快速成形技术的特点及应用
快速成形技术
一、基本原理及特点
二、主要方法 三、应用
基本原理及特点
1、增料 （其他成形方法减料、强迫约束、生长） 2、分层（计算机）加工 厚度（数控Z坐标） 形状（轮廓，数控激光切割、材料物 理化学特性）
主要成形方法
1、SLA（液态光敏聚合物选择性固化） 又称 立体平板印刷
在模具制造中的应用
快速成形件直接用作模具 用快速成形件作母模，翻制软模具 用快速成形件翻制硬模具
SLA
SLS
LOM
FDM
fdm
SLS1
3DP
TDP
LOM1
SLA1
SLA零件
SLA零件1
SLA零件2
SLS零件
SLS零件1
SLS零件2
LOM零件
LOM零件1
模具
模具2
零件1 零件2 零件3
2、SLS（粉末材料选择性烧结） 选择性激光烧结 可直接得到塑料、陶瓷或金属件 工艺性较好 成形件结构疏松多孔，表面粗糙度 较差
零件1 零件2 零件3
3、LOM（薄型材料选择性切割） 分层物体制造 尺寸精度较高； 只须对轮廓线进行切割，制作效率高； 构形材料价格便宜(8/kg)； 不能直接制作塑料件； 表面粗糙度较高，工件表面有明显的 台阶纹，成型后要进行打磨； 后续处理费时。 零件1 零件2
4、FDM（丝状材料选择性熔复） 熔积固化成形（无激光）； 能直接制作ABS塑料； 材料利用率高； 成形时间较长； 材料贵(250-458/kg)，改进后降低； 悬臂结构处要设置支撑。
5、TDP（三维打印） 喷粘结剂（粉末材料选择性粘结） 喷墨原理 小型、快速 使用方便
应 用
1、在产品设计中的应用 2、在模具制造中的应用 3、在矫形医学中的应用
医学
冲压模具的快速成形技术介绍
冲压模具的快速成形技术介绍冲压模具是用于冲压加工工艺的重要设备，通常由模架、上、下模座、上、下模板、顶针等组成。
传统的冲压模具采用的是传统制造工艺，制造周期长，生产效率低，导致产品制造成本高，难以满足市场需求。
快速成形技术主要是利用计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、快速成型(RP)等技术，通过直接数据处理和机械制造的方法，从设计到制造的全过程中减少了一切繁琐的处理。
该技术的主要特点是：快速、高效、能够生产出形状复杂，尺寸精度高的冲压模具。
快速成形技术的主要应用有以下几个方面：1、产品开发：快速成形技术可以快速制造模具，大大缩短产品开发周期，加快上市速度。
2、小批量生产：快速成形技术可以满足小批量生产的需求，减少生产成本，提高工作效率。
3、个性化定制：快速成形技术可以根据客户需求快速制造模具，方便实现个性化定制生产。
4、模具修复：快速成形技术可以修复模具，提高模具利用率，节约成本。
快速成形技术的实施步骤主要包括以下几个方面：1、模具设计：根据产品需求，使用CAD软件进行模具设计，设计完成后，经过计算机模拟验证。
然后将模具设计数据导入到CAM软件中，生成加工路径。
2、快速成形：根据CAM软件生成的加工路径，使用快速成形设备进行模具的快速成形。
常用的快速成形设备有三维打印机、激光烧结机等。
3、后处理：快速成形完成后，需要进行后处理，包括清理、热处理、表面处理等。
清理主要是去除模具表面残留物质，热处理是为了提高模具的硬度和耐磨性，表面处理是为了提高模具的表面质量。
快速成形技术有以下几个优点：1、缩短制造周期：传统模具制造周期长，快速成形技术可以大大缩短制造周期，提高生产效率。
2、节约成本：快速成形技术可以减少材料浪费、人工成本等，降低模具制造成本。
3、提高产品质量：快速成形技术可以生产出形状复杂，尺寸精度高的模具，提高产品质量。
4、适应多品种、小批量生产：快速成形技术可以根据客户需求快速制造模具，适应多品种、小批量生产的需求。
快速成型技术
其在处理速度上都可以很好的满足需求，而且时间跨度不大，有利于实现产品开发的高速闭环反馈。 其二：集成化，快速成型技术使得设计环节和制造环节达到了很好的统一，我们知道在快速 成型的操作过程中，计算机中
的CAD模型数据会通过软件转化的方式，自动生成数控指令，依据数据的转化实现对于部件的合理加工。由此看来设计和 制造之间的鸿沟不再存在，达到了高度的集约化。 其三：适用性，快速成型技术，适翻分层技术制造工艺，将复杂的三维切成二维来处理，极大的简化了加工流程，在不存 在三维刀具的干涉的前提下，高效的处理好复杂的中空结构。无论是从理论上来讲，还是从实践上来讲，其技术的适用性 可以应对任何的复杂构件制造。 其四：可调整性，快速成型技术，即真正意义上的数字化系统，是制造业中的利器，我们操作员仅仅需要合理设置一下相 关的参数和属性， 就可以有针对性的处理好各种产品的样品制造和小批量生产；而且在此过程中，保证了成型过程的柔韧 性。 其五：自动化，快速成型技术，实现了完全的自动化成型，只要操作人员输入相关的参数,在不需要多少干涉的情况下，实 现整个过程的自动运行。
从技术发展角度看，计算机科学、CAD技术、材料科学、激光技术的发展和普及，为新的制造技 术的产生奠定了技术物质基础。
第十章 快速成形技术
第三节 薄片分层叠加成形
⒊LOM分层叠加成形设备和应用 ⑴设备组成： ①激光系统 ②走纸机构 ③X、Y扫描机构 ④Z轴升降机构 ⑤加热辊 等组成。 ⑵应用： 制作汽车发动机曲轴、连杆、各类箱体、盖板等零部件的原形样件。
第三节 薄片分层叠加成形
第四节 熔丝堆积成形
熔丝堆积成形(FDM—Fused Deposition Modeling)工艺由美国学者 Dr．Scott Crump于1988年研制成功，并由美国Stratasys公司推出商 品化的机器。 ⒈熔丝堆积成形—FDM工艺原理 FDM工艺是利用热塑性材料的热熔性、粘结性，在计算机控制下层层 堆积成型。
第十二章 快速成形技术
快速成形技术(RapidProtoyping简称RP)： 增材加工法 ⒈产生和发展： 20世纪80年代后发展起来的。 综合了机械工程、CAD、数控技术、激光技术 和材料科学技术。 2001年中国机械工程学会下属的特种加工学会 增设了快速成形专业委员会。
第十二章 快速成形技术
⒉特点： ⑴可以自动、直接、快速、精确地将设计思 想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件。 ⑵产品设计进行快速评估、修改及功能试验， 大大缩短了产品的研制周期。 ⑶快速工装模具制造、快速精铸技术则可实 现零件的快速制造。 ⑷增材加工法 ⑸综合了机械工程、CAD、数控技术、激光 技术和材料科学技术。
第一节光敏树脂液相固化成形
光敏树脂液相固化成形(SL—Stereolithography)又称光固化立体造 型或立体光刻。 产生和发展： 由Charles Hul发明并于1984年获美国专利。 1988年美国3D系统公司推出商品化的世界上第一台快速原型成形机。 SL方法是目前RP技术领域中研究得最多的方法，也是技术上最为成 熟的方法。目前，SLA系列成形机占据着RP设备市场较大的份额。
快速成型技术
b.设计的易达性
• 可以制造任意复杂形状的三维实体模型，快速成型技术不受零件几何 形状的限制，在计算机管理和控制下能够制造出常规加工技术无法实 现的复杂几何形状零件的建模，能充分体现设计细节，尺寸和形状精 度大为提高，零件不需要经一步加工。
c.快速性
• RP技术是一项快速直接地单件零件的技术。可以直接接受产品设计 （CAD）数据，快速制造出新产品的样件、模具或模型，大大缩短新 产品开发周期、降低成本、提高开发质量。
分层实体成型——LOM成ห้องสมุดไป่ตู้工艺
• LOM(Laminated Object Manufacturing)工艺或称为叠层实体 制造，其工艺原理是根据零件分层几 何信息切割箔材和纸等，将所获得的 层片粘接成三维实体。其工艺过程是： 首先铺上一层箔材，然后用CO，激 光在计算机控制下切出本层轮廓，非 零件部分全部切碎以便于去除。当本 层完成后，再铺上一层箔材，用滚子 碾压并加热，以固化黏结剂，使新铺 上的一层牢固地粘接在已成形体上， 再切割该层的轮廓，如此反复直到加 工完毕，最后去除切碎部分以得到完 整的零件。该工艺的特点是工作可靠， 模型支撑性好，成本低，效率高。缺 点是前、后处理费时费力，且不能制 造中空结构件。
选择性激光烧结成型——SLS成型工艺
SLS(Selective Laser Sintering)工艺，常 采用的材料有金属、陶瓷、ABS塑料等材 料的粉末作为成形材料。其工艺过程是： 先在工作台上铺上一层粉末，在计算机控 制下用激光束有选择地进行烧结(零件的 空心部分不烧结，仍为粉末材料)，被烧 结部分便固化在一起构成零件的实心部分。 一层完成后再进行下一层，新一层与其上 一层被牢牢地烧结在一起。全部烧结完成 后，去除多余的粉末，便得到烧结成的零 件。该工艺的特点是材料适应面广，不仅 能制造塑料零件，还能制造陶瓷、金属、 蜡等材料的零件。造型精度高，原型强度 高，所以可用样件进行功能试验或装配模 拟。
3D打印技术的原理及应用
3D打印技术的原理及应用3D打印，也称为快速成形技术，是一种通过对物体表面不断叠加层次进行逐层递增，逐步将无形的3D数字模型转变成实体物品的技术。
3D打印技术具有操作简便、无需大规模制造设施等优点，已广泛应用于制造业、医学、教育和艺术等领域。
3D打印技术的核心原理是虚拟实体物品转化成实际物品的过程，其生产过程包括了3D 打印机、3D设计软件和合适的材料。
技术的核心就是将数码模型按复制、层叠的方式输出成产品。
1.数码模型制作：在计算机软件平台上，建立三维模型。
一般所建模型会根据需要的不同产生变化，比如在医学领域，脸型造型使用的3D打印机生成脸具体形状的模型；在商业领域，可以制作从各个角度看起来相同的产品图像。
2.选择材料：与传统的制作方式不同，3D打印必须先选择适合的原材料，包括细粉料、熟化性材料、粘土、树脂等不同种类的材料。
此外还有金属、陶瓷、塑料等可供选择。
3.文件传递：将制作好的三维模型转化成制造过程需要的控制信号，成为数字化格式的控制指令文件，并通过网络传输到3D打印机上。
4.按层分解：3D打印机将控制指令文件转化成机器指令后，将其压缩，再通过打印头逐级鉴定，确定打印头的加工定位，将信号导向要打印的点上进行打印。
5.逐层递增：3D打印机根据机器指令进行打印，先横向扫描几层，再纵向进行打印。
6.剪切模型：当打印过程结束后，可以将模型从打印机上取下来，并将支撑的框架从模型上进行剪切。
1.制造业领域：3D打印技术在制造业领域中大有作为，就目前而言，3D打印在汽车、航天、仪器仪表、战争、轮船等各个领域也有了广泛应用，具体涉及到的产品有汽车零件、建筑模型、身体融合的移动汽车部件、燃料喷射器等（注意：部分汽车零件和机械零件经过3D打印后可以大大降低成本）。
2.医学领域：3D打印技术在医学领域也有非常多的应用，常见的有3D打印牙齿、3D打印人体器官、3D打印义肢等。
比如说，假如需要进行一项特殊手术，医生可以通过3D打印技术，在另一药元福地根据病人的情况印制准确的器官模型，以此较准确地计划手术。
快速成型（RP）的原理方法及应用
快速成型（RP）的原理方法及应用快速成型(RP)的原理方法及应用快速成型(RP)技术是一种集计算机、数控、激光和材料技术于一体的先进制造技术。
本文通过介绍快速成型系统的原理方法和特点，阐述其工艺特点及开发和应用，探讨快速成型技术在现代制造业中起到的重要作用和产生的巨大效益，分析快速成型技术的优点和缺点，并提出快速成型技术未来的发展方向和深远意义。
1前言当今时代，制造业市场需求不断向多样化、高质量、高性能、低成本、高科技的方向发展，一方面表现为消费者兴趣的短时效和消费者需求日益主体化、个性化和多元化；另一方面则是区域性、国际市场壁垒的淡化或打破，要求制造业的厂商必须着眼于全球市场的激烈竞争。
因此快速地将多样化、性能好的产品推向市场成为了制造业厂商把握市场先机的关键，由此导致了制造价值观从面向产品到面向顾客的重定位，制造战略重点从成本与质量到时间与响应的转移，也就是各国致力于CIMS(ComputerIntegratedManufactureSystem)、并行工程、敏捷制造等现代制造模式的研究与实践的原因。
快速成型(RapidPrototyping)技术正是在这种时代的需求下应运而生的。
它是由三维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。
2快速成型的原理及特点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，按照一定厚度进行分层，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，从底到顶完成零件的制作过程。
它是计算机辅助设计与制造技术、逆向工程技术、分层制造技术、材料去除成形、材料增加成形技术以及它们的集成的总称。
快速成型的原理及应用
题目：1、快速成型原理是什么？其技术有何特点？2、按制造工艺原理分，快速成型工艺主要分成哪几类？3、简述快速成型技术有哪些应用？4、典型的快速成型工艺有哪几种？试分析成型工艺的特点。
5、反求工程的基本含义是什么？应用在那几个方面？6、结合课程知识点，谈谈快速成型技术对新产品设计的作用。
1、快速成型原理是什么？其技术有何特点？快速成型原理RP系统可以根据零件的形状，每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截面，然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体的零件。
当然，整个过程是在计算机的控制下，由快速成形系统自动完成的。
不同公司制造的RP系统所用的成形材料不同，系统的工作原理也有所不同，但其基本原理都是一样的，那就是"分层制造、逐层叠加"。
这种工艺可以形象地叫做"增长法"或"加法"。
每个截面数据相当于医学上的一张CT像片；整个制造过程可以比喻为一个"积分"的过程。
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。
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。
其成形原理分别介绍如下：（1）SLA快速成形系统的成形原理：成形材料：液态光敏树脂；制件性能：相当于工程塑料或蜡模；主要用途：高精度塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。
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快速成形技术的特点及应用
(1)成形速度快：从CAD设计到原型零件制成，一般只需几个小时至几十个小时，成形速度比传统的成形方法快得多，快速成形技术尤其适合于新产品的开发与管理。
(2)设计制造一体化：落后的CAPP一直是实现设计制造一体化的较难克服的一个障碍，而对于快快速成形来说，由于采用了离散堆积的加工工艺，CAPP已不再是难点，CAD和CAM能够很好地结合。
(3)自由成形制造：自由的含义有两个：一是指可以根据零件的形状，无需专用工具的限制而自由地成形，可以大大缩短新产品的试制时间；二是指不受零件形状复杂程度限制。
(4)高度柔性：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。
(5)材料的广泛性：快速成形技术可以制造树脂类、塑料原型，还可以制造出纸类、石蜡类、复合材料以及金属材料和陶瓷的原型。
(6)技术的高度集成：RP技术是计算机、数据、激光、材料和机械的综合集成，只有在计算机技术、数控技术、激光器件和控制技术高度发展的今天才可能诞生快速成形技术，因此快速成形技术带有鲜明的时代特征。
(7)零件的复杂程度和生产批量与制造成本基本无关。
4快速成形工艺分析
4.1快速成形工艺分析的基本方面
当前已开发的快速成形工艺方法就有十几种，新的工艺还在不断地出现。
根据成形的基本原理，可以从输入模型、成形方法、成形材料和应用领域等四个方面来分析快速成形工艺。
(1)输入模型
实现快速成形的系统只能接受产品的三维模型，然后才能进行分层切片处理。
因此，CAD系统是快速成形技术的重要组成部分。
CAD软件的造型功能主要有线框模型、实体模型和曲面模型三种。
从理论上讲，这三种造型功能均可以用于快速成形技术，但由于线框模型的数据表示直观性差，因而多用实体模型和曲
面模型来进行原型设计。
目前，快速成形行业中常用的CAD软件系统有Pro/Engineer、AutoCAD、I-DEAS、Unigraphics、CATIA、SolidWorks等。
也可采用三维数字化仪将实物模型转化为CAD建模所需的数据，设备可选用三坐标测量仪、三维激光扫描仪、工业CT和MRI以及自动断层扫描仪等。
加工前必须从三维模型上沿成形的高度方向，每隔一定的间隔进行分层处理，以获得截面的轮廓。
各种快速成形系统都有分层处理软件，能自动提取模型的截面轮廓。
(2)成形方法
快速成形技术中主要的成形方法有激光固化法、叠层制造法、激光烧结法、液滴沉积法、粘结法等，分别用于不同的快速成形系统。
所有这些方法都有一个共同的几何物理基础——分层制造原理，将三维转化为二维，既降低了处理难度又不受零件复杂程度的限制。
(3)成形材料
按材料的物理形态，快速成形材料可分为薄片材料、丝状材料、粉末材料和液体材料等；按成形方法可分为SLA材料、LOM材料、SLS材料、FDM材料等；按材料的化学性能又可分为树脂类材料、塑料类材料、石蜡材料、金属材料、陶瓷材料等。
不同的快速成形方法要求不同性能的材料，同一种性能的材料用于不同的快速成形方法时要求材料不同的状态。
例如：塑料薄膜可用于LOM，塑料粉可用于SLS。
塑料丝只用于FDM。
快速成形对材料的总体要求是：
a.有利于快速、精确地原型成形；
b.当原型直接用做制件、模具时，原型的机械性能和物理化学性能(强度、刚度、热稳定性、导热和导电性、加工性等)要满足使用要求；
c.当原型要间接使用时，其性能要有利于快速、精确的后续处理和应用工序，但不同的快速成形方法对原型材料性能要求不同。
(4)应用领域
目前快速成形技术被广泛地用于产品的设计评估及快速开发、产品功能的实验验证、模具快速制作、快速制造金属原型零件、微型制造等许多方面，并取得了显著的效果。