@3叠层实体快速成型工艺39页PPT

第3章 叠层实体快速成型工艺
3.3
LOM工艺原型制作实例
工 艺 过 程
用SSM-800成型机来制作一个原型样件。该件为一个标准测试件， 其外形尺寸为200 mm x 150 mm x 20 mm，单个制作过程大约需 要3--4h。
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.3
LOM工艺原型制作实例
1. 数据准备
①运动速度 ②路径参数 ③工作台参数 ④热压参数
⑤激光功率匹配
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.3
工
1、 CAD模型及STL文件
艺
2、模型的切片处理
前处理
过
3、原型制造过程
程 4、后处理
3.3
工 艺 过 程
第3章 叠层实体快速成型工艺
原型制造过程 1、基底制作
实现原型与工作台之间的连接 避免起件时破坏原型
2、原型制作
关键参数
激光切割速度（ ∝ 原型表面质量、制作时间） 激光能量（∝切割速度，切割纸材的的厚度） 加热辊温度与压力 切碎网格尺寸（∝余料去除的难易，原型表面质量）
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.3
后处理
工
1、去除余料
艺
过
2、修补、打磨、抛光、表面涂覆
程
提高原型表面质量和机械强度，
保证原型尺寸稳定性、精度等方面的要求
3.2
2、热熔胶
材 料 要求：
1）良好的热熔冷固性 。
与 2）在反复“熔融—固化”条件下，具有较好的物理化学 设稳
定性 。
备 3）与纸具有足够的粘结强度 。
4）良好的废料分离性能 。
第3章 叠层实体快速成型工艺
3.2
材 料 与 设 备

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2-1 光固化快速成型工艺的基本原理和特点
❖ 2.1 光固化成型的基本原理
图2-1 光固化快速成型工艺原理
液槽中盛满液态光敏树脂，氦－镉激 光器或氩离子激光器发出的紫外激光 束在控制系统的控制下按零件的各分 层截面信息在光敏树脂表面进行逐点 扫描，使被扫描区域的树脂薄层产生 光聚合反应而固化，形成零件的一个 薄层。一层固化完毕后，工作台下移 一个层厚的距离，以使在原先固化好 的树脂表面再敷上一层新的液态树脂， 刮板将粘度较大的树脂液面刮平，然 后进行下一层的扫描加工，新固化的 一层牢固地粘结在前一层上，如此重 复直至整个零件制造完毕，得到一个 三维实体原型。
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2-1 光固化快速成型工艺的基本原理和特点
图2-2 光固化成型制造过程中残留的多余树脂
因为树脂材料的高粘性，在每层固化之后，液面很难在短时间内 迅速流平，这将会影响实体的精度。采用刮板刮切后，所需数量 的树脂便会被十分均匀地凃敷在上一叠层上，这样经过激光固化 后可以得到较好的精度，使产品表面更加光滑和平整。
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2-2 光固化快速成型材料及设备
(3)混杂型光固化树脂
目前的趋势是使用混杂型光固化树脂。其优点主要有： 1）环状聚合物进行阳离子开环聚合时，体积收缩很小甚至
产生膨胀，而自由基体系总有明显的收缩。混杂型体系可以设计 成无收缩的聚合物。
2）当系统中有碱性杂质时，阳离子聚合的诱导期较长，而 自由基聚合的诱导期较短，混杂型体系可以提供诱导期短而聚合 速度稳定的聚合系统。
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2-2 光固化快速成型材料及设备
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2-2 光固化快速成型材料及设备
（4）DSM公司的SOMOS系列
DSM公司的SOMOS系列环氧树脂主要是面向光固化快速成型开发的系列材料， 部分型号的性能及主要指标如下表所示。

通过装机运转检测根据反馈的信息进行了数次改进设计最终获得了能够完全满足运动要求的凸轮结32采用sls工艺快速制造内燃机进气管模型如图所示可以直接与相关零部件安装进行功能验证快速检测内燃机运行效果以评价设计的优劣然后进行针对性的改进以达到内燃机进气管产品的设计要采用sls工艺制作的内燃机进气管模型第一节快速原型的基本用途总体来说通过快速制造出物理原型可以尽早地对设计进行评估缩短设计反馈的周期方便而又快速地进行多次反复设计大大提高了产品开发的成功率开发成本大大降低总体的开发时间也大大缩短
1、个人级3D打印机
? 国内各大电商网站上销售的个人 3D 打印机为例，大部分国产的 3D 打印机都是基于 国外开源计术延伸的，由于采用了开源技术，技术 成本得到了很大的压缩因此售价在 3 千至 1万不等 ，十分有吸引 力。国外进口的品牌个人 3D 打印机 价格都在 2 万至 4 万之间。 这类设备都属于熔丝堆积技术（FDM 技术为代表），
2、3D打印的局限性
? 耗材成本，相同的耗材 3D 打印机成本高于传统工艺材料。 ? 打印精度、 打印尺寸的限制，虽然现在有条件现实大尺寸的打印，但是尺寸做大以
后物品变形、缺陷等精度问题也随之而来，因此还是需要实验调整材料配方和制作 流程才能使其稳定。 ? 生产效率，与传统的生产线相比 3D 打印更像个是手工工匠，在确保细节精度的情 况下，制作一个 16 厘米以上的人像，通常需要大于 8 个小时。
4、全彩色打印机
? 这里说的彩色可不是几个简单的颜色没有过度混合起来。能否支持彩色打印还是需要看 3D 打印机所采用的技术是否在打印过程中给材料进行染色或者混色。
? 目前实现彩色打印主要两种方式 ? 采用的 3D 打印技术是否有条件在打印过程中给材料染色。 ? 采用的 3D 打印技术是否支持多种耗材，不同颜色的耗材在打印的时候进行混色。

第三节 薄片分层叠加成形
•又称叠层实体制造或分层实体制造 •美国Helisys公司于1986年研制成功，并商品化 •纸片叠层法 •工艺原理 •特点和成型材料 •设备和应用
第四节 熔丝堆积成形
•美国学者Dr. Scott Crump 于1988年研制成功
•美国Stratasys公司推出商广泛的快速成型工艺 •SLS工艺又称为选择性激光烧结，由美国德克萨斯大学奥斯汀分校 的C.R. Dechard于1989年研制成功。SLS工艺是利用粉末状材料成形 的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的 CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的 激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部 分粘接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，选择地烧 结下层截面。 •SLS工艺最大的优点在于选材较为广泛，如尼龙、蜡、ABS、树 脂裹覆砂（覆膜砂）、聚碳酸脂（poly carbonates）、金属和陶 瓷粉末等都可以作为烧结对象。粉床上未被烧结部分成为烧结部 分的支撑结构，因而无需考虑支撑系统（硬件和软件）。SLS工 艺与铸造工艺的关系极为密切，如烧结的陶瓷型可作为铸造之型 壳、型芯，蜡型可做蜡模，热塑性材料烧结的模型可做消失模。
分层实体制造(LOM)－没落的快速成型工艺
•LOM工艺称为分层实体制造，由美国Helisys公司的Michael Feygin于1986年研制成功。该公司已推出LOM-1050和LOM-2030 两种型号成形机。LOM工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等。 片材表面事先涂覆上一层热熔胶。加工时，热压辊热压片材，使 之与下面已成形的工件粘接；用CO2激光器在刚粘接的新层上切 割出零件截面轮廓和工件外框，并在截面轮廓与外框之间多余的 区域内切割出上下对齐的网格；激光切割完成后，工作台带动已 成形的工件下降，与带状片材(料带)分离；供料机构转动收料轴和 供料轴，带动料带移动，使新层移到加工区域；工作台上升到加 工平面；热压辊热压，工件的层数增加一层，高度增加一个料厚 ；再在新层上切割截面轮廓。如此反复直至零件的所有截面粘接 、切割完，得到分层制造的实体零件。

1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
叠层制造及其它快速成型工艺与设备 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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4、全彩色打印机
• 这里说的彩色可不是几个简单的颜色没有过度混合起来。能否支持彩色打印还是需要看 3D 打印机所采用的技术是否在打印过程中给材料进行染色或者混色。
• 目前实现彩色打印主要两种方式 • 采用的 3D 打印技术是否有条件在打印过程中给材料染色。 • 采用的 3D 打印技术是否支持多种耗材，不同颜色的耗材在打印的时候进行混色。
❖ 3、快速成型系统的组成
快速成型系统是下面若干 先进技术集成的。
（1）计算机辅助设计(CAD) （2）计算机辅助制造(CAM) （3）计算机数字控制(CNC) （4）激光 （5）精密伺服驱动 （6）新材料
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关于3D打印机
3D打印机的类型
• 目前国内还没有一个明确的 3D 打印机分类标准，但是我们可以根据设备的 市场定位将它简单的分成三类：个人级、专业级、工业级。
• 它是一种以 3D 设计模型文件为基础，运用不同的打印技术、方式使 特定的材料，通过逐层堆叠、叠加的方式来制造物体的技术。
• 2、快速成型技术产生的背景—全球制造战略的变迁
全球制造业企业的整体发展战略已经从上世纪60年代“如何做的更 多”、70年代“如何做的更便宜”、80年代“如何做的更好”发展到90 年代的“如何做的更快”。
• 设备打印材料都以 ABS 塑料或者 PLA塑料为主。 主要 满足个人用户生活中的使用要求，因此各项技术指标都 并不突出，优点在于体积小巧，性价比高。
2、专业级3D打印机
• 专业级的3D打印机，可供选择的成型技术和耗材 （塑料、尼龙、光敏树脂、高分子、金属粉末等） 就要比个人 3D 打印机要丰富很多。设备结构和技 术原理相比起来更先进自动化更高，应用软件的功 能以及设备的稳定性也是个人3D打印机望尘莫及。 这类设备售价都在十几万至上百万人民币。

4.3 粉末材料3D打印技术及其应用
为某单位成形的航空航天零部件蜡模及精密铸造钛合金零部件 零件尺寸：109 ×109×1011mm3
4.3 粉末材料3D打印技术及其应用
非金属制件快速成形制造技术
塑料制件---熔模精密铸造
SLS
铸造
熔模
铝合金铸件
摩托车引擎缸体（253.8 253.7 181.8 mm3）
4.4 北京太尔时代公司的INSPIRE系列
4.4 北京太尔时代公司的MEM
双喷头系统
设备支持双喷头双材料，兼容BST（剥离型支撑）和SST（溶解型支 撑）。双材料使支撑更易剥离。
在零部件的设计上可以采用最优的结构设计，无需考虑加工问题，解决了传 统的航空航天、船舶、汽车等动力装备高端复杂精细结构零部件的制造难题。
2.1 3D打印技术为社会制造提供创新的原动力
极大降低产品研发创新成本、缩短创新研发周期，提高新产 品投产的一次成功率 ：由于简化或省略了工艺准备、试验等 环节，产品数字化设计、制造、分析高度一体化，显著缩短 新产品开发定型周期，降低成本，实现同步并行工程的实施。
4.1 光固化快速成形制造技术及其应用
SLA成形的典型零件
பைடு நூலகம்
4.2 薄材叠层制作LOM 分层实体制造
采用激光切割箔材，箔材之间靠热熔胶在热压辊的压力和 传热作用下熔化并实现粘接，一层层叠加制造原型。
加工平面 升降台 收料轴
CO2 激光器 热压辊
控制计算机
料带 供料轴
原理：激光切割
材料：金属箔、纸；
小型发动机零件原型件
4.3 SLS 选择性激光烧结
采用激光逐点烧结粉末材料，使包覆于粉末材料外的固体粘 接剂或粉末材料本身熔融实现材料的粘接。

藤蔓课堂
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第二节 叠层实体快速成型的材料和设备
图3-4 Solidimension 藤公蔓司课开堂发的SD 300 叠层打印机
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第二节 叠层实体快速成型的材料和设备
图3-5 SD300 叠层打印机耗材配件及制作的模型
藤蔓课堂
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第二节 叠层实体快速成型的材料和设备
图3-6 HRP系列薄材叠层快速成型机
藤蔓课堂
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第二节 叠层实体快速成型的材料和设备
藤蔓课堂
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第三章 叠层实体快速成型工艺
1 叠层实体制造工艺的基本原理和特点
2 叠层实体快速成型的材料与设备 3 叠层实体快速成型的工艺过程
4 提高叠层实体快速成型制作质量的措施
5 叠层实体制造工艺后置处理中的表面涂覆
6 新型叠层实体快速成型工艺方法
藤蔓课堂
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第三节 叠层实体快速成型的工艺过程
前 处 STL文件
理
切片处理
分
设置工艺参数
层
叠
激光 加热 切片 切碎 切割 辊温 软件 网格
加
速度 度 精度 尺寸
基底制作
原型制作
后 处 余料去除 理
表面质量处理
提高强硬度处理
藤蔓课堂
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第三章 叠层实体快速成型工艺
1 叠层实体制造工艺的基本原理和特点
藤蔓课堂
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第二节 叠层实体快速成型的材料和设备
1.叠层实体快速成型材料
薄层材料:纸、塑料薄膜、金属箔等
粘结剂:热熔胶
制备工艺：涂布工艺
纸的性能要求：
1）抗湿性
2）良好的浸润性
3）抗拉强度
4）收缩率小
5）剥离性能好

分层 分散性干燥性不良
压力、时间）、巴块重新压合、完
善配方工艺改善瓷膜透气性
层数 容量 吸着板真空压力感应器设 实际真空值与设定报警真空值设定
不符 厚度 定不当 、有误动作
要相当、途中由手动转换到自动或
手动操作增减时要避免有误动作
薄带 移位 平刀速度快
丝或 分层 间隙不合理
碎削
未切断
检查平刀速度，防止过快产生两次 切割形成碎削和薄带丝；检查平刀 与吸着板的间隙是否太大 ；检查
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• （8）不错位 a.对真空压力感应器设定，如果实际真空压力和检出压力差别较大，一 部分没有检出。 b.检查是否有误动作情况 ：(1).在吸着板上面由薄带时，单动操作，途 中转换到自动是否有误；(2).在手动操作增减时是否有误动作。
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四、注意事项
• 在叠层工序，我们除了要了解各材料的性能、合理运用工艺参数外还 要认真摸索机台的性能与特点、认真做好各个操作环节，同时我们要 注意以下几点要求：
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叠层工艺参数的作用与设置
• ⑶承载板预热时间与特殊参数的设置其作用都是减少发生首层与底部移 位的机率（预热可以减小第一层介质与下保护盖的温差 ）；
材料膜片粘性 产品叠层数 预热时间 备注
较强
高
长
特殊参数是根据所叠
较强
低
短
层数的高低分段设置
较弱
高
长
对确保对位精度有较 大作用
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叠层工艺参数的作用与设置
三、叠层工序的不良现象的原因与处理办法
• 1、叠层工序的质量现象一般有巴块起泡、对位精度不良（移位）、层数不 符、出现薄带丝或碎削、剥离不良、巴块表面压痕、巴块有折角的现象,其 中叠层的对位精度是我们最值得讨论的问题。