先进制造技术02(2)
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先进制造技术——先进制造技术概述
先进制造技术——先进制造技术概述
先进制造技术（Advanced Manufacturing Technology）是指应用现
代信息技术与自动控制技术，以提高制造质量、降低成本、提高制造效率
的先进制造技术。
先进制造技术是当今世界制造业发展的关键驱动力，它
为进行高性能、低成本、节能、环保的高端制造提供了重要基础。
计算机辅助设计（CAD）是将计算机应用于设计制造过程中，利用计
算机系统对产品尺寸、外观、性能和结构等进行精确的描述和分析，进而
实现一个从设计到制造的连续系统。
CAD设计后生成的结果可用于数控加
工等制造技术。
计算机辅助制造（CAM）是指将计算机系统用于制造设备的程序控制，实现自动化制造。
CAM可以有效地将CAD系统设计的参数传输到制造设备，改变设备的控制方式，从而提高制造质量和效率。
快速制造（Rapid Manufacturing）是指利用数字技术和数字控制技术，运用计算机控制的设备，将设计好的模型及成型模具精准快速地制造
出成品的新型制造技术。
先进制造技术在制造业中的创新应用案例分享
案例一：某跨国企业运用物联网技术对全球范围内的物流运输进行实时监控，确保 了货物的安全运输，减少了物流损失。
案例二：某大型零售商通过物联网技术对库存进行精细化管理，实现了库存水平的 实时监控和预测，降低了库存成本，提高了资金的利用效率。
这些应用案例表明，物联网技术在制造业中具有广泛的应用前景，能够推动制造业 的转型升级，提升企业的竞争力和可持续发展能力。
机器人通过视觉系统对电子产品 进行外观检测和性能测试，确保
产品质量。
仓储与物流管理
机器人实现电子产品的自动分拣 、搬运和存储，提高仓储管理效
率。
机器人技术在食品制造业的应用案例
自动化生产线
机器人在食品生产线上完成食品的切割、搅拌、包装等工序，确 保生产过程的卫生和效率。
食品检测与安全监控
机器人利用先进的检测技术对食品原料、半成品和成品进行质量与 安全检测，保障食品安全。
减少材料浪费：通过精 确的计算机辅助设计， 可以减少原材料的使用 ，降低生产成本。
缩短生产周期：3D打印 技术简化了传统制造流 程，缩短了从设计到生 产的时间。
3D打印技术在汽车制造业的应用案例
01
02
03
零部件生产
利用3D打印技术，汽车制 造商可以快速、精确地生 产出复杂的零部件，提高 生产效率。
先进制造技术的发展趋势
要点一
总结词
数字化、智能化、绿色化。
要点二
详细描述
随着科技的不断进步，先进制造技术也在不断发展和升级 。未来，它将更加注重数字化、智能化和绿色化。数字化 技术可以实现制造过程的信息化和可视化，提高制造精度 和效率；智能化技术可以实现自主决策和自适应控制，提 高制造系统的灵活性和适应性；绿色化技术可以实现资源 节约和环境保护，促进制造业的可持续发展。
案例二：某大型零售商通过物联网技术对库存进行精细化管理，实现了库存水平的 实时监控和预测，降低了库存成本，提高了资金的利用效率。
这些应用案例表明，物联网技术在制造业中具有广泛的应用前景，能够推动制造业 的转型升级，提升企业的竞争力和可持续发展能力。
机器人通过视觉系统对电子产品 进行外观检测和性能测试，确保
产品质量。
仓储与物流管理
机器人实现电子产品的自动分拣 、搬运和存储，提高仓储管理效
率。
机器人技术在食品制造业的应用案例
自动化生产线
机器人在食品生产线上完成食品的切割、搅拌、包装等工序，确 保生产过程的卫生和效率。
食品检测与安全监控
机器人利用先进的检测技术对食品原料、半成品和成品进行质量与 安全检测，保障食品安全。
减少材料浪费：通过精 确的计算机辅助设计， 可以减少原材料的使用 ，降低生产成本。
缩短生产周期：3D打印 技术简化了传统制造流 程，缩短了从设计到生 产的时间。
3D打印技术在汽车制造业的应用案例
01
02
03
零部件生产
利用3D打印技术，汽车制 造商可以快速、精确地生 产出复杂的零部件，提高 生产效率。
先进制造技术的发展趋势
要点一
总结词
数字化、智能化、绿色化。
要点二
详细描述
随着科技的不断进步，先进制造技术也在不断发展和升级 。未来，它将更加注重数字化、智能化和绿色化。数字化 技术可以实现制造过程的信息化和可视化，提高制造精度 和效率；智能化技术可以实现自主决策和自适应控制，提 高制造系统的灵活性和适应性；绿色化技术可以实现资源 节约和环境保护，促进制造业的可持续发展。
先进制造技术 第2版 教学课件 ppt 作者 王隆太 第2章
段，开发出具有创新性的产品。 4）计算机化 应用计算机快捷的数值计算功能、严密的逻辑推理能力和
巨大的信息存储及处理能力，弥补了人不足。 5）并行化、最优化、虚拟化和自动化
--并行化 在产品设计阶段综合考虑产品全生命周期中的所有因素。 --最优化 对产品进行方案优选、结构优选和参数优选，实现系统整体
性能最优化。 --虚拟化 利用虚拟现实技术，在虚拟环境下评估产品性能。 --自动化 应用CAD/CAM等工具，完成建模、分析、测试、评价任务。 6）主动性 对产品全生命周期各种性能作出准确预测，及早发现产品潜
--技术设计 将产品功能原理化为具体机械结构，决定产品最终形态 和性能。
--施工设计 指零部件和产品工程图绘制以及工艺文件和说明书编写。 2）逻辑维 设计过程中解决问题的逻辑步骤。
--分析 明确设计任务，是解决设计问题的前提； --综合 是探求解决方案的创新过程，可采用抽象、发散、逆向等思维
方法寻求尽可能多的方案解； --评价 对多种方案进行比较和评定，对方案不断进行调整和改进，直
3）支撑技术 为设计过程的信息处理、加工、推理与验证提供支撑。 --现代设计方法学：包括系统设计、功能设计、模块化设计、价值工程、 反求工程、绿色设计、模糊设计等； --可信性设计：包括可靠性设计、安全性设计、动态设计、疲劳设计、 耐腐蚀设计、耐环境设计等； --设计试验技术：包括性能试验、可靠性试验、仿真试验和虚拟试验等。
• 等式约束： hv ( X ) 0
v 1， 2， ， p n
x2
• 可行域：指设计变量所允许取值 的设计空间，即在该区域内满足 设计约束条件；
g（X）>0 非可行域
• 而非可行域：不允许设计变量取 值的空间。
g（X）<0
巨大的信息存储及处理能力，弥补了人不足。 5）并行化、最优化、虚拟化和自动化
--并行化 在产品设计阶段综合考虑产品全生命周期中的所有因素。 --最优化 对产品进行方案优选、结构优选和参数优选，实现系统整体
性能最优化。 --虚拟化 利用虚拟现实技术，在虚拟环境下评估产品性能。 --自动化 应用CAD/CAM等工具，完成建模、分析、测试、评价任务。 6）主动性 对产品全生命周期各种性能作出准确预测，及早发现产品潜
--技术设计 将产品功能原理化为具体机械结构，决定产品最终形态 和性能。
--施工设计 指零部件和产品工程图绘制以及工艺文件和说明书编写。 2）逻辑维 设计过程中解决问题的逻辑步骤。
--分析 明确设计任务，是解决设计问题的前提； --综合 是探求解决方案的创新过程，可采用抽象、发散、逆向等思维
方法寻求尽可能多的方案解； --评价 对多种方案进行比较和评定，对方案不断进行调整和改进，直
3）支撑技术 为设计过程的信息处理、加工、推理与验证提供支撑。 --现代设计方法学：包括系统设计、功能设计、模块化设计、价值工程、 反求工程、绿色设计、模糊设计等； --可信性设计：包括可靠性设计、安全性设计、动态设计、疲劳设计、 耐腐蚀设计、耐环境设计等； --设计试验技术：包括性能试验、可靠性试验、仿真试验和虚拟试验等。
• 等式约束： hv ( X ) 0
v 1， 2， ， p n
x2
• 可行域：指设计变量所允许取值 的设计空间，即在该区域内满足 设计约束条件；
g（X）>0 非可行域
• 而非可行域：不允许设计变量取 值的空间。
g（X）<0
先进制造技术在工程机械行业的应用
一、先进制造技术概述
先进制造技术是指不断融入计算机、自动化、网络信息化等高新技术，通过不 断改进制造工艺和生产设备，以提高生产效率、降低能耗、优化产品质量的一 系列技术。主要包括计算机辅助设计、计算机辅助制造、数控技术、机器人技 术、3D打印技术等。
二、先进制造技术在工程机械行 业的应用
1、数字化设计：通过采用计算机辅助设计（CAD）等软件，进行机械零件的结 构设计、力学分析、模拟装配等过程，以提高设计效率和准确性。同时，数字 化设计还方便对设计进行优化和迭代，缩短产品开发周期。
参考内容
随着科技的飞速发展，先进制造技术已经成为全球机械制造业的重要支柱。在 这篇文章中，我们将深入探讨先进制造技术在我国机械制造业中的应用情况。
首先，了解一下先进制造技术的背景和意义。先进制造技术是指在不断发展的 科技环境下，将信息技术、材料科学、生物科学等领域的前沿成果融合于机械 制造业中的一系列高新技术。这些技术的引入，使得机械制造业从传统的手工 制造逐渐向自动化、智能化方向转型。在我国，机械制造业作为重要的支柱产 业，先进制造技术的引入对提升产业竞争力、促进经济发展具有重大意义。
总之，先进制造技术在我国机械制造业中的应用具有重要的意义。它不仅能提 升企业的生产能力和市场竞争力，还能推动整个产业的转型升级。未来，我国 机械制造业应继续先进制造技术的发展趋势，加大投入力度，以实现产业的持 续发展和进步。还需要积极应对先进制造技术在应用过程中所面临的挑战，如 技术更新迅速、专业人才短缺等，以推动我国机械制造业的健康发展。
总结
先进制造技术在工程机械行业的应用已经成为趋势，它不仅提高了生产效率和 产品质量，还降低了能耗和成本，为企业创造更多商机。未来，随着物联网、、 增材制造等技术的不断发展，工程机械行业的制造技术将更加先进、高效和环 保。这些技术的应用将进一步巩固工程机械行业的地位，并为行业的可持续发 展注入新的活力。因此，先进制造技术在工程机械行业的应用具有重要意义和 广阔的前景。
先进制造技术02章节
2. 光栅扫描法
对于任一层片，先沿Y方向扫描固化，再沿X方向扫描固化。 研究表明，固化期间扭曲变形的程度与零件内部未固化树脂所占体积有关。 光栅扫描的基本思想是尽可能地减少零件内部的未固化树脂。
第二章 加工域活动中的先进工艺
3. STAR-WEAVE扫描法
这种扫描法的扫描路线为分形曲线，故又称为分形扫描路径。 当分形曲线的维数为2时，曲线可充满平面，生成非自交、简单且自相似的 结构，具有递归性，易于计算机处理。 分形扫描路径都是小折线，扫描方向在不断改变，使得刚刚烧过的部分沿扫 描方向能够自由收缩。所以零件内部应力较小，变形也小。
优点：
SLA工艺 的特点
由于紫外激光波长短，可以得到很小的 聚焦光斑，从而得到较高的尺寸精度。 缺点： 有时需要辅助支撑结构；翘曲变形大； 成本较高；材料有污染。
第二章 加工域活动中的先进工艺
第二章 加工域活动中的先进工艺
第二章 加工域活动中的先进工艺
2. 选择性激光烧结（selective laser sintering, SLS）
第二章 加工域活动中的先进工艺
③LEAF格式 LEAF（layer exchange ASCII format）格式采用二叉树形式表示整个实体模 型的分层 。基于CSG（Constructive Solid Geometry ）模型的切片几乎都能直接 在LEAF中表达，但该数据格式十分复杂。
④SLC格式 SLC（stereo lithography contour）是一个二维半的实体轮廓模型，由Z方向 上一系列逐步上升的横截面组成。SLC算法比较复杂，所需时间长。
SLS技术是C.R.Deckard于1989年研制成功，1992年由DTM公司推出商品化 产品。SLS原理与SLA十分相似，其主要区别是SLS使用的是粉末状的材料。 目前，可用于SLS技术的材料有四类：金属类、陶瓷类、塑料类和复合材料 类。 SLS采用二氧化碳类红外激光对已预热（或未预热）的粉末一层层地扫描加 热，使其达到烧结温度，最后烧结出由金属或塑料制成的立体结构。
先进制造技术与系统
降低制造成本
通过优化生产流程、减少浪费 等方式，降低制造成本，提高 企业盈利能力。
增强企业竞争力
通过快速响应市场需求、个性 化定制等方式，增强企业的市 场竞争力。
应用领域举例
航空航天
先进制造技术在航空航天领域的应用主要体现在高精度加 工、复合材料制造等方面，如飞机发动机叶片的加工、航 空座椅的制造等。
协作机器人技术
协作机器人具有安全、易用和灵活的特点，能够与人协同作业，提 高生产灵活性。
机器人智能感知与决策
通过搭载传感器和智能算法，机器人能够实现对周围环境的感知和 自主决策，提高生产智能化水平。
04 智能制造发展趋势预测
数字化双胞胎概念引入
01 02
数字化双胞胎定义
利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、 多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应 的实体装备的全生命周期过程。
人才短缺问题突出
高素质、高技能人才的短缺制约了先 进制造技术的快速发展和应用。
智能化水平有待化和 智能化水平。
未来发展趋势预测及建议
趋势一
数字化与网络化融合：随着互联网、大数据等技术的不断发展，先进制造技术将实现数字 化与网络化的深度融合，推动制造业向智能化、服务化转型。
电子信息
先进制造技术在电子信息领域的应用主要体现在微型化、 高精度加工等方面，如手机零部件的加工、集成电路的制 造等。
汽车制造
先进制造技术在汽车制造领域的应用主要体现在柔性化生 产、智能制造等方面，如汽车车身的焊接、涂装等自动化 生产线。
生物医疗
先进制造技术在生物医疗领域的应用主要体现在医疗器械 的制造、生物材料的加工等方面，如人工关节的制造、生 物芯片的加工等。
先进制造技术 第2章 高速切削技术2-1
萨洛蒙在l924一1931年间，进行了一系列的高速切削实验： 在非黑色金属材料，如铝、铜和青铜上，用特大直径的刀 盘进行锯切，最高实验的切削速度曾达到14000m／min， 在各种进给速度下，使用了多达20齿的螺旋铣刀。l931年 申请了“超极限速度”专利，随后卖给了“Krupp钢与工 具制造厂”。 萨洛蒙和他的研究室实际上完成了大部分有色金属的切削 试验研究，并且推断出铸铁材料和钢材的相关曲线。 萨洛蒙理论提出了一个描述切削条件的区域或者是范围， 在这个区域内是不能进行切削的。萨洛蒙没有提出可靠的 理论解释，而且他的许多实验细节也没有人知道。
刀具磨损曲线
三、高速切削切屑形成
高速切削试验表明，工件材料及 性能对切屑形态 有决定性影响。
低硬度和高热物理性能的工件材料（铝合金、低碳钢、未 淬硬钢等）易形成连续带状切屑。 高硬度和低热物理性能的工件材料（钛合金钢、未淬硬钢 等）易形成锯齿状切屑。
切削速度对切屑形态有重要影响。对钛合金，在 （1.5~4800)m/min的切削速度范围内形成锯齿状 切屑，随切削速度的增加，锯齿程度（锯齿的齿 距）在增加，直至成为分离的单元切屑。
不同切削速度下车削45钢件的切削形态。
一方面，切削速度增加，应变速度加大，导致脆 性增加，易于形成锯齿状切屑；另一方面，切削 速度增加，切屑温度增加，导致脆性降低，不易 形成锯齿状切屑；
绝热剪切理论（Adiabatic Shear Theory) 周期脆性断裂理论（Periodic brittle fracture theoty）
萨洛蒙（Salomon）曲线
1600
切削温度/℃
钢
1200
青铜
铸铁 硬质合金980℃ Stelite合金850℃ 高速钢650℃ 碳素工具钢450℃
先进制造技术及发展
AMT的特点包括高度集成化、智能化、柔性化、绿色化和全 球化。
先进制造技术的重要性
提高生产效率
通过自动化、数字化和智能 化等手段，提高生产线的运 行效率和设备的利用率。
降低成本
通过精益生产、六西格玛 等方法，降低制造成本、 库存成本和运营成本。
提升产品质量
通过先进的检测技术和 质量控制手段，提高产 品的合格率和一致性。
工业机器人
在生产线上自动执行任务的机器 人，提高生产效率和产品质量。
自动化生产线
实现生产流程的自动化和智能化， 减少人工干预，提高生产效率。
柔性制造技术
适应多品种、小批量生产需求的制 造技术，提高生产线的灵活性和效 率。
传感器与检测技术
智能传感器
能够实时监测生产过程中的各种 参数，为生产过程提供数据支持。
电子信息制造业的应用
微纳制造技术
应用于集成电路、微纳传感器等元器件的制造，实现高性能、高集 成度的电子产品生产。
柔性制造技术
应用于柔性电子产品的制造，如可穿戴设备、柔性显示屏等，提高 产品便携性和舒适性。
智能装备技术
通过引入自动化生产线、智能仓储等智能装备技术，提高电子信息制 造业的生产效率和质量水平。
无损检测技术
在不破坏产品的情况下，对产品 内部结构和性能进行检测，确保
产品质量。
在线检测技术
对生产线上的产品进行实时检测， 及时发现并处理质量问题。
物联网与大数据技术
工业物联网
01
将生产设备、产品等连接起来，实现设备间的信息交互和协同
工作。
大数据分析技术
02
对生产过程中产生的海量数据进行挖掘和分析，发现潜在问题
轻量化技术
采用高强度材料、结构优化设计和先进制造工艺，降低汽车重量， 提高燃油经济性和行驶性能。
先进制造技术的重要性
提高生产效率
通过自动化、数字化和智能 化等手段，提高生产线的运 行效率和设备的利用率。
降低成本
通过精益生产、六西格玛 等方法，降低制造成本、 库存成本和运营成本。
提升产品质量
通过先进的检测技术和 质量控制手段，提高产 品的合格率和一致性。
工业机器人
在生产线上自动执行任务的机器 人，提高生产效率和产品质量。
自动化生产线
实现生产流程的自动化和智能化， 减少人工干预，提高生产效率。
柔性制造技术
适应多品种、小批量生产需求的制 造技术，提高生产线的灵活性和效 率。
传感器与检测技术
智能传感器
能够实时监测生产过程中的各种 参数，为生产过程提供数据支持。
电子信息制造业的应用
微纳制造技术
应用于集成电路、微纳传感器等元器件的制造，实现高性能、高集 成度的电子产品生产。
柔性制造技术
应用于柔性电子产品的制造，如可穿戴设备、柔性显示屏等，提高 产品便携性和舒适性。
智能装备技术
通过引入自动化生产线、智能仓储等智能装备技术，提高电子信息制 造业的生产效率和质量水平。
无损检测技术
在不破坏产品的情况下，对产品 内部结构和性能进行检测，确保
产品质量。
在线检测技术
对生产线上的产品进行实时检测， 及时发现并处理质量问题。
物联网与大数据技术
工业物联网
01
将生产设备、产品等连接起来，实现设备间的信息交互和协同
工作。
大数据分析技术
02
对生产过程中产生的海量数据进行挖掘和分析，发现潜在问题
轻量化技术
采用高强度材料、结构优化设计和先进制造工艺，降低汽车重量， 提高燃油经济性和行驶性能。
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• 将热熔性材料（ABS、尼龙 或蜡）通过喷头加热器熔 化；喷头沿零件截面轮廓 和填充轨迹运动，同时将 熔化的材料挤出；材料迅 速凝固冷却后，与周围的 材料凝结形成一个层面； 然后将第二个层面用同样 的方法建造出来，并与前 一个层面熔结在一起，如 此层层堆积而获得一个三 维实体。
熔融沉积成型(FDM)
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。
选择性层片粘接（LOM）
选择性层片粘接工艺 分层实体制造
(Laminated Object Manufacturing-- LOM)
LOM工艺由美国Helisys公司于1986年研制成功。 这种 方法的代表是美国Helisys公司的LOM-1050和LOM-2030
成形机，日本Kira公司的KSC-50成形机。
从STL 数据模型可以看出， 它拟合实体表面的三角平面信息 是散乱、无序存储的，平面片与 平面片之间没有体现几何拓扑关 系的信息，因此就不能保证实体 模型的有效性、封闭性。在每一 个三角平面的信息中都给出组成 三角面片的3 个顶点坐标值。在 相邻的三角面片的信息中，这些 顶点的坐标值被重复给出，如果 一个顶点为多个三角面片所共有， 则同样的顶点坐标值将在每个三 角面片中重复给出造成了大量的 冗余数据。 2 . STL 文件格式的规则 STL 文件格式的规则如下： 1 )共顶点规则每一个小三角面片必须与每个相邻的小三角面片共用两个顶 点，也就是说，一个小三角面片的顶点不能落在相邻的任何一个三角面片的边 上，否则不能顺利进行切片处理。 2 )取向规则对于每一个小三角面片，其法矢必须向外，3 个顶点连成的矢 量方向按右手法则确定，而且，对于相邻的小三角面片，不能出现取向矛盾。 3 )取值规则每个小三角面片的顶点坐标值必须是正数，零和负数是错误的。 4 )充满规则在模型的所有表面上，必须布满小三角面片，不得有任何遗漏。
选择性层片粘接（LOM）
LOM产品的特点
1. 由于LOM工艺只须在片材上切割出零件截面的轮廓， 而不用扫描整个截面，因此工艺简单，成型速度 快，易于制造大型零件； 2. 工艺过程中不存在材料相变，因此不易引起翘曲 变形，零件的精度较高，激光切割为0.1mm，刀具 切割为0.15mm； 3. 工件外框与截面轮廓之间的多余材料在加工中起 到了支撑作用，所以LOM工艺无需加支撑； 4. 材料广泛，成本低，用纸制原料还有利于环保； 5. 力学性能差，只适合做外形检查。 返回
熔融沉积成型(FDM)
FDM的产品特点 1. FDM工艺不用激光
器件，因此使用、
维护简单，成本较
低。
2. 精度可达±0.12mm，适合做薄壁件。 3. 污染小，材料可以回收。
实体自由成形制造 离散堆积制造是现代成形学理论中 在快速成形技术的发展过程中，各个研究 (Solid Freeform Fabrication)表明快速 在对成形技术发展进行总结的基础上提 反 直接CAD制造(Direct CAD Manufacturing) 机构和人员均按照自己的理解赋予其不同的称 成形技术无需专用的模腔或 出的，表明了模型信息处理过程的离散 映了快速成形是CAD模型直接驱动，实现了 夹具，零件的形状和结构也 性，强调了成形物理过程的材料堆积性， 谓，这些不同称谓即反映了快速成形技术不同 设计与制造一体化，计算机中的CAD模型通 相应不受任何约束。RP工艺 体现了快速成形技术的基本成形原理， 即时制造(Instant Manufacturing) 过接口软件直接驱动快速成形设备，接口 方面的重要特征。 是用逐层变化的截面来制造 具有较强的概括性和适应性。
熔融沉积成形 (FDM) Fused Deposition Modeling 熔融挤压成形 (MEM) Melted Extrusion Modeling
熔融沉积成形工艺于1988 年研制成功，后由美国
Stratasys公司推出商品
化的3D Modeler 1000和
FDM1600等规格的系列产
品。
选择性液体固化工艺(SLA)
立体光刻（SLA — Stereo Lithography Apparatus) 又称 立体印刷 光成形 激光印刷 光固化立体造型 SLA工艺于1984年获美国专 利，1988年美国3D System公 司推出的商品化样机SLA—1 ， 是世界上第一台快速原型技 术成形机。
3.5.2 快速成形技术的理解
反映该类技术的快速响应性。由于无需 软件完成CAD数据向设备数控指令的转化和 三维形体，在制造每一层片 离散堆积制造 成形过程的工艺规划，成形设备则象打印 针对特定零件制定工艺操作规程，也无 分层制造 (Layered Manufacturing)将 时都和前一层自动实现联接， 机一样“打印”零件，完成三维输出。 实体自由成形制造 需准备专用夹具和工具，快速成形技术 材料添加制造(Material 复杂的三维加工分解成一系列二维层片 不需要专用夹具或工具，使 快速成形由于采用了离散/堆积的加工 制造一个零件的全过程远远短于传统工 材料添加制造 的加工，着重强调层作为制造单元的特 制造成本完全与批量无关， Increase Manufacturing)将材料单元 工艺，CAD和CAM能够很顺利地结合在一起， 点，每层可采取更低维单元进行累加或 既增加了成形工艺的柔性， 艺相应过程，使得快速成形技术尤其适 即时制造 采用一定方式堆积、叠加成形， 快速成形的工艺规划主要作用是对成形过 高维单元进行加工得到。 又节省了制造工装和专用工 合于新产品的开发，显示了其适合现代 程进行优化以提高造型精度、速度和质量， 有别于车削等基于材料去除原 分层制造 具的大量成本。 所以快速成形可容易地实现设计制造一体 科技和社会发展的快速反应的特征和时 理的传统加工工艺。 直接CAD制造 化。 代要求。
缺点 对于RP系统中的三维模型，需要用许多小文 件来表示。
第二章 加工域活动中的先进工艺
③STEP
STEP(Standard for the Exchange of Product Model Data)是一个新的工 程产品交换标准(ISO 10303)。其发展趋势是今后所有RP系统都应把STEP作为 CAD与RP之间的数据接。其原由是:
第二章 加工域活动中的先进工艺
3. 现有各类中间文件格式的运用
①IGES IGES(initial graphics exchange interface)是用于商业CAD系统的图形信 息交换标准(美国国家标准)。许多MIM系统都接受IGES文件。
优点
IGES 的特点
支持广泛 提供全面的实体信息来精确描述3D模型。
的总称。
是使用RP技术，由CAD模型直
接驱动的快速完成任意复杂形状三维实体零件的技术
3.5.3 快速成形制造技术 的应用
医学 实验分析模型 快速模具 快速铸造
全 球 设 备 装 机 量
RP
CAD系统与RP系统之间的接口标准
一般用于快速成形的CAD 模型可以是实体模型、 曲面模型和线框模型，通常的应用以实体模型为 主。在CAD 系统中完成三维造型后，就要把数 学模型转化成快速原型系统能够识别的文件格式， 常用的有面片模型文件(如STL 、CFL 文件等)或 层片模型文件(如HPGL 、LEAF 、CLI 文件等)。
STEP为国际标准将会被所有CDA系统支持; STEP所包含的信息对于从CAD到RP系统的数据转换是足够充分的。
第二章 加工域活动中的先进工艺
④CT和MRI CT(computerized tomography)和MRI（magnetic resonance imaging）提 供了人体内部结构的高分辨率影像。这些数据可转换为RP系统所识别的格式。 CT或MRI
SLS的产品特点 1.材料适应面广，不仅能制造塑料 零件，还能制造陶瓷、蜡等材料 的零件。特别是可以制造出能直 接使用的金属零件。 2. SLS工艺不需加支撑，因为没有 烧结的粉末起到了支撑的作用。 3. 精度不高。平均精度为±0.15~±0.2mm， 表面粗糙度不好，不宜做薄壁件。
返回
熔融沉积成形的基本原理
快速成形制造技术
1、 快速成形制造的主要方法
选择性液体固化（SLA） 选择性层片粘接（LOM） 选择性激光烧结（SLS） 熔融沉积成形（FDM）
选择性液体固化的基本原理
将激光聚集到液态光固化材料 （如光固化树脂）表面逐点扫描， 令其有规律地固化，由点到线到 面，完成一个层面的建造。而后 升降移动一个层片厚度的距离， 重新覆盖一层液态材料，进行第 二层扫描，再建造一个层面，第 二层就牢固地粘贴到第一层上， 由此层层迭加成为一个三维实体。
照相机激光树脂原型 光鼠 树标 脂外 原壳 型激
选择性层片粘接的基本原理
采用激光或刀具对片材进行切割。 首先切割出工艺边框和原型的边缘 轮廓线，而后将不属于原型的材料 切割成网格状。片材表面事先涂覆 上一层热熔胶。通过升降平台的移 动和箔材的送给,并利用热压辊辗 压将后铺的箔材与先前的层片粘接 在一起，再切割出的层片。这样层 层迭加后得到下一个块状物，最后 将不属于原型的材料小块剥除，就 获得所需的三维实体。
选择性激光烧结（SLS）
选择性激光烧结(SLS)
Selective Laser Sintering
激光熔结 （LF）
Laser Fusion 选择性激光烧结工艺由 美国德克萨斯大学奥斯汀分 校于1989年研制成功，已被
美国DTM公司商品化，推出
SLS Model125成形机。
影片
选择性激光烧结（SLS）
快速成形制造技术的基本概念
快速成形（RP — Rapid Prototyping ）是一种基于离 散堆积成形思想的新型成形技术，是集成计算机、数控、 激光和新材料等最新技术而发展起来的先进的产品研究 与开发技术。 快速成形制造(RPM — Rapid Prototyping
熔融沉积成型(FDM)
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。
选择性层片粘接（LOM）
选择性层片粘接工艺 分层实体制造
(Laminated Object Manufacturing-- LOM)
LOM工艺由美国Helisys公司于1986年研制成功。 这种 方法的代表是美国Helisys公司的LOM-1050和LOM-2030
成形机，日本Kira公司的KSC-50成形机。
从STL 数据模型可以看出， 它拟合实体表面的三角平面信息 是散乱、无序存储的，平面片与 平面片之间没有体现几何拓扑关 系的信息，因此就不能保证实体 模型的有效性、封闭性。在每一 个三角平面的信息中都给出组成 三角面片的3 个顶点坐标值。在 相邻的三角面片的信息中，这些 顶点的坐标值被重复给出，如果 一个顶点为多个三角面片所共有， 则同样的顶点坐标值将在每个三 角面片中重复给出造成了大量的 冗余数据。 2 . STL 文件格式的规则 STL 文件格式的规则如下： 1 )共顶点规则每一个小三角面片必须与每个相邻的小三角面片共用两个顶 点，也就是说，一个小三角面片的顶点不能落在相邻的任何一个三角面片的边 上，否则不能顺利进行切片处理。 2 )取向规则对于每一个小三角面片，其法矢必须向外，3 个顶点连成的矢 量方向按右手法则确定，而且，对于相邻的小三角面片，不能出现取向矛盾。 3 )取值规则每个小三角面片的顶点坐标值必须是正数，零和负数是错误的。 4 )充满规则在模型的所有表面上，必须布满小三角面片，不得有任何遗漏。
选择性层片粘接（LOM）
LOM产品的特点
1. 由于LOM工艺只须在片材上切割出零件截面的轮廓， 而不用扫描整个截面，因此工艺简单，成型速度 快，易于制造大型零件； 2. 工艺过程中不存在材料相变，因此不易引起翘曲 变形，零件的精度较高，激光切割为0.1mm，刀具 切割为0.15mm； 3. 工件外框与截面轮廓之间的多余材料在加工中起 到了支撑作用，所以LOM工艺无需加支撑； 4. 材料广泛，成本低，用纸制原料还有利于环保； 5. 力学性能差，只适合做外形检查。 返回
熔融沉积成型(FDM)
FDM的产品特点 1. FDM工艺不用激光
器件，因此使用、
维护简单，成本较
低。
2. 精度可达±0.12mm，适合做薄壁件。 3. 污染小，材料可以回收。
实体自由成形制造 离散堆积制造是现代成形学理论中 在快速成形技术的发展过程中，各个研究 (Solid Freeform Fabrication)表明快速 在对成形技术发展进行总结的基础上提 反 直接CAD制造(Direct CAD Manufacturing) 机构和人员均按照自己的理解赋予其不同的称 成形技术无需专用的模腔或 出的，表明了模型信息处理过程的离散 映了快速成形是CAD模型直接驱动，实现了 夹具，零件的形状和结构也 性，强调了成形物理过程的材料堆积性， 谓，这些不同称谓即反映了快速成形技术不同 设计与制造一体化，计算机中的CAD模型通 相应不受任何约束。RP工艺 体现了快速成形技术的基本成形原理， 即时制造(Instant Manufacturing) 过接口软件直接驱动快速成形设备，接口 方面的重要特征。 是用逐层变化的截面来制造 具有较强的概括性和适应性。
熔融沉积成形 (FDM) Fused Deposition Modeling 熔融挤压成形 (MEM) Melted Extrusion Modeling
熔融沉积成形工艺于1988 年研制成功，后由美国
Stratasys公司推出商品
化的3D Modeler 1000和
FDM1600等规格的系列产
品。
选择性液体固化工艺(SLA)
立体光刻（SLA — Stereo Lithography Apparatus) 又称 立体印刷 光成形 激光印刷 光固化立体造型 SLA工艺于1984年获美国专 利，1988年美国3D System公 司推出的商品化样机SLA—1 ， 是世界上第一台快速原型技 术成形机。
3.5.2 快速成形技术的理解
反映该类技术的快速响应性。由于无需 软件完成CAD数据向设备数控指令的转化和 三维形体，在制造每一层片 离散堆积制造 成形过程的工艺规划，成形设备则象打印 针对特定零件制定工艺操作规程，也无 分层制造 (Layered Manufacturing)将 时都和前一层自动实现联接， 机一样“打印”零件，完成三维输出。 实体自由成形制造 需准备专用夹具和工具，快速成形技术 材料添加制造(Material 复杂的三维加工分解成一系列二维层片 不需要专用夹具或工具，使 快速成形由于采用了离散/堆积的加工 制造一个零件的全过程远远短于传统工 材料添加制造 的加工，着重强调层作为制造单元的特 制造成本完全与批量无关， Increase Manufacturing)将材料单元 工艺，CAD和CAM能够很顺利地结合在一起， 点，每层可采取更低维单元进行累加或 既增加了成形工艺的柔性， 艺相应过程，使得快速成形技术尤其适 即时制造 采用一定方式堆积、叠加成形， 快速成形的工艺规划主要作用是对成形过 高维单元进行加工得到。 又节省了制造工装和专用工 合于新产品的开发，显示了其适合现代 程进行优化以提高造型精度、速度和质量， 有别于车削等基于材料去除原 分层制造 具的大量成本。 所以快速成形可容易地实现设计制造一体 科技和社会发展的快速反应的特征和时 理的传统加工工艺。 直接CAD制造 化。 代要求。
缺点 对于RP系统中的三维模型，需要用许多小文 件来表示。
第二章 加工域活动中的先进工艺
③STEP
STEP(Standard for the Exchange of Product Model Data)是一个新的工 程产品交换标准(ISO 10303)。其发展趋势是今后所有RP系统都应把STEP作为 CAD与RP之间的数据接。其原由是:
第二章 加工域活动中的先进工艺
3. 现有各类中间文件格式的运用
①IGES IGES(initial graphics exchange interface)是用于商业CAD系统的图形信 息交换标准(美国国家标准)。许多MIM系统都接受IGES文件。
优点
IGES 的特点
支持广泛 提供全面的实体信息来精确描述3D模型。
的总称。
是使用RP技术，由CAD模型直
接驱动的快速完成任意复杂形状三维实体零件的技术
3.5.3 快速成形制造技术 的应用
医学 实验分析模型 快速模具 快速铸造
全 球 设 备 装 机 量
RP
CAD系统与RP系统之间的接口标准
一般用于快速成形的CAD 模型可以是实体模型、 曲面模型和线框模型，通常的应用以实体模型为 主。在CAD 系统中完成三维造型后，就要把数 学模型转化成快速原型系统能够识别的文件格式， 常用的有面片模型文件(如STL 、CFL 文件等)或 层片模型文件(如HPGL 、LEAF 、CLI 文件等)。
STEP为国际标准将会被所有CDA系统支持; STEP所包含的信息对于从CAD到RP系统的数据转换是足够充分的。
第二章 加工域活动中的先进工艺
④CT和MRI CT(computerized tomography)和MRI（magnetic resonance imaging）提 供了人体内部结构的高分辨率影像。这些数据可转换为RP系统所识别的格式。 CT或MRI
SLS的产品特点 1.材料适应面广，不仅能制造塑料 零件，还能制造陶瓷、蜡等材料 的零件。特别是可以制造出能直 接使用的金属零件。 2. SLS工艺不需加支撑，因为没有 烧结的粉末起到了支撑的作用。 3. 精度不高。平均精度为±0.15~±0.2mm， 表面粗糙度不好，不宜做薄壁件。
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熔融沉积成形的基本原理
快速成形制造技术
1、 快速成形制造的主要方法
选择性液体固化（SLA） 选择性层片粘接（LOM） 选择性激光烧结（SLS） 熔融沉积成形（FDM）
选择性液体固化的基本原理
将激光聚集到液态光固化材料 （如光固化树脂）表面逐点扫描， 令其有规律地固化，由点到线到 面，完成一个层面的建造。而后 升降移动一个层片厚度的距离， 重新覆盖一层液态材料，进行第 二层扫描，再建造一个层面，第 二层就牢固地粘贴到第一层上， 由此层层迭加成为一个三维实体。
照相机激光树脂原型 光鼠 树标 脂外 原壳 型激
选择性层片粘接的基本原理
采用激光或刀具对片材进行切割。 首先切割出工艺边框和原型的边缘 轮廓线，而后将不属于原型的材料 切割成网格状。片材表面事先涂覆 上一层热熔胶。通过升降平台的移 动和箔材的送给,并利用热压辊辗 压将后铺的箔材与先前的层片粘接 在一起，再切割出的层片。这样层 层迭加后得到下一个块状物，最后 将不属于原型的材料小块剥除，就 获得所需的三维实体。
选择性激光烧结（SLS）
选择性激光烧结(SLS)
Selective Laser Sintering
激光熔结 （LF）
Laser Fusion 选择性激光烧结工艺由 美国德克萨斯大学奥斯汀分 校于1989年研制成功，已被
美国DTM公司商品化，推出
SLS Model125成形机。
影片
选择性激光烧结（SLS）
快速成形制造技术的基本概念
快速成形（RP — Rapid Prototyping ）是一种基于离 散堆积成形思想的新型成形技术，是集成计算机、数控、 激光和新材料等最新技术而发展起来的先进的产品研究 与开发技术。 快速成形制造(RPM — Rapid Prototyping