增材制造简介PPT课件

原理：液槽中会先盛满液态的光敏树脂，氦—镉激光器或氩离子激光器发射出的紫外激光束在计 算机的操纵下按工件的分层截面数据在液态的光敏树脂表面进行逐行逐点扫描，这使扫描区域的树脂 薄层产生聚合反应而固化从形成工件的一个薄层。
当一层树脂固化完毕后，工作台将下移一个层厚的距离以使在原先固化好的树脂表面上再覆盖一 层新的液态树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平然后再进行下一层的激光扫描固化。
增材制造的原理与方法
3D打印发展与现状
一、概述
原理：目前增材制造的主要方法就是3D打印技术（3D Printing），它的基本原理是， 把一个通过设计或者扫描等方式做好的3D模型按照某一坐标轴切成无限多个剖面，然后一 层一层的打印出来并按原来的位置堆积到一起，形成一个实体的立体模型。
优势：1.制造复杂物品。（没有传统加工的限制） 2.产品多样化不增加成本。（一台打印机，不需要改动模具） 3.生产周期短。（最大的优点） 4.零技能制造。（相对于传统制造所需要的操作技能很少） 5.不占空间，便携制造。（可应用于灾区，战场） 6.节省材料。（没有废料、回料等） 7.精确的实体复制。（3D照相馆）
二、增材制造的分类
关桥院士提出了“广义”和“狭义”增材制造的概念（如图所示），“狭义”的增材 制造是指不同的能量源与CAD/CAM技术结合、分层累加材料的技术体系；而“广义”增材制 造则以材料累加为基本特征，以直接制造零件为目标的大范畴技术群。如果按照加工材料 的类型和方式分类，又可以分为金属成形、非金属成形、生物材料成形等（如图所示）。
三、增材制造的关键技术
一是材料单元的控制技术。即如何控制材料单元在堆积过程中的物理与化学变化是一 个难点，例如金属直接成型中，激光熔化的微小熔池的尺寸和外界气氛控制直接影响制造 精度和制件性能。
二是设备的再涂层技术。增材制造的自动化涂层是材料累加的必要工序，再涂层的工 艺方法直接决定了零件在累加方向的精度和质量。分层厚度向0.01mm发展，控制更小的层 厚及其稳定性是提高制件精度和降低表面粗糙度的关键。
主要内容
1、增材制造的概述 2、增材制造的原理与方法 3、3D打印发展与现状 4、4D打印技术
增材制造概述
一、什么是增材制造技术
增材制造技术是指基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造零件的科学技术 体系。基于不同的分类原则和理解方式，增材制造技术还有快速原型、快速成形、快速制 造、3D打印等多种称谓，其内涵仍在不断深化，外延也不断扩展，这里所说的“增材制造 ”与“快速成形”、“快速制造”意义相同。
件较脆、易断裂。
二、常见的3D打印技术
2. SLS ( 粉末烧结技术 )：选择性激光烧结工艺(Selective Laser Sintering，SLS)。 原理：先采用压辊将一层粉末平铺到已成型工件的上表面，数控系统操控激光束按照该层截面轮 廓在粉层上进行扫描照射而使粉末的温度升至熔化点，从而进行烧结并于下面已成型的部分实现粘合 。当一层截面烧结完后工作台将下降一个层厚，这时压辊又会均匀地在上面铺上一层粉末并开始新一 层截面的烧结，如此反复操作直接工件完全成型。 优点：1.可直接制作金属制件(独有)；2.材料选择广泛; 3.可制造复杂构件或模具；4.不需要增加基 座支撑；5.材料利用率高。 缺点：1.样件表面粗糙，呈现颗粒状; 2.加工过程会产生有害气体。
三是高效制造技术。增材制造在向大尺寸构件制造技术发展，例如金属激光直接制造 飞机上的钛合金框睴结构件，框睴结构件长度可达6m，制作时间过长，如何实现多激光束 同步制造，提高制造效率，保证同步增材组织之间的一致性和制造结合区域质量是发展的 难点。
此外，为提高效率，增材制造与传统切削制造结合，发展材料累加制造与材料去除制 造复合制造技术方法也是发展的方向和关键技术。
二、常见的3D打印技术
3. FDM (熔融沉积技术 )：熔融沉积成型工艺(Fused Deposition Modeling，FDM)是继LOM工艺和 SLA工艺之后发展起来的一种3D打印技术。
原理：将丝状的热熔性材料进行加热融化，通过带有微细喷嘴的挤出机把材料挤出来。喷头可以 沿X轴的方向进行移动，工作台则沿Y轴和Z轴方向移动(当然不同的设备其机械结构的设计也许不一样) ，熔融的丝材被挤出后随即会和前一层材料粘合在一起。一层材料沉积后工作台将按预定的增量下降 一个厚度，然后重复以上的步骤直到工件完全成型。 优点：1.整个系统构造原理和操作简单，维护成本低，系统运行安全。可以使用无毒的原材料，设备 系统可在办公环境中安装使用；2.工艺干净、简单、易于操作且不产生垃圾；3.独有的水溶性支撑技 术，使得去除支撑结构简单易行，可快速构建瓶状或中空零件以及一次成型的装配结构件；4.原材料 以材料卷的形式提供，易于搬运和快速更换；5.可选用多种材料，如各种色彩的工程塑料ABS、PC、 PPSF以及医用ABS等。 缺点：1.成型精度相对SLA工艺较低，精度0.178mm；2.成型表面光洁度不如SLA工艺；3.成型速度相对 较慢。
缺点：1.材料限制：目前可用材料有限，无法支持各种各样的材料。 2.机器限制：对机器要求高，无法打印动态物体。 3.花费负担：成本昂贵，暂时难以进入大众家庭。
二、常见的3D打印技术
1. SLA(光固化技术 ) ：立体光固化成型工艺(Stereolithography Apparatus，SLA)，又称立体 光刻成型。
工业化的LSF-V大型激光立体成形装备所谓数字化增材制造技术就是一种三维实体快速 自由成形制造新技术，它综合了计算机的图形处理、数字化信息和控制、激光技术、机电 技术和材料技术等多项高技术的优势，学者们对其有多种描述。西北工业大学凝固技术国 家重点实验室的黄卫东教授称这种新技术为“数字化增材制造”，中国机械工程学会宋天 虎秘书长称其为“增量化制造”，其实它就是不久前引起社会广泛关注的“三维打印”技 术的一种。西方媒体把这种实体自由成形制造技术誉为将带来“第三次工业革命”的新技 术。
优点： 1.成型过程自动化程度
高。 2.尺寸精度高。SLA原型
的尺寸精度可以达到±0.1mm。 3.表面质量优良。 4.系统分辨率较高，可
以制作结构比较复杂的模型 或零件。
缺点： 1.零件较易弯曲和变形，
需要支撑。 2.设备运转及维护成本
较高。 3.可使用的材料种类较
少。 4.液态树脂具有气和
毒性，并且需要避光保护。 5.液态树脂固化后的零
增材制造的原理与方法
工艺方法的大变革
△M＜0（减材）材料去除（车、铣、刨、磨） △M =0（等材）材料成型（锻、铸、焊、塑） △M＞0（增材）材料累加（3D打印、快速成型、快速制造、复材铺层工艺） 信息化制造的代表 全数字化制造 全柔性制造：任意形状和内部结构 控形柔性：材料与外形一体化 高度自动化、智能化、网络化 技术名称的变化