@叠层实讲义体快速成型工艺

叠层实体快速原型制造工艺的基本原理一、引言叠层实体快速原型制造工艺是一种快速制造技术，它可以通过层层堆叠材料来构建三维实体模型。

该技术的优点是快速、灵活、经济，因此在工业设计、医疗器械、航空航天等领域得到了广泛应用。

本文将详细介绍叠层实体快速原型制造工艺的基本原理。

二、基本原理1. 快速成型技术概述快速成型技术（Rapid Prototyping，RP）是指利用计算机辅助设计（CAD）系统将设计模型转化为数字化的三维模型，并通过控制设备对材料进行逐层堆积或逐点加工的方式，直接制造出物理模型或零件的一种现代化制造技术。

2. 叠层实体快速原型制造工艺流程叠层实体快速原型制造工艺流程包括：CAD建模、STL文件生成、切片处理、机器参数设置和加工过程控制等步骤。

3. STL文件生成STL（STereoLithography）文件是一种三角面片格式文件，它描述了一个三维对象表面的几何形状。

在CAD软件中，用户可以将设计模型导出为STL格式文件。

4. 切片处理切片处理是将STL文件分割成多层二维图形的过程，每一层都代表着三维模型的一个截面。

切片厚度的大小决定了最终模型的精度和表面光滑度。

5. 机器参数设置机器参数设置包括材料选择、加工速度、温度控制等参数设置。

不同材料需要不同的加工参数，这些参数会影响到最终模型的质量和性能。

6. 加工过程控制加工过程控制是指通过计算机程序对设备进行控制，使其按照预定路径进行加工。

该过程需要保证设备在加工过程中稳定运行，并及时检测和纠正可能存在的误差。

7. 层层堆积原理叠层实体快速原型制造工艺通过将材料逐层堆积来构建三维实体模型。

在每一层堆积完成后，需要对其进行固化或热塑处理，以保证其稳定性和可操作性。

常用的堆积方式有激光束烧结、喷墨技术、熔融沉积等。

8. 激光束烧结原理激光束烧结是通过高能量激光束将粉末材料进行局部熔化和固化的一种加工方式。

在加工过程中，激光束按照预定路径扫描，将粉末材料逐层烧结成实体模型。

四大快速成型工艺和优缺点目前世界上的快速成型工艺主要有以下几种：一、FDM –熔融堆积工艺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、而将各种丝材加热溶化的成型方法，简称FDM。

丝状材料选择性熔覆的原理是，加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动。

热塑性丝状材料（如直径为1.78mm的塑料丝）由供丝机构送至喷头，并在喷头中加热和溶化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层薄片轮廓。

一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层"画出"截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。

这种工艺方法同样有多种材料选用，如ABS塑料、浇铸用蜡、人造橡胶等。

这种工艺干净，易于操作，不产生垃圾，小型系统可用于办公环境，没有产生毒气和化学污染的危险。

但仍需对整个截面进行扫描涂覆，成型时间长。

适合于产品设计的概念建模以及产品的形状及功能测试。

由于甲基丙烯酸ABS（MABS）材料具有较好的化学稳定性，可采用伽马射线消毒，特别适用于医用。

但成型精度相对较低，不适合于制作结构过分复杂的零件。

FDM快速成型技术的优点是：1、制造系统可用于办公环境，没有毒气或化学物质的危险。

2、工艺干净、简单、易于材作且不产生垃圾。

3、可快速构建瓶状或中空零件。

4、原材料以卷轴丝的形式提供，易于搬运和快速更换。

5、可选用多种材料，如可染色的ABS和医用ABS、浇铸用蜡和人造橡胶。

FDM快速原型技术的缺点是：1、精度较低，难以构建结构复杂的零件。

2、垂直方向强度小。

3、速度较慢，不适合构建大型零件。

二、SLA –树脂光固化工艺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，也是最早出现的、技术最成熟和应用最广泛的快速成型技术。

1前言快速成型(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CA D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。

2 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，并使之粘结而成形。

实际上就是基于“生长”或“添加”材料原理一层一层地离散叠加，从底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。

快速成型的基本原理图快速成型的工艺过程原理如下:(1)三维模型的构造:在三维CAD设计软件中获得描述该零件的CAD文件。

一般快速成型支持的文件输出格式为STL模型，即对实体曲面做近似的所谓面型化(Tessellation)处理，是用平面三角形面片近似模型表面。

以简化CAD模型的数据格式。

便于后续的分层处理。

由于它在数据处理上较简单，而且与CAD系统无关，所以很快发展为快速成型制造领域中CAD系统与快速成型机之间数据交换的标准，每个三角面片用四个数据项表示。

四种常见快速成型技术FDM丝状材料选择性熔覆（Fus ed Dep osi tion Mod eling）快速原型工艺是一种不依*激光作为成型能源、而将各种丝材加热溶化的成型方法，简称FDM。

丝状材料选择性熔覆的原理室，加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动。

热塑性丝状材料（如直径为1.78m m的塑料丝）由供丝机构送至喷头，并在喷头中加热和溶化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层大约0.127mm厚的薄片轮廓。

一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层"画出"截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。

这种工艺方法同样有多种材料选用，如ABS塑料、浇铸用蜡、人造橡胶等。

这种工艺干净，易于操作，不产生垃圾，小型系统可用于办公环境，没有产生毒气和化学污染的危险。

但仍需对整个截面进行扫描涂覆，成型时间长。

适合于产品设计的概念建模以及产品的形状及功能测试。

由于甲基丙烯酸ABS（M AB S）材料具有较好的化学稳定性，可采用加码射线消毒，特别适用于医用。

但成型精度相对较低，不适合于制作结构过分复杂的零件。

FD M快速原型技术的优点是：1、操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。

2、工艺干净、简单、易于材作且不产生垃圾。

3、尺寸精度较高，表面质量较好，易于装配。

可快速构建瓶状或中空零件。

4、原材料以卷轴丝的形式提供，易于搬运和快速更换。

5、材料利用率高。

6、可选用多种材料，如可染色的A BS和医用A BS、PC、PP SF等。

FDM快速原型技术的缺点是：1、做小件或精细件时精度不如SLA，最高精度0.127mm。

2、速度较慢。

SL A敏树脂选择性固化是采用立体雕刻（Stereo litho gra phy）原理的一种工艺，简称SLA，也是最早出现的、技术最成熟和应用最广泛的快速原型技术。

在树脂液槽中盛满液态光敏树脂，它在紫外激光束的照射下会快速固化。

快速成型技术的原理、工艺过程及技术特点：快速成型属于离散／堆积成型。

它从成型原理上提出一个全新的思维模式维模型，即将计算机上制作的零件三维模型，进行网格化处理并存储，对其进行分层处理，得到各层截面的二维轮廓信息，按照这些轮廓信息自动生成加工路径，由成型头在控制系统的控制下，选择性地固化或切割一层层的成型材料，形成各个截面轮廓薄片，并逐步顺序叠加成三维坯件．然后进行坯件的后处理，形成零件。

快速成型的工艺过程具体如下：l ）产品三维模型的构建。

由于 RP 系统是由三维 CAD 模型直接驱动，因此首先要构建所加工工件的三维CAD 模型。

该三维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，然后利用反求工程的方法来构造三维模型。

2 ）三维模型的近似处理。

由于产品往往有一些不规则的自由曲面，加工前要对模型进行近似处理，以方便后续的数据处理工作。

由于STL格式文件格式简单、实用，目前已经成为快速成型领域的准标准接口文件。

它是用一系列的小三角形平面来逼近原来的模型，每个小三角形用3 个顶点坐标和一个法向量来描述，三角形的大小可以根据精度要求进行选择。

STL 文件有二进制码和 ASCll 码两种输出形式，二进制码输出形式所占的空间比 ASCII 码输出形式的文件所占用的空间小得多，但ASCII码输出形式可以阅读和检查。

典型的CAD 软件都带有转换和输出 STL 格式文件的功能。

3 ）三维模型的切片处理。

根据被加工模型的特征选择合适的加工方向，在成型高度方向上用一系列一定间隔的平面切割近似后的模型，以便提取截面的轮廓信息。

间隔一般取0.05mm~0.5mm，常用 0.1mm 。

间隔越小，成型精度越高，但成型时间也越长，效率就越低，反之则精度低，但效率高。