快速凝固技术论文
快速凝固技术
摘要：快速凝固已成为一种具有挖掘金属材料潜在性能与发展前景的开发新材料的重要手段, 同时也成了凝固过程研究的一个特殊领域。过去对凝固过程的模拟考虑了在熔融状态下的热传导和凝固过程潜热的释放，不考虑金属在型腔内必然存在的流动以及金属在凝固过程中存在的流动。目前快速凝固技术作为一种研制新型合金材料的技术已开始研究了合金在凝固时的各种组织形态的变化以及如何控制才能得到符合实际生活、生产要求的合金。着重于大的温度梯度和快的凝固速度的快速凝固技术，正在走向逐步完善的阶段。
快速凝固技术一般指以大于105K/s-106K/s的冷却速率进行液相凝固成固相，是一种非
平衡的凝固过程，通常生成亚稳相(非晶、准晶、微晶和纳米晶)，使粉末和材料具有特殊的
性能和用途。快速凝固技术得到的合金具有超细的晶粒度，无偏析或少偏析的微晶组织，形成新的亚稳相和高的点缺陷密度等与常规合金不同的组织和结构特征。由于凝固过程的快冷，起始形核过冷度大，生长速率高，使固液界面偏离平衡，因而呈现出一系列与常规合金
不同的组织和结构特征。
关键词：快速凝固理论研究组织特征快速凝固方法
引言：随着科学技术的发展，对金属凝固技术的重视和深入研究, 形成了许多种控制凝固组织的方法, 其中快速凝固已成为一种具有挖掘金属材料潜在性能与发展前景的开发新材料的重要手段, 同时也成了凝固过程研究的一个特殊领域。过去对凝固过程的模拟考虑了在熔融状态下的热传导和凝固过程潜热的释放, 不考虑金属在型腔内必然存在的流动以及金属在凝固过程中存在的流动。目前快速凝固技术作为一种研制新型合金材料的技术已开始研究了合金在凝固时的各种组织形态的变化以及如何控制才能得到符合实际生活、生产要求的合金。
一凝固过程理论研究
凝固过程中固液界面形态稳定性理论
成分过冷理论
成分过冷理论起源于凝固过程中溶质原子在固液界面上的富集。这种富集的结果是在距固液界面前沿的液相中不同的距离内具有不同的溶质浓度，可由式
表示。式中C 为浓度；R 为生长速度；D为溶质扩散系数；z 为距固液界面的
距离。Chalmers 等人在假设液相中无对流时，解上式得液相中溶质浓度分布为C
L
=
C 0[1+() ]式中CL 为液相中溶质浓度；C
为原始浓度；k0为溶质平衡分配系
数。在有对流情况下，Burtou 等人得到液相中溶质浓度分布为
C L = C
s
[1+() ]式中Cs 为固相中溶质的浓度；δ为流动边界层厚度。
Rutler 与Chalmers认为, 出现成分过冷后，在平界面上形成小的凸起，进而发展进入
到大的成分过冷区内，其凸起不断长大，平的界面被破坏。Bilonis等人则认为出现成分过冷后平界面上在位错的周围形成凹坑，凹坑发展为六角形沟槽，平界面从此被破坏。郡司好喜先生对成分过冷理论提出以下几个问题: 首先，由于没考虑界面能的影响，不能估计在平界面上出现凹凸时过冷度的变化；其次，只考虑了液体内的温度梯度，而没有考虑固相中的温度梯度；再次，用成分过冷理论无法描述失稳后的界面状态，也就是说成分过冷理论还不能十分准确地描述凝固过程中固液界面的状态。
界面稳定性动力学理论
Mullins与Sekerka(简称为M-S)认为凝固过程中的固液界面原本就不是平的界面，是存在有很小凹凸的曲面，这个凹凸的大小随温度与溶质浓度的变化而变化，M-S将其称为扰动，并假设这种扰动按正弦波的形式分布，其界面方程为z=δsin( ωx)。式中δ为扰动振幅；ω为扰动频率。这样液相中的浓度及固液两相中的温度分布可由以下三个基本方程表示：
(1)
(2)
(3)
式中T
S 、T
L
分别为固体与液体中的温度；α
L
、α
S
分别为液体与固体中的热扩散系数。考虑
到界面曲率的作用，界面的温度为Ti=Tm + mCi-TmГK*。式中Ci为界面上的浓度；Γ=σ/L, σ为固液界面比表面能；L为结晶潜热; K* 为界面曲率。假设Ti=T0+αδsin( ωx) , Ci=C0 +bδsin( ωx)。式中T0、C0 分别为界面为平面时液体的温度与浓度；a、b 为常数。解方程(1)、(2)、(3)，并利用边界条件
可得扰动频率随时间的变化关系为:
式中ω；；；。式( 4) 即为凝固界面形态稳定性动力学微分方程式。
当dδ/dt>0时，扰动振幅随时间而增大，界面处于不稳定的状态；dδ/dt<0 时,扰动逐
渐消失，界面向平面发展；dδ/dt=0时界面处于一种临界的稳定状态。Kurz与Fisher对式、
( 4) 进行处理后得到界面稳定的条件为
可见只用成分过冷理论不能判断固液界面的稳定性。实际上在用成分过冷理论判断出固液界
面失稳时，固液界面早已处于失稳的状态。Sato[8]用铝合金均验证了M-S理论的正确性。
最近王自东等人提出了固液界面形态稳定非线性动力学理论，该理论是借助M-S理论的
基本思路，对界面曲率K* 做全面的数学展开，通过相应的非线性处理，得到的扰动振幅随
时间的变化规律为
当时
当时
式中，,。
在此基础上作者对这个控制单相合金凝固界面形态非线性动力学方程进行了全面的讨
论, 但目前还没有大量的实验支持。
快速凝固过程中溶质分配模型研究
在快速凝固条件下，固液界面溶质分配行为不能用传统的理论来描述，必须建立新理论。
在以往的研究中，人们广泛采用局域平衡假设，但Baker和Cahn对快速凝固所发现的溶质捕
获现象否定了这一观点。
Aziz认为，对二元合金单向凝固行为的全面描述需要四个方程，既界面处固相和液相成
分之间的关系方程；生长速率与界面局部条件的相关方程；描述溶质排放和潜热释放的方程。
这四个方程的联立解可获知体系的凝固行为。根据Cahn的观点, Aziz应用化学速率理论描述
溶质在0 为液相溶质原子的激面的扩散流,定义了平衡分配系数。式中γ L 活常数；γ 为固相溶质原子的激活常数；R为气体常数；Ti 为界面温度；为凝固后S 摩尔自由能的改变。对于连续生长，给出界面处溶质分配系数。式中， Di 为界面内溶质扩散系数；λ为原子间距；μ为界面生长速率。 Wood在研究激光表面熔化的试验中发现，用平衡分配系数不能解释实验所观察到的溶质分配现象。他认为非平衡分配系数显著地依赖界面速率，并根据凝固速率的动力学方程建立了非平衡系数与平衡系数及界面速率的关系表达式为 。 式中为溶质原子从固相到液相的扩散激活的改变，其强烈的依赖于界面速率u，是u 的复杂函数。Baker在对非平衡分配模型的研究中，将界面处理成连续的平面。溶质的能量E(z)在固相和液相分别为ES和EL，在界面处为Ei， Ei 线性地从EL变化到ES，界面宽度为2δ，参考系固定在界面上，相应的标准扩散方程。式中J为扩散通量，在假设扩散流与驱动力之间的关系是线性的基础上给出了非平衡溶质分配系数的另一表达式 国内学者陈魁英等人推广了Aziz模型，突破了Aziz 模型的细致平衡条件，得到的非平衡分配系数为。式中K γ，K f是具有速率量纲的量；。陈长乐等人利用非平衡统计理论研究了二元凝固时界面的溶质分配, 建立了二元合金凝固过程中的非平衡溶质分配的随机动力学方程,解出了溶质分配系数的解析表达式，并通过结构平衡与温度平衡弛豫时间的的差异，得出非平衡溶质分配系数与平衡溶质分配系数的关系，与实验事实一致。 二快速凝固材料的主要组织特征 （1）细化凝固组织，使晶粒细化。结晶过程是一个不断形核和晶核不断长大的过程。随凝固速度增加和过冷度加深，可能萌生出更多的晶核，而生长的时间极短，致使某些合金的晶粒度可细化到0.1μm以下。 （2）减小偏析。很多快速凝固合金仍为树枝晶结构，但枝晶臂间距可能有0.25 μm。在某些合金中可能发生平面型凝固，从而获得完全均匀的显微结构。 （3）扩大固溶极限。过饱和固溶快速凝固可显著扩大溶质元素的固溶极限。因此既可以通过保持高度过饱和固溶以增加固溶强化作用，也可以使固溶元素随后析出，提高其沉淀强化作用。 （4）快速凝固可导致非平衡相结构产生。包括新相和扩大已有的亚稳相范围。 （5）形成非晶态。适当选择合金成分，以降低熔点和提高玻璃态的转变温度Tg （Tg/TM>0.5），这样就可能失去长程有序结构，而成为玻璃态或称非晶态。 （6）高的点缺陷密度。固态金属中点缺陷密度随着温度的上升而增大，其关系式为：C=exp(- QF/RT) 式中，C 为点缺陷密度，QF 为摩尔缺陷形成能。金属熔化以后，由于原子有序程度的突然降低，液态金属中的点缺陷密度要比固态金属高很多，在快速凝固过程中，由于温度的骤然下降而无法恢复到正常的平衡状态，则会较多的保留在固态金属中，造成了高的点缺陷密度。 三各种应用: 一快速凝固技术在镁合金中的应用 镁合金是所有结构金属中最轻的一种, 具有比重小, 比强度、比刚度高，耐冲击等一系列优点, 在汽车、电子电器、航空航天等领域具有广阔的应用前景, 但镁合金的加工成形性能及耐蚀性能较差, 大大限制了其发展. 目前, 国内在高性能镁合金的管、棒、板、型材及一些结构件方面基本上还是空白, 而传统的铸造冶金方法又难以满足材料的性能要求. 因此, 研究新的制备工艺和加工技术是发展高性能型材和结构件的必然之路. 快速凝固镁合金将成为未来变形镁合金的主要制备工艺. 70 年代初, 快速凝固实验表明, 镁基合金具有明显的非晶形成能力, 非晶态镁合金主要是通过快速凝固合金熔体制备, 非晶态镁合金的力学性能优异, 是潜在的结构材料. 除力学性能外, 非晶态镁合金的抗腐蚀性和储氢性能优良, 是一种很有发展前途的新型材料。 二快速凝固技术在铝合金上的应用 以快速凝固耐热铝合金替代Ti合金在飞机和导弹上应用,可以明显地减轻飞行器质量,降低成本,以飞机发动机为例,实现以铝代钛,可以减轻质量15%～25% , 降低成本30%～ 50% ,提高运载量15%～20%,经济效益十分可观。为了能在150～ 350℃温度范围内用低密度、低价格的铝合金代替钛合金,过去的20年内,快速凝固耐热铝合金受到广泛重视。近十几年来,科研工作者们对耐热铝合金进行了大量的研究, 相继开发了一系列快速凝固耐热铝合金。A l—Fe—V —Si系耐热铝合金具有良好的室温和高温强度、塑性、热稳定性和断裂韧性以及耐腐蚀性能, 近 20年来广泛应用于航空航天领域.快速凝固A l—Fe—V —Si 系耐热铝合金首先是由美国A llied2Signal铝业公司的金属及陶瓷材料研究所采用其专利技术——平面流铸造法研究开发的。目前该合金已成为研制最为成熟的高性能耐热铝合金, 对它的研究也成为耐热铝合金开发研究的热点.利用传统的快速凝固?粉末冶金(RS?PM)工艺制备的Al—Fe—V —Si系耐热铝合金, 在组织上获得了单一的、弥散分布的球状耐热相 Al12(Fe,V )3Si,该相具有良好的热稳定性,研究表明即使在480℃下保温100 h ,仍未发现明显的粗化现象,从而保证材料在室温和高温条件下均有较高的强度。因此,自20世纪80年代末以来,该系列的耐热铝合金已在航空航天等领域获得了广泛的应用。20世纪90年代国内外的 研究人员开始应用喷射成型技术制备Al—Fe—V —Si系耐热铝合金,以期达到提高性能降低生产成本的目的。随着航空航天事业的发展,对作为结构件材料的铝合金的工作温度提出了越来越高的要求, A l—Fe—V —Si 系合金具有良好的综合性能,而且可以根据需要调整 Fe, V , Si含量，控制强化相体积分数,获得不同性能的组合。因此，对Al—Fe—V —Si系耐热铝合金的研究制备和开发应用受到了国内外的普遍关注。 三用大过冷凝固技术制备材料 大过冷凝固技术的核心是利用金属本身的特点实现快速凝固的方法之一。其主要有快速蒸汽冷凝技术、快速卸压淬火等。 1 蒸汽快速冷凝法(ERC法) ERC法是借助于低温液体将蒸发的金属蒸汽快速冷凝，在其聚结之前沉积到捕集器中或旋流收集器中。利用此法制得的金属粉末颗粒尺寸极细，而且粒度分布非常均匀。 2 快速卸压淬火 快速卸压淬火是一种有效的新的快速凝固方法，在适当的初始温度和压力下对熔体快速卸压达到固化，由于不受材料自身的热传导性质的限制，因而可获得大块亚稳材料甚至非晶，实现了快速凝固的原理，并对亚稳相的产生及非晶化成因提供了热力学上的合理解释。 大过冷凝固技术的特点是在熔体中形成尽可能接近均匀形核的凝固条件，从而在形核前获得大的过冷度。熔体主要是通过导热性差的介质传热或以辐射传热的方式冷却。目前，采用此技术制取的合金的尺寸、数量都很小，而连续生产。因此且不能，要使其不仅在理论上和实验研究中得到广泛应用，而且像急冷凝固技术那样应用于实际生产还需要做进一步的改进。 四有待解决的问题 在快速凝固技术经过四十年的发展，各种制备技术已日渐成熟，并开发出了许多优异性 能的材料，有的已经得到了工业应用。从目前的发展来看，应解决一下问题。 （1）降低成本，达到工业化生产的目的。目前，所用的方法成本都较高，难以达到工业化的要求。比较有警用潜力的是雾化喷射沉积，但由于收得率低，过喷粉末较 多，无形之中更增加了成本。 （2）增加对工业过程的控制能力。 （3）对快速凝固过程进行计算及模拟，有效地进行显微组织的预测和材料设计。 （4）合理控制工艺参数，提高高能束对黑色金属材料表面处理的效果，扩大其应用范围。 （5）非晶合金的催化活性在未经活化预处理前很低，是非晶合金催化材料研究的一项重要内用。 参考文献 [1]周尧和，胡壮麟，介万奇. 凝固技术. 北京：机械工业出版社，1998.227. [2] 沈宁福，汤亚力，关绍康等. 凝固理论进展与快速凝固. 金属学报，1996.32（7）：673 [3]胡汉起. 金属凝固原理. 北京：机械工业出版社，1991.184. [4] 张瑞丰，沈宁福. 快速凝固技术与新型合金的研究现状及展望. 材料科学与工程，2001，19（4）：143 [5] 程天一，章守华. 快速凝固技术与新型合金. 北京：宇航出版社.1990. [6] 李月珠. 快速凝固技术和材料. 北京：国防工业出版社，1993. [7] 王自东，胡汗起. 单项合金凝固界面形态稳定非线性动力学理论. 中国科学，1999，29:1. [8] Tiller W A, Jackson K A, Rutter J W et al. The Redistribution of Solute Atoms During the Solidificationof Metals[J]. Acta Metallugica,1953,1(7) : 428.辑),1999,29:1. [10] 陈魁英,李庆春.快速凝固下溶质分配模型研究.材料科学与工程,1994,12(4):43-51. [11] Rutter J W and Chalmers B. A Prismatic of Solute atoms During the Solidification Metals[J]. Can J Phys,1953, 31:15. [12]关少康，王利国，朱世杰，王西科，沈宁福。快速凝固合金的研究发展趋势，现代铸铁，2004：22-05. 机械工程学院 《计算机辅助设计》论文 题 目： 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机制1204班 姓 名： 学 号： 得分 快速成型技术应用现状及发展趋势 摘要: 快速成型技术以其独特的特点和长处,成为加速新产品开发及实现并行工程的有效技术,具有广泛的应用领域和应用价值,发展十分迅猛,该技术的重要性已不容忽视。快速成型技术问世以来，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。该技术通过与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段结合，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。快速成型技术是基于离散/ 堆积的原理。在计算机的控制下快速成型机的成型头选择性地固化一层层的液体材料(或选择性的切割一层层的纸、烧结一层层的粉末材料、喷涂一层层的热熔性材料等) ,形成各个截面轮廓并逐步顺序叠加成三维工件实体。RP 技术的主要方法有:光固化立体造型SLA、分层物件制造、选择性激光烧结法、熔融沉积造型。 关键词: 快速成型技术; 应用现状; 发展趋势 一、快速成型技术的原理与发展 快速成形技术(Rapid Prototyping；RPM)又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)技术，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。 20 世纪80 年代初在美国出现, 90 年代在全球得到迅速发展的一门综合性、交叉性前沿技术, 是先进制造技术的重要组成部分, 也是制造技术的一次飞跃, 具有很高的加工柔性和很快的市场响应速度, 为制造技术的发展创造了一个新的机遇。快速成型技术的发展历史快速成型技术首先在美国得到使用, 1987 年3D System 公司首次推出商业化的快速成型设备。当1988 年将第1 台设备SLA 21 卖给Bater Healthare、Pratt and Whitney 和Eastman Kodak时, 就标志着快速成型技术工业化应用的开始。20世纪90 年代, 快速成型技术的应用范围迅速扩大,使用单位包括美国的波音和通用、德国的奥迪和宝马等许多国际知名大公司。1992 年, 快速成型设备已经在17个国家的500 个项目中得到工业应 用;1994 年9 月, 世界上投入使用的快速成型设备增加到800 多台, 其中美国占绝大多数, 日本有100 多台; 1996 年底, 全世界已安装了1 400 多台快速成型设备。至2000 年6 月, 已有40 多家公司设计、制造快速成型设备, 其在全球的使用数量已达2 000多台。我国于90 年代初才开始快速成型技术研究, 主要有西安交通大学、清华大学、华中科技大学及北京隆源自动成型系统有限公司, 进行了光固化成型、熔融沉积造型、分层实体制造和选区激光烧结成型技术与设备研究, 目前其相应的快速成型设备均已实现商品化。 近十几年来，随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈。尤其是计算机技术的迅速普遍和CAD/CAM技术的广泛应用，使得RPM技术得到了异乎寻常的高速发展，表现出很强的生命力和广阔的应用前景。快速成形技术发展至今，以其技术的高速性、高集成性、高柔性、自动化程度高而得到了迅速发展。目前，快 快速成型技术的发展与应用 摘要：快速成型技术是一项多学科交叉多技术集成的先进制造技术，本文简要介绍该技术的原理、特点，并重点研究阐述该技术在国内外应用和发展状况，并结合实际指出了该技术开发方向。 关键词：快速成型；原理；应用；开发 一引言 最近英国经济学人指出：快速成型技术（简称RP技术）市场潜力巨大，必将引领未来制造业，它将使工厂彻底告别车床、钻床等传统工具，改由更加灵巧的电脑软件主宰，这便是第三次工业革命到来的标志。虽然究竟谁能够引领第三次工业革命？目前我们要下这个结论，显得时机过早。但重视这被西方媒体誉为将带来“第三次工业革命” 的“RP技术”是非常必要的。本文就这一技术的原理及发展应用情况予以介绍。 二快速成型技术原理及特点 RP技术是20世纪90年代发展起来的一项高新技术。笼统地讲，RP技术属于堆积成形；严格地讲，它是基于离散和堆积原理，将零件的CAD模型按一定方式离散，成为可加工的离散面、离散线、离散点，而后采用物理或化学手段，将这些离散的面、线段和点堆积而形成零件的整体形状。RP技术工艺流程如图1所示。其主要工艺方法有：SLA、SLS、FDM、TDP，具体见下表： 用粉末材料为原料，按照分层信息铺好一层粉末材料计算机控制喷头有选择性地喷射粘接剂，使部分粉末粘接形成截面层。一层完成后，工作台下降一个层厚，如此循环形成三维产品。 三快速成型技术的发展现状 3.1国外的快速成型技术的发展现状 这种为现代社会带来强大冲击和震撼的新技术起源于1988年，美国3D System 公司推出的SLA-250液态光敏树脂选择性固化成形机，标志着RP技术的诞生。目前，RP技术被广泛应用于各个领域，如航天航空、医疗、军工、艺术设计等领域，应用最为广泛的是航空零部件的快速制造，包括快速精铸技术、金属直接制造零部件、风洞模型的制造。 国外主要的航空企业都在应用RP技术研制新型航空器。例如，美国军用和商用航空发动机制造商Sundstrand公司使用RP技术制作新型燃气轮发动机进风口外壳原型（φ300×250，壁厚仅1.5），节省了4个多月的加工制造时间和超过8.8万美元的费用。 快速成型3d打印原理技术论文 3d打印快速成型技术 3D快速打印技术在近年来得到了快速发展，应用领域也在不断的增加。下面是为大家精心推荐的快速成型3d打印技术论文，希望能对大家有所帮助。 摘要：3D打印又称为增材制造，近年来得到了快速发展，应用领域不断增加。本文对3D打印的原理及应用现状进行了分析，对3D打印在教学领域的应用模式进行了探讨。 关键词：3D打印;应用现状;教学领域 1 引言 3D打印，又称为增材制造，是快速成型技术的一种，被誉为“第三次工业革命的重要标志”，以其“制造灵活”和“节约原材料”的特点在制造业掀起了一股浪潮。近年来，随着3D打印技术的逐步成熟、精确，打印材料种类的增加，打印价格的降低，3D打印得到了快速发展，应用领域不断增加，不仅在机械制造、国防军工、建筑等领域得到广泛应用，也逐渐进入了公众视野，走进学校、家庭、医院等大众熟悉的场所，在教育、生物医疗、玩具等行业也得到了广泛关注及应用，作为教育工作者，本文将在介绍3D打印的原理、优势、应用现状的基础上，重点探讨3D打印在教育领域的角色及应用模式。 2 3D打印概述 2.1 3D打印原理 3D打印(3D printing，又称三维打印)，是利用设计好的3D模型，通过3D打印机逐层增加塑料、粉末状金属等材料来制造三维产品的技术[1]。一般来说，通过3D打印获得物品需要经历建模、分割、打印、后期处理等四个环节[2]，其中3D虚拟模型，可以是利用扫描设备获取物品的三维数据，并以数字化方式生成三维模型，或者是利用AutoCAD等工程或设计软件创建的3D模型，有些应用程序甚至可以使用普通的数码照片来制作3D模型，比如123D Catch[3]。 2.2 3D打印的优势 与传统制造技术相比，3D打印不需事先制模，也不必铸造原型，大大缩短了产品的设计周期，减少了产品从研发到应用的时间，降低了企业因开模不当可能导致的高成本风险，使得特殊和复杂结构的模型的制作也变得相对简单，产品也更能凸显个性化。另外，3D打印是增材制造，使用金属粉或其他材料，使部件从无到有制造出来，大大减少了原材料和能源的消耗，生产上实行了结构优化。 快速成型技术的现状和发展趋势 1 快速成型技术的基本成型原理 近十几年来，随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈。尤其是计算机技术的迅速普遍和CAD/CAM技术的广泛应用，使得快速成型技术 (Rapid Prototyping简称RP)得到了异乎寻常的高速发展，表现出很强的生命力和广阔的应用前景。 传统的加工技术是采用去材料的加工方式，在毛坯上把多余的材料去除，得到我们想要的产品。而快速成型技术基本原理是:借助计算机或三维扫描系统构建目标零件的三维数字化模型,之后将该信息传输到计算机控制的机电控制系统,计算机将模型按一定厚度进行“切片”处理,即将零件的3D数据信息离散成一系列2D轮廓信息,通过逐点逐面的增材制造方法将材料逐层堆积,获得实体零件,最后进行必要的少量加工和热处理,使零件性能、尺寸等满足设计要求。。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。 目前，快速成形的工艺方法已有几十种之多，大致可分为7大类，包括立体印刷、叠层实体制造、选择性激光烧结、熔融沉积成型、三维焊接、三维打印、数码累积成型等。其基本的原理如下图所示。 图1 快速成型原理示意图 2 快速成型技术在产品开发中的应用 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。目前，交通大学机械学院，快速成型国家工程研究中心，教育部快速成型工程研究中心快速成 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。RP技术的实际应用主要集中在以下几个方面： 2.1 用于新产品的设计与试制。 （1）CAID应用: 工业设计师在短时间得到精确的原型与业者作造形研讨。 （2）机构设计应用: 进行干涉验证，及提早发现设计错误以减少后面模具修改工作。 （3）CAE功效:快速模具技术以功能性材料制作功能性模具，以进行产品功能性测试与研讨。 （4）视觉效果：设计人員能在短时间之便能看到设计的雛型，可作为进一步研发的基石。 （5）设计确认:可在短时间即可完成原型的制作，使设计人员有充分的时间对于设计的产品做详细的检证。 （6）复制于最佳化设计：可一次制作多个元件，可使每个元件针对不同的设计要求同时进行测试的工作，以在最短时间完成设计的最佳化。 （7）直接生产: 直接生产小型工具，或作为翻模工具 2.2 快速制模及快速铸造 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 2.3 机械制造 由于RP技术自身的特点，使得其在机械制造领域，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。2.4 医疗中的快速成形技术 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。 2.5 三维复制 快速成形制造技术多用于艺术创作、文物复制、数字雕塑等。 2.6 航空航天技术领域 航空航天产品具有形状复杂、批量小、零件规格差异大、可靠性要求高等特点，产品的定型是一个复杂而精密的过程，往往需要多次的设计、测试和改进，耗资大、耗时长，而快速成型技术以其灵活多样的工艺方法和技术优势而在现代航空航天产品的研制与开发中具有独特的应用前景。 定向凝固技术的研究进展 材料的使用性能是由其组织形态来决定的。因此．包括成分调整在内，人们通过控制材料的制备过程以获得理想的组织从而使材料具有所希望的使用性能，控制凝固过程已成为提高传统材料的性能和开发新材料的重要途径。定向凝固技术由于能得到一些具有特殊取向的组织和优异性能的材料，因而自它诞生以来得到了迅速的发展[1] ，目前已广泛地应用于半导体材料、磁性材料以及自身复合材料的生产[2-3] 。同时，由于定向凝固技术的出现，也为凝固理论的研究和发展提供了实验基础(由于理论处理过程的简单化)，因为在定向凝固过程中温度梯度和凝固速率这两个重要的凝固参数能够独立变化，从而可以分别研究它们对凝固过程的影响。此外，定向凝固组织非常规则，便于准确测量其形态和尺度特征。 本文评述了定向凝固技术的发展过程及其在材料的研究和制备过程中的应用，指出了传统定向凝固技术存在的问题和不足，并介绍了在此基础上新近发展起采的新型定向凝固技术及其应用前景。 1 传统的定向凝固技术 1.1 炉外结晶法(发热铸型法) [4] 所谓的炉外结晶法就是将熔化好的金属液浇入一侧壁绝热，底部冷却，顶部覆盖发热剂的铸型中，在金属液和已凝固金属中建立起一个自上而下的温度梯度，使铸件自上而下进行凝固，实现单向凝固。这种方法由于所能获得的温度梯度不大，并且很难控制，致使凝固组织粗大，铸件性能差，因此，该法不适于大型、优质铸件的生产。但其工艺简单、成本低，可用于制造小批量零件。 1.2 炉内结晶法 炉内结晶法指凝固是在保温炉内完成，具体工艺方法有： 1.2.1 功率降低法(PD法) [5] 将保温炉的加热器分成几组，保温炉是分段加热的。当熔融的金属液置于保温炉内后，在从底部对铸件冷却的同时，自下而上顺序关闭加热器，金属则自下而上逐渐凝固，从而在铸件中实现定向凝固。通过选择合适的加热器件，可以获得较大的冷却速度，但是在凝固过程中温度梯度是逐渐减小的，致使所能允许获得的柱状晶区较短，且组织也不够理想。加之设备相对复杂，且能耗大，限制了该方法的应用。 1.2.2 快速凝固法(HRS) [6] 为了改善功率降低法在加热器关闭后，冷却速度慢的缺点，在Bridgman晶体生长技术的基础上发展成了一种新的定向凝固技术，即快速凝固法。该方法的特点是铸件以一定的速度从炉中移出或炉子移离铸件，采用空冷的方式，而且炉子保持加热状态。这种方法由于避免了炉膛的影响，且利用空气冷却，因而获得了较高的温度梯度和冷却速度，所获得的柱状晶间距较长，组织细密挺直，且较均匀，使铸件的性能得以提高，在生产中有一定的应用。 1.2.3 液态金属冷却法(LMC法) [7] HRS法是由辐射换热来冷却的，所能获得的温度梯度和冷却速度都很有限。为了获得更高的温度梯度和生长速度。在HRS法的基础上，将抽拉出的铸件部分浸入具有高导热系数的高沸点、低熔点、热容量大的液态金属中，形成了一种新的定向凝固技术，即LMC法。这种方法提高了铸件的冷却速度和固液界面的温度梯度，而且在较大的生长速度范围内可使界面前沿的温度梯度保持稳定，结晶在相对稳态下进行，能得到比较长的单向柱晶。 常用的液态金属有Ga—In合金和Ga—In—Sn合金，以及Sn液，前二者熔点低，但价格昂贵，因此只适于在实验室条件下使用。Sn液熔点稍高(232℃)，但由于价格相对比较便宜，冷却效果也比较好，因而适于工业应用。该法已被美国、前苏联等国用于航空发动机叶片的生产[8] 。 快速凝固技术的研究进展 摘要：快速凝固技术是当材料科学与工程中研究比较活跃的领域之一，目前已成为一种金属材料潜在性能与开发新材料的重要手段。快速凝固技术得到的合金与常规合金有着不同的组织和结构特征，对材料科学和其它学科的理论研究以及开展实际生产应用起了重要的作用。介绍了快速凝固技术的原理和特点、主要方法和在实际中的应用和存在的问题。 关键词：快速凝固技术；合金；应用；存在问题 1 引言 随着对金属凝固技术的重视和深入研究，形成了许多种控制凝固组织的方法，其中快速凝固已成为一种具有挖掘金属材料潜在性能与发展前景的开发新材料的重要手段，同时也成了凝固过程研究的一个特殊领域[1]。过去常规铸造合金之所以会出现晶粒粗大，偏析严重、铸造性能差等缺陷的主要原因是合金凝固时的过冷度和凝固速度很小，这是由于它们凝固时的冷速很小而引起的。要消除铸造合金存在的这些缺陷，突破研制新型合金的障碍，核心是要提高熔体凝固时的过冷度，从而提高凝固速度，因此出现了快速凝固技术。 目前，快速凝固技术作为一种研制新型合金材料的技术已开始研究了合金在凝固时的各种组织形态的变化以及如何控制才能得到符合实际生活、生产要求的合金。着重于大的温度梯度和快的凝固速度的快速凝固技术，正在走向逐步完善的阶段。 2 快速凝固技术 1960年美国的Duwez等用铜辊快淬法，首次使液态合金在大于107K/S的冷却速度下凝固，在Cu—Si合金中发现了无限固溶的连续固溶体；在Ag—Ge合金中出现新的亚稳相；在Au—Si合金中形成非晶结构。在快速冷却所形成的亚稳结晶组织中，出现了一系列前所未见的重要的结构特征，表现出各种各样比常规合金优异的使用性能[2]。此后，快速凝固技术和理论得到迅速发展，成为材料科学与工程研究的一个热点。 快速凝固是指通过对合金熔体的快速冷却(≥104～106 K/s)或非均质形核被遏制，使合金在很大过冷度下，发生高生长速率(≥1～100 cm/s)凝固[3]。通过快速凝固技术获取的粉末和材料会具有特殊的性能和用途。由于它是一种非平衡的凝固过程[4]，详细的说就是凝固过程中的快冷、起始形核过冷度大，生长速率高，促使固液界面偏离平衡，生成亚稳相(非晶、准晶、微晶和纳米晶)，从 先进制造技术课程论文 ————快速成型技术 课程名称：先进制造技术 题目名称：快速成型技术 班级：20 级专业班姓名：dh 学号： 授课教师： 时间： 摘要：简介了快速成型技术的原理与特点，并阐述了快速成型技术的起源发展历程，分析了快速成型技术的研究现状及其推广应用情况，在此基础上根据快速成型技术的发展成果研究现状与市场需求展望了快速成型技术的未来发展趋势发展状况。 关键词：先进制造技术；快速成型技术; 发展历史；应用现状; 发展趋势； 引言：本文阐述了快速成型技术的基本概念,包括快速成型技术基本原理，工艺过程，总结了快速成型技术的方法和特点,快速成型技术在产品开发中的应用现状、最后展望了快速成型技术的未来发展趋势。 正文:制造业是现代国民经济和综合国力的重要支柱，其生产总值一般占一个国家国内生产总值的20%~55%。在一个国家的企业生产力构成中，制造技术的作用一般占60%左右。而先进制造技术扮演了极其重要的角色，先进机械制造技术不仅是衡量一个国家科技发展水平的重要标志，也是国际间科技竞争的重点。先进制造技术包罗万象，快速成型技术的出现和应用，代表着先进制造技术发展的高潮！ 《一》快速成型的基本原理 快速成形技术(Rapid Prototyping；RPM)又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)技术，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。与传统的机械切削加工，如车削、铣削等“材料减削”方法不同的是，“快速成型制造技术”是靠逐层融接增加材料来生成零件的，是一种“材料迭加”的方法，快速成型技术采用离散/堆积成型原理，根据三维CAD模型，对于不同的工艺要求，按一定厚度进行分层，将三维数字模型变成厚度很薄的二维平面模型。再将数据进行一定的处理，加入加工参数，在数控系统控制下以平面加工方式连续加工出每个薄层，并使之粘结而成形。实际上就是基于“生长”或“添加”材料原理一层一层地离散叠加，从底至顶完成零件的制作过程。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》快速成型的工艺过程 （1）三维模型的构造：按图纸或设计意图在三维CAD设计软件中设计出该零件的CAD实体文件。一般快速成型支持的文件输出格式为STL模型，即对实体曲面做近似的所谓面型化处理，是用平面三角形面片近似模型表面。以简化CAD模型的数据格式。便于后续的分层处理。由于它在数据处理上较简单，而且与CAD系统无关，所以很快发展为快速成型制造领域中CAD系统与快速成型机之间数据交换的标准，每个三角面片用四个数据项表示。即三个顶点坐标和一个法向矢量，整个CAD模型就是这样一个矢量的集合。在一般的软件系统中可以通过调整输出精度控制参数，减小曲面近似处理误差。如Pre/1E软件是通过选定弦高值(ch-chordheight)作为逼近的精度参数。 （2）三维模型的离散处理（切片处理）：在选定了制作(堆积)方向后，通过专用的分层程序 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。 ４）技术高度集成性。RP技术是计算机、数控、激光、材料和机械等技术的综合集成。CAD技术通过计算机进行精确的离散运算和繁杂的数据转换，实现零件的曲面或实体造型，数控技术为高速精确的二维扫描提供必要的基础，这又是以精确高效堆积材料为前提的，激光器件和功率控制技术使材料的固化、烧结、切割成为现实。快速扫描的高分辨率喷头为材料精密堆积提供了技术保证术产生背景。 ５）快速响应性。快速原型零件制造从CAD设计到原型 (或零件 )的加工完毕，只需几个小时至几十个小时，复杂、较大的零部件也可能达到几百小时，但从总体上看，速度比传统成形方法要快得多。尤其适合于新产品的开发，RP技术已成为支持并行工程和快速反求设计及快速模具制造系统的重要技术之一 定向凝固技术及其应用 1.定向凝固理论基础及方法 定向凝固又称定向结晶，是指金属或合金在熔体中定向生长晶体的一种方法。定向凝固技术是在铸型中建立特定方向的温度梯度，使熔融合金沿着热流相反的方向，按要求的结晶取向进行凝固铸造的工艺。它能大幅度地提高高温合金综合性能。定向凝固的目的是为了使铸件获得按一定方向生长的柱状晶或单晶组织。定向凝固铸件的组织分为柱状、单晶和定向共晶3种。要得到定向凝固组织需要满足的条件，首先要在开始凝固的部位形成稳定的凝固壳，凝固壳的形成阻止了该部位的型壁晶粒游离，并为柱状晶提供了生长基础，该条件可通过各种激冷措施达到。其次，要确保凝固壳中的晶粒按既定方向通过择优生长而发展成平行排列的柱状晶组织，同时，为使柱状晶的纵向生长不受限制，并且在其组织中不夹杂有异向晶粒，固液界面前方不应存在生核和晶粒游离现象。这个条件可通过下述措施来满足：（1）严格的单向散热。要使凝固系统始终处于柱状晶生长方向的正温度梯度作用下，并且要绝对阻止侧向散热，以避免界面前方型壁及其附近的生核和长大。（2）要有足够大的液相温度梯度与固液界面向前推进速度比值以使成分过冷限制在允许的范围内。同时要减少熔体的非均质生核能力，这样就能避免界面前方的生核现象，提高熔体的纯净度，减少因氧化和吸氧而形成的杂质污染，对已有的有效衬底则通过高温加热或加入其他元素来改变其组成和结构等方法均有助于减少熔体的非均质生核能力。（3）要避免液态金属的对流。搅拌和振动，从而阻止界面前方的晶粒游离，对晶粒密度大于液态金属的合金，避免自然对流的最好方法就是自下而上地进行单向结晶。当然也可以通过安置固定磁场的方法阻止其单向结晶过程中的对流。从这三个条件我们可以推断，为了实现定向凝固，在工艺技术上必须采取措施避免侧向散热，同时在靠近固液界面的熔体中维持较高的温度梯度。 定向生长理论和它的应用很大程度上取决于先进定向凝固技术。自从Bridgman和Stockbarger在20世纪20年达提出奠定了现代定向凝固和单晶生长技术基础的Bridgman定向凝固技术，定向凝固就被广泛运用于制备各种结构和功能材料。定向凝固技术最大的一个成果之一就是涡轮叶片的生产，这直接促进了高温合金材料设计上的巨大进步。自从这个突破后，一系列的定向凝固技术，比如：快速凝固技术（HRS），液态金属冷却（LMC）等可以提高定向凝固组织都发展起来。如今，定向凝固理论是一种重要的材料制备方法和一种研究凝固现象的有利工具。因此，研究和开发新的定向凝固方法吸引了世界范围内的材料工程师和科学家。 定向凝固方法主要有以下几种： （1）发热剂法。将型壳置于绝热耐火材料箱中，底部安放水冷结晶器。型壳中浇入金属液后，在型壳上部盖以发热剂，使金属液处于高温，建立自下而上的 凝固条件。由于无法调节凝固速率和温度梯度，因此该法只能制备晓得柱状 晶铸件。 （2）功率降低法。铸型加热感应圈分两段，铸件在凝固过程中不移动。当型壳被预热到一定过热度时，向型壳中浇入过热金属液，切断下部电源，上部继续 加热。温度梯度随着凝固距离的增大而不断减少。 （3）快速凝固法。与功率降低法的主要区别是铸型加热器始终加热，在凝固时铸件与加热器之间产生相对移动。另外，在热区底部使用辐射挡板和水冷套。 在挡板附近产生较大的温度梯度。与功率降低法相比，该法可大大缩小凝固 快速成型3d打印原理技术论文 快速成型3d打印技术论文篇一：《试论3D打印技术》 摘要：3D打印又称为增材制造，近年来得到了快速发展，应用领域不断增加。本文对3D打印的原理及应用现状进行了分析，对3D打印在教学领域的应用模式进行了探讨。 关键词：3D打印;应用现状;教学领域 1 引言 3D打印，又称为增材制造，是快速成型技术的一种，被誉为“第三次工业革命的重要标志”，以其“制造灵活”和“节约原材料”的特点在制造业掀起了一股浪潮。近年来，随着3D打印技术的逐步成熟、精确，打印材料种类的增加，打印价格的降低，3D打印得到了快速发展，应用领域不断增加，不仅在机械制造、国防军工、建筑等领域得到广泛应用，也逐渐进入了公众视野，走进学校、家庭、医院等大众熟悉的场所，在教育、生物医疗、玩具等行业也得到了广泛关注及应用，作为教育工作者，本文将在介绍3D打印的原理、优势、应用现状的基础上，重点探讨3D打印在教育领域的角色及应用模式。 2 3D打印概述 2.1 3D打印原理 3D打印(3D printing，又称三维打印)，是利用设计好的3D模型，通过3D打印机逐层增加塑料、粉末状金属等材料来制造三维产 品的技术[1]。一般来说，通过3D打印获得物品需要经历建模、分割、打印、后期处理等四个环节[2]，其中3D虚拟模型，可以是利用扫描设备获取物品的三维数据，并以数字化方式生成三维模型，或者是利用AutoCAD等工程或设计软件创建的3D模型，有些应用程序甚至可以使用普通的数码照片来制作3D模型，比如123D Catch[3]。 2.2 3D打印的优势 与传统制造技术相比，3D打印不需事先制模，也不必铸造原型，大大缩短了产品的设计周期，减少了产品从研发到应用的时间，降低了企业因开模不当可能导致的高成本风险，使得特殊和复杂结构的模型的制作也变得相对简单，产品也更能凸显个性化。另外，3D打印是增材制造，使用金属粉或其他材料，使部件从无到有制造出来，大大减少了原材料和能源的消耗，生产上实行了结构优化。 2.3 3D打印的应用现状 近年来，3D打印得到了快速发展，几乎应用于各个领域。在模具加工和机械制造领域，使用3D打印相对快速地进行模具的设计与定制，打印复杂形状的各种零件，打印具有足够强度的个性化几何造型的物件。在航空航天、国防军工领域，3D打印应用于外形验证、关键零部件的原型制造、直接产品制造等方面。如空客公司从打印飞机小部件开始，逐步发展，计划在2050年左右打印出整架飞机。生物医疗领域，医学工作者利用3D打印技术打印出患者的心脏模型，缺损下颌骨模型，患者外伤性脑内血肿颅脑模型等，用于辅助诊断并制定术前手术方案，降低了手术难度，减少了手术时间，为患者带来 材料成型新技术报告 学生姓名：学号： 学院：材料学院 班级：成型093 题目：连续定向凝固技术 2012 年 11月 连续定向凝固技术 绪论 金属的凝固，从传热学的角度是液态金属转变为固态的过程；从物理化学、金属学的观点就是结晶，即：形核和生长。形核过程对金属材料晶粒的大小起着至关重要的作用；晶体生长关系到凝固后微观组织的形态，由于组成金属材料的晶体形态与金属材料的性质有关，如何控制晶体生长已成为控制金属材料性能的重要手段。凝固组织的控制包括两方面的内容：(l)凝固组织形态的选择(2)控制凝固组织的尺寸、间距。 材料的使用性能是由其组织形态来决定的。因此，包括调整成分在内，人们通过控制材料的制备过程以获得理想的组织从而使材料具有所希望的使用性能，控制凝固过程己成为提高传统材料的性能和开发新材料的重要途径。定向凝固技术由于能得到一些具有特殊取向的组织和优异性能的材料，因而自它诞生以来得到了迅速的发展。同时，由于定向凝固技术的出现，也为凝固理论的研究和发展提供了实验基础，因为在定向凝固过程中温度梯度和凝固速率这两个重要的凝固参数能够独立变化，从而可以分别研究它们对凝固过程的影响。此外，定向凝固组织非常规则，便于准确测量其形态和尺度特征。 定向凝固技术是控制晶体生长、研究晶体生长行为最有效的方法，实现定向凝固的总原则为金属熔体中的热量严格的按单一方向导出，使金属或合金按柱状晶或单晶的方式生长。金属熔体在凝固过程中，为了达到单一方向生长为柱状晶的目的，除满足上述总原则外，还必须满足以下两个条件：一是凝固过程中固液界面保持为平面，在界面前沿保持足够高的温度梯度，并且使此温度梯度与柱状晶生长速度的比值足够大；二是未凝固的液体有足够的过热度，避免型壁形核，防止型壁上形成的晶体脱落形成等轴晶的核心。 定向凝固的发展历程 定向凝固过程的理论研究的出现是在1953年，那是Charlmers及其他的同事们在 快速成形技术应用现状及发展趋势 班级2011级车辆3班 学号20111529 姓名刘琳娜 摘要: 近十几年来，随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈。尤其是计算机技术的迅速普遍和CAD/CAM技术的广泛应用，使得RP技术得到了异乎寻常的高速发展，表现出很强的生命力和广阔的应用前景。快速成形技术发展至今，以其技术的高集成性、高柔性、高速性而得到了迅速发展。目前，快速成形的工艺方法已有几十种之多，其中主要工艺有五种基本类型：光固化成形法（SLA）、分层实体制造法（LOM）、选择性激光烧结法（SLS）、熔融沉积制造法（FDM）和三维打印（3DP）。 关键词: 快速成形技术特点优缺点应用现状发展趋势 引言：本文阐述了快速成形技术的基本概念, 总结了快速成形技术的方法、特点和优缺点,快速成形技术在产品开发中的应用现状，最后展望了快速成形技术的未来发展趋势。 一、快速成形技术的原理 快速成形技术(Rapid Prototyping；RPM)又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)技术，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，通过快速成形机，将一层层的材料堆积成实体原型。 二、快速成形技术特点 1.快速性 通过STL格式文件, 快速成形制造系统几乎可以与所有的CAD造型系统无缝连接, 从CAD模型到完成原型制作通常只需几小时到几十小时,可实现产品开发的快速闭环反馈。以快速原型为母模的快速模具技术, 能够在几天内制作出所需材料的实际产品, 而通过传统的钢制模具制作,至少需要几个月的时间。 2.高度集成化 快速成形技术实现了设计与制造的一体化。在快速成形工艺中, 计算机中的CAD模型数据通过接口软件转化为可以直接驱动快速成形设备的数控指令, 快速成形设备根据数控指令完成原形或零件的加工。 3.与工件复杂程度无关 快速成形技术由于采用分层制造工艺, 将复杂的三维实体离散成一系列层片加工和加工层片之叠加, 大大简化了加工过程。它可以加工复杂的中空结构且不存在三维加工中刀具干涉的问题,理论上可以制造具有任意复杂形状的原形和零件。 4.高度柔性 基于激光快速成型技术的金属快速成型技术 摘要:文章详细介绍了金属粉末快速成型的研究现状 ,分析了金属粉末选择性激光烧结的工艺特点,对这些工艺的影响因素进行了讨论。 关键词：选区激光烧结;金属零件;影响因素。 引言 快速制造 (Rapid Manufacturing) 金属零件一直受到国内外的广泛重视 , 是当今快速成型领域的一个重要研究方向。到目前为止 ,用于直接成型金属材料、制备三维金属零件的技术主要有激光近形制造与金属粉末的选择性激光烧结技术。激光近形制造(LENS) ,又称激光熔覆制造或熔滴制造 ,它将激光熔覆工艺与激光快速成型技术相结合 , 利用激光熔覆工艺逐层堆积累加材料，形成具有三维形状的三维结构。在该方面 ,美国的Aeromet、德国的汉诺威激光中心以及清华大学激光加工研究中心等均进行了大量的研究 , 并得到了具有一定形状的三维实体零件。有异于激光近形制造 ,选择性激光烧结则有选择地逐层烧结固化粉末金属得到三维零件。在这一领域，美国的DTM丶德国的汉诺威激光中心等进行了多元金属的烧结研究。就选区激光烧结(SelectiveLaser Sintering , SLS)而言 ,根据成型用金属粉末的不同 , 人们又开发出多种工艺途径来实现金属零件的烧结成型 ,主要有三种途径:一是利用金属粉末与有机粘结剂粉末共混粉体的间接烧结，金属粉末与有机粘结剂粉末均匀共混，烧结中，低熔点的粘结剂粉末熔化并将高熔点的金属粉末粘结，形成原型(“绿件”)，经后处理，烧失粘结剂，形成“褐件”，最后通过金属熔渗工艺得到致密的金属件；二是利用金属混合粉末的直接烧结 , 其中一种粉末具有较低的熔点(如铜粉) ,另一种粉末熔点较高 (如铁粉) ,烧结中低熔点的金属粉末铜熔化并将难熔的铁粉粘结在一起 , 这种方法同样需要较大功率激光器；三是利用单一成分金属粉末的直接烧结,这种方法目前主要用于低熔点金属粉末的烧结，对熔点高的金属粉末，需采用大功率激光器。本文分别对上述的间接和直接烧结成型工艺进行了初步的研究。 1 SLS的烧结原理 激光选择性烧结快速成型技术是使用激光束熔化或烧结粉末材料 ,利用分层的思想 ,把计算机中的 CAD 模型直接成型为三维实体零件。它的创新之处在于将激光、光学、温度控制和材料相联系。SLS烧结原理如图1所示，烧结过程可分为三部分: (1)首先在粉体床上铺一薄层粉体 , 并压实 , 可以根据需要 ,在激光烧结前进行预热; (2)激光照射粉体层 ,烧结粉体，形成所设计零件一层的形状；(3) 粉体床下降一个薄层厚度的距离;重复上面的过程 ,直到原型零件完成。 SLS对粉末烧结的明显优势在于: (1) 和其它的加工方法比较，能获得优良的材料性能，同时，它的加工材料范围比较宽 (聚合物、金属、陶瓷、铸造砂等)；(2) 易于实现液相烧结 , 烧结周期比较短; (3) 比传统的烧结方法更易得到密实的以粉末金属为原料的产品；(4)工艺比较简单 , 烧结路线、烧结温度便于控制。 快速成型技术的发展和应用 摘要：科技飞速发展的今天，人类对制造业也提出了更高的要求，行业竞争也日趋激烈。 快速成型技术也应运而生，并且展现了它强大的生命力和广阔的应用前景。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。 The rapid development of science and technology today, the human is put forward higher requirements on manufacturing, industry competition is increasingly fierce. Rapid prototyping technology also arises at the historic moment, and shows its strong vitality and broad application prospects. At present, the modelling of rapid prototyping technology has been in the industry, machinery manufacturing, aerospace, military, architecture, film and television, home appliances, light industry, medicine, archaeology, cultural art, sculpture, jewelry, and other fields has been widely used. And with the development of the technology itself, and will continue to expand its application field. 关键词：快速成型，堆积法，高集成性、高柔性、高速性，自动、直接、快速、精确。 前言： 21世纪是以知识经济和信息社会为特征的时代，随着科学技术的发展和社会需求的多样化，全球统一市场和经济全球化的逐步形成，产品的竞争更加激烈。在工业化的国家中，60%—80%的财富是由制造业提供的。制造业是衡量一个国家实力水平的重要标志之一，也是创造社会财富和国民经济赖以生存发展的重要支柱产业。 现代制造已不仅仅是机械制造，而且具有大制造，全过程，多科学的新特点。大制造应包括机电产品的制造，工业流程制造，材料科学制造等等，所以它是一个广义的制造概念。 我国在先进制造技术方面和国外有比较大的差距，特别是我国制造业的自动化，信息化水平不高。大力发展和应用先进制造技术，勇气改造传统产业和形成高技术，提升我国制造业得产业结构，产品结构和组织结构，增强其技术创新能力，产品开发，和市场竞争能力。是制造业，特别是机械制造业走出困局的关键性措施。这样才能保证我们世界工厂地位的确立，实现由制造业大国向制造业强国的转变。 快速成型技术的诞生 快速成型技术作为一个专用名词在20世纪80年代末期，美国为了加强其制造业的竞争力与促进国民经济的增长，根据其制造业面临的挑战与机遇，并对其制造业存在的问题进行深刻反省提出来的。快速成型技术是集成制造技术，电子技术，信息技术，自动化技术，能源晕技术，材料科学以及现在管理技术等众多技术的交叉，融合和渗透而发展起来的，涉及到制造业中的产品设计，加工装配，检验测试，经营管理等产品生命周期全过程，已实现优质，高效，低耗，清洁，灵活生产，提高对动态多变，细分的市场的适应能力和竞争能力的一项综合技术。 快速成型技术是顺应这一潮流而出现的先进制造技术，它能自动，直接，快速，精确的将设计思想物转化具有一定功能的原型或直接制造零件，快速成型技术是先进制造技术的重要组成部分，也是制造技术在制造理论的一次革命性飞跃，快速成型技术目前在美国，欧洲，日本等地已被广泛应用，受到制造业界及各类用户的普遍重视。 世界上第一台快速成形机于自1988年诞生于美国。快速成型制造技术是国外20世纪80年 材料成型技术 课程论文 题目：熔融沉积制造-FDM 系（部）： 专业： 学生姓名：学号： 完成时间：201 年月日 前言 快速成型技术(Rapid Prototyping)是 20 世纪80年代中后期发展起来的一项新型的造型技术。RP技术是将计算机辅助设计(CAD) 、计算机辅助制造(CAM) 、计算机数控技术(CNC) 、材料学和激光结合起来的综合性造型技术。RP经过十多年的发展 ,已经形成了几种比较成熟的快速成型工艺光固化立体造型( SL —Stereo lithography) 、分层物体制造(LOM —Laminated Object Manufacturing)选择性激光烧结(SLS—Selected Laser Sintering)和熔融沉积造型( FDM —Fused Deposition Modeling)等。这四种典型的快速成型工艺的基本原理都是一样的 ,但各种方法各有其特点。FDM （Fused Deposition Modeling）工艺是由美国学者Scott Crump于1988年研制成功，其后由Stratasys公司推出商品化的3D Modeler 1000、1100和FDM 1600、1650等系列产品。后来清华大学研究开发出了与其工艺原理相近的MEM（Melted Extrusion Modeling）工艺及系列产品。[1]目前，FDM工艺已经广泛应用于汽车领域，如车型设计的检验设计、空气动力评估和功能测试；也被广泛应用于机械、航空航天、家电、通信、电子、建筑、医学、办公用品、玩具等产品的设计开打过程，如产品外观评估、方案选择、装配检查、功能测试、用户看样订货、塑料件开模前检验设计以及少量产品制造等。用传统方法需机几个星期、几个月才能制造的复杂产品原型，用FDM成型法无需任何道具和模具，可快速完成。计算机辅助设计---小论文
快速成型技术的发展与应用
快速成型3d打印原理技术论文 3d打印快速成型技术
快速成型技术的现状和发展趋势
定向凝固技术的研究进展
快速凝固技术
先进制造技术之快速成型技术论文
(整理)快速成型技术的应用与发展前景
定向凝固技术及其应用
快速成型3d打印原理技术论文
材料成型新技术——连续定向凝固技术 - 副本
制造工艺论文
快速成型技术及应用论文
快速成型技术的发展和应用
材料成型技术论文