快速原型技术简介讲解
计算机辅助设计与制造的快速原型技术
计算机辅助设计与制造的快速原型技术计算机辅助设计与制造（Computer-Aided Design and Manufacturing，简称CAD/CAM）是现代制造业中的重要环节。
它结合了计算机技术和制造工艺，通过使用计算机软件和硬件来辅助设计和制造产品。
其中，快速原型技术是CAD/CAM中的一项核心技术，它可以快速创建产品的三维模型，并转化为可供制造的实体产品。
本文将深入探讨计算机辅助设计与制造的快速原型技术以及其在制造业中的应用。
一、快速原型技术的基本原理快速原型技术是一种通过堆积不同材料来逐层构建物体的制造方法，其基本原理是通过计算机将三维模型切片、分层，然后逐层打印或切割材料，最终将多个薄层堆积形成实体物体。
这种制造方式较传统制造方法更加灵活和高效，具有较快的交付时间和较低的成本。
二、快速原型技术的应用领域1. 制造业：快速原型技术可以在产品设计阶段快速验证设计效果，节省时间和成本。
同时，它也可以用于制造复杂形状的零部件或产品，减少制造工艺难度。
2. 医疗领域：快速原型技术可以在医学设备研发和手术模拟中发挥作用。
医疗器械生产方面，可以通过快速原型技术打印出逼真的模型进行验证和测试；手术模拟方面，可以打印出患者特定的器官模型，以便医生进行手术前的规划和演练。
3. 教育领域：快速原型技术可以用于制作教学模型和实物展示品，增强学生的学习体验和动手能力。
三、快速原型技术的优势1. 提高制造效率：快速原型技术可以缩短产品设计与制造的周期，从而加快产品上市的速度。
它还可以通过一次性制造多个模型或产品，提高制造的效率。
2. 降低成本：相比传统的制造方式，快速原型技术降低了制造成本。
传统的制造方式需要使用多个工具，而快速原型技术只需要使用一台设备。
3. 增加设计灵活性：快速原型技术不受制造工艺的限制，可以制造出复杂结构和形状的产品。
这使得设计师可以更加自由地创造和表达产品的创意。
四、快速原型技术的挑战与改进方向1. 材料选择：当前的快速原型技术主要使用塑料或金属作为原材料，而对于一些特殊性能的产品，如高温或耐腐蚀性能要求较高的产品，快速原型技术还存在挑战。
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。
第八讲快速原型制造技术
快速原型/零件制造技术一、快速原型/零件制造技术的原理•快速原型/零件制造技术是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体的技术总称。
•特征：1）可以制造任意复杂三维几何实体。
2）CAD模型直接驱动。
3）成形设备无需专用夹具或工具。
4）成形过程中无人干预或较少干预。
•快速原型技术采用离散/堆积成型的原理，其过程是：先由三维CAD软件设计出所需要零件的计算机三维曲面或实体模型（亦称电子模型），然后根据工艺要求，将其按一定厚度进行分层，把原来的三维电子模型变成二维平面信息（截面信息），即离散的过程；再将分层后的数据进行一定的处理，加入加工参数，产生数控代码，在微机控制下，数控系统以平面加工方式有序地连续加工出每个薄层并使它们自动粘接而成形，这就是材料堆积的过程。
•随着RPM技术的发展和人们对该项技术认识的深入，它的内涵也在逐步扩大。
目前快速原型技术包括一切由CAD直接驱动的成形过程，而主要的技术特征即是成形的快捷性。
对于材料的转移形式可以是自由添加、去除、以及添加和去除结合等形式。
二、RPM技术的主要方法-5类方法（一）选择性液体固化•原理是：将激光聚集到液态光固化材料（如光固化树脂）表面，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，再建造一个层面，由此层层迭加成为一个三维实体。
该方法的典型实现工艺有立体光刻（SL，Stereolithography）如图1所示，实体磨固化（DGC，Solid Ground Curing），激光光刻（LS，Light Sculpting）,总的来说，都以选择性固化液体树脂为特征。
（二）选择性层片粘接•选择性层片粘接采用激光或刀具对箔材进行切割。
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。
通过升降平台的移动和箔材的送给可以切割出新的层片并将其与先前的层片粘接在一起，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。
机械设计基础了解机械设计中的快速原型技术
机械设计基础了解机械设计中的快速原型技术机械设计基础：了解机械设计中的快速原型技术快速原型技术（Rapid Prototyping，简称RP）是机械设计中的一种先进的制造技术，它通过利用计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）的相关技术，以及快速成型机的制作工艺，能够快速、准确地创建出产品的实物模型。
在机械设计过程中，快速原型技术发挥着重要的作用，不仅能够提高设计效率和准确度，还能够降低开发成本和缩短产品开发周期。
一、快速原型技术的发展历程快速原型技术起源于20世纪80年代，最初用于造船业中模型的制作。
之后，随着计算机及相关技术的飞速发展，快速原型技术逐渐被应用于机械设计领域，并得到了广泛的应用。
目前，已经有多种快速原型技术被研发出来，如光固化、喷墨、激光烧结等。
二、快速原型技术的优势1. 缩短产品开发周期：使用快速原型技术可以减少设计、制造和测试等环节的时间，从而加速产品的推出速度，提高市场竞争力。
2. 提高设计准确性：通过创建实物模型，设计师可以更直观地了解产品的外观和结构，并及时发现问题，优化设计方案。
3. 降低开发成本：与传统的制造方式相比，快速原型技术可以减少原材料的浪费和零部件的加工成本，从而降低产品的总体成本。
4. 具备多材料和多工艺特点：快速原型技术可以使用不同的材料和多种工艺来制作模型，满足不同产品的需求，提高设计的灵活性和多样性。
三、快速原型技术的应用领域1. 产品设计：快速原型技术可以通过直观的实物模型来验证设计的可行性和可靠性，提供参考依据，帮助设计师进行改进和优化。
2. 制造行业：在制造行业中，快速原型技术可以用于创建模具、夹具等工具，实现快速制造和工艺验证。
3. 医疗领域：快速原型技术可以应用于医疗器械的设计和制造，如手术模拟器、假肢等，提高医疗设备的性能和品质。
4. 教育领域：快速原型技术可以用于教育实验室的建设和教学辅助工具的制作，提升学生的创造力和动手能力。
快速原型的制造技术及应用研究
快速原型的制造技术及应用研究一、引言快速原型（Rapid Prototyping，RP）是一种新兴的制造技术，它可以快速制造出三维模型，并在其基础上进行快速制造，同时也被广泛应用于产品设计领域和医疗领域。
二、快速原型技术的发展历程起初，快速原型技术主要用于制造复杂的工业零件，但由于其高效、低成本等优点，被广泛应用于汽车、航天、建筑、文化创意等领域，逐渐发展成为一项独立的制造技术。
三、快速原型技术的制造方法快速原型技术的制造方法主要分为激光烧结、光固化、层压制造和喷射成型等几种方法。
1. 激光烧结激光烧结采用激光束在金属粉末上进行高能量照射，使金属粉末熔化，形成凝固的金属球，在多次重叠后形成零件。
该方法通常用于制造金属零件。
2. 光固化光固化是利用紫外线或激光束的能量使液态树脂快速聚合形成固体，该方法通常用于制造非金属零件。
3. 层压制造层压制造是采用在平面上依次叠压成型材料用三维打印机快速建造出三维物体的方法。
该方法特别适合制造模型和薄壁零件。
4. 喷射成型喷射成型是通过喷射器喷射熔融材料直接形成零件。
该方法特别适合制造中空零件。
四、快速原型技术应用研究1. 产品设计领域在产品设计领域，快速原型技术可以快速制造出三维模型，方便设计师在设计过程中对产品进行修改和改进，大幅度缩短了设计周期并降低了制造成本。
2. 医疗领域在医疗领域，快速原型技术可以通过数字化重建受伤部位，制作出精准的模型，帮助医生进行手术前的规划，并提高手术成功率，减少手术风险。
3. 艺术创意领域在艺术创意领域，快速原型技术可以制造出形态多样的艺术品和创意家居用品，满足人们日益增长的个性化需求。
五、快速原型技术的未来发展快速原型技术的发展受到了技术、市场、资金等多方面的限制。
仍需大量的研究和发展，提高快速原型制造技术的准确度、速度和效率。
未来，快速原型技术的发展将进一步推动新产品和新制造业的发展，并为人们的生活带来更多便利。
六、结论快速原型技术是一项颠覆性的制造技术，是工业和科技发展的重要驱动力之一。
快速原型技术简介
1.1快速原型工艺的产生
一类是其成型过程中以减少为特征，通过各种方 法将零件毛坯上多余的材料去除（如切削加工、 磨削加工等），从而得到所需工件。
传统的加 工方法
（根据零件 的成型过程）
2.1 光固化成型
SLA工艺是基 于液态光敏树脂 的光聚合原理而 工作的。
采用一定波长 和强度的紫外激 光束有选择地照 射液态光敏聚合 物，被照射的也 太光敏聚合物迅 速发生聚合反应， 分子量急剧增大 发生相变，由液 态固化生成三维 实物。
2.1.1 光固化成型工艺过程
1. 模型及支撑设计
在成形中，未被激光束照射的部分材料仍为液态，它不能使制件 上的孤立和悬臂轮廓定位。因此，必须设计和制作支撑结构。
结构陶瓷制品
经过3DP工艺制作的金属制件 注射模具
2.5 3DP工艺的成型原理
三维喷涂粘结快 速成型工艺是由美国 麻省理工学院开发成 功的，它的工作过程 类似于喷墨打印机。 3DP工艺与SLS工艺 类似，都是采用粉末 材料成型，如陶瓷粉 末、金属粉末、塑料 粉末等。
2.5 3DP工艺的成型原理
LOM工艺采用薄片材料，如 纸张、塑料薄膜等。 其工作原理如图，由系统 控制微机指令，步进电动机带 动主动辊芯转动，使纸卷转动 并在切割台面上自右向左移动 预定的距离。同时，工作台升 高至切割位置。之后热压装置 中的热压辊自左向右滚动，对 工作台上方的纸及涂敷于纸的 下表面的热熔胶加热、加压， 使纸粘于基底上。激光切割头 依据分层截面轮廓线切割纸， 并在余料上切出长方形边框，
3. 原型制作
液态光敏树脂逐层固化而形成原型件。
8.快速原型制造技术
③.快速原型作为一种重要的制造技术，采用适当的材料， 这种原型可以被用在后续生产操作中以获得最终产品。
④.快速原型操作可以应用于模具制造，可以快速、经济 地获得模具。 ⑤.产品制造过程几乎与零件的复杂性无关，可实现自由 制造(Free Form Fabrication)，这是传统制造方法无 法比拟的。
立体印刷的优缺点及应用
• SLA是最早出现的RP工艺，是目前RPM技术领域研究最 多、技术最成熟的方法。 • 缺点需要支撑、材料毒性及收缩
（二）选择性层片粘接
• 选择性层片粘接采用激光等对箔材进行切割。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。通过升降平台的移动和箔材 的送给可以切割出新的层片并将其与先前的层片粘接 在一起，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。 层片添加的典型工艺是分层实体制造LOM（Laminated Object Manufacturing——LOM），如图2所示。这里 所说的箔材可以是涂覆纸（涂有粘接剂覆层的纸）， 涂覆陶瓷箔、金属箔或其他材质基的箔材。
（二）RPM成形材料
材料 形态 具体 材料 液态 固态粉末 非金属 金属 固态片材 固态丝 材 蜡丝、 ABS丝等
快速原型(Rapid Prototyping)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组技 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。 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。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。
快速原型制造技术的步骤和特点
快速原型制造技术的步骤和特点快速原型制造技术是一种利用先进的制造技术和工具，快速制作产品的方法。
它通过快速制造出产品的原型，帮助设计师和工程师在产品开发过程中进行验证和测试，从而加快产品的开发和改进速度。
在快速原型制造技术中，主要包括以下几个步骤和特点。
一、快速原型制造技术的步骤：1. 制定设计需求：在开始快速原型制造之前，需要明确产品的设计需求，包括产品的功能、外观、尺寸等方面的要求。
2. 设计原型模型：根据设计需求，设计师使用计算机辅助设计软件（CAD）制作产品的三维模型。
3. 选择制造方法：根据产品的特点和制造要求，选择适合的快速原型制造方法，如3D打印、激光切割、数控加工等。
4. 材料选择和准备：根据所选制造方法的要求，选择适合的材料，并进行材料的处理和准备工作。
5. 制造原型模型：根据设计的三维模型和所选的制造方法，使用相应的工具和设备进行快速制造，制作出产品的原型模型。
6. 修整和处理：制造完成后，对原型模型进行修整和处理，使其达到设计要求的尺寸、形状和表面光滑度。
7. 验证和测试：制造完成的原型模型需要进行验证和测试，检查其是否满足设计需求，并进行必要的调整和改进。
8. 完善和优化：根据验证和测试的结果，对原型模型进行完善和优化，使其更符合产品的要求和市场需求。
9. 生产批量化：在验证和优化完成后，根据原型模型进行生产批量化，制造出符合要求的产品。
二、快速原型制造技术的特点：1. 快速性：快速原型制造技术可以在较短的时间内制作出产品的原型模型，缩短了产品开发周期，提高了开发效率。
2. 灵活性：快速原型制造技术可以根据设计需求的变化进行快速调整和改进，灵活适应不同的设计要求。
3. 成本效益：相比传统的制造方法，快速原型制造技术可以节省成本，减少材料和设备的浪费，提高了产品的经济效益。
4. 可定制化：快速原型制造技术可以根据客户的需求进行定制化生产，满足不同客户的个性化需求。
5. 创新性：快速原型制造技术可以帮助设计师和工程师实现创新设计和构思，促进产品的技术创新和市场竞争力。
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1.2 快速原型技术的工艺过程
第一步：设 计出所需零 件的计算机 三维模型
第二步：根据 工艺要求，按 照一定的规律 将该模型离散 为一系列有序 的单元
第三步：将 离散后的模 型在Z向按一 定的厚度进 行分层
第四步：输入加工 参数，自动生成数 控代码，最后由原 型机成形一系列的 层片并自动粘接得 到一个三维实体
工件底部也要加支撑，以使工件成形后顺利从工作台取下。
成形完毕后应小 心除去支撑，从 而得到最终所需 的工件。
2.1.1 光固化成型工艺过程
2. 分层处理
采用分层软件对CAD模型的STL格式文件进行分层处理，得到 每一层截面图形及其有关的网格矢量数据，用于控制激光束的扫描 轨迹。分层处理还包括层厚、建立模式、固化深度、扫描速度、网 格间距、线宽补偿值、收缩补偿因子的选择与确定。
2.2.3 LOM的工艺过程
1. 制作基底 2. 原型制作
3. 去除余料
4. 后处理 余料去除以后，为提高原型表面状况和机械强度，保 证其尺寸稳定性、精度等方面的要求，需对原型进行后置 处理，比如防水、防潮、加固和使其表面光滑等，通常采 用的后置处理工艺包括修补、打磨、抛光、表面涂覆等。
2.2.4 LOM成型工艺的特点
另一类是材料的质量在成型过程中基本保持不变， 如通过各种压力成型方法以及各种铸造方法得到 的工件。
然而为了适应市场日新月异的变化以及解决产品生命周期缩短 带来的挑战，企业必须重视新产品的不断开发和研制。
正是在这种情况下，快速原型技术也就应运而生。
快速原型英文名字为Rapid Prototyping（快速原型制造、快 速原型、快速成形），常常简称为RP。
可以直接制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失型。
2.2 分层实体制造
分层实体制造时在SLA工艺 之后发展起来的又一种快速原 型工艺，它是一种很容易被理 解的分层叠加制造方法，通过 对原料进行分层叠加与激光切 割来形成零件。
汽车发动机排气管的精铸母模
奥迪轿车刹车钳体精铸 母模的LOM原型
2.2.1 分层实体制造的原理
2.2.2 LOM成型工艺的特点
工作台连同被切出的 轮廓层下降至一定高度后， 步进电动机驱动主动辊再 次沿逆时针方向转动，直 至完成最后一层轮廓粘合 和切割。从工作台上取下 被边框所包围的长方体， 用小锤敲打使大部分由小 网格构成的小立方块废料 与制品分离，再用小刀从 制品上提出残余的小立方 块，得到三维原型制品。
目前主要的快速原型工艺方法有光 固化（SLA）、分层实体成型 （LOM）、粉末烧结成型（SLS)、 熔融挤压成型（FDM）几种。
1.1快速原型工艺的产生
一类是其成型过程中以减少为特征，通过各种方 法将零件毛坯上多余的材料去除（如切削加工、 磨削加工等），从而得到所需工件。
传统的加 工方法
（根据零件 的成型过程）
它将复杂的三维实体分 解成简单的 进而相比传统加工而言能节 省70%~80%的加工工时和降 低60%~80%的成本。
制造任意复杂 形状的三维 实体 广泛的应用 领域 无需专用夹具 或工具
RP的特点
良好的经济 效益 无人干预或 较少人干预
成形速度快
材料适用性好
2.快速原型工艺
目前快速原型技术 的工艺方法已经有几十 种，并且新的工艺方法 还在不断出现。RP系统 由选取的物料分为三大 类：液态（如SLA、SGC、 HISD等)、粉末粒子 （SLS、3DP）和薄层材 料（LOM、SFP).。 其中商品化比较好 的快速原型主要还是 SLA、LOM、SLS、FDM、 3DP这几项技术。下面 分别对它们进行简要介 绍。
3. 原型制作
液态光敏树脂逐层固化而形成原型件。
4. 后处理
原型制作完毕，需进行剥离，以便去除废料和支撑结构，有 时还需进行后固化、修补、打磨、抛光、表面涂覆、表面强化处 理等，这些工序统称为后处理。
2.1.2 光固化成型工艺优点
SLA工艺优点如下：
尺寸精度高，可达±0.1mm，是RP技术中最高的； 原型表面质量优良； 可以制作结构复杂、细小的模型； 系统非常稳定，成形过程自动化程度高；
用CAD软件设计
工件的3D模型
用三维激光扫描设备对 已有的实物数字化
模型近似处理，文件格式转换成STL格式
前 处 理
对3D模型逐层切片，求每层截面轮廓
逐层快速成型 逐层快速成型 三维样品 三维样品 表面处理 最终工作
分 层 叠 加 成 型 后 处 理
1.3 快速原型技术的特点
RP采用了一种全新的 “增加材料”的加工方法， 与传统的“去除材料”的加 工方法完全不同。
快速原型技术
目 录
§1 快速原型原理
§2
几种典型的快速原型工艺简介
§3 快速原型工艺的发展趋势
1.快速原型技术的原理
20世紀80年代末以來出现了一种崭 新的不同于传统观念的制造技术— —快速原型制造技术，被认为是最 近20年来制造领域的一次重大突破。
因其具有产品制造的集成化、自动 化、快速化等突出优点，能适应速 度经济时代对市场需求的快速响应， 已经广泛应用于产品原型制造、模 具制造行业中，并已经取得了良好 的效果。
LOM工艺采用薄片材料，如 纸张、塑料薄膜等。 其工作原理如图，由系统 控制微机指令，步进电动机带 动主动辊芯转动，使纸卷转动 并在切割台面上自右向左移动 预定的距离。同时，工作台升 高至切割位置。之后热压装置 中的热压辊自左向右滚动，对 工作台上方的纸及涂敷于纸的 下表面的热熔胶加热、加压， 使纸粘于基底上。激光切割头 依据分层截面轮廓线切割纸， 并在余料上切出长方形边框，
2.1 光固化成型
SLA工艺是基 于液态光敏树脂 的光聚合原理而 工作的。
采用一定波长 和强度的紫外激 光束有选择地照 射液态光敏聚合 物，被照射的也 太光敏聚合物迅 速发生聚合反应， 分子量急剧增大 发生相变，由液 态固化生成三维 实物。
2.1.1 光固化成型工艺过程
1. 模型及支撑设计
在成形中，未被激光束照射的部分材料仍为液态，它不能使制件 上的孤立和悬臂轮廓定位。因此，必须设计和制作支撑结构。