RP技术
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RP快速成型技术的原理介绍快速自动成型RP(Rapid Prototyping)技术是近年来发展起来的直接根据CAD模型快速生产样件或零件的成组技术总称,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。
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。
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。
快速自动成型技术问世不到十年,已实现了相当大的市场,发展非常迅速。
人们对材料逐层添加法这种新的制造方法已逐步适应。
制造行业的工作人员都想方设法利用这种现代化手段,与传统制造技术的接轨工作也进展顺利。
人们用其长避共短,效益非凡。
与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段一起,快速自动成型已成为现代模型、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。
快速成型的过程是首先生成一个产品的三维CAD实体模型或曲面模型文件,将其转换成STL文件格式,再用一软件从STL文件"切"(Slice)出设定厚度的一系列的片层,或者直接从CAD文件切出一系列的片层,这些片层按次序累积起来仍是所设计零件的形状。
然后,将上述每一片层的资料传到快速自动成型机中去,类似于计算机向打印机传递打印信息,用材料添加法依次将每一层做出来并同时连结各层,直到完成整个零件。
因此,快速自动成型可定义为一种将计算机中储存的任意三维型体信息通过材料逐层添加法直接制造出来,而不需要特殊的模具、工具或人工干涉的新型制造技术。
快速成型技术与传统方法相比具有独特的优越性和特点:(1)产品制造过程几乎与零件的复杂性无关,可实现自由制造(Free FormFabrication),这是传统方法无法比拟的。
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。
快速模型湖南华曙高科专业人员指出,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。
快速成型湖南华曙高科专业人员提出,RP技术的实际应用主要集中在以下几个方面:(1)在新产品造型设计过程中的应用快速成形技术为工业产品的设计开发人员建立了一种崭新的产品开发模式。
运用RP技术能够快速、直接、精确地将设计思想转化为具有一定功能的实物模型(样件),这不仅缩短了开发周期,而且降低了开发费用,也使企业在激烈的市场竞争中占有先机。
(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,周期短。
(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。
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。
(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于艺术创作、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。
该实验中所用的模型形状复杂、精度要求高、又具有流线型特性,采用RP技术,根据CAD模型,由RP设备自动完成实体模型,能够很好的保证模型质量。
一、RP原理1.RP(Rapid Prototyping)RPM(Rapid Prototyping Manufacturing)RP&M(Rapid Prototyping & Manufacturing) 快速原型制造2.RP/M(Rapid Prototyping/Part Manufacturing) 快速原型/零件制造3.LRF(Laser Rapid Forming) 激光快速成形4.MRM(Material Removing Manufacturing) 材料去除制造5.MIM(Material Increasing Manufacturing) 材料累积制造6.QRM(Quick Response Manufacturing) 快速响应制造7.FFF(Free From Fabrication) 自由成形制造8.SFF(Solid Freeform Fabrication) 实体自由成形制造9.LM(Layered Manufacturing) 分层制造10.AMT(Advance Manufacturing Technology) 先进制造技术11.Bionical Forming 仿生制造12.Dispersed/Accumulated Forming 离散/堆积成形13.Subtracted Forming 去除成形14.Forced Forming 受迫成形15.Growing Forming 生长成形16.AFM(Anatomic Facsimile Model) 分解复制制造17.DTM(Desk Top Manufacturing) 桌面制造18.RPD(Rapid Product Development) 快速产品开发19.STL(Surface Triangle List or StereoLithography) File 表面三角化数据格式文件返回二、RP工艺1.SL(Stereo Lithography) 立体光固化2.LOM(Laminated Object Manufacturing)SSM(Slicing Solid Manufacturing)SOM(Stratified Object Manufacturing) 叠层实体制造yered Manufacturing 叠层制造4.FDM(Fused Deposition Modeling) 熔融沉积成形5.MEM(Melted Extrusion Modeling) 熔融挤压成形6.MJM(Melted Jet Modeling) 熔融喷射成形7.SLS(Selective Laser Sintering) 激光选区烧结8.3DP(Three Dimensional Printing) 三维打印9.3D Plotting(Three Dimensional Plotting) 三维绘图10.DSCP(Direct Shell Casting Process) 直接壳型铸造11.MJS(Multiple Jet Solidification) 多相喷射固化12.SGC(Solid Ground Curing) 复印固化成形13.BPM(Ballistic Particle Manufacturing) 弹道粒子制造14.PCM(Pattern less Casting Manufacturing) 无模样铸造(Contour Craft) 轮廓成形16.Selective Spray and deposition(SSD) 选区喷涂沉积17.Beam Interference Solidification(DIS) 光束干涉固化18.Selective Area Laser Deposition(SALD) 激光选区沉积19.Shape Deposition Manufacturing(SDM) 形状沉积制造20.Holographic Interference Solidification(HIS) 全息干涉固化ser Engineering Net Shaping 激光净成形返回三、RP材料minated Composite 层状复合材料2.Coverde Paper(Coated Paper) 涂敷纸3.Wax Filament 蜡丝4.ABS Filament ABS丝5.Nylon Filament 尼龙丝6.Wax Powder 蜡粉7.Metallic Powder 金属粉8.Alloy Powder 合金粉9.Ceramic Powder 陶瓷粉10.Resin Sand 树脂粉11.Curable Resin 光固化树脂12.Vapor Deposition Coating 气相冲积涂层返回四、快速模具(RT)1.RT(Rapid Tooling) 快速制模2.RM(Rapid Molding) 快速模具制造3.CSM(Cold Spray Mould) 冷喷模4.Hard Tooling 硬模5.Soft Tooling 软模6.Bridge Tooling 过渡模7.Investment Flask Casting Mould 有箱熔模8.Epoxy Mould 环氧树脂模9.Rubber Mould 橡胶模10.Injection Mould 注射成形模11.Abrading Die EDM Tools(Hauser man Process)Graphite Electrode Grounding Technique 石墨电极研磨法12.SRM(Silicon Rubber Mould) 硅胶模13.HSM(Hot Spray Mould) 热喷模14.Unbaked Ceramic Molding 无焙烧陶瓷型15.Room Temperature Vulcanizing(RTV) Molding 室温硫化模16.Spray Metal Molding 金属喷涂模17.Resin Transfer Molding 树脂过渡模18.Vacuum Form Tooling 真空成形制模19.Epoxy Tooling 环氧树脂制模。
RP(Rapid Prototyping)技术简介在制造业中各类零件的传统制造工艺按加工后原材料体积变化与否分为成型与拼合法(Forming and Joining)和材料去除法(Material Removing)两大类。
成型法按被加工材料的自然状态又可分为固态成型法(锻造、冲剪、挤压、拉拔等)、液态成型法(铸造)和半液态成型法(注塑)。
拼合法又可分为机械联接、粘接术和焊接三种方式。
材料去除法则有人们所熟知的车、铣、刨、磨等工艺,加工后原材料体积减小。
八十年代初,一种全新的制造概念—材料累加法(Material Increase Manufacturing)被提了出来。
由于CAD技术和光、机、电控制技术的发展,这种新型的零件生产工艺就成为RP(快速成型)的主要实现手段。
80年代后期发展起来的快速成型技术,被认为是近20年来制造领域的一次重大突破,其对制造行业的影响可与50~60年代的数控技术相比。
RP综合了机械工程、CAD、数控技术、激光技术及材料科学技术,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,从而可以对产品设计进行快速评估,修改及功能试验,大大缩短产品的研制周期。
而以RP系统为基础发展起来并已成熟的快速工装模具制造(QuickTooling/Molding)、快速精铸技术(Quick Casting)则可实现零件的快速制造(Quick Manufacturing )。
光固化立体造型(SL—Stereolithography)该技术以光敏树脂为原料,将计算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的轮廓为轨迹对液态树脂逐点扫描,使被扫描区的树脂薄层产生光聚合反应,从而形成零件的一个薄层截面。
当一层固化完毕,移动工作台,在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂以便进行下一层扫描固化。
新固化的一层牢固地粘合在前一层上,如此重复直到整个零件原型制造完毕。
SL法是第一个投入商业应用的RP技术。
机械制造RP技术机械制造中的RP技术,全称为快速成型技术(Rapid Prototyping),是一种通过快速构建三维实体模型的方法。
该技术利用计算机辅助设计(CAD)来创建模型,然后通过逐层堆积的方式将模型材料固化,最终形成一个完整的实体模型。
RP技术在机械制造领域中的应用广泛,可以大大缩短产品开发周期、提高产品质量和降低生产成本。
一、RP技术的原理及发展过程在机械制造领域,RP技术的原理是基于计算机模型的三维打印技术。
通过建立产品的三维模型,将其切片成多层薄片,并按照切割后的图片进行逐层制造。
每一层切片都需要经过固化处理,以形成一个完整的实体模型。
RP技术最早起源于20世纪80年代,首次提出并实践于美国麻省理工学院。
由于其快速、精确和经济的特点,使得这项技术逐渐走向工业界,并在机械制造领域中得到广泛应用。
随着技术的不断发展,RP技术已经成为了机械制造的重要组成部分。
二、RP技术在机械制造中的应用1. 原型制作:RP技术可以帮助企业快速制作出产品的原型模型,以辅助设计师和工程师进行产品设计和改进。
通过快速制作模型,可以有效减少设计和开发周期,大大提高产品的研发效率。
2. 模具制造:利用RP技术可以制作出复杂形状和结构的模具。
相比传统的制造方法,RP技术可以大大降低模具制造的时间和成本,并且在模具制造的精度和质量上也有显著提升。
3. 部件生产:RP技术可以直接通过三维打印技术制造出机械部件,而无需再进行传统的机械加工。
这样可以大大简化生产工艺,节省生产成本,并且可以应对个性化和小批量生产的需求。
4. 教学和研究:RP技术在教育和研究领域也有广泛的应用。
通过快速制作出学习和研究所需的模型和样品,可以提高学生的学习兴趣和研究效率,并且为科研人员提供了更多的实验手段和研究工具。
三、RP技术的优势和挑战1. 优势:RP技术具有快速、精确、经济的特点。
它可以大大缩短产品开发周期,提高产品质量和降低生产成本。
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。
快速原型制造技术在汽车工业中的应用教程快速原型制造技术,简称RP(Rapid Prototyping),是指通过一系列的数字化工艺,以实现快速制造复杂的三维实体模型。
它的应用范围非常广泛,而在汽车工业中更是发挥了重要的作用。
本文将介绍快速原型制造技术在汽车工业中的应用,并提供相应的教程。
一、快速原型制造技术在汽车外观设计中的应用1. 三维建模:在汽车外观设计中,首先需要进行三维建模,以便得到准确的汽车外观模型。
快速原型制造技术可以通过扫描和建模软件,快速将汽车设计师的概念转化为三维模型。
2. 快速成型:一旦得到三维模型,快速原型制造技术可以快速将其转化为实体模型。
通过3D打印等技术,可以在短时间内制造出逼真的汽车模型,供设计师和工程师进行评估和修改。
3. 外观修饰:制造好的汽车模型可能需要一些外观修饰,以使其更符合设计要求。
在快速原型制造技术中,可以使用各种加工技术,如打磨、喷漆等,对模型进行修饰,使其更加真实。
二、快速原型制造技术在汽车零部件制造中的应用1. 难以加工的零部件:有些汽车零部件由于形状复杂或材料特殊,传统的加工方式很难进行。
而快速原型制造技术可以通过打印机等设备,直接制造出所需的零部件,大大简化了制造过程。
2. 迭代设计:在汽车零部件设计中,常常需要进行多次迭代。
使用快速原型制造技术可以快速制造出新的零部件,供工程师进行测试和评估。
如有需要,还可以快速进行修正,以提高设计的准确性和效率。
3. 小批量生产:在汽车工业中,有时需要进行小批量的生产,以满足特定需求。
快速原型制造技术可以快速制造出所需的零部件,并且具有较高的精度和一致性,适用于小规模生产。
三、快速原型制造技术在汽车工程开发中的应用1. 汽车动力系统优化:利用快速原型制造技术,可以制造出各种不同的动力系统组件,并通过测试和比较,找到最优方案。
这有助于提高汽车的燃油效率和性能。
2. 安全性能测试:汽车的安全性能至关重要。
使用快速原型制造技术可以制造出模拟碰撞等测试所需的零部件,并进行安全性能测试。
1、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。
它可以在无需准备任何模具、刀具和工装卡具的情况下,直接接受产品设计(CAD)数据,通过该数据直接驱动快速制造系统生产出任意复杂形状三维物理实体。
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技术的推广应用可以大大缩短新产品开发周期、降低开发成本、提高开发质量。
由传统的"去除法"到今天的"增长法",由有模制造到无模制造,这就是RP技术对制造业产生的革命性意义。
2、RP系统的基本工作原理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。
当然,整个过程是在计算机的控制下,由快速成形系统自动完成的。
不同公司制造的RP系统所用的成形材料不同,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"。
1什么是RP技术?它与传统的机械加工方法有何本质区别?有哪些特点?简述RP 制造过程。
答:快速成型技术是直接利用三维实体造型软件快速生成模型或零件的技术总称。
区别:
快速成型技术属于添加成型,它在成型工艺上突破了传统的成型方法,通过快速自动的成型系统与计算机三维数据模型的有机结合,无需任何的附加模具或机械加工,就能够快速制造出各种形状复杂的原型或零件,可以使生产周期大大缩短,生产成本大幅度降低。
特点:
(1)数字化制造,直接CAD模型驱动、如同使用打印机一样方便快捷。
(2)高度柔性和适应性。
(3)快速。
(4)材料类型丰富多样且利用率高。
(5)产品的单价基本与复杂程度无关。
(6)应用领域广泛。
制造过程:
A、产品三维数字模型的构建
B、三角网格的近似处理
C、三维模型的切片处理
D、RP成型的加工与制造
E、RP成型件的后处理
2、简述RP技术的基本原理。
答:首先设计出所需产品或零件的计算机三维模型;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二维单元,通常在Z向将其按一定厚度进行离散,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;最后由成型系统将一系列层片自动成型并将它们连接起来,得到一个三维物理实体。
快速成型(Rapid Prototyping):快速成形技术(简称RP)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。
快速成型技术的特点:与传统材料加工技术相比,快速成型具有鲜明的特点:1.数字化制造。
2.高度柔性和适应性。
可以制造任意复杂形状的零件。
3.直接CAD模型驱动。
如同使用打印机一样方便快捷。
4.快速。
从CAD设计到原型(或零件)加工完毕,只需几十分钟至几十小时。
5.材料类型丰富多样,包括树脂、纸、工程蜡、工程塑料ABS等)、陶瓷粉、金属粉、砂等,可以在航空,机械,家电,建筑,医疗等各个领域应用。
主要工艺:RP技术结合了众多当代高新技术:计算机辅助设计、数控技术、激光技术、材料技术等,并将随着技术的更新而不断发展。
自1986年出现至今,短短十几年,世界上已有大约二十多种不同的成形方法和工艺,而且新方法和工艺不断地出现。
目前已出现的RP技术的主要工艺有:1.SL工艺:光固化/立体光刻。
2.FDM工艺:熔融沉积成形。
3.SLS工艺:选择性激光烧结。
4.LOM工艺:分层实体制造。
5.3DP工艺:三维印刷。
6.PCM工艺:无木模铸造。
•熔融挤出成型(FDM)工艺的材料一般是热塑性材料,如蜡、ABS、PC、尼龙等,以丝状供料。
材料在喷头内被加热熔化。
喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动,同时将熔化的材料挤出,材料迅速固化,并与周围的材料粘结。
每一个层片都是在上一层上堆积而成,上一层对当前层起到定位和支撑的作用。
随着高度的增加,层片轮廓的面积和形状都会发生变化,当形状发生较大的变化时,上层轮廓就不能给当前层提供充分的定位和支撑作用,这就需要设计一些辅助结构一“支撑”,对后续层提供定位和支撑,以保证成形过程的顺利实现。
RP-Rapid Prototyping(快速成型)技术简介RP技术是80年代后期发展起来的快速成型(Rapid Prototyping简称RP)技术,被认为是近年来制造技术领域的一次重大突破,其对制造业的影响可与数控技术的出现相媲美。
RP系统综合了机械工程、CAD、数控技术,激光技术及材料科学技术,可以自动、直接、快速、精确地将设计思想物化为具有一定功能的原型或直接制造零件,从而可以对产品设计进行快速评价、修改及功能试验,有效地缩短了产品的研发周期。
而以RP 系统为基础发展起来并已成熟的快速模具工装制造( Quick Tooling)技术,快速精铸技术(Quick Casting),快速金属粉末烧结技术(Quick Powder Sintering),则可实现零件的快速成品。
RP技术,迴异于传统的去除成型(如车、削、刨、磨),拼合成型(如焊接),或受迫成型(如铸、锻,粉末冶金)等加工方法,而是采用材料累加法制造零件原型,其原理是先将CAD生成的三维实体模型通过分层软件分成许多细小薄层,每个薄层断面的二维数据用于驱动控制激光光束,扫射液态光敏树脂,使其固化,以逐层固化的薄层累积成所设计的实体原型,激光快速成型技术较之传统的诸多加工方法展示了以下的优越性:1.可以制成几何形状任意复杂的零件,而不受传统机械加工方法中刀具无法达到某些型面的限制。
2.曲面制造过程中,CAD数据的转化(分层)可百分之百地全自动完成,而不靠数控切削加工中需要高级工程人员数天复杂的人工辅助劳动才能转化为完全的工艺数控代码。
3. 不需要传统的刀具或工装等生产准备工作。
任意复杂零件的加工只需在一台设备上完成,因而大大地缩短了新产品的开发成本和周期,其加工效率亦远胜于数控加工。
4.设备购置投资低于数控机床。
目前激光快速成型技术在制造业中已成熟地应用于以下领域:产品设计评估与校审RP技术将CAD的设计构想快速、精确、而又经济地生成可触摸的物理实体。
基于快速成型技术(RP)的快速模具制造(RT)技术的研究摘要:快速成型技术(RP)的发展带来了一系列的创新制造技术,其中快速模具制造(RT)是一项重要的技术。
RT技术利用RP技术制造出的模具,可以在短时间内快速制造出符合要求的零部件,为制造业的高效生产提供了有力支持。
本文将对RT技术的原理、技术分类和发展趋势进行探讨,并分析了RT技术在现代制造业中的应用,并对其未来的发展方向做出了展望。
关键词:快速成型技术;快速模具制造;RP技术;制造业一、引言随着全球市场的不断扩大和竞争的日益激烈,企业需要加快产品设计和制造的速度,以便更快地满足市场需求。
快速成型技术(RP)的应用为实现这一目标提供了创新的手段,可以在短时间内制造出符合要求的零部件或模型。
然而,RP技术的制造成本较高,并且一些材料的机械性能还不够理想,这都限制了其在实际生产中的应用。
因此,快速模具制造(RT)技术应运而生。
RT技术是一项将RP 技术应用于模具制造的新技术,可以在短时间内制造出符合要求的模具,以便进行大批量零件的生产。
相对于传统的模具制造技术,RT技术具有制造周期短、成本低、设计灵活等优点,并且可以制造出更加复杂的模具。
二、RT技术的原理RT技术主要利用RP技术制造出的模具进行制造。
在传统的模具制造过程中,需要先设计、制造模具,再使用模具制造出零部件。
而在RT技术中,只需要在计算机中设计出模具,然后利用RP技术将模具制造出来,再使用模具制造出零部件。
从而将制造周期大幅缩短,提高制造效率。
RT技术涉及到多种RP技术,例如光固化RP技术、激光快速成型技术、喷墨3D打印技术等。
这些技术都可以用于制造模具,以便在短时间内快速制造出符合要求的零件。
三、RT技术的分类RT技术可以分为直接RT和间接RT两种。
直接RT是指将模具制造完成后,直接在模具内制造零件。
直接RT技术又可以分为热成型、注塑成型、压铸成型等不同的生产工艺。
间接RT是指先通过RP技术制造出原型模具,然后用原型模具制造出硅胶模具,最后再使用硅胶模具制造出生产模具。
快速成型(RP)技术快速成型(RP)技术简介RP技术是80年代后期发展起来的快速成型(Rapid Prototyping 简称RP)技术,被认为是近年来制造技术领域的一次重大突破,其对制造业的影响可与数控技术的出现相媲美。
RP系统综合了机械工程、CAD、数控技术,激光技术及材料科学技术,可以自动、直接、快速、精确地将设计思想物化为具有一定功能的原型或直接制造零件,从而可以对产品设计进行快速评价、修改及功能试验,有效地缩短了产品的研发周期。
而以RP系统为基础发展起来并已成熟的快速模具工装制造( Quick Tooling)技术,快速精铸技术(Quick Casting),快速金属粉末烧结技术(Quick Powder Sintering),则可实现零件的快速成品。
RP技术,迴异于传统的去除成型(如车、削、刨、磨),拼合成型(如焊接),或受迫成型(如铸、锻,粉末冶金)等加工方法,而是采用基于材料累积制造的思想,把三维立体看成是无数平行的、具有不同形状的层面的叠加,能快速制造出产晶原型。
快速原型制造技术(RP)将计算机辅助设计(CAD)、辅助制造(CAM)、计算机辅助控制(CHC)、精密伺服驱动和新材料等先进技术集于一体,依据计算机上构成的产品三维设计模型,对其进行分层切片,得到各层截面的轮廓,激光选择性的切割一层层的纸(或固化一层层的液态树脂、烧结一层层的粉末材料或热喷头选择快速地熔覆一层层的塑料或选择性地向粉末材料喷射一层层粘结剂等),形成各截面轮廓并逐步叠加成三维产品。
目前,它已成为现代制造业的支柱技术,是实现并行工程、集成制造技术和技术开发的必不可少的手段之一。
与传统的切削加工方法相比,快速原型加工具有以下优点:(1)可迅速制造出自由曲面和更为复杂形态的零件,如零件中的凹槽、凸肩和空心部分等,大大降低了新产品的开发成本和开发周期。
(2)属非接触加工,不需要机床切削加工所必需的刀具和夹具,无刀具磨损和切削力影响。
RP技术快速成型技术(Rapid Prototyping简称RP)是80年代末才发展起来的数字制造工艺技术,它把零件的三维数字模型先进行离散化,然后按照数字积分的思路进行逐层加工。
利用这一技术可以在计算机控制下,迅速将CAD数字模型变为零件的物理模型。
因而CAD→RP原型→评价→CAD修改已逐渐成为保证一次设计成功的新设计模式。
目前,它在国内主要分以下几类:1、薄形材料选择性切割(Laminated Object Manufacturing)简称LOM,直译名为“分层物体制造”它是由新加坡KINERGY公司开发、生产的一种ZIPPY型薄形材料选择性切割成形机,材料是一种经过特殊处理的纸材,利用激光切割叠加得到实体件。
特性:适用大中型实体件,能承受高达到200℃的温度,无需设计和制作支撑,有较高的硬度和较好的机械性能,可直接用来翻砂模。
缺点:不能直接制作塑料工件,工件的抗拉和弹性不好,易吸湿膨胀,成形后应尽快进行表面防潮处理。
但随着CNC机加工的广泛应用,该方法已逐步被淘汰。
2、液态光敏聚合物选择性固化(Stereo Lithography Apparatus)简称SLA,直译名为“立体平板印刷设备”它是由美国3D公司研制开发的利用UV紫外激光灯对液态光敏聚合物选择性固化成形的一种快速成形加工方式。
该方法适合成形中、小精巧机构零件,能够直接得到类似塑料的产品,精度较高能达到±0.15mm。
缺点:需要设计支撑,且成形过程中有化学和物理变化,尤其对于薄壁件易产生翘曲;工件强度韧性不高,较脆易断裂,不适于进行动态功能测试。
3、丝状材料选择性熔覆(Fused Deposition Modeling)简称FDM,直译名为“熔积成型”它的工作原理是将丝状热塑性材料有选择性的涂覆在工作台上,快速冷却成形后截面轮廓,并逐层涂覆形成实体。
该方法适合中小型塑料件,能够直接制作ABS塑料件,制件的翘曲变形比SLA小,原材料的利用率高,成形件精度可达到±0.127mm。
缺点是原材料价格昂贵,且成形件表面有明显的条纹;沿成形轴垂直方向的强度较弱,也需要设计制作支撑结构。
、4、粉末材料选择性烧结(Selected Laser Sintering)简称SLS,直译名为“选择性激光烧结”它的工作原理是对直径为50~125μm的粉粒用激光进行选择性烧结,并逐层叠加后得到成形件。
SLS能采用尼龙粉、聚碳酸酯粉、丙烯酸类聚合物粉、聚氯乙烯粉、混有50%玻璃珠的尼龙粉、弹性体聚合物粉,以及陶瓷或金属与粘结剂的混合物等多种材料,但其在成形过程中的材料收缩率高达2%~4%,成形表面比较疏松粗糙。
5、精密数控机加工(简称CNC或手板)该加工方法是目前国内快速成形行业中应用最广泛的一种,它直接对ABS或其它可机加的塑料板材进行精密加工,制作出高强度的样板。
优点:材料可选择ABS、PMMA、POM、PP、PC、PE、代木等,金属件如铝合金、铜、钢,能满足客户进行功能测试的要求,尤其适用于大件产品模型,生产成本低。
快速原型制造(RPM :Rapid Prototyping Manufacturing )技术,又叫快速成形技术,(简称RP 技术),是90 年代初发展起来的新兴技术,RPM 是CAD 技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果,被认为是近年来制造技术领域的一次重大突破,融合了机械工程、CAD 技术、激光技术、数控技术和材料技术等,可以直接、自动、快速地将设计师的设计思想物化为具有一定功能的原型或直接制造零件,从而可以对产品设计进行快速评价、修改及功能验证,有效地缩短了产品的研发周期,为企业的新产品开发和创新提供了技术支持。
1.RPM技术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市场竞争的主要矛盾。
在这种情况下,自主快速产品开发的能力(周期和成本)成为制造业全球竞争的实力与基础。
同时,制造业为满足日益变化的用户需求,又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大幅度增加产品的成本。
因此,产品开发的速度和制造技术的柔性就变的十分关键了。
RPM 技术就是在这种社会背景下,于80 年代后期产生于美国,并很快扩展到日本及欧洲,是近20 年来制造技术领域的一项重大突破。
RPM 技术问世不到十年,已实现了相当大的市场,发展非常迅速,在短短不到十年的时间里已实现了近五亿美元的市场。
人们对材料逐层添加法这种新的制造方法已逐步适应。
制造行业的工作人员都想方设法利用这种现代化手段,与传统制造技术的接轨工作也进展顺利。
人们用其长避其短,效益非凡。
与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段一起,快速成型已成为现代模型、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.RPM技术的原理及主要方法RPM技术,是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体和技术总称。
RPM技术采用离散/堆积成型原理,其过程是:先由三维CAD软件设计出所需要零件的计算机三维曲面或实体模型;然后根据工艺要求,将其按一定厚度进行分层,使原来的三维电子模型变成二维平面信息(截面信息),加入加工参数,产生数控代码;微机控制下,数控系统以平面加工方式,有序地连续加工出每个薄层,并使它们自动粘接而成形,这就是材料堆积的过程。
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",如下图所示。
RPM技术的工艺不下30余种,最成熟的主要有以下四种:1)立体印刷(SLA:Stereolithgraphy Apparatus)将激光聚焦到液态固化液态材料(如光固化树脂)表面,令其有规律地固化,由点到线、到面、完成一个层面的建造;而后升降平台,移动一个层片厚度的距离,重新覆盖一层液态材料,再建造一个层,由此层层迭加,成为一个三维实件。
成形材料:液态光敏树脂;制件性能:相当于工程塑料或蜡模;主要用途:高精度塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。
2)分层实体制造(LOM:Laminated Odject Manufacturing)它采用激光或刀具对箔材进行切割而获得一个层面。
具体的说,首先切割出工艺边框和原型的边缘轮廓线,而后将不属于原型的材料切割成网格状。
通过升降平台的移动和箔材的送给,可以切割出新的层片,并将其与筠有的层片粘接在一起,这样层层迭加后得到一个块状物;最后将不属于原型的材料小块剥除,就获得所需的三维实体。
这里所说的箔材可以是涂覆纸(涂有粘接剂覆层的纸),涂覆陶瓷箔、金属箔或其他材质基的箔材。
成形材料:涂敷有热敏胶的纤维纸;制件性能:相当于高级木材;主要用途:快速制造新产品样件、模型或铸造用木模。
3)选择性激光烧结(SLS:Selective Laser Sintering)对于由粉末铺成的很好密密实度和平整度的层面,有选择地直或间接粉末熔化或粘接,形成一个层面,铺粉压实,再熔结或接成另一个层面,并与原层面熔结或粘接,哪此层层迭加为一个三维实体。
成形材料:工程塑料、尼龙、石蜡等粉末;制件性能:相当于工程塑料、蜡模、砂型;主要用途:塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。
4)熔融沉积成形(FDM:Fused Deposition Modeling)将热熔性材料(ABS、尼龙或蜡)通过国热器熔化,挤压喷出并堆积一个层面,然后将第二个层面用同样的方法建造出,并与前一个层面熔结在一起,如此层层堆积面获得一个三维实体。
成形材料:固体丝状工程塑料;制件性能:相当于工程塑料或蜡模;主要用途:塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。
这几种方法各有优势,比如粉末激光烧结法(SLS)利于复杂薄壁件设计,分层实体制造(LOM)利于厚壁件设计。
它们的共同点是:基本过程都是通过CAD建立实体模型,在文件以STL的格式输出后,经过切片软件的处理,得到片层文件并传递至快速成型系统,由系统自动生成整个零件。
快速成型技术是添加法的代表,它为机械制造工业开辟了一条全新的制造途径,而且不用任何刀具。
3.RPM技术发展国外RPM技术的研究和应用主要集中在美国、欧洲和日本。
从技术、材料、应用和基本设施等方面比较来看,总的情况是美国先于欧洲的日本,欧洲和日本平分秋色。
目前世界上已有200多家机构开展了RPM的研究,据统计到1998年底全世界已销售4259余台RPM成型设备。
1)国外RPM 工艺装备的发展目前RPM的工艺装力发展速度很快,前述四种RPM技术都已由许多公司开发了自己的装备。
美国主要的RPM生产商有7家:3Dsystmes、Helisys、DTM、Stratasys、Sanders、Prototype、Soligen。
日本有6家:CMET、D-MEC、Teijin Selki、Kira Corp、Mitsui Zosen 和Denken Enginerring、欧洲有3家:德国的EOS、以色列的Cubital、F&S。
2)国外RPM 成型材料的发展成形材料是RPM技术发展的关键环节。
国外现在所应用的成型材料已经较为丰富,见表1所示。
表1 国外RPM材料应用类型材料形态液态固态粉末固态片材固态丝材材料类型光固化树脂非金属金属覆腊纸、覆膜塑料、覆腊陶瓷箔、覆膜金属箔等蜡丝、ABS丝等蜡粉、尼龙粉、覆腊陶瓷粉等钢粉、覆腊钢粉等。