第4章 快速成型概述

生物个体的发育都是属于生长成型。“克隆”技术是人为系统中的生长成型方式。
RP的概念与原理
RP（Rapid Prototyping）技术 （ ）
快速成形技术（Rapid Prototyping，简称RP）是综合CAD 技术、数据处理技术、数控技术、测试传感技术、激光技术等 多种机械电子技术和材料技术而形成的一种从CAD三维模型设 计到实际原形、零件加工的全新的制造技术。 RP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。 以RP系统为基础发展起来并已成熟的快速工装模具制造 (Quick Tooling/Molding)、快速精铸技术(Quick Casting)则可实 现零件的快速制造(Quick Manufacturing)。
选择性激光烧结成型原理图
RP的工艺方法
熔融沉积造型(FDM—Fused Deposition Modeling) 熔融沉积造型
FDM系统主要包括喷头、送丝机构、运动机构、加热工作室、 工作台5个部分.喷头是最复杂和重要的部分,材料在喷头中被加热熔 化,喷头底部有一喷嘴供熔融的材料以一定的压力挤出,喷头沿零件 截面轮廓和填充轨迹运动时挤出材料,与前一层粘结并在空气中迅速 固化,如此反复进行即可得到实体零件.
分层实体制造系统原理图
RP的工艺方法
选择性激光烧结(SLS—Selected Laser Sintering) 选择性激光烧结
该法采用CO2激光器作能源，目前使用的造型材料多为各种粉 末材料。在工作台上均匀铺上一层很薄（100µ~200µ）的粉未，激 光束在计算机控制下按照零件分层轮廓有选择性地进行烧结，一层 完成后再进行下一层烧结。全部烧结完后去掉多余的粉未，再进行 打磨、烘干等处理便获得零件。

2.2 快速成型技术加工方法和设备
• •
目前快速成型技术的快速成型工艺方法 有十多种。比较成熟的而且常用的四种成 型方法有：光固化成型、分层实体制造、 选择域激光粉末烧结成型、熔融沉积成型。
• 1. 光固化法技术是基于液态光敏树脂的光 聚合原理工作的，这种液态材料在一定波 长和强度的紫外光照射下，能迅速发生聚 合反应，分子量急剧增大，材料也就从液 态转变为固态。 • 优点： • (1)原材料的利用率将近100%。 • (2)尺寸精度高 • (3)表面质量优良 • (4)可以制作结构十分复杂的模型
熔融沉积快速成型
2.3快速成型技术的应用
• 快速成型技术的最初应用主要集中在产品开发 中的设计评价、功能试验上。设计人员根据快速 成型得到的试件原型对产品的设计方案进行试验 分析、性能评价，借此缩短产品的开发周期、降 低设计费用。经过十几年的发展，快速原型技术 早已突破了其最初意义上的“原型”概念，向着 快速零件、快速工具等方向发展。 • 目前快速成型技术已经得到了工业界的普遍关 注，尤其在家用电器、汽车、玩具、轻工业产品、 建筑模型、医疗器械及人造器官模型、航天器以 及从事CAD的部门都得到了良好的应用。
•
鞋楦的扫描与反求
汽车造型的扫描与反求
• 复杂曲面的反求
骨骼扫描及反求
牙颌的点云及反求
狗 头 部 的 点 云 及 反பைடு நூலகம்求
人 面 部 的 点 云 和 反 求
• 艺术品的点云和反求
• 二、逆向工程的发展趋势
• 逆向工程技术是目前CAD/CAM领域一个十分活 跃的研究方向，以下技术的发展值得期待： • （1）发展面向逆向工程的专用测量系统 • （2）研究适应不同的测量方法和后续用途的离散 数据后处理技术。 • （3）拟合曲面应能控制曲面的光顺性和进行光滑 的拼接 • （4）有效的特征识别和考虑约束的模型重建方法 • （5）发展基于集成的逆向工程技术

和其他几种快速成型方法相比，该方一法也存在着许多缺点。主要有：
三、光固化成型工艺
四、叠层实体制造工艺
叠层实体制造工艺的基本原理
四、叠层实体制造工艺
2.叠层实体制造技术的特点 其主要特点如下： ( 1 )原型精度高。 ( 2 )制件能承受高达200℃ 的温度，有较高的硬度和较好的力学性能，可进行各种切削加工。 ( 3 )无须后固化处理。 ( 4 )无须设计和制作支撑结构。 ( 5 )废料易剥离。 ( 6 )可制作尺寸大的制件。 ( 7 )原材料价格便宜，原型制作成本低。
( 1 )能承受一定高温。 ( 2 )与成型材料不浸润，便于后处理。 ( 3 )具有水溶性或者酸溶性。 ( 4 )具有较低的熔融温度。 ( 5 )流动性要好。
五、熔融沉积快速成型工艺
选择性激光烧结工艺的基本原理
当一层截面烧结完后，工作台下降一个层的厚度，铺料辊又在上面铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的烧结，直至完成整个模型。
01
1940年，Perera提出相似的方法，即沿轮廓线切割硬纸板，然后堆叠，使这些纸板形成三维地貌图。
02
1964年，Zang进一步细化了该方法，建议用透明的纸板，每一块均带有详细的地貌形态标记。
03
1972年，Matsubara使用光固化材料，光线有选择地投射或扫射到这个板层，将规定的部分硬化，没有扫描或没有一硬化的部分被某种溶剂溶化。
04
五、熔融沉积快速成型工艺
五、熔融沉积快速成型工艺
2.熔融沉积工艺的特点 熔融沉积快速成型工艺之所以被广泛应用，是因为它具有其他成型方法所不具有的许多优点。具体如下： ( 1 )由于采用了热融挤压头的专利技术，使整个系统构造原理和操作简单，维护成本低，系统运行安全。 ( 2)成型速度快。 ( 3 )用蜡成型的零件原型，可以直接用于熔模铸造。 ( 4 )可以成型任意复杂程度的零件。 ( 5 )原材料在成型过程中无化学变化，制件的翘曲变形小。 ( 6 )原材料利用率高，且材料寿命长。 ( 7 )支撑去除简单，无需化学清洗，分离容易。

熔融沉积成形的基本原理
采用热熔喷头，使半流动状态的材料流体按模型分层数 据控制的路径挤压出来，并在指定的位置沉积、凝固成型， 这样逐层沉积、凝固后形成整个原型。
三维打印
三维打印原理类似于喷墨打印机原理，首先铺粉，利用喷嘴按 指定路径将液态粘结剂喷在粉层上的特定区域，粘结后去除多余的 材料便得到所需的原型或零件。也可以直接逐层喷涂陶瓷或其他材 料粉浆，硬化后即得到所需的原型或零件。
选择性激光烧结的基本原理
SLS 工 艺 是 利 用 粉 末 状 材料成形的。先在工作台上 铺上一层有很好密实度和平 整度的粉末，用高强度的 CO2 激光器在上面扫描出零 件截面，有选择地将粉末熔 化或粘接，形成一个层面， 利用滚子铺粉压实，再熔结 或粘接成另一个层面并与原 层面熔结或粘接，如此层层 叠加为一个三维实体。
低碳钢渗铜注射模芯和注射模零件
可以生产5万件以下的塑料零件，制成的直径 200mm冲压模，加工200个零件后磨损小于 0.08mm ok
间接制模法：利用RP原型作样件间接地制造模具，克服了 传统样件缺点，能够更快、更好、更方便地设计并制造出各 种复杂的原型(样件)，节省1/2时间和成本。常用的有：用RP 原型制作简易模具 1）用快速成型件作母模，制作硅橡胶模。这类模具寿命可 达20～100件，周期一周左右。 2)以快速成型件作母模，制作树脂型复合模。以液态的环 氧树脂与有机或无机材料复合为基体材料，以RP原型为基 准浇铸模具的一种制模方法。制造的模具寿命为100～5000 件。周期10天左右。
应用高分子材料技术、快速成型技术、快速翻制工艺以及
CNC加工等新技术、新工艺，可快速、低成本地制造非金属 模具，用于10-1000件批量产品的快速制造
该技术根据已有的产品原型，采用电铸、石墨电极研磨、真 空注型、金属喷涂、树脂复型等工艺方法快速制造各种批量 模具，具有成本低、速度快、精度高的优点 适用于产品开发过程中的小批量试制，以及小批量生产的、 结构较简单的模具的生产