快速成型研究

毕业论文

题目

快速成型技术的研究现状与发展趋势

学院：机电工程学院

学生姓名：陈世

专业班级：模具设计与制造

学号： 2011120915

指导教师：梁丰

二0一四年六月二十日

目录

摘要 .............................................................................................................................. I Abstract......................................................................................................................IIII 第一章绪论 . (1)

第二章快速成形技术的含义 (1)

第三章快速成形的几种主要工艺方法 (2)

3.1 立体光固化技术 (3)

3.2 丝状材料选择性熔覆技术 (3)

3.3 粉末材料选择性烧结技术 (3)

3.4 薄型材料选择性切割技术 (4)

3.5 三维打印法技术（TDP） (4)

第四章国内外RP技术的研究现状 (5)

4.1 成形材料 (6)

4.2 软件开发 (5)

4.3 新工艺与装备开发 (7)

第五章快速成型技术的发展趋势 (10)

5.1 开发专用快速成形新设备 (10)

5.2 开发新的成形原材料 (10)

5.3 新型成形方法与工艺的研发 (10)

第六章快速成型技术在河源市的发展及应用 (11)

6.1 RP技术应用于新产品的开发 (11)

6.2 RP技术应用于单件、小批量和特殊复杂零件的直接生产

(11)

6.3 RP技术应用于快速模具制造 (12)

第七章我国快速成形技术发展中存在的问题 (14)

第八章结论 (15)

参考文献 (16)

致谢 (17)

摘要

快速成形是近30年来发展起来的特种加工技术，其优势在于三维结构的快速和自由制造，它被广泛应用于新产品开发及单件小批量制造。介绍了快速成型技术的含义、优越性及其特点，以及国内外RP技术的研究现状，并阐述了我国在中小城市快速成形技术的发展趋势。

关键词：快速成型；特种加工；发展趋势

Abstract

Rapid prototyping was developed nearly 30 years of special processing techn ology, its strength is fast and free manufacture of three-dimensional structu re, it is widely used in the development of new products and single parts an d small batch production.Introduces the meaning,advantage and characteristi c of rapid prototyping technology,and RP technology research at home and a broad,and described the development trends of rapid prototyping in small an d medium cities in China.

Key words：Rapid Prototyping;Special processing;Trends

第一章绪论

快速成形制造(RPM)是20世纪80年代末、90年代初由美国开发的高新制造技术，其重要意义可与数控（CNC）技术相比。该技术采用材料累加的新成形原理，直接通过CAD数据制成三维实体模型。这一技术不需要传统的机床、夹具、刀具，便可快速而精密地制造出任意复杂形状的零件模型，从而实现了“自由制造”。快速成形出现给工业产品的造型开发、工艺品的模型设计提供了最为便捷的制造工具，使产品的开发速度数十倍地提高。而且越是复杂结构的物体，其制造速度提高越显著。美国的Wohlers协会是从事快速成形技术、市场、应用发展咨询的组织，每年对快速成形技术发展进行介绍、对市场发展进行分析、对新的发展趋势进行预测，在国际快速成形领域具有很强的影响力。

第二章快速成形技术的含义

快速成形（Rapid Prototyping，简称RP）技术是20 世纪80 年代出现的一种全新概念的制造技术，被认为是近年来制造技术领域的一次重大创新，是先进制造技术的前沿科学。该技术能在短时间内得以发展，并在工程技术领域得到广泛应用，主要在于它打破了传统的制造模式（去除材料模式），利用离散-堆积的成形原理，无须任何工具，即通过计算机辅助设计、计算机信息处理、计算机数字控制、激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术集于一体，依据计算机上构建的零件三维模型，对其进行分层切片处理，得到各层截面的二维轮廓信息数据，通过伺服驱动控制快速成形机的成形头按照被处理的信息数据进行运动，选择性地固化或切割一层层的成形材料，形成各层与理论轮廓非常接近的截面轮廓，并逐步顺序叠加成三维实体零件，从而实现快速完成任意复杂形状的原型和零件，大大缩短了新产品开发的周期，极大增强了企业的市场竟争力。

第三章快速成形的几种主要工艺方法快速成形技术经过近十几年的发展，根据不同材料已经开发出十几种成形方法，目前比较成熟、应用比较普遍的快速成形技术主要有立体光固化技术（SLA）；丝状材料选择性熔覆技术（FDM）；粉末材料选择性烧结技术（SLS）；薄型材料选择性切割技术（LOM）；三维打印法技术（TDP）等[1]。

3．1 立体光固化技术

立体光固化技术又称为液态光固化聚合物选择性固化，其原理：在计算机中构建三维实体模型，并对其模型进行分层切片处理，得到各层截面轮廓信息，从而控制激光束对液态槽中的光敏树脂表面进行扫描，被激光束扫描到的树脂（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，从而完成一个层面轮廓的固化。一个薄层固化完成后，工作台下行一个层厚度的步距，便于固化好的树脂表面上再次敷上一层新的液态树脂，为下一层的扫描准备原材料，激光束不断重复扫描、工作台不断下降一个步距，直到整个原型制造完成。由于立体光固化成形的成形能源为激光束，光聚合反应是基于光的作用而非热的作用，故只需要功率较低的激光源。同时，由于没有热扩散，能保证聚合反应只发生在被激光束扫描点上，其加工精度高，原材料的损耗基本为零，能制造出各种形状复杂精密的零件[2]。

3．2 丝状材料选择性熔覆技术

丝状材料选择性熔覆又称为熔化沉积成形，其基本成形原理是成形机喷嘴在计算机控制下根据截面的信息做二维运动，其原材料（一般为直径在1.2mm以上的ABS、塑料、低熔点金属丝）由供丝机构不断送到喷嘴，并在喷嘴中加热融化，然后根据被处理过的分层切片信息有选择性的涂覆在工作台或工件表面上，待快速冷却后形成并完成一个轮廓截面（每层厚度范围在0.02～0.76mm），工作台下降一个步距，再进行下一轮的涂覆，如此循环，直至形成三维实体。

3．3 粉末材料选择性烧结技术

粉末材料选择性烧结又称为选择性激光烧结，辅助机构先在工作台上用辊筒铺一层专用金属粉末（或混合金属粉末）加热至略低于它的熔化温度，激光束在计算机的控制下按照截面轮廓的信息，对粉末场进行扫描，被扫描到的粉末温度升到熔点被融化且相互粘结，逐步得到各层轮廓。未烧结的粉末仍呈松散状，作为工件和下一层粉末的支撑。完成一薄层截面的烧结后，工作台下降一个步距，进行新一轮的铺料和烧结，不断循环，烧结形成三维实体。粉末材料选择性烧结其整个工艺过程包括CAD模型的建立及数据处理、铺粉、烧结以及后处理等。

3.4 薄型材料选择性切割技术

薄型材料选择性切割又称为分层实体制造，它是依据三维模型每一轮廓层，在计算机系统的控制下，用激光束对薄型材料（如背面涂有胶的复印纸）进行切割，逐步得到各层截面，并粘接在一起，形成三维工件。

3.5 三维打印法技术

三维打印法又称为三维喷涂粘结成形，它的工作过程类似于喷墨打印机，其工作原理为辅助机构在工作台面上铺一层粉末并压实，喷嘴按照三维模型的分层截面轮廓，选择性的在铺好粉末材料上喷射黏结剂，喷过粘结剂的材料被粘结在一起，没有被喷射黏结剂仍呈松散状，工作台和未成形工件下降一个步距，辅助机构重新铺粉，喷嘴重新在新的松散粉末喷射黏结剂，如此反复，直到形成三维实体[3]。

第四章国内外RP技术的研究现状

4.1 成形材料

目前开发成功并商业化应用的成形材料,主要有丙烯酸基光固化树脂、环氧基光固化树脂、涂覆纸、纤维混纺料、精铸石蜡、聚脂石蜡、ABS、MABS(医学用ABS) 、纤细尼龙(Fine Nylon) 、尼龙复合物(Ny2lon Composite) 、存真塑料( TrueFormTM) 、聚碳酸脂( Polycarbonate) 、金属粉末、覆膜陶瓷粉。 Cibatool 公司的Cibatool SL5170 具有低收缩、低粘度的优点,在SL 工艺中得到最为广泛的应用。 Helysis 公司的涂覆纸,灰份低,可直接或间接用于消失模铸造。St ratasys公司开发纤维混纺料具有耐高温高压的特点,可直接制造塑料注塑模具。精铸石蜡、聚脂石蜡具有气化温度低、熔点低的特点,适用于消失模制造。MABS(医学用ABS) 强度高、熔点也高,可用于医学用原型制造。DTM公司开发的纤细尼龙,有较好的强度、刚度、耐热性和抗腐蚀性能,用于概念型和测试型制造。尼龙复合物是一种填充了玻璃微珠的尼龙,有很好的强度、刚度、耐热性和抗腐蚀性能,能制造微小特征,适合概念型和测试原型制造。存真塑料,熔点低、变形率低,适用于消失模制造。聚碳酸脂,价格便宜、熔点低,同样适合于消失模制造，金属粉末熔点高、强度高,用于制造功能零件或金属模具制造。覆膜陶瓷粉可用于制造陶瓷壳型。我国在材料方面进行的研究较少。现在研究的材料,主要有光固化树脂(SL用料) 、蜡及ABS( FDM用料) 、涂敷纸(LOM用料) 、树脂蜡(SLS用料) 、工程塑料和铸造覆膜砂等。西安交通大学配制了LPS系列用光固化树脂。清华大学成功地解决了用于FDM 工艺的蜡和ABS 丝材的制备。华中科技大学自行制备LOM工艺用纸。浙江大学进行了光固化树脂的固化和精度研究。北京隆源公司开发了可用于SLS工艺的工程塑料、精铸蜡粉体料等。

4.2 软件开发

软件是RPM 系统的灵魂。国外各主要RPM 系统生产商一般都开发自己的数据变换接口软件,如3D SYSTEMS 公司的ACES 和QuickCast ,Hellisys 公司的LOMSlice ,DTM 的Rapid Too1 ,St ratasys的QuickSlice , SupportWorks , Auto Gen , Cubital 的SoliderDFE , Sander Prototype 的ProtoBuild 和ProtoSupport 等。由于CAD 与RPM 的数据变换接口软件开发的困难性和相对独立性,涌现一批第三方接口软件,如由美国的Solid Concept 公司于1992 年推出的Bridge Works。经不断改进,现已发展到Ver sion 4.0以上。该软件可通过对STL文件特征的分析,自动添加各种支撑。由比利时的Materialise公司在1993 年推出的Magics ,现已发展到Version 4.2 ,包括Magics View ,Magics RP ,Magics SG,Contours Tools ,CT2Mode11er System ,Mimics和CTM 等7个模块,可以进行基于STL 文件的显示、错误检验、自动添加支撑、分层、制造时间估计等处理。它还提供了各种对CT 文件及IGES 文件的有效处理。该软件功能广泛、性能优良、界面美观,是一个优秀的第三方接口软件。由美国的Solid Concept 公司在1994 年推出的SolidView ,可以进行STL 文件的线框和着色显示,STL 文件的旋转、缩放等操作。同时,它还有错误修复、添加支撑等功。由美国的POGO 公司于1994 年推出的STL Manager ,主要用于STL 文件的显示和支撑的添加。由美国的Imageware 公司在1994 年推出的Surfacer2RPM ,为其Surfacer 软件增加用于快速原型制造数据处理的模块等等。第三方软件公司介入RP领域,与RP设备开发商捆绑销售成为一种趋势。如3D SYSTEM 公司与Imageware 公司达成协议,采用Imageware 的RP 系列模块作为“3D Systems SL Toolkit ”。SandersPrototype 公司也采用了STL2Manager 作为自己的数据接口。另外,德国的F &S 公司也购买了该软件的部分模块。在我国,上海联泰科技有限公司推出的RS 350 系列激光快速成形机,其前置处理软件也采用Magics ,采纳捆绑销售的方式,极大地提高了国内SL 设备的商品化水平。

4.3 新工艺与装备开发

RP 技术发展到今天,已经出现10余种不同的工艺方法,而且一些新的工艺方法和工艺装备开发仍然是一个热点。新工艺与成形设备开发的趋势是桌面化、功能化、专门化。作为新一代的概念型原型设备,它主要有Z2Corp 的Z 400 系列—一种基于喷射粘结剂粘接粉末的工艺。其中的Z406型为彩色机,可同时或交替喷射4种颜色的粘接剂。每种颜色的喷头分别有400个喷嘴,其喷头采用HP公司HP 2000打印机喷头,如图4-1 所示。

图4-1 多色喷射粘结成形

Object 的新机器Quadra23D Ink2J et 采用具有1536个喷嘴组成的阵列式喷头,在其运动方向的前后,各有一个紫外固化灯,边喷射边固。喷头阵列的宽度为60mm ,具有很高的成形效率。Solidimension 的3D 300C2LOM 工艺,改变了在典型LOM 工艺中采用激光切割涂覆纸的工艺方法。它采用刀片切割塑料薄膜,层间粘结不用加热热熔胶,而直接用粘结剂粘结。由于不使用激光器,设备本身的成本和运行成本大幅度下降,塑料薄膜的价格也远低于专用的涂覆纸。CAM2L EM 公司开发了基于LOM 原理的金属或陶瓷零件的制造工艺与装备,称为CAM2L EM。日本在新工艺技术开发方面,有许多独具特色的内容。由东京理研研制开发的,采用L ED发光管光源的光造型装置,可望大幅度降低设备成本。目前主要着力于光源的改进,以提高成形速度。设备的工作原理,如图4-2所示。

图4-2 LED陈列光造型法

大阪大学和东京理研共同研制的液晶投射光造型机,成形效率大幅度提高。目前主要是成形精度的进一步提高。帝人精机公司也在独立开发同样的设备。设备的工作原理,如图3所示。茨城大学前川克广教授研制开发的“绿带( Green Tape) ”成形工艺,其基本工艺原理是先把粉体材料与树脂粘结剂混合制成薄带状材料. 然后在自制的成形设备上,按照类似于LOM 工艺过程完成层片切割与层片粘接叠加,制造金属型和陶瓷型原型。低温冰型快速成形技术,是RP 新工艺技术开发中一项非常有新意的尝试,其工艺原理如图4-4所示。美国的Missouri2Rolla 大学和我国清华大学在该技术的研究开发上取得了重要进展,实现了基于冰模的陶瓷型精密铸造工艺,使这一技术趋于实用化。

图4-3 液晶投射光造型

图4-4 低温冰型快速成形工艺原理

第五章快速成型技术的发展趋势

目前国内外快速成形技术的研究与开发的重点，主要集中体现在基本理论、新原材料、金属零件的直接制造以及生物技术与工程的开发与应用等，同时还要求更快的制造速度、更高的制造精度、更高的可靠性，使RP设备的安装使用外设化，操作智能化。具体说来，有以下几点：

5.1 开发专用快速成形新设备

近几年，快速成形设备的研制与开发主要几种表现在二个方面：即一是现有RP 设备性能的提高，二是RP 设备的研发。不同行业对成形设备有着不同个性化的要求，如机械制造行业，制造者希望成形机不仅能制造小型零件，同时还能制造如汽车大型覆盖件。而作为医用设备，受工作环境及条件的限制，医务工作者希望其设备的体积小，噪声小。因此针对不同行业的不同需求，针对性的开发出合适的快速成形设备是非常有必要的[4]。

5.2 开发新的成形原材料

市场上应用于RP制造中的原材料主要有液态光固化聚合物、热塑性材料、纸基片材、金属粉、塑料、蜡等，它们与一些市场化的产品所采用的材料还存在一定的差距，很大程度上导致其RP制造的产品只能作为样品在市场上流通。RP 技术的跨越式发展还得依赖于新型快速成形材料的开发以及成形精度和速度的

控制的研究。其中，发展全新的RP 材料，特别是复合材料（如纳米材料、非均质材料、传统方法难以制作的复合材料），已是当前RP成形材料研究的热点。

5.3 新型成形方法与工艺的研发

目前，快速成形技术的成形精度还不高，一般精度等级还只能达到0.01mm，表面粗糙度也还较差，均还有待进一步提高。市场上流通的快速成形工件，其主要的缺陷还是在于零件的强度和韧性不能完全满足实际工程需求。因此，如何在现有设备的基础上完善并开发出成形精度高、强度和韧性好，设备运行成本低，是当前机遇要解决的问题[4]。

第六章快速成型技术在河源市的发展及应用

河源市是广东省的一个山区是，是比较知名的旅游城市。自2001年开始实行工业立市以来，已经有多家企业进驻河源。诸如，龙记金属制品有限公司、西可通讯有限公司、永勤实业有限公司等等。随着多家企业的进驻，快速成型技术也不断地在河源应用和发展起来。

6.1 RP技术应用于新产品的开发

河源的多家企业都需进行新产品的开发，而RP技术在河源的首要应用是进行新产品开发的设计验证和模拟样品的试制。新产品的开发过程一般为产品的概念设计（或创新设计）→造型设计→结构设计→功能评估→模拟样品试制。如果用传统方法，需要完成绘图、工艺设计、工装模具制造等多个环节，周期长、费用高。如果不进行设计验证而直接投产，则一旦存在设计失误，将会造成极大的损失。RP技术科快速地讲产品设计的CAD模型转换成物理实物模型，这样可以方便地验证设计人员的设计思想和产品结构的合理性、可装配性、美观性，发现设计中的问题可及时修改，这样可缩短生产周期，节省生产成本，提高企业的市场竞争力。

另外，RP技术在进行新产品开发时也可用于供货询价和市场宣传。RP技术可领先生产出新产品样品样件并进行一些物理方面的功能测试、装配验证、实际外观效果审视，根据这些结果来面向市场进行供货询价，并提前进行市场宣传，使新产品能够更快地与市场需求相融合。

6.2 RP技术应用于单件、小批量和特殊复杂零件的直接生产

河源有多家企业是生产塑料产品的，RP技术对以塑料结构为主的产品还可以进行小批量生产，将产品小批量组装先行投放市场，达到投石问路的目的。除塑料产品外，对于高分子材料的产品，可用高强度的工程塑料直接快速成型，满足使用要求；对于复杂金属零件，可通过快速铸造或直接金属件成型获得。

6.3 RP技术应用于快速模具制造

众所周知，产品的生产离不开模具，尤其是注塑、铸造、锻压等加工工艺。但是模具的开发、制作时间以及成本，往往是整个产品开发时间与成本的主要部分，既需要时间，又需要投入大量的资金。同时当前市场状况发生了巨大变化，顾客需求越来越多样化，产品的更新周期越来越短，生产由少品种大批量转化为多品种小批量，市场需要促使制造商不得不加快产品的研发周期。

RP技术在河源也应用于快速成型模具制造。快速模具制造方法有两种：一种为间接制模，间接制模是以快速成型为模型采用某种工艺制造模具；另一种为直接制模，直接制模实在快速成型制造设备上直接制造模具，即根据制品形状设计了解模具的三维实体模型或将零件模型转换为型腔模型，选择专用材料，利用快速成型技术制造模具。在快速制模技术中，制造出尺寸精度比较高的快速成型时前提。用快速成型制造母模，浇注蜡、硅橡胶、环氧树脂、聚氨酯等软材料，可构成软模具。

河源市主要的快速成型模具为硅橡胶模具。硅橡胶制模制造工艺是一种比较普及的快速模具制造方法。由于硅橡胶模具具有良好的柔性和弹性，能够制作结构复杂、花纹精细、模斜度甚至具有倒拔模斜度以及具有深凹槽类的零件，制作周期短，制件质量高，因为备受关注。由于零件的形状尺寸不同，对硅橡胶模具的强度大小要求也不一样，因而制模方法也有所不同。硅橡胶模具能经受重复使用和粗劣操作，能保持制件原型和批量生产产品的精密公差，并能直接加工出形状复杂的零件，免去酰削和打磨加工等工序，而且脱模十分容易，大大缩短产品的试制周期，同时模具修改液很方便。此外，由于硅橡胶模具具有很好的弹性，对凸凹部分浇注成型后也可直接取出，这是它的独特之处。

应用RP技术进行硅橡胶模具制作的工艺流程为：使用UG/Solid Edge等软件进行三维实体造型，以STL文件格局保留；将文件输入快速成型机作出制件原型，处理后作为硅橡胶母模；组合模框后将硅橡胶和固化剂的混合物浇注于框中，通过真空脱泡、固化后剖切掏出母样即得硅胶模；最后在真空注型机中浇注塑料样件。以下为制作硅胶模具的工艺流程：

河源职业技术学院毕业设计说明书

第七章我国快速成形技术发展中存在的问题

我国快速成形技术自20世纪世纪90年代初开始发展，西安交通大学、清华大学、华中科技大学、北京隆源公司等院校和企业在典型的快速成形设备、软件、材料等方面的研究和产业化方面的获得了重大进展。随后国内许多高校和研究机构也开展了相关研究，重点在金属成形方面开展研究，如西北工业大学、北京航空航天大学、南京航空航天大学、上海交通大学、中北大学、中国工程物理研究院等单位都在做探索性的研究工作。我国快速成形技术的研究工作基本与国际同步。

在快速成形技术新设备研发和应用方面我国则落后于国外。由于我国在这方面的投入少，企业的应用开发能力弱，故相对于欧美国家，在新技术的开发上已显落后。例如三维彩色打印技术缺少研究与开发。在应用上，我们许多行业缺少后续技术研发，例如在快速制造的原型向模具和功能零件转化方面没有形成系统技术体系，企业没有很好地将此技术应用在产品开发方面。国外快速成形技术在航空领域超过8％的应用量，而我国在这方面的应用量则非常低。快速成形尤其适合于航空航天产品中的零部件单件小批量的制造，具有成本低和效率高的优点。例如在飞机和航空发动机的零部件快速铸造上，航空器风洞模型制造上，飞机装配实验室上都可采用快速成形技术。这体现出了快速成形在复杂曲面和结构制造上的快速性和经济优势。国外在航空航天器的研制中不断尝试应用快速成形技术，显示出了巨大发展潜力。在我国重大的专项研究和航空航天事业发展中，快速成形这一技术都有广泛的用途。因此，通过“产学研用”结合，通过不断与企业合作，拓展应用领域，将是快速成形制造技术发展的根本方向。

第七章导柱导向机构的设计

第八章结论

当前，我国在RP 技术的研究方面保持着自己鲜有的特点，与国际先进设备制造企业的水平相比并无太大的差距，在某些方面还具有一定的优势。但如不采取有力的政策加以支持与保护，则很容易丧失当前利好的条件，待到丧失后再去追赶则需要更多投入、更费精力。为此，我们应根据RP的发展趋势，尽快制定我国快速成形制造领域的发展战略。研发新的快速成形技术，向产业化发展。加强快速成形后续应用技术的研发，通过“产学研用”结合，与企业合作不断拓展应用领域。

参考文献

[1] 王学让,杨占尧.快速成形与快速模具制造技[M].北京:清

华大学出版社,2008.

[2] 颜永年,张人佶,林峰,等.快速制造技术的发展道路与发展趋势[J].电加工与模具,2007,(2).

[3] 曹炜,曾忠,李合生.快速成形技术及其发展趋势[J].机械设计与制造,2006,(5):104-105.

[4] 杨家林,王洋,陈杨.快速成型技术研究现状与发展趋势[J]. 新技术新工艺,2003,(1):29.

快速成型试题

1、20世纪80年代末期出现了快速成形技术，它涉及CAD/CAM技术、数据处理技术、材料技术、激光技术和计算机软件技术等，是各种高技术的综合。 2、快速成形主要的成形工艺有四种：液态光敏聚合物选择性固化（SLA）、薄型材料选择性切割（LOM）、粉末材料选择性激光烧结（SLS）、丝状材料选择性熔融沉积。 3、快速成形技术、数字原型技术和虚拟原型技术一起，都是产品创新和快速开发的重要手段，他们已成为先进制造技术群的重要组成部分。 4、快速成形技术彻底摆脱了传统的“去除式”加工法，而采用全新的“添加式”加工法。 5、快速成形不必采用传统的加工机床和模具，快速成形建立产品样品或模具的时间和成本中有传统加工方法的10%-30%和20%-35%。 6、三维模型的构造，计算机在描述实体时常用的四种方法：构造实体几何法（CSG）、边界表达法（B-rep）、参量表达法、单元表达法。 7、模型输出常用的文件格式有多种，常用的有IGES、HPGL、STEP、DXF、STL等。 8、IGES是大多数CAD系统采用的一种美国标准，可以支持不同文件格式间的转换。 9、HPGL是HP公司开发的一种用来控制自动绘图机的语言格式，它以被广泛地接受，成为一项事项标准。这种表达格式的基本构成是描述图形的矢量，用X和Y坐标来表示矢量的起点和终点，以及绘图笔相应的抬起或放下。一些快速成型系统也用HPGL来驱动它们的成形头。10、STEP是一种正在逐步国际标准化的产品数据交换标准。目前，典型的CAD系统都能输出STEP格式文件，有些快速成形技术的研究者正试图借助STEP格式，不经STL格式的转换，直接对三维CAD模型进行切片处理，以便提高快速成形的精度。 11、DXF是用于AutoCAD输出的一种格式 12、STL格式是快速成形系统经常采用的一种格式 13、常用的扫描机有传统的坐标测量机、激光扫描机、零件断层扫描机、CT扫描机、磁共振扫描机等。 14、STL文件格式的规则有：共定点规则、取向规则、取值规则、充满规则 15、迄今为止，在国际市场上出现了很多与逆向工程相关的，主要有Imageware、Geomagic Studio、CopyCAD和RapidForm四大软件。 16、Geomagic Studio主要包括Quality、Shape、Wrape、Decimate、Capture五个模块。 17、RP 扫描填充方式发展到现在，主要有以下几种方式：单向扫描，多向扫描，十字网格扫描，Z 字型扫描和沿截面轮廓偏置扫描等。 18、快速成型的全过程包括三个阶段：前处理、自由成型、后处理。 19、光固化成型工艺中用来刮去每层多余树脂的装置是刮刀。 20、用于FDM的支撑的类型为：水溶性支撑和易剥离性支撑 21、快速成型技术建立在新材料技术、计算机技术、激光技术和数控技术四大技术之上的。 22、叠层实体制造工艺涂布工艺包括涂布形状和涂布厚度 叠层实体制造工艺常用激光器为 CO2激光器 四种成型工艺不需要激光系统的是 FDM。四种成型工艺不需要支撑结构系统的是 SLS 光固化成型工艺树脂发生收缩的原因主要是树脂固化收缩和热胀冷缩。 就制备工件尺寸相比较，四种成型工艺制备尺寸最大的是 LOM SLS周期长是因为有预热段和后冷却时间。（√）SLA过程有后固化工艺，后固化时间比一次固化时间短。（×）SLS工作室的气氛一般为氧气气氛。（×）SLS在预热时，要将材料加热到熔点以下。（√）LOM胶涂布到纸上时，涂布厚度厚一点效果会更好。（×） FDM中要将材料加热到其熔点以上，加热的设备主要是喷头。（√）FDM一般不需要支撑结构。（×） LOM生产相同的产品速度比光固化速度要快。（√）RP技术比传统的切

熔融沉积快速成型技术研究进展

熔融沉积快速成型技术研究进展 【摘要】本文对国内外近年来熔融沉积快速成型技术的研究进展进行了综述，从设备、材料、工艺、数值模拟等方面进行分析，为该技术的进一步研究提供了参考。 【关键词】快速成型；熔融沉积；研究进展 1 熔融沉积快速成型简介 基于CAD/CAM技术的快速成型技术（又称3D打印技术）近年来成为社会与科技热点。该技术是利用CAD模型驱动，通过特定材料运用逐层累积方式制作三维物理模型的先进制造技术[1]。整个产品制造过程无需开发模具，利用计算机三维实体建模得到的模型即可直接打印制件，因此可以实现产品的快速制造。 熔融沉积成型（Fused Deposition Modeling，FDM）则是一种近十几年来得到迅速发展的快速成型制造工艺。该工艺又叫熔丝沉积，它是将丝状的热熔性材料加热熔化，通过带有一个微细喷嘴的喷头挤喷出来，根据零件的分层截面信息，按照一定的路径，在成型板或工作台上进行逐层地涂覆。由于热熔性材料的温度始终稍高于固化温度，而成型部分的温度稍低于固化温度，就能保证热熔性材料挤喷出喷嘴后，随即与前一层面熔结在一起。与SLA、SLS等工艺不同，熔融沉积在成型过程中不需要激光，设备维护方便，成型材料广泛，自动化程度高且占地面积小，目前被广泛应用于产品开发、快速模具制作、医疗器械的设计开发及人体器官的原型制作，代表着快速成型制造技术的一个重要发展方向。但是，由于其成型过程为半固态到固态过程的转化，分层厚度不易降低以及热熔性材料冷却过程中的收缩等因素，使得成型件的精度难以得到保证，也制约了熔融沉积成型的发展。目前国内外学者针对熔融沉积快速成型设备、材料、工艺以及数值模拟等方面开展了一系列研究并取得了阶段性成果。 2 熔融沉积快速成型设备方面的研究进展 当前FDM设备制造系统应用最为广泛的主要是美国Stratasys公司的产品，从1993年Stratasys公司开发出第一台FDM1650机型以来，先后推出了FDM-2000，FDM-3000和FDM-8000机型。从FDM-2000开始，设备采用了双喷头，一个喷头涂覆成型材料，另一个喷头涂覆支撑材料，从而大幅度提高了成型速度。1998年，Stratasys公司推出引人注目的成型体积600mm×500mm×600mm 的FDMQuantum机型，在这种机型中，采用了挤出头磁浮定系统，可在同一时间独立控制两个挤出头，进一步提高了造型速度。现Stratasys公司的主要产品有适合办公室使用的FDM Vantage系列产品和可成型多种材料的FDM Titan系列产品，另外还有成型空间更大且成型速度更快的FDM Maxum系列产品，还有适合成型小零件的紧凑型ProdigyPlus成型机[2]。

快速成形技术的快速模具制造技术(doc 6)

快速成形技术的快速模具制造技术(doc 6)

基于快速成形技术的快速模具制造技术 一、引言 近10年来，制造业市场环境发生了巨大的变化，迅速将产品推向市场已成为制造商把握市场先机的重要保障。因此，产品的快速开发技术将成为赢得21世纪制造业市场的关键 快速成形技术(以下简称RP)是一种集计算机辅助设计、精密机械、数控激光技术和材料学为一体的新兴技术，它采用离散堆积原理，将所设计物体的CAD模型转化成实物样件。由于RP技术采用将三维形体转化为二维平面分层制造的原理，对物体构成复杂性不敏感，因此物体越复杂越能体现它的优越性。 以RP为技术支撑的快速模具制造RT(Rapid Tooling)也正是为了缩短新产品开发周期，早日向市场推出适销对路的、按客户意图定制的多品种、小批量产品而发展起来的新型制造技术。由于产品开发与制造技术的进步，以及不断追求新颖、奇特、多变的市场消费导向，使得产品(尤其是消费品)的寿命周期越来越短已成为不争的事实。例如，汽车、家电、计算机等产品，采用快速模具制造技术制模，制作周期为传统模具制造的1/3～1/10，生产成本仅为1/3～1/5。所以，工业发达国家已将RP/RT作为缩短产品开发时间及模具制作周期的重要研究课题和制造业核心技术之一，我国也已开始了快速制造业的研究与开发应用工作。 二、基于RPM的快速模具制造方法 模具是制造业必不可少的手段，其中用得最多的有铸模、注塑模、冲压模和锻模等。传统制作模具的方法是：对木材或金属毛坯进行车、铣、刨、钻、磨、电蚀等加工，得到所需模具的形状和尺寸。这种方法既费时又费钱，特别是汽车、摩托车和家电所需的一些大型模具，往往造价数十万元以上，制作周期长达数月甚至一年。而基于RPM技术的RT直接或间接制作模具，使模具的制造时间大大缩短而成本却大大降低。 1. 用快速成形机直接制作模具 由于一些快速成形机制作的工件有较好的机械强度和稳定性，因此快速成形件可直接用作模具。例如，Stratasys公司TITAN快速成形机的PPSF制件坚如硬木，可承受30 0℃高温，经表面处理(如喷涂清漆，高分子材料或金属)后可用作砂型铸造木模、低熔点合金铸造模、试制用注塑模以及熔模铸造的压型。当用作砂形铸造的木模时，它可用来重复制作50～100件砂型。作为蜡模的成型模时，它可用来重复注射100件以上的蜡模。用FDM快速成形机的ABS工件能选择性地融合包裹热塑性粘结剂的金属粉，构成模具的半成品，烧结金属粉并在孔隙渗入第二种金属（铝）从而制作成金属模。

快速成型技术的现状和发展趋势

快速成型技术的现状和发展趋势 1 快速成型技术的基本成型原理 近十几年来，随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈。尤其是计算机技术的迅速普遍和CAD/CAM技术的广泛应用，使得快速成型技术 (Rapid Prototyping简称RP)得到了异乎寻常的高速发展，表现出很强的生命力和广阔的应用前景。 传统的加工技术是采用去材料的加工方式，在毛坯上把多余的材料去除，得到我们想要的产品。而快速成型技术基本原理是:借助计算机或三维扫描系统构建目标零件的三维数字化模型,之后将该信息传输到计算机控制的机电控制系统,计算机将模型按一定厚度进行“切片”处理,即将零件的3D数据信息离散成一系列2D轮廓信息,通过逐点逐面的增材制造方法将材料逐层堆积,获得实体零件,最后进行必要的少量加工和热处理,使零件性能、尺寸等满足设计要求。。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，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，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。 目前，快速成形的工艺方法已有几十种之多，大致可分为7大类，包括立体印刷、叠层实体制造、选择性激光烧结、熔融沉积成型、三维焊接、三维打印、数码累积成型等。其基本的原理如下图所示。 图1 快速成型原理示意图 2 快速成型技术在产品开发中的应用 不断提高RP技术的应用水平是推动RP技术发展的重要方面。目前，交通大学机械学院，快速成型国家工程研究中心，教育部快速成型工程研究中心快速成

型技术已在工业造型、机械制造、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到了广泛应用。并且随着这一技术本身的发展，其应用领域将不断拓展。RP技术的实际应用主要集中在以下几个方面： 2.1 用于新产品的设计与试制。 （1）CAID应用: 工业设计师在短时间得到精确的原型与业者作造形研讨。 （2）机构设计应用: 进行干涉验证，及提早发现设计错误以减少后面模具修改工作。 （3）CAE功效:快速模具技术以功能性材料制作功能性模具，以进行产品功能性测试与研讨。 （4）视觉效果：设计人員能在短时间之便能看到设计的雛型，可作为进一步研发的基石。 （5）设计确认:可在短时间即可完成原型的制作，使设计人员有充分的时间对于设计的产品做详细的检证。 （6）复制于最佳化设计：可一次制作多个元件，可使每个元件针对不同的设计要求同时进行测试的工作，以在最短时间完成设计的最佳化。 （7）直接生产: 直接生产小型工具，或作为翻模工具 2.2 快速制模及快速铸造 快速模具制造传统的模具生产时间长，成本高。将快速成型技术与传统的模具制造技术相结合，可以大大缩短模具制造的开发周期，提高生产率，是解决模具设计与制造薄弱环节的有效途径。快速成形技术在模具制造方面的应用可分为直接制模和间接制模两种，直接制模是指采用RP技术直接堆积制造出模具，间接制模是先制出快速成型零件，再由零件复制得到所需要的模具 2.3 机械制造 由于RP技术自身的特点，使得其在机械制造领域，获得广泛的应用，多用于制造单件、小批量金属零件的制造。有些特殊复杂制件，由于只需单件生产，或少于50件的小批量，一般均可用RP技术直接进行成型，成本低，周期短。2.4 医疗中的快速成形技术 在医学领域的应用近几年来，人们对RP技术在医学领域的应用研究较多。以医学影像数据为基础，利用RP技术制作人体器官模型，对外科手术有极大的应用价值。 2.5 三维复制 快速成形制造技术多用于艺术创作、文物复制、数字雕塑等。 2.6 航空航天技术领域 航空航天产品具有形状复杂、批量小、零件规格差异大、可靠性要求高等特点，产品的定型是一个复杂而精密的过程，往往需要多次的设计、测试和改进，耗资大、耗时长，而快速成型技术以其灵活多样的工艺方法和技术优势而在现代航空航天产品的研制与开发中具有独特的应用前景。

长春工业大学快速成型期末试题

1、国内快速成型技术领军人物都有谁 2、快速成形主要的成形工艺方法有几种都是什么 3、快速成型技术概念是什么 4、模型输出常用的文件格式有多种，常用的是哪种数据格式 5、STL文件格式的规则有哪些 6、快速成型的全过程包括哪几个个阶段 7、用于FDM的支撑的类型有哪几种 8、快速成型技术产生的背景原因有哪些 9、快速成型缩写快速成型技术缩写快速成型系统缩写 10、快速成型五个步骤 11、快速成型在成型概念上的指导思想是什么 12、快速成形技术的重要特征是什么 13、根据现代成形学的观点，从物质的组织方式上，可把成形方式分为哪几类 14、传统的车、铣、刨、磨等加工方法属于哪种成型方式 15、现代电火花加工、激光切割、打孔属于哪种成型方式 16、焊接属于哪种成型方式 17、传统的锻压、铸造和粉末冶金哪种成型方式 18、简述快速成型的工艺过程 19、设计三维模型常用的软件有哪些 20、三维模型构件的方法有哪几种 21、常用的后处理方法有哪几种 22、LOM原材料有哪些以及对其要求 23、热熔胶涂布可分为哪两种 24、立体印刷的优缺点 25、分层实体制造（LOM）的优缺点 26、选择性激光烧结（SLS）的优缺点 27、熔化沉积成形（FDM）的优、缺点 28、主要阐述3种热塑性材料选择性喷洒成型系统

29、快速成型技术与哪些学科有密切的联系 30、最常用的几种RP工艺方法是什么成型材料各是什么 31、快速成型材料按材料的物理状态分几类 32、快速成型材料按材料的化学性能分几类 33、快速成型材料按材料的成型方法分几类 34、快速成型工艺对材料性能的一般要求 35、三维模型的表达方法有几种 36、目前RP成形系统常用的三种数据格式 37、STL文件格式的缺陷表现在哪几个方面 38、RP软件的主要模块一般包括哪几个方面 39、第一台快速成型商品化设备是什么哪年哪个公司 40、快速成型设备主要有哪五种 41、列举常见的光固化成型设备的型号 42、列举常见的叠层实体制造设备的型号 43、列举常见的选择性激光烧结设备的型号 44、列举常见的熔融沉积制造设备的型号 45、列举常见的三维喷涂粘结制造设备的型号 46、简述几种快速成形工艺中常用激光器的类型 47、简述四种常用快速成形工艺的原理 48、RP技术在产品设计和制造中的应用 49、任举例说明快速成型技术应用的案例 50、RP技术在未来的发展前景谈谈你对快速成型技术的看法

快速成型3d打印原理技术论文

快速成型3d打印原理技术论文 快速成型3d打印技术论文篇一：《试论3D打印技术》 摘要：3D打印又称为增材制造，近年来得到了快速发展，应用领域不断增加。本文对3D打印的原理及应用现状进行了分析，对3D打印在教学领域的应用模式进行了探讨。 关键词：3D打印;应用现状;教学领域 1 引言 3D打印，又称为增材制造，是快速成型技术的一种，被誉为“第三次工业革命的重要标志”，以其“制造灵活”和“节约原材料”的特点在制造业掀起了一股浪潮。近年来，随着3D打印技术的逐步成熟、精确，打印材料种类的增加，打印价格的降低，3D打印得到了快速发展，应用领域不断增加，不仅在机械制造、国防军工、建筑等领域得到广泛应用，也逐渐进入了公众视野，走进学校、家庭、医院等大众熟悉的场所，在教育、生物医疗、玩具等行业也得到了广泛关注及应用，作为教育工作者，本文将在介绍3D打印的原理、优势、应用现状的基础上，重点探讨3D打印在教育领域的角色及应用模式。 2 3D打印概述 2.1 3D打印原理 3D打印(3D printing，又称三维打印)，是利用设计好的3D模型，通过3D打印机逐层增加塑料、粉末状金属等材料来制造三维产

品的技术[1]。一般来说，通过3D打印获得物品需要经历建模、分割、打印、后期处理等四个环节[2]，其中3D虚拟模型，可以是利用扫描设备获取物品的三维数据，并以数字化方式生成三维模型，或者是利用AutoCAD等工程或设计软件创建的3D模型，有些应用程序甚至可以使用普通的数码照片来制作3D模型，比如123D Catch[3]。 2.2 3D打印的优势 与传统制造技术相比，3D打印不需事先制模，也不必铸造原型，大大缩短了产品的设计周期，减少了产品从研发到应用的时间，降低了企业因开模不当可能导致的高成本风险，使得特殊和复杂结构的模型的制作也变得相对简单，产品也更能凸显个性化。另外，3D打印是增材制造，使用金属粉或其他材料，使部件从无到有制造出来，大大减少了原材料和能源的消耗，生产上实行了结构优化。 2.3 3D打印的应用现状 近年来，3D打印得到了快速发展，几乎应用于各个领域。在模具加工和机械制造领域，使用3D打印相对快速地进行模具的设计与定制，打印复杂形状的各种零件，打印具有足够强度的个性化几何造型的物件。在航空航天、国防军工领域，3D打印应用于外形验证、关键零部件的原型制造、直接产品制造等方面。如空客公司从打印飞机小部件开始，逐步发展，计划在2050年左右打印出整架飞机。生物医疗领域，医学工作者利用3D打印技术打印出患者的心脏模型，缺损下颌骨模型，患者外伤性脑内血肿颅脑模型等，用于辅助诊断并制定术前手术方案，降低了手术难度，减少了手术时间，为患者带来

认识快速成型技术

教学难点与重点： 难点： 《产品逆向工程技术》教案 共 页 第 页 授课教师: 教研室： 备课日期： 年 月 日 课 题： 教 学 准 备： 教学目的与要求： 授 课 方 式： 项目四 快速成型技术认识 任务一 认识快速成型技术 PPT 掌握快速成型技术的原理、工作流程和特点。 讲授（90＇） 重点：快速成型技术的原理、工作流程和特点。 教 学 过 程： 上节课回顾→讲授课题→课堂小结

“ “ 张家界航院教案 第 页 上节课回顾： 讲授课题： 项目四 快速成型技术认识 通过前面的几节课我们学习了什么是逆向工程。通过逆向工程技术， 企业可以迅速的设计出符合当前流行趋势，以及符合人们消费需求的产品， 快速抢占市场。市场这块蛋糕就那么大，谁先抢到谁先吃，后来的就只能 看别人吃。现在的企业发展战略已经从以前的“如何做的更多、更好、更 便宜”转变成了“如何做的更快”。所以快速的响应市场需求，已经是制 造业发展的必经之路。 但是一件产品是不是设计出来就完事了？从设计到产品，中间还有一 个制造的过程，逆向工程解决了快速设计的问题，但是如果在制造加工阶 段耗费太长的时间，最后依然是无法快速的响应市场。尤其是在加工复杂 薄壁零件的时候，往往加工一件零件的周期要好几周，甚至几个月才能完 成，比如飞机发动机上的涡轮，加工周期要 90 天。 怎么解决这个问题呢？这就要用到今天我们这节课要讲的内容：快速 成型技术。快速成型技术就是在这种背景需求下发展起来的一种新型数字 化制造技术，利用这项技术可以快速的将设计思想转化为具有结构和功能 的原型或者是直接制造出零部件，以便可以对设计的产品进行快速评价、 修改。按照以往的技术，在生产一件样品的时候，要么开模、要么通过复 杂的机加工艺来生产，这样不管是从成本的角度还是时间的角度来讲，都 会带来成本的提高。而快速成型技术可以极大地缩短新产品的开发周期， 降低开发成本，最大程度避免产品研发失败的风险，提高了企业的竞争力。 任务一 认识快速成型技术 快速成型技术（Rapid Prototype ，简称 RP)有许多不同的叫法，比如 “3D 打印”( 3D printing)、分层制造”( layered manufacturing ，LM) 、增材制 造”（ additive manufacturing ，AM) 等。同学们最熟悉的应该就是“3D 打 印”，其实刚开始的时候，3D 打印本是特指一种采用喷墨打印头的快速成 型技术，演变至今，3D 打印成了所有快速成型技术的通俗叫法，但是现在 在学术界被统一称为“增材制造”。 增材制造是一种能够不使用任何工具（模具、各种机床），直接从三 维模型快速地制作产品物理原型也就是样件的技术，可以使设计者在产品 的设计过程中很少甚至不需要考虑制造工艺技术的问题。使用传统机加的 方法来加工零件时，在设计阶段设计师就需要考虑到零件的工艺性，是不 是能够加工出来。对于快速成型技术来讲，任意复杂的结构都可以利用它 的三维设计数据快速而精确的制造出来，解决了许多过去难以制造的复杂 结构零件的成型问题，实现了“自由设计，快速制造”。 一、物体成型的方式 之所以叫“增材制造”很好理解就是通过“堆积”材料的方式进行制 造。与之相应的还有“减材制造”和“等材制造”。在现代成型学的观点 中，物体的成型方式可分以下几类：

快速成型技术与试题---答案讲课讲稿

试卷 3.快速成型技术的主要优点包括成本低，制造速度快，环保节能，适用于新产品开发和单间零件生产等 4.光固化树脂成型（SLA）的成型效率主要与扫描速度，扫描间隙，激光功率等因素有关 5. 也被称为：3D打印，增材制造； 6.选择性激光烧结成型工艺（SLS）可成型的材料包括塑料，陶瓷，金属等； 7.选择性激光烧结成型工艺（SLS）工艺参数主要包括分层厚度，扫描速度，体积成型率，聚焦光斑直径等； 8.快速成型过程总体上分为三个步骤，包括：数据前处理，分层叠加成型（自由成型），后处理； 9.快速成型技术的特点主要包括原型的复制性、互换性高，加工周期短，成本低，高度技术集成等； 10.快速成型技术的未来发展趋势包括：开发性能好的快速成型材料，改善快速成形系统的可靠性，提高其生产率和制作大件能力，优化设备结构，开发新的成形能源，快速成形方法和工艺的改进和创新，提高网络化服务的研究力度，实现远程控制等； 11.光固化快速成型工艺中，其中前处理施加支撑工艺需要添加支撑结构，支撑结构的主要作用是防止翘曲变形，作为支撑保证形状； 二、术语解释 1.STL数据模型 是由3D SYSTEMS 公司于1988 年制定的一个接口协议，是一种为快速原型制造技术服务的三维图形文件格式。STL 文件由多个三角形面片的定义组成，每个三角形面片的定义包括三角形各个定点的三维坐标及三角形面片的法矢量。stl 文件是在计算机图形应用系统中，用于表示三角形网格的一种文件格式。它的文件格式非常简单，应用很广泛。STL是最多快速原型系统所应用的标准文件类型。STL是用三角网格来表现3D CAD模型。STL只能用来表示封闭的面或者体，stl文件有两种：一种是ASCII明码格式，另一种是二进制格式。 2.快速成型精度包括哪几部分 原型的精度一般包括形状精度，尺寸精度和表面精度，即光固化成型件在形状、尺寸和表面相互位置三个方面与设计要求的符合程度。形状误差主要有：翘曲、扭曲变形、椭圆度误差及局部缺陷等；尺寸误差是指成型件与CAD模型相比，在x、y、z三个方向上尺寸相差值；表面精度主要包括由叠层累加产生的台阶误差及表面粗糙度等。 3.阶梯误差 由于快速成型技术的成型原理是逐层叠加成型，因此不可避免地会产生台阶效应，使得零件的表面只是原CAD模型表面的一个阶梯近似（除水平和垂直表面外），导致原型产生形状和尺寸上的误差。

快速成型技术及应用论文

基于激光快速成型技术的金属快速成型技术 摘要:文章详细介绍了金属粉末快速成型的研究现状 ,分析了金属粉末选择性激光烧结的工艺特点,对这些工艺的影响因素进行了讨论。 关键词：选区激光烧结;金属零件;影响因素。 引言 快速制造 (Rapid Manufacturing) 金属零件一直受到国内外的广泛重视 , 是当今快速成型领域的一个重要研究方向。到目前为止 ,用于直接成型金属材料、制备三维金属零件的技术主要有激光近形制造与金属粉末的选择性激光烧结技术。激光近形制造(LENS) ,又称激光熔覆制造或熔滴制造 ,它将激光熔覆工艺与激光快速成型技术相结合 , 利用激光熔覆工艺逐层堆积累加材料，形成具有三维形状的三维结构。在该方面 ,美国的Aeromet、德国的汉诺威激光中心以及清华大学激光加工研究中心等均进行了大量的研究 , 并得到了具有一定形状的三维实体零件。有异于激光近形制造 ,选择性激光烧结则有选择地逐层烧结固化粉末金属得到三维零件。在这一领域，美国的DTM丶德国的汉诺威激光中心等进行了多元金属的烧结研究。就选区激光烧结(SelectiveLaser Sintering , SLS)而言 ,根据成型用金属粉末的不同 , 人们又开发出多种工艺途径来实现金属零件的烧结成型 ,主要有三种途径:一是利用金属粉末与有机粘结剂粉末共混粉体的间接烧结，金属粉末与有机粘结剂粉末均匀共混，烧结中，低熔点的粘结剂粉末熔化并将高熔点的金属粉末粘结，形成原型(“绿件”)，经后处理，烧失粘结剂，形成“褐件”，最后通过金属熔渗工艺得到致密的金属件；二是利用金属混合粉末的直接烧结 , 其中一种粉末具有较低的熔点(如铜粉) ,另一种粉末熔点较高 (如铁粉) ,烧结中低熔点的金属粉末铜熔化并将难熔的铁粉粘结在一起 , 这种方法同样需要较大功率激光器；三是利用单一成分金属粉末的直接烧结,这种方法目前主要用于低熔点金属粉末的烧结，对熔点高的金属粉末，需采用大功率激光器。本文分别对上述的间接和直接烧结成型工艺进行了初步的研究。 1 SLS的烧结原理 激光选择性烧结快速成型技术是使用激光束熔化或烧结粉末材料 ,利用分层的思想 ,把计算机中的 CAD 模型直接成型为三维实体零件。它的创新之处在于将激光、光学、温度控制和材料相联系。SLS烧结原理如图1所示，烧结过程可分为三部分: (1)首先在粉体床上铺一薄层粉体 , 并压实 , 可以根据需要 ,在激光烧结前进行预热; (2)激光照射粉体层 ,烧结粉体，形成所设计零件一层的形状；(3) 粉体床下降一个薄层厚度的距离;重复上面的过程 ,直到原型零件完成。 SLS对粉末烧结的明显优势在于: (1) 和其它的加工方法比较，能获得优良的材料性能，同时，它的加工材料范围比较宽 (聚合物、金属、陶瓷、铸造砂等)；(2) 易于实现液相烧结 , 烧结周期比较短; (3) 比传统的烧结方法更易得到密实的以粉末金属为原料的产品；(4)工艺比较简单 , 烧结路线、烧结温度便于控制。

3D打印快速成型技术

特种加工论文 题目3D打印快速成型技术 姓名 专业 班级 学号

3D打印快速成型技术 摘要： 本文主要介绍了特种加工中3D打印快速成型技术，首先介绍它的加工原理，然后分析它的特点、加工方式，然后说明其在实际生产中的主要应用以及发展方向。 关键词：特种加工技术，3D打印快速成型，特点，应用。 Abstract： This article mainly introduced the special processing of 3 d printing rapid prototyping technology, introduces its processing principle, and analyzes its characteristics, processing methods, and then explain the main application in practical production and the development direction. Key words：Special processing technology, 3 d printing rapid prototyping, characteristics, application. 一、引言 3D打印（3D PRINTING ）即3D打印技术，又3D打印制造是20世纪80年代才兴起的一门新兴的技术，是21世纪制造业最具影响的技术之一。随着计算机与网络技术的发展，信息高速公路加快了科技传播的速度，产品的生命周期越来越短，企业之间的竞争不再只是质量和成本上的竞争，而更重要的是产品上市时间的竞争。因此，通过计算机仿真和3D打印增加产品的信息量，以便更快的完成设计及其制造过程，将产品设计和制造过程的时间周期尽量缩短，防止投产后发现问题造成不可挽回的损失。 3D打印技术是由CAD模型直接驱动的快速制造复杂形状的三维实体的技术总称。简单的讲，3D打印制造技术就是快速制造新产品首版样件的技术，它可以在没有任何刀具、模具及工装夹具的情况下，快速直接的实现零件的单件生产。该技术突破了制造业的传统模式，特别适合于新产品的开发、单件或少批量产品试制等。它是机械工程、计算机CAD、电子技术、数控技术、激光技术、材料科学等多学科相互渗透与交叉的产物。它可快速，准确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或零件，以便进行快速评估，修改及功能测试，从而大大缩短产品的研制周期，减少开发费用，加快新产品推向市场的进程。 自从美国3D公司在1987年推出世界上第一台商用快速原形制造设备以来，快速原形技术快速发展。投入的研究经费大幅增加，技术成果丰硕。原形化系统产品的销量高速增长。在这方面美国，日本一直处于领先地位，我国在这方面起步较晚，但是奋起直追，开展研究并取得一定成果，国内也有些成熟的产品问世，他们正在各种生产领域上发挥着作用。 二、打印系统的工作原理 3D打印技术是一种逐层制造技术，它采用离散/堆积成型原理，其过程是：先得到所需零件的计算机三维曲面或实体模型；然后根据工艺要求，将其按一定厚度进行分层，将原来的三维模型变成二维平面信息，即离散过程；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

熔融沉积快速成型技术研究进展_吴涛

科技·探索·争鸣 科技视界 Science &Technology Vision Science &Technology Vision 科技视界Ｓ 1熔融沉积快速成型简介 基于CAD/CAM 技术的快速成型技术（又称3D 打印技术）近年来成为社会与科技热点。该技术是利用CAD 模型驱动，通过特定材料运用逐层累积方式制作三维物理模型的先进制造技术[1]。整个产品制造过程无需开发模具，利用计算机三维实体建模得到的模型即可直接打印制件，因此可以实现产品的快速制造。 熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling ，FDM)则是一种近十几年来得到迅速发展的快速成型制造工艺。该工艺又叫熔丝沉积，它是将丝状的热熔性材料加热熔化，通过带有一个微细喷嘴的喷头挤喷出来，根据零件的分层截面信息，按照一定的路径，在成型板或工作台上进行逐层地涂覆。由于热熔性材料的温度始终稍高于固化温度，而成型部分的温度稍低于固化温度，就能保证热熔性材料挤喷出喷嘴后，随即与前一层面熔结在一起。与SLA 、SLS 等工艺不同，熔融沉积在成型过程中不需要激光，设备维护方便，成型材料广泛，自动化程度高且占地面积小，目前被广泛应用于产品开发、快速模具制作、医疗器械的设计开发及人体器官的原型制作，代表着快速成型制造技术的一个重要发展方向。但是，由于其成型过程为半固态到固态过程的转化，分层厚度不易降低以及热熔性材料冷却过程中的收缩等因素，使得成型件的精度难以得到保证，也制约了熔融沉积成型的发展。目前国内外学者针对熔融沉积快速成型设备、材料、工艺以及数值模拟等方面开展了一系列研究并取得了阶段性成果。 2熔融沉积快速成型设备方面的研究进展 当前FDM 设备制造系统应用最为广泛的主要是美国Stratasys 公司的产品,从1993年Stratasys 公司开发出第一台FDM1650机型以来，先后推出了FDM-2000，FDM-3000和FDM-8000机型。从FDM-2000开始，设备采用了双喷头，一个喷头涂覆成型材料，另一个喷头涂覆支撑材料，从而大幅度提高了成型速度。1998年，Stratasys 公司推出引人注目的成型体积600mm ×500mm ×600mm 的FDMQuantum 机型，在这种机型中，采用了挤出头磁浮定系统，可在同一时间独立控制两个挤出头，进一步提高了造型速度。现Stratasys 公司的主要产品有适合办公室使用的FDM Vantage 系列产品和可成型多种材料的FDM Titan 系列产品,另外还有成型空间更大且成型速度更快的FDM Maxum 系列产品,还有适合成型小零件的紧凑型ProdigyPlus 成型机[2]。 在国内，清华大学与北京殷华公司进行了FDM 工艺商品化系统的研制工作，并推出熔融挤压制造设备MEM250。上海富力奇公司的TSJ 系列快速成型机采用了螺杆式单喷头，华中科技大学和四川大学正在研究开发以粒料、粉料为原料的螺杆式双喷头[3]。 3熔融沉积快速成型材料方面的研究进展 FDM 工艺的成型材料应满足有一定的弯曲强度、压缩强度和拉 伸强度；材料的收缩率应小；保证各层之间有足够的粘结强度。 在国内，北京航空航天大学对短切玻璃纤维增强ABS 复合材料进行了改性研究。他们通过加入短切玻纤、适量增韧剂和增容剂，提高ABS 的强度、硬度和韧性，并降低ABS 的收缩率，减小制品的形变。北京太尔时代公司通过和国内外知名的化工产品供应商合作，在2005年推出高性能FDM 成型材料ABS 04，与美国Stratasys 公司生产的ABS P400性能相近，具有变形小、韧性好的特点，适合装配测试，可替代进口材料，降低生产成本。近年来，华中科技大学研究了改性聚苯乙烯支撑材料。 国外，1998年澳大利亚的Swinburne 工业大学研究了一种金属-塑性复合材料，可用FDM 工艺直接快速制模。2001年美国Stratasys 公司推出了支持FDM 技术的工程材料PC 。用该材料生产的原型可达到并超过ABS 注射成型的强度。之后又推出了支持FDM 技术的工程材料PPSF ，它有着最高的耐热性、强韧性以及耐化学性。随后又开发了工程材料PC ／ABS 。PC ／ABS 结合了PC 的强度以及ABS 的韧性，性 能更好。 4熔融沉积快速成型工艺方面的研究进展 对于给定的快速成型系统，工艺参数的优化设置会在不引起附加费用的情况下大幅度改善原型件的质量。 国内的大连理工大学的郭东明教授等人进行了FDM 工艺参数优化设计，先是提出丝宽理论模型，后通过正交试验得到影响试件尺寸精度及表面粗糙度的显著因素，并进行参数优化，大幅度提高了成型件的成型精度。印度的国家铸造锻造技术研究所研究了几个工艺参数不同对制件机械性能的影响。他们得出层数过多、光栅线间距过大、光栅宽度过小、气隙过大对制件机械性能不利的结论。FDM 工艺的主要用途之一是制作概念模型和模具，这都需要制件良好的表面质量及最小的翘曲变形。美国德雷塞尔大学用田口实验设计方法找到最少实验运行数量和最佳工艺参数的设置，使用三维、几何和表面粗糙特征的基准开展研究。发现了零件输出的质量和输入制造工艺参数之间的功能关系。意大利巴里大学经过实验对比发现切片高度和光栅宽度是十分重要的工艺参数，而喷头直径则对制件表面质量影响较少，指出原型件表面粗糙度随切片高度和光栅宽度的增大而显著增大，而随喷头直径的增大而略微减少。西南科技大学的研究人员针对狭长薄壁体的成形翘曲变形，采用ABS 材料的半球壳、狭长薄壁体试件进行了实验，然后对结果进行分析，最终提出了解决方法。上海交通大学机械与动力工程学院研究人员分析变形产生的根源及其作用机理，建立了成型过程中原型的翘曲变形模型，并定量地分析了各种因素对原型变形的影响程度。 5熔融沉积快速成型数值模拟方面的研究进展 到目前为止，熔融沉积成型技术的主要研究都建立在实验及定性分析上，不符合经济高速发展所要求的的高质量、低成本。所以用合理数值模拟方法及少量的实验验证，来代替以往大量重复实验的方法势在必行。通过有限元模拟的方法能够得到熔融沉积成型过程中的温度场及应力场分布，甚至可以将整个成型过程模拟出来，从而找到成型过程中的问题及改进方法。采用数值模拟方法可快速确定扫描方式，提高了生产效率，同时极大地降低了成本。 国内清华大学的裴琳、吴任东等人通过有限元分析研究了扫描速度对熔融堆积成性影响，比较不同扫描速度下零件的应力和变形，从理论上验证了告诉扫描的合理性和可行性。北京化工大学宋丽莉等对熔融沉积成型温度场进行了数值模拟，进一步分析了扫描精度对成型件精度的影响。 国外新加坡国立大学F.Xu 、Y.S.Wong 等研究了遗传算法在快速成型中的应用，开发了一个基于遗传算法的快速成型工艺参数优化的软件系统，给出了详细的算法和具体优化实例。C.Bellellumeur 等应用ANSYS 建立了熔融沉积快速成型温度场的有限元模拟模型，模拟了ABS 聚合体细丝的熔融沉积快速成型温度场的数值模拟研究，得出了合理的温度范围。华盛顿州立大学S.J.i Kalita 、S.Bose 等研究了熔融沉积快速成型件内部多孔性特征，分析了不同材料在成型后的孔洞的不同，为选择合理的熔融沉积快速成型材料提供了依据。【参考文献】 ［1］王广春，赵国群．快速成型与快速模具制造技术及其应用[M]．2版．北京：机械工业出版社，2003，11. ［2］Chua CK,Teh SH,Gay RKL.Rapid Prototyping Versus Virtual Prototyping in Product Design and Manufacturing[J].Int Adv Manuf Thchnol ，1999（15）：597-603.［3］刘斌，谢毅．熔融沉积快速成型系统喷头应用现状分析[J]．工程塑料应用， 2008，36（12）：68-71. ［责任编辑：丁艳］ 熔融沉积快速成型技术研究进展 吴涛倪荣华王广春 (山东大学工程训练中心，山东济南250002) 【摘要】本文对国内外近年来熔融沉积快速成型技术的研究进展进行了综述，从设备、材料、工艺、数值模拟等方面进行分析，为该技术的进一步研究提供了参考。 【关键词】快速成型；熔融沉积；研究进展 机械与电子 94

快速成型技术与试题---答案

试卷 2. 3.快速成型技术的主要优点包括成本低，制造速度快，环保节能，适用于新产品开发和单间零件生产等 4.光固化树脂成型（SLA）的成型效率主要与扫描速度，扫描间隙，激光功率等因素有关 5. 也被称为：3D打印，增材制造； 6.选择性激光烧结成型工艺（SLS）可成型的材料包括塑料，陶瓷，金属等； 7.选择性激光烧结成型工艺（SLS）工艺参数主要包括分层厚度，扫描速度，体积成型率，聚焦光斑直径等； 8.快速成型过程总体上分为三个步骤，包括：数据前处理，分层叠加成型（自由成型），后处理； 9.快速成型技术的特点主要包括原型的复制性、互换性高，加工周期短，成本低，高度技术集成等； 10.快速成型技术的未来发展趋势包括：开发性能好的快速成型材料，改善快速成形系统的可靠性，提高其生产率和制作大件能力，优化设备结构，开发新的成形能源，快速成形方法和工艺的改进和创新，提高网络化服务的研究力度，实现远程控制等； 11.光固化快速成型工艺中，其中前处理施加支撑工艺需要添加支撑结构，支撑结构的主要作用是防止翘曲变形，作为支撑保证形状； 二、术语解释 1.STL数据模型 是由3D SYSTEMS 公司于1988 年制定的一个接口协议，是一种为快速原型制造技术服务的三维图形文件格式。STL 文件由多个三角形面片的定义组成，每个三角形面片的定义包括三角形各个定点的三维坐标及三角形面片的法矢量。stl 文件是在计算机图形应用系统中，用于表示三角形网格的一种文件格式。它的文件格式非常简单，应用很广泛。STL是最多快速原型系统所应用的标准文件类型。STL是用三角网格来表现3D CAD模型。STL只能用来表示封闭的面或者体，stl文件有两种：一种是ASCII明码格式，另一种是二进制格式。 2.快速成型精度包括哪几部分 原型的精度一般包括形状精度，尺寸精度和表面精度，即光固化成型件在形状、尺寸和表面相互位置三个方面与设计要求的符合程度。形状误差主要有：翘曲、扭曲变形、椭圆度误差及局部缺陷等；尺寸误差是指成型件与CAD模型相比，在x、y、z三个方向上尺寸相差值；表面精度主要包括由叠层累加产生的台阶误差及表面粗糙度等。 3.阶梯误差 由于快速成型技术的成型原理是逐层叠加成型，因此不可避免地会产生台阶效应，使得零件的表面只是原CAD模型表面的一个阶梯近似（除水平和垂直表

快速成型技术的发展和应用

快速成型技术的发展和应用 摘要：科技飞速发展的今天，人类对制造业也提出了更高的要求，行业竞争也日趋激烈。 快速成型技术也应运而生，并且展现了它强大的生命力和广阔的应用前景。目前，快速成型技术已在工业造型、机械制造、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到了广泛应用。并且随着这一技术本身的发展，其应用领域将不断拓展。 The rapid development of science and technology today, the human is put forward higher requirements on manufacturing, industry competition is increasingly fierce. Rapid prototyping technology also arises at the historic moment, and shows its strong vitality and broad application prospects. At present, the modelling of rapid prototyping technology has been in the industry, machinery manufacturing, aerospace, military, architecture, film and television, home appliances, light industry, medicine, archaeology, cultural art, sculpture, jewelry, and other fields has been widely used. And with the development of the technology itself, and will continue to expand its application field. 关键词：快速成型，堆积法，高集成性、高柔性、高速性，自动、直接、快速、精确。 前言： 21世纪是以知识经济和信息社会为特征的时代，随着科学技术的发展和社会需求的多样化，全球统一市场和经济全球化的逐步形成，产品的竞争更加激烈。在工业化的国家中，60%—80%的财富是由制造业提供的。制造业是衡量一个国家实力水平的重要标志之一，也是创造社会财富和国民经济赖以生存发展的重要支柱产业。 现代制造已不仅仅是机械制造，而且具有大制造，全过程，多科学的新特点。大制造应包括机电产品的制造，工业流程制造，材料科学制造等等，所以它是一个广义的制造概念。 我国在先进制造技术方面和国外有比较大的差距，特别是我国制造业的自动化，信息化水平不高。大力发展和应用先进制造技术，勇气改造传统产业和形成高技术，提升我国制造业得产业结构，产品结构和组织结构，增强其技术创新能力，产品开发，和市场竞争能力。是制造业，特别是机械制造业走出困局的关键性措施。这样才能保证我们世界工厂地位的确立，实现由制造业大国向制造业强国的转变。 快速成型技术的诞生 快速成型技术作为一个专用名词在20世纪80年代末期，美国为了加强其制造业的竞争力与促进国民经济的增长，根据其制造业面临的挑战与机遇，并对其制造业存在的问题进行深刻反省提出来的。快速成型技术是集成制造技术，电子技术，信息技术，自动化技术，能源晕技术，材料科学以及现在管理技术等众多技术的交叉，融合和渗透而发展起来的，涉及到制造业中的产品设计，加工装配，检验测试，经营管理等产品生命周期全过程，已实现优质，高效，低耗，清洁，灵活生产，提高对动态多变，细分的市场的适应能力和竞争能力的一项综合技术。 快速成型技术是顺应这一潮流而出现的先进制造技术，它能自动，直接，快速，精确的将设计思想物转化具有一定功能的原型或直接制造零件，快速成型技术是先进制造技术的重要组成部分，也是制造技术在制造理论的一次革命性飞跃，快速成型技术目前在美国，欧洲，日本等地已被广泛应用，受到制造业界及各类用户的普遍重视。 世界上第一台快速成形机于自1988年诞生于美国。快速成型制造技术是国外20世纪80年