快速成型制造技术(RPM)

第6章模具的快速成型及快速制模技术随着生产技术的进步，新材料和先进设备的出现，使市场竞争日趋激烈。

各个生产厂家为缩短产品的研发、生产周期，降低生产成本和风险，使得快速成型及快速制模技术在生产中逐步得到了应用。

快速制模技术包括传统的低熔点合金模、电铸模具的制造技术和以快速成型技术（Rapid Prototrping，RP）为基础的快速制模技术。

这里介绍后种快速制模技术。

快速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技术已逐步适应。

制造业利用这种现代化制造手段与传统制造技术的接轨的工作也进展顺利。

有效地结合数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段，使快速成型技术已成为现代模型、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、医疗器械等领域得到了广泛应用。

6.1快速成型制造技术的基本原理与特点6.1.1快速成型制造技术的基本原理1.快速成型制造技术的概念快速成型制造技术（Rapid Prototyping & Manufacturing，RPM），在20世纪80年代中期由欧美、日本等发达工业国家提出，旨在解决常规机械加工或手工无法解决的问题。

快速成型制造技术是多学科、技术的交叉产物，融合了机械工程、材料科学、计算机技术、数控原理、光学技术等前沿技术。

全世界大约有数百家专门研究机构进行这方面的研究。

快速成型制造技术可以实现低成本、高生产率和短周期的生产特点。

同时，从设计和工程的角度出发可以设计形状复杂的零件，无需受时间、成本、可制造性方面的限制，如图6.1.1所示。

图6.1.1快速成型技术制造的产品根据材料的分离形式把快速成型分为两类：1）材料去除成形多余的材料（工艺余料）从基体上分离出去从而得到想要加工的模型形状，它是当前的主要加工方式，也是用得最为广泛的加工方法。

2）材料堆积成形将材料通过合理的工艺方法堆积出想要加工模型。

该模型的堆积过程是在计算机的控制下完成的，因此成型的模型形状在理论上可以任意复杂。

一、实训背景随着科技的不断发展，制造业正面临着转型升级的关键时期。

快速成型制造技术（Rapid Prototyping Manufacturing，RPM）作为一种新兴的制造技术，具有高效、灵活、精确等优点，在我国制造业中得到了广泛应用。

为了提高学生的实践能力，本实训课程旨在让学生了解快速成型制造技术的基本原理、操作方法及应用领域，培养学生的创新思维和动手能力。

二、实训目的1. 了解快速成型制造技术的基本原理和发展现状；2. 掌握快速成型设备的使用方法和操作技巧；3. 学会快速成型技术的应用，提高学生的创新能力和实践能力；4. 培养学生的团队协作精神和沟通能力。

三、实训内容1. 快速成型制造技术简介（1）快速成型制造技术定义：根据零件的三维模型数据，迅速而精确地制造出该零件的一种先进制造技术。

（2）快速成型制造技术特点：高效、灵活、精确、可重复性好。

（3）快速成型制造技术分类：立体光固化（SLA）、立体印刷（SLS）、熔融沉积建模（FDM）等。

2. 快速成型设备操作（1）SLA设备操作：介绍SLA设备的结构、工作原理、操作步骤及注意事项。

（2）SLS设备操作：介绍SLS设备的结构、工作原理、操作步骤及注意事项。

（3）FDM设备操作：介绍FDM设备的结构、工作原理、操作步骤及注意事项。

3. 快速成型技术应用（1）新产品开发：利用快速成型技术制作产品原型，进行外观、结构及功能验证。

（2）模具制造：利用快速成型技术制作模具，提高模具设计及制造效率。

（3）航空航天：利用快速成型技术制造航空航天零件，提高制造精度和效率。

（4）医疗领域：利用快速成型技术制造医疗模型、手术器械等，提高医疗水平。

4. 快速成型实训项目（1）项目一：SLA设备操作及模型制作（2）项目二：SLS设备操作及模型制作（3）项目三：FDM设备操作及模型制作（4）项目四：快速成型技术在产品开发中的应用四、实训总结通过本次实训，学生们对快速成型制造技术有了全面的认识，掌握了快速成型设备的操作方法，熟悉了快速成型技术的应用领域。

快速成型技术原理及应用快速成型技术又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)技术，诞生于20世纪80年代后期，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。

成型原理：基于离散-叠加原理而实现快速加工原型或零件特点：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简介：(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.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.目前基于快速成型技术(RP)开发的工艺种类较多, 可以分别按所用材料划分, 成型方法划分等.1) 利用激光或其它光源的成型工艺的成型:---（SL）---（简称LOM)---（简称SLS)---形状层积技术(简称SDM);2) 利用原材料喷射工艺的成型:---（简称FDM)---三维印刷技术(简称3DP)其它类型工艺有:---树脂热固化成型 (LTP)---实体掩模成型 (SGC)---弹射颗粒成型 (BFM)---空间成型 (SF)---实体薄片成型 (SFP)应用：RPM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。

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。

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。

RP技术的基本原理是：将计算机内的三维数据模型进行分层切片得到各层截面的轮廓数据，计算机据此信息控制激光器（或喷嘴）有选择性地烧结一层接一层的粉末材料（或固化一层又一层的液态光敏树脂，或切割一层又一层的片状材料，或喷射一层又一层的热熔材料或粘合剂）形成一系列具有一个微小厚度的的片状实体，再采用熔结、聚合、粘结等手段使其逐层堆积成一体，便可以制造出所设计的新产品样件、模型或模具。

快速成型机的工艺立体光刻成型sla层合实体制造lom熔融沉积快速成型fdm激光选区烧结法SLS多相喷射固化mjs多孔喷射成型mjm直接壳法产品铸造dspc激光工程净成型lens选域黏着及热压成型SAHP层铣工艺lmp分层实体制造som自美国3D公司1988年推出第一台商品SLA快速成形机以来，已经有十几种不同的成形系统，其中比较成熟的有SLA、SLS、LOM和FDM等方法。

快速原型制造快速原型制造（ 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。

学院：机械工程学院专业：机电信息工程姓名：骆科鹏学号： 1108030443年级：机信118班快速成型技术摘要：快速成形技术(Rapid Prototyping；RP)又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)技术，诞生于20世纪80年代后期，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。

一、快速成型技术产生需求背景(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，自主快速产品开发的能力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。

(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。

二、快速成型技术的特点(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、快速成型技术工艺过程首先利用三维造型软件创建三维实体造型，再将设计出的实体造型通过快速成型设备的处理软件进行离散与分层，然后将处理过的数据输入设备进行制造，最后还需要进行一定的后处理以得到最终的成品。

实体造型的构建：使用快速成型技术的前提是拥有相应模型的CAD数据，这可以利用计算机辅助设计软件如Pro/E、SolidWorks、Unigraphics、AutoCAD等创建，或者通过其他方式如激光扫描、电脑断层扫描，得到点云数据后，也得创建相应的三维实体造型。

快速成型技术的应用与发展前景一．什么是快速成型技术快速成形技术又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)技术，诞生于20世纪80年代后期，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。

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．快速成型技术的产生背景(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。

(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。

三．快速成形技术的特点快速成型技术具有以下几个重要特征：l ）可以制造任意复杂的三维几何实体。

由于采用离散／堆积成型的原理．它将一个十分复杂的三维制造过程简化为二维过程的叠加，可实现对任意复杂形状零件的加工。

越是复杂的零件越能显示出 RP 技术的优越性此外， RP 技术特别适合于复杂型腔、复杂型面等传统方法难以制造甚至无法制造的零件。

2 ）快速性。

通过对一个 CAD 模型的修改或重组就可获得一个新零件的设计和加工信息。

从几个小时到几十个小时就可制造出零件，具有快速制造的突出特点。

3 ）高度柔性。

无需任何专用夹具或工具即可完成复杂的制造过程，快速制造工模具、原型或零件。

快速成型技术快速成型技术（Rapid Prototyping Technology）是一种通过计算机辅助设计（CAD）或三维扫描等手段，直接将数字模型转换成实体模型的技术。

这种技术在制造业中应用广泛，特别是在产品设计和开发阶段。

它的出现极大地加快了产品开发的速度，提高了产品质量，降低了开发成本。

快速成型技术最早出现在20世纪80年代末期，当时它被称为快速成型制造（Rapid Prototyping Manufacturing，RPM）。

最初，这项技术主要用于制造模型和原型，以便用于产品的验收、检测和展示。

随着科技的不断进步，快速成型技术逐渐应用于大批量生产，成为了现代制造业中不可或缺的部分。

快速成型技术的原理是将数字模型切片，在计算机控制下，通过一层层的积累堆积物料（如塑料或金属粉末），最终形成实体模型。

常见的快速成型技术有激光烧结成型法（Selective Laser Sintering，SLS）、光固化成型法（Stereolithography，SLA）和熔融沉积成型法（Fused Deposition Modeling，FDM）等。

快速成型技术的优点之一是节省了时间。

在传统的制造工艺中，产品开发需要制作模具，然后进行注塑、冲压等工艺，这些过程非常繁琐且耗时。

而快速成型技术可以直接从数字模型生成实体模型，省去了制造模具的步骤，大大缩短了开发时间。

设计师可以通过快速成型技术轻松地进行多次迭代，使产品的设计更加完善，提高了开发效率。

此外，快速成型技术还能够降低产品开发的成本。

由于快速成型技术可以直接从数字模型制作实体模型，省去了制造模具的费用，尤其是在小批量生产或个性化定制的情况下，可以大大降低成本。

另外，由于快速成型技术可以提供高质量的产品样品，从而减少了开发过程中的重大错误和返工次数，并降低了产品开发的风险。

快速成型技术也在产品设计中起到了重要的作用。

通过快速成型技术，设计师可以将虚拟的设计概念转变为实际的实体模型，以便进行物理实验、形态研究和外观评估。

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。

快速成型技术的特点和应用是什么快速成形制造技术是目前国际上成型工艺中备受关注的焦点。

铸造作为一项传统的工艺，制造成本低、工艺灵活性大，可以获得复杂形状和大型的铸件。

充分发挥两者的特点和优势，可以在新产品试制中取得客观的经济效益。

快速成形制造技术又称为快速原型制造技术(RapidPrototypingManufacturing，简称RPM)，是一项高科技成果。

它包括SLS、SLA、SLM等成型方法,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，所以又称为材料添加制造法(MaterialAdditiveManufacturing或MaterialIncreaseManufacturing)。

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几乎能够生成任意复杂形状的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。

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，是目前适合我国国情的实现金属零件的单件或小批量敏捷制造的有效方法，在航空航天、汽车摩托车、家电等领域得到了广泛应用。

快速成型技术能够快捷地提供精密铸造所需的蜡模或可消失熔模以及用于砂型铸造的木模或砂模，解决了传统铸造中蜡模或木模等制备周期长、投入大和难以制作曲面等复杂构件的难题。

而精密铸造技术(包括石膏型铸造)和砂型铸造技术，在我国是非常成熟的技术，这两种技术的有机结合，实现了生产的低成本和高效益，达到了快速制造的目的。

RPM技术的特点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，将其转换成特定的文件格式，再用相应的软件从文件中“切”出设定厚度的一系列片层，或者直接从CAD文件切出一系列的片层。