快速成型制造技术(RPM)
快速成型制造技术(0002)
SLS产品
熔融沉积成形的基本原理
• 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。
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。
反求工程与 RPM 卫
星 遥 球感 三地 表 维高 快程 速数 原据 型重 构 的 地
下一页
NC与RPM
RP技术就是数控技术最新应用的领域 之一。RP技术要求将材料精确地堆积，并 长时间保持较高的定位精度，防止错层。 如果没有高可靠性、高精度的数控系统是 无法实现的。数控技术的应用，是RP技术 能够产生并发展成熟必不可少的条件。
模具的快速成型及快速制模技术
第6章模具的快速成型及快速制模技术随着生产技术的进步，新材料和先进设备的出现，使市场竞争日趋激烈。
各个生产厂家为缩短产品的研发、生产周期，降低生产成本和风险，使得快速成型及快速制模技术在生产中逐步得到了应用。
快速制模技术包括传统的低熔点合金模、电铸模具的制造技术和以快速成型技术（Rapid Prototrping，RP）为基础的快速制模技术。
这里介绍后种快速制模技术。
快速成型技术问世不到十年，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技术已逐步适应。
制造业利用这种现代化制造手段与传统制造技术的接轨的工作也进展顺利。
有效地结合数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段，使快速成型技术已成为现代模型、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、医疗器械等领域得到了广泛应用。
6.1快速成型制造技术的基本原理与特点6.1.1快速成型制造技术的基本原理1.快速成型制造技术的概念快速成型制造技术（Rapid Prototyping & Manufacturing，RPM），在20世纪80年代中期由欧美、日本等发达工业国家提出，旨在解决常规机械加工或手工无法解决的问题。
快速成型制造技术是多学科、技术的交叉产物，融合了机械工程、材料科学、计算机技术、数控原理、光学技术等前沿技术。
全世界大约有数百家专门研究机构进行这方面的研究。
快速成型制造技术可以实现低成本、高生产率和短周期的生产特点。
同时，从设计和工程的角度出发可以设计形状复杂的零件，无需受时间、成本、可制造性方面的限制，如图6.1.1所示。
图6.1.1快速成型技术制造的产品根据材料的分离形式把快速成型分为两类：1）材料去除成形多余的材料（工艺余料）从基体上分离出去从而得到想要加工的模型形状，它是当前的主要加工方式，也是用得最为广泛的加工方法。
2）材料堆积成形将材料通过合理的工艺方法堆积出想要加工模型。
该模型的堆积过程是在计算机的控制下完成的，因此成型的模型形状在理论上可以任意复杂。
快速成型技术简介
立体光固化成形(SLA)
• 是目前最为成熟和广泛应用的一种快速成型制造 工艺。这种工艺以液态光敏树脂为原材料，在计 算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的 轮廓轨迹对液态树脂逐点扫描，使被扫描区的树 脂薄层产生光聚合(固化)反应，从而形成零件的 一个薄层截面。完成一个扫描区域的液态光敏树 脂固化层后，工作台下降一个层厚，使固化好的 树脂表面再敷上一层新的液态树脂然后重复扫描、 固化，新固化的一层牢固地粘接在一层上，如此 反复直至完成整个零件的固化成型。
• LOM工艺是将单面涂有热溶胶的纸片通过 加热辊加热粘接在一起，位于上方的激光 切割器按照CAD分层模型所获数据，用激 光束将纸切割成所制零件的内外轮廓，然 后新的一层纸再叠加在上面，通过热压装 置和下面已切割层粘合在一起，激光束再 次切割，如此反复逐层切割、粘合、切 割……直至整个模型制作完成 。
• 是通过将丝状材料如热塑性塑料、蜡或金 属的熔丝从加热的喷嘴挤出，按照零件每 一层的预定轨迹，以固定的速率进行熔体 沉积。每完成一层，工作台下降一个层厚 进行迭加沉积新的一层，如此反复最终实 现零件的沉积成型。
（5）三维印刷法(3DP,Three Dimensional Printing )
• 利用喷墨打印头逐点喷射粘合剂来粘结粉 末材料的方法制造原型。3DP的成型过程与 SLS相似，只是将SLS中的激光变成喷墨打 印机喷射结合剂。
成型过程示意图
• 快速成型工艺的优势：
------使模型或模具的制造时间缩短数倍甚至数十倍，大大缩 短新产品研制周期； ------使复杂模型的直接制造成为可能，提高了制造复杂零件 的能力； ------可以及时发现产品设计的错误，做到早找错、早更改， 避免更改后续工序所造成的大量损失，显著提高新产品 投产的一次成功率； ------使设计、交流和评估更加形象化，使新产品设计、样品 制造、市场定货、生产准备、等工作能并行进行，支持 同步（并行）工程的实施； ------节省了大量的开模费用，成倍降低新产品研发成本。
快速成型制造实训报告册
一、实训背景随着科技的不断发展，制造业正面临着转型升级的关键时期。
快速成型制造技术（Rapid Prototyping Manufacturing，RPM）作为一种新兴的制造技术，具有高效、灵活、精确等优点，在我国制造业中得到了广泛应用。
为了提高学生的实践能力，本实训课程旨在让学生了解快速成型制造技术的基本原理、操作方法及应用领域，培养学生的创新思维和动手能力。
二、实训目的1. 了解快速成型制造技术的基本原理和发展现状；2. 掌握快速成型设备的使用方法和操作技巧；3. 学会快速成型技术的应用，提高学生的创新能力和实践能力；4. 培养学生的团队协作精神和沟通能力。
三、实训内容1. 快速成型制造技术简介（1）快速成型制造技术定义：根据零件的三维模型数据，迅速而精确地制造出该零件的一种先进制造技术。
（2）快速成型制造技术特点：高效、灵活、精确、可重复性好。
（3）快速成型制造技术分类：立体光固化（SLA）、立体印刷（SLS）、熔融沉积建模（FDM）等。
2. 快速成型设备操作（1）SLA设备操作：介绍SLA设备的结构、工作原理、操作步骤及注意事项。
（2）SLS设备操作：介绍SLS设备的结构、工作原理、操作步骤及注意事项。
（3）FDM设备操作：介绍FDM设备的结构、工作原理、操作步骤及注意事项。
3. 快速成型技术应用（1）新产品开发：利用快速成型技术制作产品原型，进行外观、结构及功能验证。
（2）模具制造：利用快速成型技术制作模具，提高模具设计及制造效率。
（3）航空航天：利用快速成型技术制造航空航天零件，提高制造精度和效率。
（4）医疗领域：利用快速成型技术制造医疗模型、手术器械等，提高医疗水平。
4. 快速成型实训项目（1）项目一：SLA设备操作及模型制作（2）项目二：SLS设备操作及模型制作（3）项目三：FDM设备操作及模型制作（4）项目四：快速成型技术在产品开发中的应用四、实训总结通过本次实训，学生们对快速成型制造技术有了全面的认识，掌握了快速成型设备的操作方法，熟悉了快速成型技术的应用领域。
快速成型技术原理及应用
快速成型技术原理及应用快速成型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。
成型原理：基于离散-叠加原理而实现快速加工原型或零件特点：不需机加工设备或者模具即可快速制造形状极为复杂的工件简介：(Rapid Prototyping&Manufacturing, 缩写为RP)是二十世纪八十年代末九十年代初兴起并迅速发展起来的新的先进制造技术. 其特点是可以不需机加工设备或者模具即可快速制造形状极为复杂的工件, 从而在小批量产品生产或新产品试制时节省时间和初始投资.这里所说的快速加工原型是指能代表一切性质和功能的实验件,一般数量较少,常用来在新产品试制时作评价之用. 而这里所说的快速成型零件是指最终产品,已经具有最佳的特性,功能和经济性.快速成型技术(RP)的成型过程: 首先建立目标件的三维计算机辅助设计(CAD 3D)模型, 然后对该实体模型在计算机内进行模拟切片分层,沿同一方向(比如Z轴)将CAD 实体模型离散为一片片很薄的平行平面; 把这些薄平面的数据信息传输给快速成型系统中的工作执行部件,将控制成型系统所用的成型原材料有规律地一层层复现原来的薄平面, 并层层堆积形成实际的三维实体,最后经过处理成为实际零件.经过20多年的发展, 快速成型技术(RP)有较大发展, 应用非常广泛,尤其在汽车制造,航天航空,建筑,家电,卫生医疗及娱乐等领域有强大的应用.目前基于快速成型技术(RP)开发的工艺种类较多, 可以分别按所用材料划分, 成型方法划分等.1) 利用激光或其它光源的成型工艺的成型:---（SL）---（简称LOM)---（简称SLS)---形状层积技术(简称SDM);2) 利用原材料喷射工艺的成型:---（简称FDM)---三维印刷技术(简称3DP)其它类型工艺有:---树脂热固化成型 (LTP)---实体掩模成型 (SGC)---弹射颗粒成型 (BFM)---空间成型 (SF)---实体薄片成型 (SFP)应用：RPM技术的发展水平而言，在国内主要是应用于新产品（包括产品的更新换代）开发的设计验证和模拟样品的试制上，即完成从产品的概念设计（或改型设计），造型设计，结构设计，基本功能评估，模拟样件试制这段开发过程。
快速成型技术
18
②选择性激光烧结（SLS）产品的特点
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。这使SLS 工艺颇具吸引力。 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。
14
2.选择性层片粘接
以色列Solidimension公司 ——SD300三维打印机
②分层实体制造（LOM）产品的特点
⑴ 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；
⑵ 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，控制激光的光强和切 割速度，可保证良好的切口质量和切割深度； ⑶ 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；
2
一、快速成型制造的基本概念与原理
2、原理
三维CAD 模型设计
CAD模型 的近似处理
对STL文件 切片处理
逐 层 制 造
3
二、快速成型技术的特点
1．数字化制造。 2．高度柔性和适应性。 3．快速。 4．材料类型丰富多样。
4
三、快速成型制造的主要方法
RP工艺分类
液体材料 粉状材料 片状材料
液体树 脂固化
17
3. 选择性粉末熔结/粘接
①基本原理
选择性粉末熔结／粘接是利用粉末 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。成型后，将多余粉 末去除。
快速成形技术
4.2.3 选择性激光烧结
1986年，美国Texas大学的研究生C.Deckard提出了选择性烧 结（Selected Laser Sintering，SLS）的思想，稍后组建了DTM 公司，于1992年推出SLS成形机。 选择性激光烧结 的成形过程是：由CAD模型各层切片的平面 几何信息生成X-Y激光扫描器在 每层粉末上的数控运动指令，铺 粉器将粉末一层一层地撒在工作台上，再用滚筒将粉末滚平、压 实，每层粉末的厚度均对应于CAD模型的切片厚度。各层铺粉二 氧化碳激光器选择性烧结到基体上，而未被激光扫描、烧结的粉 末仍留在原处起支撑作用，直至烧结出整个零件。
利用分层技术制造了金属冲裁 模、成形模和注塑模
20世纪70年代末到80年代初，美国3M公司的Alan J. Hebert（1978年）、日本的小玉秀男（1983年） 、美国UVP公司的Charles W. Hull（1982年）和日 本的丸谷洋二（1983年）各自独立的首次提出了RP 的概念
Chares W.Hull在UVP地资助下，完成了第一个RP 系统——Stereolithography Apparatus（SLA） 1986年该系统获得专利，这是RP发展的一个里程碑
（5）制造原型的复制性、互换性高；
（6）加工周期短、成本低，成本与产品复杂程度无关，一般 制造费用降低50% ，加工周期节约70%以上；
（7）加工过程中无振动、噪声和切削废料；
4.2 RP技术的主要工艺方法
快速成形技术经过20年左右的发展，其工艺已经逐步完善， 发展了许多成熟的加工工艺及成形系统。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：光固化成型法、分层实体制造法、选择性激光烧结法和熔 融沉积制造法，三维印刷工艺。
快速成型专业技术及原理
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。
- 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)。
绪论 机械制造工艺中的成型技术 2．受迫成形
它是利用材料的可成形性（如塑性等），在特 定外围约束（边界约束或外力约束）下成形的方 法。 铸造、锻压和粉末冶金等均属于受迫成形。受 迫成形多用于毛坯成形和特种材料成形等。
内涵 分 层 增 加 材 料
RPM技术不是使用一 般意义上的模具或刀具， 而是利用光、热、电 等物理手段实现材料的 转移与堆积
RPM的技术原理
RPM技术的原理
RPM技术的不同称谓
实体自由成形制造
MIM
SFF
RPM 制造 技术
LM
DCM
（Solid Freeform Fabrication， SFF） 直接CAD制造（Direct CAD Manufacturing，DCM） 即时制造（Instant Manufacturing，IM） 分层制造（Layered Manufacturing，LM） 材料添加制造（Material
1 立体光刻（SLA） 分层实体制造（LOM） 选择性激光烧结（SLS）
2
3
4
熔融沉积成形（FDM）
RPM技术的应用
快速模具 制造 反求工 程
在RPM技术中 的反求，就是要 在现有实物的基 础上求出三维的 CAD模型。通过 反求工程可以快 速、准确地测 量RPM原型， 找出产品设计中 的不足，重新设 计
快速模具（RT ）制造主要用于 制造铸造模具和 塑料模具。 分为：间接制模 和直接制模 .
RPM技术的发展趋势
新工艺与 装备的开 发
新型材料 的研究
成型 材料
成型材料的系 列化标准化
成型工 艺及软 件
第三方软 件的开发
成型精度 的研究
LOGO LOGO
绪论 机械制造工艺中的成型技术 3．堆积成形
它是运用合并与连接的办法，把材料(气、液、 固相)有序地合并堆积起来的成形方法。 快速原型制造（RPM）即属于堆积成形，其过 程是在计算机控制下完成的，最大特点是不受成 形零件复杂程度的限制，广义地讲，焊接也属堆
积成表范畴。。
绪论 机械制造工艺中的成型技术 4．生成成形
•CAD模型直接驱动， 设计制造高度一体化
• 无需使用模具，夹具
• 能够制造任意复杂原型
精度不如传统加工:数据模型分层处理时不可避免的一些数据丢失外加 分层制造必然产生台阶误差，堆积成形的相变和凝固过程产生的内应 力也会引起翘曲变形，这从根本上决定了RP造型快速成型工艺
快速制 造金属 零件
RPM技术与铸 造技术相结合是 由RPM原型转 化为金属零件的 最佳途径。 方法：RPM原 型翻制压型、直 接复制铸模或烧 失型铸造熔模
医学中 用于器 官模型 制作
以数字成像技术为 基础的CT（断层 成像）、MRI（核 磁共振）等诊断方 法与RPM系统相 结合，即把所获得 的人体扫描的分层 截面图像，经计算 机三维重建后的数 据提供给RPM系 统，得到人体局部 或内脏器官。.
它是利用材料的活性进行成形的方法。自然系 统中生物个体发育均属于生成成形。 目前人为系统中还没有此种成形方式，但随着 活性材料、仿生学、生物化学、生命科学的发展， 人们也可能会运用这种成形方式进行人为成形。
快速成型制造技术（RPM)
RPM 的发展 趋势
RPM 的应 用
RPM的发展
快速成型 制造技术 RPM
Increase Manufacturing， MIM）
IM
PRM技术的特点
仅需改变CAD模型，重 新调整和设置参数即可 生产出不同形状的零件 模型。
•从CAD数模或实体反求获 得的数据到制成原形，一 般仅需要数小时或十几小 时，速度比传统成型加工 方法快的多
高柔性
快速性
自由成型性
设计制造一体 化
RPM的 工艺 RPM 的特点 RPM原理
PRM技术的发展
Step 3 清华大学现已开发出“M-RPMS-II”型 多功能快速成形制造系统，这是我国 自主知识产权的世界唯一拥有两种 RPM工艺的系统。 1998年在我国上海举行的第七届 国际模具技术和设备展览会上， 美国、日本、德国、新加坡等国 都展出了RPM设备。
LOGO LOGO
快速成型制造技 术（RPM)
绪论 机械制造工艺中的成型技术
机械制造工艺是成型工艺，即是在成形学指导下，研究与 开发产品制造的技术、方法和程序，依据现代成形学的观 点从物质的组织方式上，可把成形方式分为如下四类：
1 2
去除成型 受迫成型
3
4
堆积成型
生成成型
绪论 机械制造工艺中的成型技术 1．去除成型
国际上首台快速成形机于1987年诞生于美 国，是由美国3DSystems公司制造的快速 成形系统SLA-1，采用立体光刻法的快速成 形制造系统（RPMS）。
Step 2
Step 1
RPM技术的原理
快速成形制造技术
名词解释
它是一种基于离散 堆积成形思想的新型 成形技术，是综合利 用CAD技术、数控技 术、激光加工技术和 材料技术实现从零件 设计到三维实体原型 制造一体化的系统技 术