快速制造技术
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。
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
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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。
快速成形技术的快速模具制造技术
快速成形技术的快速模具制造技术快速成形技术是一种快速制造技术，在许多制造领域中被广泛应用。
它的优势在于减少成本和提高生产效率。
快速成形技术的一个关键应用是快速模具制造技术。
在传统制造技术中，模具制造需要花费大量的时间和成本。
快速模具制造技术通过利用快速成形技术的优势来快速制造模具，从而带来更高的生产效率和低成本。
本文将介绍快速成形技术和快速模具制造技术，探讨它们在制造行业中的应用以及未来的发展方向。
一、快速成形技术概述快速成形技术（Rapid Prototyping）是一种以数字模型为基础，通过逐层堆积材料的方式制造复杂结构部件的技术。
它的本质是一种数字化制造技术，利用计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）和快速成形技术等先进技术，实现从数字模型到实体模型的过程。
快速成形技术产生的模型可以用于功能测试、样板制作、微型结构模型测量等领域。
它的一个重要应用是快速模具制造技术。
二、快速模具制造技术的现状快速模具制造技术是一种使用快速成形技术制造模具的技术。
传统的模具制造方法是通过切割、铣削、打孔、线切割等方式来加工模具。
这种方法耗时、成本高，并且生产周期长。
而快速模具制造技术是直接从数字模型制造模具，可以大大缩短制造周期和花费。
快速模具制造技术不仅节约了生产成本，而且使设计者更容易实现他们的设计概念，并快速完成新产品的开发。
目前，快速模具制造技术已经得到了广泛的应用。
主要应用领域包括航空航天、医疗器械、汽车、电子、塑料等行业。
简单来说，快速模具制造技术可以分为两类，分别是直接快速制造模具和间接快速制造模具。
1、直接快速制造模具直接快速制造模具是指从数字模型直接制造模具的技术。
它是实现模具快速制造的一种有效方法。
通过添加材料的方式，模具可以在一定时间内得到制造。
这种方法适用于塑料模具的制造，但在金属制品模具制造方面还没有发挥出全面的优势。
还需要进一步研究和改进。
2、间接快速制造模具间接快速制造模具是指通过制作快速模型制造铸型和翻转模等模具。
简述快速原型制造技术原理
简述快速原型制造技术原理快速原型制造技术是一种通过快速制作物理模型的技术，旨在通过快速迭代和快速测试，提高产品开发的效率和质量。
其原理主要包括三个方面：CAD设计、快速制造和快速测试。
CAD设计是快速原型制造技术的基础。
CAD（Computer-Aided Design，计算机辅助设计）是一种通过计算机生成、修改和优化设计方案的工具。
在快速原型制造中，利用CAD软件进行三维模型的设计，将产品的外形、结构和功能等要素转化为数字化的几何模型。
CAD设计不仅可以提高设计的精度和效率，还可以方便后续的快速制造和测试。
快速制造是快速原型制造技术的关键环节。
快速制造是指通过一系列的制造工艺，将CAD设计的数字模型转化为物理模型。
常见的快速制造技术包括3D打印、激光切割、喷墨打印等。
其中，3D打印是一种将数字模型直接转化为物理模型的技术，通过逐层堆积材料来构建三维物体。
激光切割则是利用激光束对材料进行切割，从而得到所需的形状。
喷墨打印则是利用喷头喷射墨水，逐层堆积形成物体。
这些快速制造技术具有制造速度快、成本低、制造精度高等优点，可以满足快速原型制造的需求。
快速测试是快速原型制造技术的重要环节。
通过快速制造得到的物理模型可以用于进行各种测试，以验证产品的设计和性能。
快速测试可以帮助设计师及时发现并修正设计中的问题，从而提高产品的质量和可靠性。
常见的快速测试方法包括功能测试、耐久性测试、可靠性测试等。
功能测试是验证产品是否符合设计要求的测试，通过对物理模型进行各项功能测试，可以评估产品的性能。
耐久性测试是评估产品在长期使用过程中的稳定性和可靠性，通过模拟实际使用环境对物理模型进行测试，可以预测产品的寿命和故障率。
可靠性测试是评估产品在各种异常情况下的可靠性，通过对物理模型进行各种极限测试，可以评估产品的极限性能和安全性。
快速原型制造技术通过CAD设计、快速制造和快速测试三个环节，实现了从数字模型到物理模型的快速转化，为产品开发提供了高效、低成本的解决方案。
快速原型制造的主要工艺方法
分层实体制造(laminated object manufacturing,LOM) 技术是继光固化成形工艺之后发展起来的又一种快速造型技 术。1984年美国的Michael Feygin提出了薄材叠层的方法, 并于1985年组建了Helisys公司,1992年推出第一台商用化的 分层实体制造设备LOM 1015。
快速原型制造技术
激光快速成形机
用激光快速成形机制作的产品零件
快速原型制造技术
1.2 选择性激光烧结法
选择性激光烧结(selective laser sintering,SLS)又称为激光选区烧结、粉末材料选择 性烧结等。1989年,美国Texas大学研究生C. 德卡 德提出了选择性激光烧结的思想,稍后组建了DTM 公司,于1992年推出了选择性激光烧结成形机。
2. 工艺特点 光固化成形快速原型技术的优点如下: 1)技术成熟,成形过程自动化程度高。 2)成形精度较高,尺寸精度可以达到或小于0.1mm(国内光固化成形精度为0.1~0.3mm)。 3)表面质量较好,零件强度和硬度高。 4)可制出形状特别复杂、尺寸比较精细的模型,特别是内部结构复杂的空心零件,能轻松 地一次成形。
1. 基本原理 光固化成形技术是基于液态光敏树脂的光聚合原理而工作的。这种液态材料在一定波长 (325nm 或355nm)和强度(w=10~400mW)的紫外光的照射下能迅速发生光聚合反应,分子量急 剧增大,发生相变,材料也就从液态转变成固态。
快速原型制造技术
光固化成形工艺原理图
快速原型制造技术
快速原型制造技术
1.3 熔融沉积制造法
熔融沉积制造(fused deposition modeling,FDM)又称丝状材料选择性熔覆、熔融挤出成 模或简称熔积成形,由美国学者斯科特·克伦普1988年研制成功,1991年由美国Stratasys公司开 发出商品化的机器。
快速成型技术的工作原理
快速成型技术的工作原理快速成型技术（Rapid Prototyping Technology，RPT），也称为快速制造技术（Rapid Manufacturing Technology，RMT），是指采用计算机辅助设计（CAD）、数控加工（CNC）和分层制造技术（SLM）等手段，快速制作出具有复杂内部结构的三维实物模型或器件的一种先进制造技术。
快速成型技术主要包括三个方面的内容：现代制造方式、CAD技术和快速成型技术。
快速成型技术的工作原理是将设计图或CAD模型转为STL文件，再将STL文件通过计算机化控制系统控制加工设备的动作，并以逐层堆积、覆盖、切割、加压等方式将逐层依次进行制造，直至完成所需产品的加工制造。
其具体工作流程如下：1.设计阶段首先，使用计算机辅助设计（CAD）软件将所需产品的三维模型绘制出来。
CAD绘图是快速成型技术的关键环节，决定了产品的实际制造效果和制造成本，需要使用专业的CAD软件进行设计。
2.模型处理阶段CAD设计完成后，需要进行一系列的模型处理。
主要包括增补模型壳体、提高模型强度、修复模型错误等。
这一阶段的处理对制造成型的质量和效率有直接的影响。
3.数据修复阶段接下来进入数据修复阶段，对CAD绘制过程中的错误进行修复和清理，以确保STL文件的精度和准确性，避免在制造过程中出现数据错乱和失真等问题。
4.切片阶段STL文件经过数据处理后，需要切成非常小的层面，比如0.1mm，这个过程称为切片。
通过这个过程将模型切成多个水平层面形成多个切片。
每层镶嵌在一起就变成了整个模型。
5.加工阶段加工阶段就是将切片依次导入数控加工机中，喷射实现逐层累加和压实，也就是通常所说的“逐层堆叠”过程。
这个过程就是快速成型技术的核心技术。
6.后处理阶段最后的后处理阶段可以将产品进行研磨、喷漆、涂料处理等等。
完成整个产品制造的过程。
总之，快速成型技术极大地缩短了从概念到产品推向市场的时间。
快速成型技术的高效加工和制造过程为设计师提供更好的自由度，可以随意尝试和实验不同的设计方案，以最快的速度推向市场产品。
快速制造技术的发展与应用
快速制造技术的发展与应用一、引言随着制造业的发展进程和技术的飞速发展，快速制造技术逐步成为制造业中的一个重要领域。
快速制造技术具有快速制造、高效率、高质量、低成本、灵活性强等特点，已经被广泛应用于航空、汽车、医疗等领域。
本文将从快速制造技术的概念、发展历程、技术分类、应用领域等方面进行探讨。
二、快速制造技术的概念与发展历程快速制造技术是指利用计算机辅助设计与制造技术，将数字化的三维模型转换成物理零件或工具的过程。
随着计算机技术和材料技术的不断发展，快速制造技术已经从最初的SLA（光固化），SLS（激光烧结），FDM（熔融沉积），LMD（激光金属淀积）逐渐发展到DMD（数字光合成），EBM（电子束熔化），LDM （激光涂覆），3DP（三维打印）等多种技术，使得快速制造技术在工业领域的应用越来越广泛。
快速制造技术发展历程可以分为三个阶段。
第一阶段是由于航空航天和高科技领域发展的需要，快速制造技术被广泛应用，主要应用于快速制造模型。
第二阶段是由于3D打印技术的崛起，快速制造技术开始向快速制造零部件的领域拓展，并且快速制造技术的应用范围越来越广泛。
第三阶段是快速制造技术向智能化制造、信息化制造、柔性化制造等方向发展，同时还不断推出新型材料和新型工艺技术，使得快速制造技术得到了全面提升。
三、快速制造技术的分类快速制造技术的发展呈现出多种形式。
依据不同的应用领域和实现方式，可以将快速制造技术分为以下几种类型：1. 光固化型快速制造技术：主要包括SLA（光固化）技术和DLP（数字光处理）技术，能够制造复杂的几何形状件。
2. 热熔型快速制造技术：由熔融沉积技术和塑料喷涂技术两种组成，能够制造大尺寸、多材料和集成功能的零部件。
3. 粉末材料快速制造技术：采用激光烧结（SLS）、电子束熔化（EBM）等技术，该技术可以制造复杂的三维零部件，适用于金属等高温材料的制造。
4. 粘接型快速制造技术：热熔熔接和压克力粘接两种，特别适用于FOF（充填或射出成型）或塑料喷涂等制造工艺。
快速成型制造技术(RPM)
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
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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
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实例7：大尺寸零件反求测量
指标 设备
FARO P12-7关节便 携式测量系统
测量范围 （m） 3.7
单点球测试重 单点锥测试重 复精度（mm） 复精度 （mm） ±0.064 ±0.073
激光扫描头扫 描精度 （mm） ±0.05
注：采用转站蛙跳球标定模板，测量范围可以无限扩展， 非常适合于大型风力叶片，汽车外形的三维数字化测量。
CCD测量范 围（mm） 400×600×3 00
单帧测量精度 （mm） ±0.02/100
整体测量精度 0.1mm/M
备注 能获取零件的 内部结构数据
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快速制造技术
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快速制造技术
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快速制造技术 数字近景工业三维摄影(面扫描）测量系统的测量相对精度可达到 1/100000，适合于大型曲面模具、艺术模型、面板、天线及部件的检测。 主要应用领域包括：航空航天、大型天线、汽车制造、造船及其它工业 测量领域。
快速制造技术及其应用
（产品数字化快速开发技术与应用）
快速制造技术
主 要 内 容
快速制造技术 逆向工程（反求工程）及其应用 激光快速成型技术及其应用 快速模具制造技术及其应用
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快速制造技术
一、快速制造技术
1. 2.
快速制造(RM--Rapid Manufacturing) 是基于离散- 堆 积成形原理的先进制造技术的总称。 基本定义：“由产品的三维CAD 模型数据直接驱动，组 装(堆积) 材料单元而制造出任意复杂且具有使用功能的 零件的科学技术。”
激 光 器 扫 描 镜
激 光 束 铺粉 装置 零件
Z轴 升降台
透 镜
刮 平 辊 子
SLS成型原理图
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快速制造技术
熔融沉积法（FDM—Fused Deposition Modeling）
丝 材
电焊枪 Z 向 进 给
成型件 Ｘ－Ｙ 驱 动
FDM成型原理图
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快速制造技术
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快速制造技术
2. 快速成形工艺过程
成型制作
STL模型 CAD模型 *实体造型方法 *STL输出接口 *其它数据接口
加工文件
*模型制作定向 *分层处理 *加支撑
数据准备处理 CAD造型系统
成型过程 成型零件
快速成型系统 图1.1 快速成型技术工艺过程示意图
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快速制造技术
实例1：某农用车集团农用车仿形
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快速制造技术
实例2：压气机叶轮扫描、逆向过程
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快速制造技术
实例3：涡轮叶片检测
视图区域中的CAD模型和扫描数据进行对齐
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快速制造技术
实例4：陶瓷、文物复制仿形
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快速制造技术
实例5：汽车工业应用
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快速制造技术
光固法（SL—Stereolithography）
光固化成型原理图
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快速制造技术
叠层法（LOM—Laminated Object Manufacturing）
LOM成型原理图
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快速制造技术
激光选区烧结法（SLS—Selective Laser Sintering ）
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96年以来，有各种类型的RP设备商业化： 西安交大推出了基于SLA工艺的系列机型； 清华大学推出了基于FDM工艺的系列机型； 北京隆源公司推出了基于SLS的系列机型； 华中理工推出了基于LOM的系列机型。
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快速制造技术
快速成型设备产业化
－实现了 5种产品11个型号的产业化
z 成本为传统加工的1/3～1/5 z 周期缩短为1/5～1/10
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快速制造技术
5. 中国RP技术研究及商业化概况
z 在 RP样机（ 87 年）商品化6年后，国内西安交大(SLA)、清华大 学(FDM)、华中理工大学(LOM)及相关研究机构（93年）开始RP技 术的研究。 z 中国RP技术的研究包括了RP设备（激光器、扫描振镜、控制软 件、支撑软件等关键技术）、材料及应用领域的诸多方面。 z 拥有市场主导工艺（SLA/SLS/FDM/LOM/SGC)设备、材料的核 心技术，形成了较完备的自主产权体系。 ¾ z z z z
企业60余家
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西安交大 哈工大 上海交大 大连理工大学 浙江大学 山东大学 南京航空航天大学 北方交通大学 苏州大学 四川大学 兰州交通大学 北京航空航天大学 西北工业大学 重庆工学院 甘肃理工大学 西华大学 台湾朝阳学院
长安汽车 比亚迪 五粮液普什模具 天津汽车研究所 柳州五凌（柳州微汽） 美国佩尔泰克公司 豪健摩托 湖北航宇公司 宝圣集团 西安7171所 台湾智泰科技 天旗（台资） 台特（台资）
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快速制造技术
快速制造技术分类
① ② 直接快速制造—通过RM直接完成功能零件； 间接快速制造—通过RP 完成工、模具制造，模具进行批 量生产。
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快速制造技术
快速制造技术路线
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快速制造技术
二、逆向工程（反求工程）及其应用
1. 逆向工程亦称反求工程，简称RE (Reverse Engineering). 2. 广义反求工程:以物理模型(模型、实物、样件)、软件(程序、技 术文档)、影像(图片、影视资料)等为研究对象，其目标是探求研 究对象的原理、技术方案、功能、材料、结构、表面特性、可靠 性等. 3. 几何反求：当设计者的理念以粘土或木模表达或只有产品样件而 没有设计蓝图或CAD模型等情况下，若要进行仿制或再设计，必须 对实物进行三维数字化处理，数字化手段包括传统测绘及各种先 进测量方法，将获得的三维离散数据作为初始素材，借助专用三 维重构软件并结合通用CAD系统构造实物的CAD模型，在此基础上 进行产品结构性能分析或利用各种先进制造方法制造出原型或产 品。 4. 机械工程领域目前主要侧重于几何反求。
指标 设备 RMSⅡ型三维面 扫描抄数机
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测量距离 500mm-1.2m 标准1m
单幅扫描精度 ≤0.03mm
测量深度 ≥300mm
单幅测量点数 ≥130万
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快速制造技术
主要测量设备
z
S-Re300层切反求测量系统（自主开发）
指标 设备 S-Re300层切反 求测量系统
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快速制造技术
实例8：包含内部结构的反求测量
zSL350层切测量的汽车发动机内部结构
发动机 气缸盖 某典型 断层图 像轮廓 的提取
包含气缸盖 套的原始数据
平滑精简后 的水套数据
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快速制造技术
发动机零部件的反求实例
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快速制造技术
反求建模发动机实物
。。。。 41
1. 三坐标测量仪 2. 激光扫描测量仪 3. CT断层测量 4. 层切测量（层析法） （层析法 5. 三维面扫描和工业数字近景摄影测量
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快速制造技术
光切测量系统组成
CCD 柱面镜 扫描振镜 激光器
线结构 光扫描 控制单 元
图象采 集与处 理单元
计算机
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快速制造技术
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钣金成型测量
涡轮叶片测量
航空行业测量
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快速制造技术
主要测量设备
zRMS600激光三维抄数机
◊采用国际最先进的外差式多 频相移三维光学测量技术,达 到国外2007年最新产品的技术 水平。 测量扫描速度快。单幅（最大 3米幅面）测量速度为3~6秒。 工件不需要喷显影剂、更适合 在线检测。
层切法测量系统组成
图象传感器 数控铣床 场照明光源 铣刀 封装的被测件 夹具 工作台 层厚控制 计算机
高速平面切削
图象采集
数据处理
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快速制造技术
三维面扫描测量原理（面扫描）
“三维面扫描测量系统”是通过在不同的位置和方向获取同一物体的 2幅以上的数字图像，经计算机图像匹配等处理及相关数学计算后 得到待测点精确的三维坐标。其测量原理和经纬仪测量系统一样， 均是三角形交会法。
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快速制造技术
汽车发动机反求CAD模型
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快速制造技术
三、激光快速成型技术及其应用 1. 快速成形原理
快速成型 ( Rapid Prototyping – RP ) 技术是近年来发展起来的直接 根据 CAD 模型快速生产样件或零件的成套技术总称，它集成了 CAD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。 z 传统加工： 切削加工（车、铣、刨、磨） ΔM＜0（材料去除） 热成型加工（铸造、锻压） ΔM＝0（等量材料） z 快速成形： ΔM＞0（材料累加） 快速成型原理图
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快速制造技术
三维几何反求测量方法比较
测量方法
三维数字近景摄影 测量（面扫描）
精
度
速 度
快
材料 限制
无
形状限制
表面变化 不能过陡
成本
较高 ±0.02mm 高 ±0.5μm 较低 ±0.05mm 低 >0.1mm 较高 ±0.025mm