快速成型技术介绍
四种常见快速成型技术
四种常见快速成型技术第一种常见快速成型技术：数控加工技术。
数控加工技术是一种机器控制加工技术，利用计算机及其相应的程序控制生产设备，进行机械加工，使得一次处理能完成的で一台以上的机器工具构成的加工中心,部件在台面上面固定，四个或以上的自动工具装在滑轨上, 根据电脑程序指定的加工参数，自动更换、安装选择夹具，分别做加工工作，从而完成制件定位、撬开、冲孔、攻丝、开槽、铰榫等复杂加工工作。
数控加工技术主要采用机械加工加工，适用于大批量生产或多种多样零件快速、高效率、低成本加工，且图纸精度高、表面光洁度高等。
第二种常见快速成型技术：熔融塑料成型技术。
熔融塑料成型技术首先将原料加工成模板，然后将模板放入机器中，当原料温度到达要求时，机器自动把原料按照设定的温度、时间及力度压入模具内，形成冷却后的成型物体。
这种技术利用塑料的特性，具有效率高，成型精度高，成型时根据原料的特性可以做出不同的加工处理，并且具有强度大，防水，耐高低温的特点，适用于各种塑料制品的快速成型。
第三种常见快速成型技术：射出成型技术。
射出成型技术指在机械压力下将原料熔融输送到射出模具成型模块中，随后由冷却系统冷却，完成制件的快速成型。
这种技术主要用于金属铸件、塑料件等的制造，具有造件精度高，尺寸稳定性好，表面光洁，强度高，厚度一致，成型快，节省材料等优点。
第四种常见快速成型技术：热压成型技术。
热压成型技术是把金属或塑料原料置于型模具内，用压力和热量同时共同作用，使金属和塑料原料发生塑性变形而成型的一种快速成型技术。
该技术采用型模具可以实现造型精度高、制件造型美观，制造完后制件可以免去热处理步骤；并且利用该技术进行多余的金属屑的再生，形成复合制件，极大的降低了制件的生产成本。
快速成型技术名词解释
快速成型技术名词解释快速成型技术是一项技术，它可以使制造业的工人以更快的速度制造出更加精细的产品。
近年来，快速成型技术受到越来越多的注意，应用于各种行业，被广泛用于产品设计和制造。
快速成型技术是由计算机控制的，可以控制机器运动，形成有规律的加工过程，以此实现零件的快速成型。
它主要分为三类：数控加工，三维打印以及机器视觉技术。
数控加工是一种用计算机控制机器，根据3D模型和CAM程序来制造产品的技术。
这种技术有助于实现快速的成型，准确的加工尺寸，低成本，高效的加工过程。
三维打印是一种通过添加一层又一层的材料，利用计算机模型制造物品的技术。
它的优点是快速、正确，可以在非常短的时间内创建出复杂的模型，可以根据需要自由更改模型，减少加工时间，并有效地提高产品质量。
机器视觉技术是一种通过计算机分析图像来实现三维定位的技术。
它可以把机器与环境中的物体联系起来，使机器能够捕获到物体的形状、尺寸、位置等信息，用于快速成型。
在快速成型技术中，数控加工是一种关键技术。
它可以准确控制和执行加工程序，使零件具有更高的一致性，并可以实现更精细、更复杂的加工。
三维打印可以用于制造一些复杂的零件，它可以更有效地制造零件，并且具有非常快的速度。
机器视觉技术则可以实现对被加工零部件的快速、精确的过程检测，以便快速成型。
总的来说，快速成型技术的应用可以提高制造业的生产效率，减少成本，提升产品质量，为制造业提供了一种新的制造模式。
它不仅可以大大提高制造业的生产效率，还可以增强了制造业运作的灵活性，满足当下客户对于快速交付的需求。
快速成型技术的应用不仅有利于提高产品质量，也实现了资源的有效利用，促进了社会的可持续发展。
在未来，将会有更多的应用程序和新的技术出现，更好地满足客户的需求，使制造业更加先进和可持续。
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。
快速成型技术
知识创造未来
快速成型技术
快速成型技术（Rapid Prototyping，RP）是一种快速制造技术，又称为3D打印技术。
它利用计算机辅助设计（CAD）文件为基础，通过逐层堆积材料以构建三维实体模型。
快速成型技术的原理是将CAD文件切割为一系列薄片，并逐层堆积材料形成实体模型。
常用的堆积方式包括层叠堆积、液体固化和粉末烧结等。
材料可以是塑料、金属、陶瓷等。
快速成型技术具有快速、灵活、低成本等优点。
它可以迅速制造出产品的样品，帮助设计师进行实物验证和功能测试。
同时，快速成型技术也可以用于批量生产少量产品或个性化定制产品。
目前，快速成型技术已广泛应用于各个领域，包括汽车、航空航天、医疗器械、消费品等。
它在产品开发和制造过程中起到了重要的作用，提高了设计效率和产品质量，同时缩短了产品上市时间。
1。
快速成型技术概述
和其他几种快速成型方法相比，该方一法也存在着许多缺点。主要有：
三、光固化成型工艺
四、叠层实体制造工艺
叠层实体制造工艺的基本原理
四、叠层实体制造工艺
2.叠层实体制造技术的特点 其主要特点如下： ( 1 )原型精度高。 ( 2 )制件能承受高达200℃ 的温度，有较高的硬度和较好的力学性能，可进行各种切削加工。 ( 3 )无须后固化处理。 ( 4 )无须设计和制作支撑结构。 ( 5 )废料易剥离。 ( 6 )可制作尺寸大的制件。 ( 7 )原材料价格便宜，原型制作成本低。
( 1 )能承受一定高温。 ( 2 )与成型材料不浸润，便于后处理。 ( 3 )具有水溶性或者酸溶性。 ( 4 )具有较低的熔融温度。 ( 5 )流动性要好。
五、熔融沉积快速成型工艺
选择性激光烧结工艺的基本原理
当一层截面烧结完后，工作台下降一个层的厚度，铺料辊又在上面铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的烧结，直至完成整个模型。
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1940年，Perera提出相似的方法，即沿轮廓线切割硬纸板，然后堆叠，使这些纸板形成三维地貌图。
02
1964年，Zang进一步细化了该方法，建议用透明的纸板，每一块均带有详细的地貌形态标记。
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1972年，Matsubara使用光固化材料，光线有选择地投射或扫射到这个板层，将规定的部分硬化，没有扫描或没有一硬化的部分被某种溶剂溶化。
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五、熔融沉积快速成型工艺
五、熔融沉积快速成型工艺
2.熔融沉积工艺的特点 熔融沉积快速成型工艺之所以被广泛应用，是因为它具有其他成型方法所不具有的许多优点。具体如下： ( 1 )由于采用了热融挤压头的专利技术，使整个系统构造原理和操作简单，维护成本低，系统运行安全。 ( 2)成型速度快。 ( 3 )用蜡成型的零件原型，可以直接用于熔模铸造。 ( 4 )可以成型任意复杂程度的零件。 ( 5 )原材料在成型过程中无化学变化，制件的翘曲变形小。 ( 6 )原材料利用率高，且材料寿命长。 ( 7 )支撑去除简单，无需化学清洗，分离容易。
快速成型技术介绍
1、新产品研制开发阶段的试验验证 2、新产品投放市场前的调研和宣传 3、基于快速成型技术的快速制模（RT）技术 由于RP方法对使用材料的限制，并不能够完全替代 最终的产品。在新产品功能检验、投放市场试运行和准确 获得用户使用后的反馈信息等方面，仍需要由实际材料制 造的产品。因此， 需要利用RP原型作母模来翻制模具， 这便产生了基于RP的快速模具制造技术（RT）。 RP+RT技术提供了一条从模具的CAD模型直接制造 模具的新概念和方法。它将模具的概念设计和加工工艺集 成在一个CAD／CAM系统内，并行工程的应用，为信息 流的畅通流动创造了良好的条件。
图12、FDM快出成型支撑结构图
三、快速成型技术的应用
快速成型技术的最初应用主要集中在产品开发中的设 计评价、 功能试验上。 设计人员根据快速成型得到的试 件原型对产品的设计方案进行试验分析、 性能评价 ,借此 缩短产品的开发周期、 降低设计费用。经过十几来的发 展 ,快速成型技术早已突破了其最初意义上的 “原型” 概 念 ,向着快速零件、 快速工具等方向发展。 目前RP技术已得到了工业界的普遍关注, 尤其在家用 电器、汽车、玩具、轻工业产品、建筑模型、医疗器械及 人造器官模型、航天器、军事装备、考古、工业制造、雕 刻、电影制作以及从事CAD 的部门都得到了良好的应用. 其用途主要体现在以下6个方面。
加热丝状材料喷头扫描并喷出半流动状材料材料固化图9fdm原理图喷头是实现fdm工艺的关键部件喷头结构设计和控制方法是否合理直接关系到成型过程能否顺利进行并影响成型的质量另一方面为了提高生产效率可以采用多喷头美国3d公司推出的actua2100其喷头数多达96个
快速成型技术
一、快速成型技术概述 二、快速成型技术加工方法和设备 三、快速成型技术的应用 四、快速成型技术中的问题 五、展望
快速成型技术
快速成型技术1、快速成型简介快速成型（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"。
2、RP 技术的原理RP 技术是采用离散∕堆积成型的原理, 由CAD 模型直接驱动的通过叠加成型方出所需要零件的计算机三维曲面或实体模型, 根据工艺要求将其按一定厚度进行分层, 把三维电子模型变成二维平面信息(截面信息), 在微机控制下, 数控系统以平面加工的方式有序地连续加工出每个薄层并使它们自动粘接成型, 图1 为RP 技术的基本原理。
图1 RP 技术的基本原理。
RP 技术体系可分解为几个彼此联系的基本环节: 三维CAD 造型、反求工程、数据转换、原型制造、后处理等。
2.1立体光固化成型(SLA)该方法是目前世界上研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的一种快速成型方法。
SLA 技术原理是计算机控制激光束对光敏树脂为原料的表面进行逐点扫描, 被扫描区域的树脂薄层( 约十分之几毫米) 产生光聚合反应而固化, 形成零件的一个薄层。
工作台下移一个层厚的距离, 以便固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂, 进行下一层的扫描加工, 如此反复, 直到整个原型制造完毕。
由于光聚合反应是基于光的作用而不是基于热的作用, 故在工作时只需功率较低的激光源。
此外,因为没有热扩散, 加上链式反应能够很好地控制, 能保证聚合反应不发生在激光点之外, 因而加工精度高, 表面质量好, 原材料的利用率接近100%, 能制造形状复杂、精细的零件, 效率高。
快速成型技术的种类
快速成型技术的种类
快速成型技术是一种以数字化模型为基础，通过逐层堆积材料，实现快速制造物品的技术。
快速成型技术的种类很多，常见的有以下几种：
1. 光固化快速成型技术：通过紫外线或激光束照射光敏树脂，使其固化成所需形状。
2. 喷墨式快速成型技术：通过喷墨头控制液体喷射，将粉末材料逐层喷涂并加固。
3. 熔融沉积式快速成型技术：将金属丝或粉末熔化，通过火焰或电弧喷射，逐层沉积成型。
4. 熔化层压式快速成型技术：将塑料或金属粉末加热或熔化，通过喷嘴或挤出机，逐层堆叠并加固。
5. 粉末烧结式快速成型技术：将粉末压缩成形，然后通过高温处理或激光束烧结，实现快速成型。
以上是常见的几种快速成型技术，它们各有优劣，可以根据具体需求选择合适的技术。
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喷头是实现FDM工艺的关键部件，喷头结构设计和控 制方法是否合理，直接关系到成型过程能否顺利进行，并 影响成型的质量 ，另一方面为了提高生产效率可以采用 多喷头，美国3D公司推出的Actua2100,其喷头数多达96个。
在成型有支撑制件时单喷头和双喷头的比较：
密实
剥离 单喷头 双喷头 成型材料 支撑材料 疏松
SLS工作原理：
铺粉
激光器扫描
图8、SLS工作原理图
SLS方法中的工艺参数对粉末的熔融有很大影响，如 激光功率、光斑大小、扫描速度、扫描间距、单层厚度、 粉床温度等都会影响烧结件的性能。 激光功率较低时,烧结件的拉伸强度和冲击强度均随 激光功率的增加而增加。激光功率过大时引起粉末的氧化 降解,从而降低了烧结件的强度。 扫描速度决定了激光束对粉末的加热时间,在激光功 率相同的情况下,扫描速度越低,激光对粉末的加热时间越 长,传输的热量多,粉末熔化较好,烧结件的强度高。但过低 的扫描速度导致粉末表面的温度过高,不仅不能提高烧结 件的强度,还会影响成型速度。
二、RP技术加工方法和设备
目前RP技术的快速成型工艺方法有十多种。现简要 介绍四种比较成熟且常用的四种成型方法：光固化成型 （SLA）、分层实体制造（LOM）、选择域激光粉末烧 结成型（SLS）、熔融沉积成型（FDM）。 1、SLA 光固化法是第一个投入商业应用的RP技术,它以美国 3D Systems公司生产的SLA系列成型机为代表。SLA技术 是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的，这种液态材料 在一定波长和强度的紫外光照射下能迅速发生光聚合反应， 分子量急剧增大，材料也就从液态转变成固态。
快速成型技术
一、快速成型技术概述 二、快速成型技术加工方法和设备 三、快速成型技术的应用 四、快速成型技术中的问题 五、展望
一、RP技术概述
1、RP技术的发展历史 快速成型(Rapid Prototyping,简称RP)技术是20世纪 80年代后期发展起来的, 是由CAD模型直接驱动的快速制 造任意复杂形状三维物理实体的技术总称。 1986年美国3D Systems公司率先推出了称为 Stereolithography Apparatus （简称SLA）的激光快速成 型制造系统，引起工业界的广泛兴趣并且RP得到了异乎 寻常的迅猛发展。 目前美国在RP领域处于主导地位，德国、以色列、 日本也处于国际领先水平。在RP领域国内有清华大学、 西安交通大学、南京航空航天大学、华中科技大学，北京 隆源公司等。
4、新材料的研究 在开发RP加工方法的过程中，需要使用一些特殊的材 料，甚至是开发出适用于此方法的新材料，所以在研究 RP加工方法的过程中也研制了新的材料。同时对于新研 究的材料，RP技术提供了检验此材料和其制品性能的一 种方法。 5、修复医学上的应用 快速成型技术在修复医学上的应用主要集中在人工假 体、人工活性骨等方面。比如应用快速成型制作出假体的 原型,而后翻制金属假体，植入人体,取代受伤的器官而达 到康复的目的。快速成型系统能够制作出多孔性结构,首 先使用可降解材料制成内部多孔疏松的代用骨, 疏松孔中 填以活性因子, 臵入人体, 即可代替人体骨骼,经过一段时 间可降解材料被人体降解、吸收、钙化形成新骨。
SLA工作原理
图4、SLA工作原理图
SLA优点： (1)原材料的利用率将近100% ； (2)尺寸精度高( ±0. 1 mm)； (3)表面质量优良； (4)可以制作结构十分复杂的模型。 SLA缺点： (1)成型过程中伴随着物理和化学变化，所以制件较易弯曲， 需要支撑，如图5； (2)可使用的材料种类较少； (3)液态树脂具有气味和毒性，并且需要避光保护，以防止 提前发生聚合反应，选择时有局限性。
图12、FDM快出成型支撑结构图
三、快速成型技术的应用
快速成型技术的最初应用主要集中在产品开发中的设 计评价、 功能试验上。 设计人员根据快速成型得到的试 件原型对产品的设计方案进行试验分析、 性能评价 ,借此 缩短产品的开发周期、 降低设计费用。经过十几来的发 展 ,快速成型技术早已突破了其最初意义上的 “原型” 概 念 ,向着快速零件、 快速工具等方向发展。 目前RP技术已得到了工业界的普遍关注, 尤其在家用 电器、汽车、玩具、轻工业产品、建筑模型、医疗器械及 人造器官模型、航天器、军事装备、考古、工业制造、雕 刻、电影制作以及从事CAD 的部门都得到了良好的应用. 其用途主要体现在以下6个方面。
4、FDM FDM工艺由美国工程师ScottCrump于1988年研制成 功。FDM的材料一般是热塑性材料，以丝状供料。材料 在喷头内被加热熔化，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，并与周围的 材料凝结。 加热丝状材料 喷头扫描并喷 出半流动状材料 材料固化 图9、FDM原理图
RT方法的分类： 按功能用途可分为：塑料模、铸(型)模、冲压模、锻 造模及石墨电极研磨母模。 按制模材料可分为简易模(也称作软模、经济模或非 钢制模)和钢制硬模。 根据不同的制模工艺方法，快速模具可分直接快速模 具和间接快速模具。 直接快速模具，亦即快速成型模具，以快速成型件直 接作为成形模具。间接快速模具，亦即型腔复制模具，以 快速成型件为母模，通过型腔复制制作模具，包括硅橡胶 复制、金属冷喷涂、精密铸造、树脂材料型腔复制等。
图6、LOM原理图
工作台上升
图7、多余网格部分的去除
头盖骨
薄壳件
LOM 2030 H机器外观
LOM优点： （1）成型效率高，LOM工艺只需在片材上切割出零件截 面的轮廓，而不用扫描整个截面，因此成型厚壁零件的速 度较快，易于制造大型零件； （2）无翘曲变形，工艺过程中不存在材料相变，因此没有 热应力、膨胀和收缩不易引起翘曲变形； （3）无需加支撑，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。 LOM缺点：材料浪费严重，表面质量差。
1、新产品研制开发阶段的试验验证 2、新产品投放市场前的调研和宣传 3、基于快速成型技术的快速制模（RT）技术 由于RP方法对使用材料的限制，并不能够完全替代 最终的产品。在新产品功能检验、投放市场试运行和准确 获得用户使用后的反馈信息等方面，仍需要由实际材料制 造的产品。因此， 需要利用RP原型作母模来翻制模具， 这便产生了基于RP的快速模具制造技术（RT）。 RP+RT技术提供了一条从模具的CAD模型直接制造 模具的新概念和方法。它将模具的概念设计和加工工艺集 成在一个CAD／CAM系统内，并行工程的应用，为信息 流的畅通流动创造了良好的条件。
（3）金属喷涂法
金属喷涂法是以原型作基体样模，将低熔点金属或合 金喷涂到样模表面上形成金属薄壳，然后背衬充填复合材 料而制作模具的方法。 金属喷涂法工艺简单、周期短，型腔及其表面精细花 纹可一次同时成形。模具耐磨性能好、尺寸精度高。制作 过程中要注意的是解决好涂层与原型表面的贴合和脱离问 题。
（4）电成形制模法 电成形制模法又称电铸制模法。其原理和制造过程与 金属喷涂法比较类似，又称电铸制模法。它是采用电化学 原理，通过电解液使金属沉积在原型表面，然后背衬其他 充填材料来制作模具的方法。 电成形法制作的模具复制性好且尺寸精度高，适合于 精度要求较高、形态均匀一致和形状、花纹不规则的型腔 模具，如人物造型模具、儿童玩具和鞋模等。 软质模具的寿命一般为50-5000件，对于上万件乃至 几十万件的产品，仍然需要传统的钢质模具，硬质模具指 的就是钢质模具，利用RP成型制作钢质模具的主要方法 有熔模铸造法、电火花加工法、陶瓷型精密铸造法等。
2、RP技术原理和成型过程 传统加工：去材法、变形法。 RP加工：材料累加法。 计算机科学
CAD/ CAM
数控技术
激光技术 新材料
自动、快速、准确
RP 制品
RP技术基本原理：离散—堆积（叠加）
三维模型构建： Pro/E、UG、 SolidWorks、 激光扫描、 CT断层扫描等 三维模型的近 似处理:三角形 平面来逼近原 来的模型 （STL文件） 三维模型的切 片处理：加工 方向（Z方向） 进行分层
3、SLS SLS工艺最初由美国德克萨斯大学奥斯汀分校
(UIIiversity of Texas at Austin)的Carl Deckard于1989年在 其硕士论文中提出，后由Texas大学组建的DTM公司于 1992年推出了该工艺的商业化生产设备Sinterstation。 该工艺实用高功率的激光加热，把粉末熔化在一起形 成零件，SLS工艺的重要吸引力是可用于多种热塑性塑料 的成型,如尼龙、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯类、聚苯乙烯、 聚氯乙烯、高密度聚乙烯等。
单层层厚指铺粉厚度,即工作缸下降一层的高度。对于 某一制品,采用较大的单层厚度,所需制造的总层数少,制造 时间短。但由于激光在粉末中的透射强度随厚度的增加而 急剧下降,单层厚度过大,会导致层与层之间黏结不好,甚至 出现分层,严重影响成型件的强度。 SLS的优点是无需支撑,成型的零件机械性能好,强度 高。缺点是粉末比较松散,烧结后精度不高,尤其是Z轴方 向的精度难以控制。
后处理：打磨、 抛光、涂挂、 烧结等
成型加工：成型 头（激光头或 喷头）按各截面 轮廓信息扫描
间隔一 般取 0.05m-0.5mm， 常用 0.1mm
各层固化粘结： 树脂或塑料的链 式反应固化、无 化学反应的熔融 粘结固化和用粘 结剂将片体粘结 的方法。
图3、 RP成型过程图
3、RP技术的特点和影响 新产品开发的一般过程：
水溶性或低 熔点材料
溶于水或加热
目前，FDM系统采用柱塞式喷头（如图10）和螺杆式 挤出喷头（如图11）。
图10、柱塞式喷头
图11、螺杆式喷头
FDM的优点： (1)由于热融挤压头系统构造原理和操作简单，维护成本低， 系统运行安全； (2)原材料在成型过程中无化学变化，制件的翘曲变形小； (3)原材料利用率高，且材料寿命长。 FDM的缺点： (1)成型件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，如图12。