快速成型制造工艺--III
快速成型第3章快速成型材料及设备
第3章快速成型材料及设备3．1 快速成型材料快速成型材料一直是快速成型技术研究与开发的重要任务之一，每一种快速成型制造工艺的推出和成熟都与材料研究与开发密切相关。
一种新的快速成型材料的出现往往会使快速成型工艺及设备结构、成型件品质和成型效益发生巨大的进步。
快速成型材料根据原型建造原理、技术和方法的不同分为薄层材料、液态材料、粉状材料、丝材等。
不同的成型制造方法对应的成型材料的性状是不同的，不同的成型制造方法对成型材料性能的要求也是不同的。
在快速成型技术推出初期，一般都是快速成型设备的制造商在从事所需求的材料的研究。
但随着快速成型技术的发展和推广，许多材料专业公司也加入到快速成型材料的研发中，成型材料正向高性能、系列化的方向发展。
快速成型材料一般根据成型工艺方法来分类，分为光固化成型材料、粉末烧结材料、熔融沉积丝材及叠层实体薄层材料等。
根据目前较为常用的快速成型用的材料来看，一般根据材料的性状分类比较清晰，分为液态材料、薄层材料、粉末材料、丝状材料等。
常见的快速成型材料分类见表3－1。
快速成型材料及其性能不仅影响着所制作原型的性能及精度，而且也影响着与成型工艺相关联的建造过程。
快速成型工艺对成型材料性能的总体要求有如下几个方面：1）适应逐层累加方式的快速成型建造模式。
2）在各种快速成型建造方式下，能快速实现层内建造及层间连接。
3）制作的原型具有一定的尺寸精度和尺寸稳定性。
4）确保原型具有一定的力学性能及性能稳定性。
5）无毒无污染。
3．1．1光固化快速成型材料用于光固化快速成型的材料为液态光固化树脂，或称液态光敏树脂。
随着光固化成型技术的不断发展，具有独特性能的光固化树脂（如收缩率小甚至无收缩，变形小，不用二次固化，强度高等）也不断地被开发出来。
1．光固化成型材料分类光固化材料是一种既古老又崭新的材料，与一般固化材料比较，光固化材料具有下列优点。
1）固化快。
可在几秒钟内固化，可应用于要求立刻固化的场合。
快速成型与快速制模复习题
快速成型与快速制模复习题1、快速成型制造工艺的全过程包括哪三个阶段？简述每个阶段的内容。
答：（1）前处理。
三维模型的构造、三维模型的近似处理、模型成形方向的选择和三维模型的切片处理。
（2）分层叠加成形。
截面轮廓的制作与截面轮廓的叠合（3）后处理。
工件的剥离、后固化、修补、打磨、抛光和表面强化。
2、光固化成型工艺过程原理图，请回答光固化成型工艺定义及过程答：定义：SLA以光敏树脂为原料，通过计算机控制紫外激光使其凝固成型。
原理：液槽中盛满液态光敏树脂，激光器发出的紫外激光束在控制系统的控制下按零件的各分层截面信息在光敏树脂表面进行逐点扫描，使被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。
一层固化完毕后，工作台下移一个层厚的距离，在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平，然后进行下一层的扫描加工，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，重复直至整个零件制造完毕过程：前处理。
CAD三维造型，数据转换、摆放方位确定、施加支撑和切片分层原型制作。
光固化成型后处理。
剥离，去除废料和支撑结构4、选择性激光烧结过程原理图，请回答选择性激光烧结定义及过程定义：SLS利用粉末材料，在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下层层堆积成形。
原理：铺粉辊将一层粉末材料平铺在已成形零件的上表面，并加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度。
控制系统控制激光束按照该层的截面轮廓在粉层上扫描，使粉末的温度升至熔化点，进行烧结并与下面已成形的部分实现粘接。
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。
过程：前处理。
CAD造型，数据转换叠层加工。
粉层激光烧结叠加后处理。
渗蜡或渗树脂5、叠层实体制造过程原理图，请回答叠层实体制造定义及过程LOM原理：工作台上制作基底，工作台下降，送纸滚筒送进一个步距的纸材，工作台回升，热压滚筒滚压背面涂有热熔胶的纸材，将当前迭层与原来制作好的迭层或基底粘贴在一起，切片软件根据模型当前层面的轮廓控制激光器进行层面切割，逐层制作，当全部迭层制作完毕，再将多余废料去除。
3dp打印技术名词解释 -回复
3dp打印技术名词解释-回复
3D打印技术，全称为三维打印技术，是一种快速成型制造工艺。
它通过逐层叠加的方式，基于数字模型文件，使用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体，最终形成三维实体物件。
这一过程类似于打印机在纸上打印二维图形，只不过3D打印是在三维空间中逐层“打印”出实物。
具体步骤包括：首先设计目标物的三维模型，然后将模型数据输入到3D打印机中，接着打印机根据模型分层信息，按照每一层的截面形状，依次堆叠薄层材料，每打印一层就固化一层，层层叠加，直至最终形成完整的三维实体。
3D打印技术具有高度的设计自由度，可以制造出传统工艺难以实现或成本过高的复杂结构，广泛应用于产品原型制作、个性化定制、医疗植入物制造、建筑工程模型制作等诸多领域。
常用快速成型基本方法简介
1前言快速成型(Rapid Prototyping)是上世纪80年代末及90 年代初发展起来的高新制造技术，是由三维CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体的总称。
它集成了CA D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。
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生成几乎任意复杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。
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。
通过与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段相结合，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。
2 快速成型的基本原理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，产生数控代码，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。
快速成型有很多种工艺方法，但所有的快速成型工艺方法都是一层一层地制造零件，所不同的是每种方法所用的材料不同，制造每一层添加材料的方法不同。
快速成型的基本原理图快速成型的工艺过程原理如下:(1)三维模型的构造:在三维CAD设计软件中获得描述该零件的CAD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(Tessellation)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。
快速成型制造的几种典型工艺与后处理
应用
汽车、建筑等领域。
选择性激光烧结（SLS）工艺
原理
01
选择性激光烧结技术采用粉末材料作为原料，通过计算机控制
激光束对材料进行选择性烧结，最终得到三维实体。
特点
02
选择性激光烧结技术适合制作金属零件，具有较高的强度和硬
度。
应用
03
航空航天、汽车等领域。
三维打印（3DP）工艺
原理
三维打印技术采用粉末或液体材料作为原料，通过计算机控制喷嘴 将材料逐层喷射到成型区，最终得到三维实体。
用于制造轻量化结构件和复杂 零部件。
新产品开发
用于制造产品原型，方便进行 设计验证和功能测试。
医疗器械制造
用于制造医疗设备和器械，如 手术器械、假肢等。
教育领域
用于教学和实验，让学生更好 地理解产品设计、制造和材料 科学等方面的知识。
02
几种典型的快速成型工艺
立体光刻（SL）工艺
原理
立体光刻技术采用光敏树脂作为 原料，通过计算机控制紫外激光 束照射到光敏树脂表面，逐层固
在汽车制造领域，快速成型制造技术可以用于生产汽车设计原型，这些原型可以用于测试、修改等。
应用案例四：文化创意领域
艺术品
快速成型制造技术可以用于生产艺术品，如雕塑、装置艺术等。
玩具
在文化创意领域，快速成型制造技术可以用于生产玩具，这些玩具可以用于娱乐、教育等。
THANKS。
应用案例二：医疗领域
医疗器械
快速成型制造技术可以用于生产医疗器械，如手术器械、牙 科器械等。
人体模型
在医疗领域，快速成型制造技术可以用于生产人体模型，这 些模型可以用于手术模拟、康复训练等。
应用案例三：汽车制造领域
快速成型技术及原理
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。
快速成型技术
快速成型技术快速成型技术简介快速成型技术(Rapid Prototyping Technology-RPT)属于先进制造技术范畴机械工程学科非传统加工工艺(或称为特种加工)是将CAD、CAM、、激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术集成的一种全新制造技术。
它通过叠加成型方法可以自动而迅速地将设计的三维CAD模型转化为具有一定结构和功能的原型或直接制造零件。
与传统的制造方法相比，它具有生产周期短，成本低的优势，并且可以灵活地改变设计方案，实现柔性生产，在新产品的开发中具有广阔的应用前景。
目前世界上投入应用的快速成形的方法有十多种，主要包括立体印刷(SLA-StereoLithgraphy Apparatus)、分层实体制造(LOM-Laminated obxxxxject Manufacturing)、选择性激光烧结(SLS—Selective Laser Sintering)、熔化沉积制造(FDM－Fused Deposition Modeling)、固基光敏液相(SGC-Solid Ground Curing)等方法。
其中选择性激光烧结(SLS)技术具有成型材料选择范围宽、应用领域广的突出优点，得到了迅速发展，正受到越来越多的重视。
SLS方法具有以下的优点：由于粉末具有自支撑作用，不需另外支撑；材料广泛，不仅包括各种塑料材料、蜡和覆膜砂，还可以直接生产金属和陶瓷零件。
且材料可重复使用，利用率高。
快速成型技术工作原理使用CO2 激光器烧结粉末材料(如蜡粉、PS粉、ABS粉、尼龙粉、覆膜陶瓷和金属粉等)。
成型时先在工作台上铺上一层粉末材料激光束在计算机的控制下按照截面轮廓的信息对制件实心部分所在的粉末进行烧结。
一层完成后工作台下降一个层厚再进行下一层的铺粉烧结。
如此循环，最终形成三维产品。
快速成型技术应用选择性激光烧结快速成型(Selective Laser Sintering Rapid Prototyping) 技术（简称SLS技术）由于具有成型材料选择范围宽、应用领域广的突出优点，得到了迅速的发展，正受到越来越多的重视。
快速成型制造技术
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
模具工程技术研究中心 METRC
第四节 选择性激光烧结成型工艺
选择性激光烧结工艺(Selective Laser Sintering，简称SLS)又称为选区激 光烧结，由美国德克萨斯大学奥汀分校的C. R. Dechard于1989年研制成功。 该方法已被美国DTM公司商品化。于1992年开发了基于SLS的商业成型机 (Sinterstation)。十几年来，DTM公司在SLS领域做了大量的研究工作。德国 的EOS公司在这一领域也做了很多研究工作，并开发了相应的系列成型设备。
ξ2 快速成型制造工艺
模具工程技术研究中心 METRC
三、选择性激光烧结工艺
选择性激光烧结工艺使用的材料一般有石蜡、高分子、金属、陶瓷粉末和它们的复合粉
末材料。材料不同，其具体的烧结工艺也有所不同。
（一）高分子粉末材料烧结工艺
和其他快速原型工艺方法一样，高分子粉末材料激光烧结快速原型制造工艺过程同样分 为前处理、粉层烧结叠加以及后处理过程三个阶段。下面以某一铸件的SLS原型在HRPS-IVB 设备上的制作为例，介绍具体的工艺过程。
ξ2 快速成型制造工艺
模具工程技术研究中心 METRC
一、 选择性激光烧结工艺的基本原理
选择性激光烧结加工过程是 采用铺粉辊将一层粉末材料平铺在 已成形零件的上表面，并加热至恰 好低于该粉末烧结点的某一温度， 控制系统控制激光束按照该层的截 面轮廓在粉层上扫描，使粉末的温 度升至熔化点，进行烧结并与下面 已成形的部分实现粘接。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
可采用多种材料
从原理上说，这种方法可采用加热时粘度降低的任何粉末材料，通过材料或各类含粘 结剂的涂层颗粒制造出任何造型，适应不同的需要。
制造工艺比较简单
由于可用多种材料，选择性激光烧结工艺按采用的原料不同可以直接生产复杂形状的 原型、型腔模三维构件或部件及工具。例如，制造概念原型，可安装为最终产品模型的概 念原型，蜡模铸造模型及其它少量母模，直接制造金属注塑模等。
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。在成型过程中， 未经烧结的粉末对模型的空腔和悬臂部分起着支撑作用，不必象SLA和FDM工艺 那样另行生成支撑工艺结构。
当实体构建完成并在原型部分充分冷却后，粉末块会上升到初始的位置，将 其拿出并放置到工作台上，用刷子小心刷去表面粉末露出加工件部分，其余残留 的粉末可用压缩空气除去。
无需支撑结构
和LOM工艺一样，SLS工艺也无需设计和需要支撑结构，叠层过程中出现的悬空层面 可直接由未烧结的粉末来实现支撑。
ξ2 快速成型制造工艺
模具工程技术研究中心 METRC
材料利用率高
由于SLS工艺过程不需要支撑结构，也不象LOM工艺那样出现许多工艺废料，也不需 要制作基底支撑，所以该工艺方法在常见的几种快速原型工艺中材料利用率是最高的，材 料的利用率基本可以认为是100％。SLS工艺中的多数粉末的价格较便宜，所以SLS模型的 成本相比较来看也是较低的。
国内华中科技大学（武汉滨湖机电产业有限责任公司）、南京航空航天 大学、中北大学和北京隆源自动成型有限公司等，也取得了许多重大成果和 系列的商品化设备。
SLS工艺是利用粉末材料（金属粉末或非金属粉末）在激光照射下烧结 的原理，在计算机控制下层层堆积成形。SLS的原理与SLA十分相象，主要 区别在于所使用的材料及其形状。SLA所用的材料是液态的紫外光敏可凝固 树脂，而SLS则使用粉状的材料。这是该项技术的主要优点之一，因为理论 上任何可熔的粉末都可以用来制造模型，这样的模型可以用作真实的原型制 件。
前处理
前处理阶段主要完成模型 的三维CAD造型并经STL数据 转换后输入到粉末激光烧结 快速原型系统中。右图给出
的是某个铸件的CAD模型。
某铸件的CAD模型
ξ2 快速成型制造工艺
模具工程技术研究中心 METRC
粉层激光烧结叠加
在叠层加工阶段，设备根据原型的结构特点，在设定的建造参数下，自动完成 原型的逐层粉末烧结叠加过程。与LOM和SLA工艺相比较而言，SLS工艺中成形区域 温心 METRC
ξ2 快速成型制造工艺
二 、选择性激光烧结工艺的特点
模具工程技术研究中心 METRC
选择性激光烧结工艺和其它快速成型工艺相比，具有较多的优点：
可直接制作金属制品
在目前广泛应用的几种快速原型工艺方法中，唯有SLS方法可直接烧结制作金属材质 的原型，这是SLS工艺的独特优点。
有时需要比较复杂的辅助工艺
SLS技术视所用的材料而异，有时需要比较复杂的辅助工艺过程。以聚酰胺粉末烧结 为例，为避免激光扫描烧结过程中材料因高温起火燃烧，必须在机器的工作空间充入阻燃 气体，一般为氮气。为了使粉状材料可靠地烧结，必须将机器的整个工作空间内直接参与 造型工作的所有机件以及所使用的粉状材料预先加热到规定的温度，这个预热过程常常需 要数小时。造型工作完成后，为了除去工件表面沾粘的浮粉，需要使用软刷和压缩空气， 而这一步骤必须在闭封空间中完成以免造成粉尘污染。
后处理
激光烧结后的PS原型件，强度 很弱，需要根据使用要求进行渗蜡 或渗树脂等进行补强处理。由于该 原型用于熔模铸造，所以进行渗蜡 处理。渗蜡后的该铸件原型如图所
原型方位确定后的加工状态
ξ2 快速成型制造工艺
模具工程技术研究中心 METRC
然后设定建造工艺参数，如层厚、激光扫描速度和扫描方式、激光功率、烧结 间距等。当成形区域的温度达到预定值时，便可以启动制作了。
在制作过程中，为确保制件烧结质量，减少翘曲变形，应根据截面变化相应 的调整粉料预热的温度。
当所有叠层自动烧结叠加完毕后，需要将原型在成型缸中缓慢冷却至40℃以 下，取出原型并进行后处理。
但是，选择性激光烧结工艺的缺点也比较突出，具体如下：
原型表面粗糙
由于SLS工艺的原材料是粉状的，原型的建造是由材料粉层经过加热熔化而实现逐层 粘接的，因此，原型表面严格讲是粉粒状的，因而表面质量不高。
烧结过程挥发异味
SLS工艺中的粉层粘接是需要激光能源使其加热而达到熔化状态，高分子材料或者粉 粒在激光烧结熔化时一般要挥发异味气体。