明显，因此要求产品制造技术有较强的敏捷性，在不增加成本的前提下能够以小批量生产甚至单件生产产品。

2）技术推动新技术的进展为快速成型技术的产生奠定了技术基础，信息技术、计算机技术的进展、CAD/CAM技术的进展、材料科学的进展一新材料的消失、激光技术的进展为快速成型技术的产生和进展奠定了技术基础。

快速成型技术就是在这样的社会背景下在80年月后期产生于美国并快速扩展到欧洲和日本。

由于即技术的成型原理突破了传统加工中的塑性成形（如锻、冲、拉伸、铸、注塑加工等和切削成形的工艺方法，可以在没有工装夹具或模具的条件下快速制造出任意简单外形又具有肯定功能的三维实体原型或零件，因此被认为是近二十年来制造技术领域的一次重大突破。

基本原理与特征快速成型技术是一种将原型（或零件、部件）的几何外形！结构和所选材料的组合信息建立数字化描述模型，之后把这些信息输出到计算机掌握的机电集成制造系统进行材料的添加、加工，通过逐点、逐线、逐面进行材料的三维堆砌成型, 再经过必要的处理，使其在外观、强度和性能等方面达到设计要求，实现快速！精确地制造原型或实际零件、部件的现代化方法。

快速成型技术的特征为：(1)可以制造出任意简单的三维几何实体；(2)CAD模型直接驱动；(3)成形设施无需专用夹具或工具；(4)成形过程中无人干预或较少干预；快速成型技术的优势(1)响应速度快：与传统的加工技术相比，RP技术实现了CAD模型直接驱动, 成形时间短，从产品CAD或从实体反求获得数据到制成原型，一般只需要几小时至几十个小时，速度比传统成型加工方法快得多"这项技术尤其适于新产品的开发，适合小批量、简单(如凹槽、凸肩和空心嵌套等)、异形产品的直接生产而不受产品外形简单程度的限制，还改善了设计过程中的人机沟通，使产品设计和模具生产并行，从而缩短了产品设计、开发的周期，加快了产品更新换代的速度，大大地降低了新产品的开发成本和企业研制新产品的风险。

快速成型摘要：快速成型技术是一种集成了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。

快速成型技术正在不断完善，具有广泛的应用前景快速成型技术以其独特的优势和魅力，在制造业领域起到越来越重要的作用，并将给制造业带来深远的影响。

通过介绍快速成型系统的基本原理方法和技术特点，阐述其工艺特点及开发和应用，探讨快速成型技术在现代制造业中起到的重要作用和产生的巨大效益，分析快速成型技术的优点和缺点，并提出快速成型技术未来的发展方向和深远意义。

关键词：快速成型 CAD/CAM 激光技术基本原理快速成型(Rapid Prototyping)是上世纪80年代末及90 年代初发展起来的高新制造技术，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。

由于它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。

与传统制造方法不同，快速成型从零件的CAD几何模型出发，通过软件分层离散和数控成型系统，用激光束或其他方法将材料堆积而形成实体零件。

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、汽车摩托车、家电等领域得到了广泛应用。

快速成型的基本原理快速成型技术采用离散/堆积成型原理，根据三维CAD模型，对于不同的工艺要求，按一定厚度进行分层，将三维数字模型变成厚度很薄的二维平面模型。

再将数据进行一定的处理，加入加工参数，产生数控代码，在数控系统控制下以平面加工方式连续加工出每个薄层，并图1快速成型的基本原理图至顶完成零件的制作过程。

快速成型有很多种工艺方法，但所有的快速成型工艺方法都是一层一层地制造零件，所不同的是每种方法所用的材料不同，制造每一层添加材料的方法不同。

快速成型技术快速成型技术简介快速成型技术(Rapid Prototyping Technology-RPT)属于先进制造技术范畴机械工程学科非传统加工工艺(或称为特种加工)是将CAD、CAM、、激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术集成的一种全新制造技术。

它通过叠加成型方法可以自动而迅速地将设计的三维CAD模型转化为具有一定结构和功能的原型或直接制造零件。

与传统的制造方法相比，它具有生产周期短，成本低的优势，并且可以灵活地改变设计方案，实现柔性生产，在新产品的开发中具有广阔的应用前景。

目前世界上投入应用的快速成形的方法有十多种，主要包括立体印刷(SLA-StereoLithgraphy Apparatus)、分层实体制造(LOM-Laminated obxxxxject Manufacturing)、选择性激光烧结(SLS—Selective Laser Sintering)、熔化沉积制造(FDM－Fused Deposition Modeling)、固基光敏液相(SGC-Solid Ground Curing)等方法。

其中选择性激光烧结(SLS)技术具有成型材料选择范围宽、应用领域广的突出优点，得到了迅速发展，正受到越来越多的重视。

SLS方法具有以下的优点：由于粉末具有自支撑作用，不需另外支撑；材料广泛，不仅包括各种塑料材料、蜡和覆膜砂，还可以直接生产金属和陶瓷零件。

且材料可重复使用，利用率高。

快速成型技术工作原理使用CO2 激光器烧结粉末材料(如蜡粉、PS粉、ABS粉、尼龙粉、覆膜陶瓷和金属粉等)。

成型时先在工作台上铺上一层粉末材料激光束在计算机的控制下按照截面轮廓的信息对制件实心部分所在的粉末进行烧结。

一层完成后工作台下降一个层厚再进行下一层的铺粉烧结。

如此循环，最终形成三维产品。

快速成型技术应用选择性激光烧结快速成型(Selective Laser Sintering Rapid Prototyping) 技术（简称SLS技术）由于具有成型材料选择范围宽、应用领域广的突出优点，得到了迅速的发展，正受到越来越多的重视。

快速成型制造技术特种加工技术是先进制造技术的重要组成部分，是衡量一个国家制造技术水平和能力的重要标志，在我国的许多关键制造业中发挥着不可替代的作用。

采用特种加工技术可以加工特殊材料，且加工中无切削力，能够进行微细加工及复杂的空间曲面成形，所以能够解决航空航天、军工、汽车、模具、冶金、机械等工业中的关键技术难题，从而逐步形成新兴的特种加工行业。

特种加工技术主要包括电加工技术、高能束流加工技术、快速成型制造技术等，其中以快速成型制造技术对现代制造业的影响最为重大。

快速成型制造技术(Rapid Prototyping Manufac?turing，RPM)，就是根据零件的三维模型数据，迅速而精确地制造出该零件。

它是在20世纪80年代后期发展起来的，被认为是最近20年来制造领域的一次重大突破，是目前先进制造领域研究的热点之一。

快速成型制造技术是集CAD技术、数控技术、激光加工、新材料科学、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，制造成本高，周期长，对于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、高效率的加工要求。

快速成型制造技术能够适应这种要求，是现代制造技术的一次重大变革。

快速成型产品随着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。

目前已有光固法(SLA)、层叠法(LOM)、激光选区烧结法(SLS)、熔融沉积法(FDM)、掩模固化法(SGC)、三维印刷法(TDP)、喷粒法(BPM)等10余种。

1、光固化立体造型(Stereolithography，SLA)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，从而形成零件的一个薄层截面。

当一层固化完毕，升降工作台移动一个层片厚度的距离，在原先固化好的树脂表面再覆盖一层新的液态脂以便进行新一层扫描固化。

现代设计与加工方法——快速成型技术快速成型技术(Rapid Prototyping & Manufacturing, 缩写为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. 其特点是可以不需机加工设备或者模具即可快速制造形状极为复杂的工件，从而在小批量产品生产或新产品试制时节省时间和初始投资.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.快速成型技术(RP)的成型过程: 首先建立目标件的三维计算机辅助设计(CAD 3D)模型, 然后对该实体模型在计算机内进行模拟切片分层,沿同一方向(比如Z轴)将CAD实体模型离散为一片片很薄的平行平面; 把这些薄平面的数据信息传输给快速成型系统中的工作执行部件,将控制成型系统所用的成型原材料有规律地一层层复现原来的薄平面, 并层层堆积形成实际的三维实体,最后经过处理成为实际零件。

经过20多年的发展, 快速成型技术(RP)有较大发展, 应用非常广泛,尤其在汽车制造,航天航空,建筑,家电,卫生医疗及娱乐等领域有强大的应用.快速成型技术优点快速成型技术优点：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。

技术集成程度高，从CAD数据到物理实体转换过程快，周期短，成本低。

快速制模是寻求更快更好地开发新产品的一种强有力手段。

现在和将来，使用快速制模，采用客户所希望的材料来制造零件，都可以大幅度减少零件的交货时间。

目前，扩大快速制模的应用范围可能还存在一些问题，但是快速制模进一步更大范围的应用，必将成为一种强大的。