第6章 快速成型制造的几种典型工艺及后处理

4) 可使用的材料种类较少。
5) 液态树脂具有气味和毒性，并且需要避光保护，以防止其提前 发生聚合反应，选择时有局限性。 6) 需要二次固化。
6.1.2 光固化成型的特点
图6-2 SLA制作的原型
6.1.3 光固化成型的后处理
1) 当原型在激光成型系统中生成后，工作台升出液面，停留5～1
0min，以晾干多余的树脂。 2) 用工业酒精和丙酮对树脂原型表面和型腔内部进行清洗，尤其 需要将内部未排干的树脂清洗干净。 3) 从工作台上取出原型，去除原型表面的支撑。 4) 由于原型中尚有部分未完全固化的树脂，清洗过的原型必须放 在后固化装置的转盘上进行完全固化，以满足所要求的机械性能。
图6-14 STL导入快速成型软件
2.将STL文件数据处理软件
图6-15 叶轮的成型方向和布局
2.将STL文件数据处理软件
图6-16 分层参数的设置界面
3.将分层数据文件输入快速成型设备
4.后处理
图6-17 叶轮整体的FDM原型
6.7.2 基于3DP的成型实例
1.三维打印机的准备 2.三维打印前的准备
6.5 三维打印(3DP)
图6-11 三维喷涂粘结(3DP)制作的原型
三维打印
(Three Dimensional Printing ，简称3DP)：
三维打印原理类似于喷墨打印机原理，首先铺粉，利用喷嘴按 指定路径将液态粘结剂喷在粉层上的特定区域，粘结后去除多 余的材料便得到所需的原型或零件。也可以直接逐层喷涂陶瓷 或其他材料粉浆，硬化后即得到所需的原型或零件。
6.6 几种典型成型方法的分析比较
表6-1 几种典型成型方法比较
6.7 成型实例
6.7.1 基于FDM的成型实例
1.生成STL文件
2.将STL文件数据处理软件 3.将分层数据文件输入快速成型设备 4.后处理
6.7.1 基于FDM的成型实例
图6-13 叶轮的CAD模型
1.生成STL文件
2.将STL文件数据处理软件
3) 需要预热和冷却。
4) 成型表面粗糙多孔，并受粉末颗粒大小及激光光斑的限制。 5) 成型过程产生有毒气体和粉尘，污染环境。
6.3.3 选择性激光烧结的后处理
1.高温烧结
2.热等静压
3.熔浸 4.浸渍
6.4 熔融沉积制造(FDM)
图6-8 FDM制得的原型
6.4 熔融沉积制造
熔融沉积制造 (Fused Deposition Modeling ，简称FDM)：
采用热熔喷头，使半流动状态的材料流体按模型分层数据控制 的路径挤压出来，并在指定的位置沉积、凝固成型，这样逐层 沉积、凝固后形成整个原型。
6.4.1 熔融沉积制造的基本原理
图6-9 FDM的工艺原理
6.4.1 熔融沉积制造的基本原理
图6-10 双喷头FDM的工艺原理
6.4.2 熔融沉积制造的特点
6.5.1 三维打印的基本原理
图6-12 3DP的工艺原理
6.5.2 三维打印的特点
1) 成型速度快，成型材料价格低，适合做桌面型的快速成型设备。 2) 在粘结剂中添加颜料，可以制作彩色原型，这是该工艺最具竞
争力的特点之一。
3) 成型过程不需要支撑，多余粉末的去除比较方便，特别适合于 做内腔复杂的原型。
6.1.1 光固化成型的基本原理
图6-1 SLA的工艺精度高。
2) 表面质量较好。 3) 可以制作结构十分复杂的模型。 4) 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。 1) 尺寸稳定性差。 2) 需要设计成型件的支撑结构，否则会引起成型件变形。 3) 设备运转及维护成本较高。
6.1 光固化成型(SLA)
•光固化成型 •(Stereo Lithography Apparatus,简称SLA)： • 以光敏树脂为原料，采用计算机控制下的紫外激光束 以原型各分层截面轮廓为轨迹进行逐点扫描，使被扫 描区内的树脂薄层产生光聚合反应后固化，从而形成 制件的一个薄层截面。一层固化完毕后，向下移动工 作台，在刚刚固化的树脂表面布放一层新的光敏树脂 以便进行循环扫描、固化。新固化的一层牢固地粘结 在前一层上，如此重复堆积成整个原型。
3.三维打印成型
4.成型件的后处理
1.三维打印机的准备
2.三维打印前的准备
图6-18 ZPrint软件STL文件导入界面
2.三维打印前的准备
图6-19 模型在成型腔的摆放位置
2.三维打印前的准备
图6-20 打印设置对话框
3.三维打印成型
4.成型件的后处理
图6-21 3DP原型
6.8 小结
第6章 快速成型制造的几种典型工艺及 后处理
第6章 快速成型制造的几种典型工艺及后处理
6.1 光固化成型(SLA)
6.1.1 光固化成型的基本原理 6.1.2 光固化成型的特点 6.1.3 光固化成型的后处理 6.2 分层实体制造(LOM) 6.2.1 分层实体制造的基本原理 6.2.2 分层实体制造的特点
1) 成本低。
2) 采用水溶性支撑材料，使得去除支撑结构简单易行，可快速构 建复杂的内腔、中空零件以及一次成型的装配结构件。 3) 原材料以材料卷的形式提供，易于搬运和快速更换。 4) 可选用多种材料，如各种色彩的工程塑料ABS、PC、PPSF以 及医用ABS等。 5) 原材料在成型过程中无化学变化，制件的翘曲变形小。
6.2.3 分层实体制造的后处理
1) 余料去除。
2) 表面处理。
6.3 选择性激光烧结(SLS)
图6-6 SLS直接制得的功能零件
选择性激光烧结 (Slected Laser Sintering，简称SLS)： 按照计算机输出的原型或零件分层轮廓，采用激光束 按指定路径在选择区域内扫描并熔融工作台上很薄、 且均匀铺层的材料粉末。处于扫描区域内的粉末颗粒 被激光束熔融后，形成一层烧结层。各层全部烧结后 去掉多余的粉末即获得原型或零件。
6.3.1 选择性激光烧结的基本原理
图6-7 SLS的工艺原理
6.3.2 选择性激光烧结的特点
1) 可以采用多种材料。
2) 过程与零件复杂程度无关，制件的强度高。 3) 材料利用率高，未烧结的粉末可重复使用，材料无浪费。 4) 无需支撑结构。 5) 与其他成型方法相比，能生产较硬的模具。 1) 原型结构疏松、多孔，且有内应力，制件易变形。 2) 生成陶瓷、金属制件的后处理较难。
5) 由于原型是逐层固化的，所以还需要对原型表面光整处理，对
加支撑的部位进行打磨修剪，降低原型表面粗糙度，对要求较高 的原型还需进行喷砂处理。
6.2 分层实体制造(LOM)
分层实体制造 (Laminated Object Manufacturing，简称LOM)： 采用激光器和加热辊，按照分层模型所获得的数据， 用激光束将单面涂有热熔胶的纸片、塑料带、金属带 或其他材料的箔带切割成欲制样品的内外轮廓，再通 过加热使刚刚切好的一层和下面的已切割层粘结在一 起。这样通过逐层反复的切割、粘合，最终叠加成整 个原型。
6.5.3 三维打印的后处理
6.6 几种典型成型方法的分析比较 6.7 成型实例 6.7.1 基于FDM的成型实例 6.7.2 基于3DP的成型实例
应用最广泛的快速成型工艺：
1、光固化成型(SLA) 2、分层实体制造(LOM) 3、选择性激光烧结(SLS) 4、熔融沉积制造(FDM) 5、三维打印(3DP) 都是基于增材的加工法原理，其差别在于使用的成型原材料 以及每层轮廓的成型方法。
6.2.3 分层实体制造的后处理
6.3 选择性激光烧结(SLS) 6.3.1 选择性激光烧结的基本原理 6.3.2 选择性激光烧结的特点 6.3.3 选择性激光烧结的后处理
第6章 快速成型制造的几种典型工艺及后处理
6.4 熔融沉积制造(FDM)
6.4.1 熔融沉积制造的基本原理 6.4.2 熔融沉积制造的特点 6.4.3 熔融沉积制造的后处理 6.5 三维打印(3DP) 6.5.1 三维打印的基本原理 6.5.2 三维打印的特点
6.5.3 三维打印的后处理
后处理比较简单。
成型结束后，将原型置于加热炉中或成型箱中保温，作进 一步固化，凝固到一定强度后取出。在除粉系统中将没粘 接的粉末除去，并将这些粉末收回。 由于粘接剂粘接的零件强度较低，通常还需在原型的表面 涂上硅胶或其它耐火材料，以提高部件的表面精度。
或在高温炉中焙烧，提高原型的力学强度及耐热性。
6) 用蜡成型的原型零件，可直接用于熔模铸造。
1) 原型的表面有较明显的条纹。 2) 沿成型轴垂直方向的强度比较弱。 3) 需要设计与制作支撑结构。 4) 需要对整个截面进行扫描涂覆，成型时间较长。
6.4.3 熔融沉积制造的后处理
1) 对FDM原型的机体进行增强处理。 2) 对原型的表面进行涂覆。 3) 对原型的表面进行粗抛。 4) 表面喷涂。
7) 可制作尺寸大的原型。
8) 原材料价格便宜，原型制作成本低。 1) 不能直接制作塑料原型。 2) 原型(特别是薄壁件)的抗拉强度和弹性不够好。
6.2.2 分层实体制造的特点
3) 原型易吸湿膨胀，因此，成型后应尽快进行表面防潮处理(树
脂、防潮漆涂覆等)。 4) 原型表面有台阶纹理，难以构建形状精细、多曲面的零件，仅 限于结构简单的零件，因此，成型后需进行表面打磨。
6.2.1 分层实体制造的基本原理
图6-4 LOM的工艺原理
6.2.1 分层实体制造的基本原理
图6-5 LOM制作的原型
6.2.2 分层实体制造的特点
1) 成型速度较快。
2) 原型精度高，翘曲变形较小。 3) 原型能承受高达200℃的温度，有较高的硬度和较好的力学性 能。 4) 无需设计和制作支撑结构。 5) 可进行切削加工。 6) 废料易剥离，无需后固化处理。