基于快速成形技术的快速模具制造技术(doc 10页)

基于快速成形技术的快速模具制造技术(doc 10页)

2.用快速成形件作母模，复制软模具(Soft tooling)

用快速成形件作母模，可浇注蜡、硅橡胶、环氧树脂、聚氨脂等软材料，构成软模具，或先浇注硅橡胶、环氧树脂模(即蜡模的压型)，再浇注蜡模。其中，蜡模可用于熔模铸造，而硅橡胶模、环氧树脂模等可用作试制用注塑模或低熔点合金铸造模。

3.用快速成形件作母模，复制硬模具(Iron tooling)

用快速成形件作母模，或据其复制的软模具，可浇注(或涂覆)石膏、陶瓷、金属基合成材料、金属，构成硬模具(如各种铸造模、注塑模、蜡模的压型、拉伸模)，从而批量生产塑料件或金属件。这种模具有良好的机械加工性能，可进行局部切削加工，以便获得更高的精度，或镶入嵌块、冷却系统、浇注系统等。用金属基合成材料浇注成的蜡模的压型，其模具寿命可达1000～1 0000件。

4. 用快速成形系统制作电脉冲机床用电极

用快速成型件作母体，通过喷镀或涂覆金属、粉末冶金、精密铸造、浇注石墨粉或特殊研磨，可制作金属电极或石墨电极。

三、基于RP的快速模具制造的应用

1. 利用硅橡胶模(Silicon Rubber Mold)制作佛头、线圈

硅橡胶有很好的弹性和复制性能，用它来复制模具可不考虑拔模斜度，基本不会影响尺寸精

度，而且这种材料有很好的切割性能，用薄片就可容易地将其切开且切面间非常贴合，因此用它来复制模具时可以先不分上下模，整体浇注出软模后，再沿预定的分模面将其切开，取出母模，即可得到上下两个软模。

(1)试验用设备和材料

所用的设备：Stratasys的Titan快速成形机、HVC-1真空注型机和恒温箱。所用的材料：日产KE-1310ST透明硅橡胶、日产CAT-1310固化剂(浇注时，KE-1310ST与CAT-1310以100：10混合)和PX215真空注型硬制聚氨脂树脂(异氰酸脂，多元醇1∶1混合)。

(2)制模工艺路线

使用 UG、PRO-E、Solid Edge 等软件进行三维实体造型，以STL 文件格式保存；将文件输入快速成形机作出制件原型，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、固化后剖切取出母样即得硅胶模；最后在真空注型机中浇注塑料样件。具体的制模流程如图1所示。

CAD三维造型软件

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STL文件

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FDM快速成型制作母件

↓

制作模框

↓

浇注硅胶和固化剂的混

合物

↓

固化

↓

分模

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树脂浇注

图1 制模工艺路线

(3)制作硅胶模具时的注意事项

对加成型硅橡胶而言，不要在室温下固化，而以40℃～60℃加温固化；分模面的选取一定要注意将外观面朝下，在内观面的合适位置上放置胶棒；如果零件有倒钩，可以在硅胶模上作45°切口，但注意不要割断；在一些树

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。

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：

(整理)快速成型技术的应用与发展前景

快速成型技术的应用与发展前景 一．什么是快速成型技术 快速成形技术又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)技术，诞生于20世纪80年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。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。即，快速成形技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。 二．快速成型技术的产生背景 (1)随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈，产品的开发速度日益成为主要矛盾。在这种情况下，自主快速产品开发(快速设计和快速工模具)的能力(周期和成本)成为制造业全球竞争的实力基础。 (2)制造业为满足日益变化的用户需求，要求制造技术有较强的灵活性，能够以小批量甚至单件生产而不增加产品的成本。因此，产品的开发速度和制造技术的柔性就十分关键。 (3)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。 三．快速成形技术的特点 快速成型技术具有以下几个重要特征： l ）可以制造任意复杂的三维几何实体。由于采用离散／堆积成型的原理．它将一个十分复杂的三维制造过程简化为二维过程的叠加，可实现对任意复杂形状零件的加工。越是复杂的零件越能显示出 RP 技术的优越性此外， RP 技术特别适合于复杂型腔、复杂型面等传统方法难以制造甚至无法制造的零件。 2 ）快速性。通过对一个 CAD 模型的修改或重组就可获得一个新零件的设计和加工信息。从几个小时到几十个小时就可制造出零件，具有快速制造的突出特点。 3 ）高度柔性。无需任何专用夹具或工具即可完成复杂的制造过程，快速制造工模具、原型或零件。 ４）技术高度集成性。RP技术是计算机、数控、激光、材料和机械等技术的综合集成。CAD技术通过计算机进行精确的离散运算和繁杂的数据转换，实现零件的曲面或实体造型，数控技术为高速精确的二维扫描提供必要的基础，这又是以精确高效堆积材料为前提的，激光器件和功率控制技术使材料的固化、烧结、切割成为现实。快速扫描的高分辨率喷头为材料精密堆积提供了技术保证术产生背景。 ５）快速响应性。快速原型零件制造从CAD设计到原型 (或零件 )的加工完毕，只需几个小时至几十个小时，复杂、较大的零部件也可能达到几百小时，但从总体上看，速度比传统成形方法要快得多。尤其适合于新产品的开发，RP技术已成为支持并行工程和快速反求设计及快速模具制造系统的重要技术之一

快速制模技术

。 基于RPM快速制模技术 快速原型制造(Rapid Prototype Manufacturing简称RPM)技术是20世纪后期起源于美国，并很快发展起来的一种先进制造技术，是制造技术领域的一次重大突破。RPM 技术综合利用CAD技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术及激光技术的技术集成以实现从零件设计到三维实体原型制造一体化的系统技术。技术采用软件离散／材料堆积的原理，而被制造零件通过离散获得堆积的顺序、路径、限制和方式，通过堆积材料“叠加”起来形成三维实体，成功解决计算机辅助设计中三维造型“看得见、摸不着”的问题。RP技术改变了制造业的思维活动，突破了制造业的传统模式，为机械加工、模具制造开辟了一条高效率、低成本的新途径。RP批发展到今天，其发展重心已从快速原型制造向快速模具制造的方向转移，目前RP的快速制模主要是注塑模、冲压模、铸模。用CAD技术设计出被成型零件的三维实体模型，先将CAD模型离散化，沿某一方向(常取z向)按一定厚度对其进行分层，生成二维截面信息。再将分层后的数据进行一定的处理，输入加工参数，生成加工代码；利用数控装置精确控制激光束的运动。通过采用粘结、熔结、聚合作用等手段，逐层可选择固化树脂、切割薄片、烧结粉末、材料熔覆、或材料喷洒等方式来实现，从而快速堆积制作出所要求形状的实物原型。RP技术可以快速精确制造任意几何形状的产品原型，无须考虑其复杂程度，零件复杂程度与制造成本关系不大，真正实现无模制造。快速制模可分为在RP系统上直接制模和利用RP原型间接制模。 一、基于RPM直接制模方法 1，1 分层实体制造(LDM—Laminated objet Manuacturing)制模 将背面涂有热溶性粘合剂的箔材，根据分层几何信息，用二氧化碳激光在计算机控制下切出本层轮廓，再铺上一层箔材，用滚子碾压使新铺上的一层牢固粘结在已成型体上，再切割该层轮廓，如此逐层叠加，裁切后形成所需的立体模腔。采用这种方法直接制成的模具，坚如硬石，可进行钻削等机械加工，也可进行刮腻子等装饰加工，并可耐20012高温，故可用作低熔点合金的模具或试制注塑模。LOM关键技术是控制激光的光强和切割速度。使它们达到最佳配合，以便保证切口质量。1．2 立体光刻(SLA—Stereo Lithgmphy apparatus)制模 以各类光敏树脂为成型材料，氦一镉激光为能源，基于光敏树脂受紫外激光照射固化的原理。计算机控制激光逐层扫描，被照射的地方就固化，未被照射的地方仍然是液态树脂。如此重复直到三维零件制作完成。 1．3 选择性激光烧结(SLS—Slective laser sintering)制模 将金属粉末用易消失性树脂裹覆，通过二氧化碳高功率激光束，在CAD分层信息控制下，有选择地熔化粉末上的树脂。使粉末烧结成得到金属粉末的粘结实体，再将树脂在一定温度下分解消失，然后。使成型的金属粉末在高温下烧结而得到金属烧结件，用第二相低熔点金属渗入烧结件而直接成金属模具。美国3D公司将称为Keltol的金属粉末烧结制模工艺，对于直接生产小型金属模具特别适合。 德国的Electrolux RP公司开发的利用不同熔点的几种金属粉末来烧结成型，由于各种金属收缩不一致，可相互补偿其体积变化。 1．4 熔融沉积成型(PDM—Fused deposition modelling)制模 材料在喷头中被加热并略高于其熔点。喷头在计算机控制下作X—Y联动扫描以

快速模具制造技术的现状及其发展趋势

快速模具制造技术的现状及其发展趋势 发表时间：2019-07-02T16:34:38.163Z 来源：《基层建设》2019年第9期作者：区礼炳[导读] 摘要：快速模具制造技术作为一项系统工程技术，有效融合了信息与控制技术、材料学以及激光技术等，其发展速度可见一斑。 佛山市尊朗机械设备有限公司广东佛山 528000摘要：快速模具制造技术作为一项系统工程技术，有效融合了信息与控制技术、材料学以及激光技术等，其发展速度可见一斑。自快速模具制造技术诞生以来，已经被广泛应用到航空航天、医疗、汽车以及加点分制造行业之中。快速模具制造技术的飞跃式发展，特别是在快速制造金属模具的广泛应用，使得产品的质量更加优质，价格更加低廉，帮助企业获得更大经济效益，这也是国内外学者、企业关注 的重点。对于此，本文对快速模具制造技术的现状及其发展趋势展开探讨。 关键词：快速模具制造技术；现状分析；发展趋势 1快速模具制造技术概述快速成型技术是自20世纪末开始发展出的一项具有非常重要意义的制造技术，该技术主要是由激光技术、驱动技术、CAD/CAM技术、数控技术、新型材料所构成，该技术自应用以来，在机械制造企业的产品创新、产品开发等方面都起着非常关键性的作用，虽然工作人员在使用该技术时所采用的制作原材料之间会存在着一定的差异性，但是技术应用中所体现出的主要工作原理均是由分层制作、逐层叠加的方式来完成的，从数学的层面上来说，该技术原理与数据的积分过程有着异曲同工之处，从宏观的角度上来说，该技术的应用形式与3D打印技术相似。该技术在实际应用中的特征主要体现在成型快、适用性强、制作周期短、操作简便、集成性高等等。快速模具制造作为新型制造技术，对制造行业具有极大促进作用。该技术应用范围较为广泛，既能用于汽车制造业，又能生产家电器材。模具制造技术，能提高制造效率，创造企业价值。 2快速模具制造技术模具制作 2.1软质模具 软质模具主要是由一些软性材料制作而成，适用于产品数量为50-5000左右的生产企业，市场上常见的软性材料有环氧树脂、锌合金、硅橡胶、低熔点合金、铝金属等等，该类型的模具在使用过程中具有成本低廉、周期短等优势，而工作人员在使用快速成型技术来制作软质模型时主要会使用以下方法：第一，硅橡胶法，通过该方法所制造的硅橡胶模具不仅有良好的弹性，同时还可以在模具上制作一些非常精美的纹路，但是该类模具的适用性不强；第二，树脂法，当模具的需求量非常大时，工作人员可以使用树脂材料作为模具的制作原材料，并且通过合理地使用快速成型技术中原型压铸的方式来高效率地完成该类型模具的批量制作；第三，金属法，工作人员使用该方法进行模具制作时，通常以RP8d为原型，并且在此基础上将金属合金均匀地喷涂于模型的外表面，并且将模具的制作原材料快速地填入模具内，完成金属模具的制作，该方法的优势在于操作简便、一次成型、制作周期短、耐磨性强等等；第四，电铸法，该模具制作法与上述我们所提到的金属喷涂法相类似，电铸法主要是利用电化学的基本原理，将PR8d圆形的外表面通过电解沉淀的方式进行模具的制作，通过该方法制作而成的模具具有均匀性强、精度高等优势。 2.2硬质模具 与软质模具相对应的则是硬质模具，适用于产品数量规模较大的产品生产企业，市场上常见的硬质模具通常为钢模具，工作人员在使用快速成型技术进行硬质模具的生产制造时，通常会使用以下方法：第一，电火花法，该方法主要是指工作人员将BPM作为模具的圆形，同时将EDM作为连接模具的电源，通过电火花的方式对模具进行加工制造，然后再合理地使用三维砂轮以及石墨电极的方式对该模具进行细节上的处理，最终完成整个钢模具的制作；第二，熔模法，该方法主要适用于钢模具的批量制造，以RPM原型作为母版通过软蜡熔模的方式实现钢模具的精密复制；第三，陶瓷法，对于一些数量较少的模具批量铸造生产企业，工作人员便可以使用陶瓷法进行模具的制作生产，依然以RPM为模板原型，将陶瓷砂浆作为模板制作的原材料，通过焙烧的方式对陶瓷砂浆进行固化处理，以此来完成模板的制作。 3我国快速制模技术发展趋势快速制模技术与传统模具制造相比，优势在于快速制模技术能够提高产品的开发速度和生产的柔性化程度，快捷、方便地制作模具，缩短模具制造的周期，降低生产成本，经济效益优。某模具制造公司传统研发和快速研发过程对比如表1所示。 表1某模具制造公司传统研发和快速研发过程对比 3.1快速成型模具制造应用 快速成型模具制造技术主要分为直接法和间接法两种类型。根据所制造模具的产品特性，不同的快速成型模具制造方法也被应用到不同场景中，而相对应的制造工艺也是不尽相同，但最终所制造的产品质量同样能得到保证。直接制模技术主要是通过选择性激光烧结的方式来实现，由此生产出的模具，使用时限较长。但其缺陷是在对模具工件进行烧结时，由于温度的影响，模具工件会产生不同程度的收缩现象，这种收缩现象至今未能得到有效解决，继而造成生产出的模具工件精确度不高。对于软质模具而言，由于所采用的软质材料的特殊性，有别于以往使用的钢制材料，其具有制作周期短、造价成本低的特性，在新产品的开发初期，常常被应用到市场试运行以及功能检测等方面，特别是对于所生产的工件品种多、批量小以及改性快等制造模式中。现今，软质模具制造方法主要以树脂浇注法、硅橡胶浇注法等方法为代表。

快速成型专业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,西安交通大学机械学院,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内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内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:可在短时间内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，以在最短时间内完成设计的最佳化。 (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内,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,

快速成形与快速制模的技术发展

快速成形与快速制模的技术发展 1、引言 21世纪是以知识经济和信息社会为特征的时代，制造业面临信息社会中瞬息万变的市场对小批量多种产品要求的严峻挑战。在制造业日趋国际化的状况下，缩短产品开发周期和减少开发新产品投资风险，成为企业赖以生存的关键。直接从计算机模型产生三维物体的快速成形技术，是由现代设计和现代制造技术迅速发展的需求应运而生的，它涉及机械工程、自动控制、激光、计算机、材料等多个学科，近年来，该技术迅速在工业造型、制造、建筑、艺术、医学、航空、航天、考古和影视等领域得到良好的应用。快速成形/快速制模/快速制造技术为企业提高竞争力提供了一种先进的手段。 快速成形技术（Papid prototyping，以下简称RP）自80年代问世以来，在成形系统、材料方面有了长足的进步，同时推动了快速制模（Rapid Tooling，以下简称RT）和快速制造（Rapid Manufacturing，以下简称RM）的发展，90年代中末期是RP技术蓬勃发展的阶段。我国的华中科技大学、清华大学、西安交通大学、北京隆源公司和南京航空航天大学等单位，于90年代初率先开发RP及相关技术的研究、开发、推广和应用。到1999年，国内已有数十台引进或国产RP系统在企业、高校、研究机构和快速成形服务中心运行。在国家科技部的领导和支持下，先后成立了近十家旨在推广应用RP技术的“快速原型制造技术生产力促进中心”，863/CIMS主题专家组还将快速成形技术纳入目标产品发展项目。此外，有相当一部分高校将RP技术列入了“211”规划。国内投入RP研究的单位逐年增加，RP市场初步形成。 2、快速成形技术发展简史 RP技术是一种用材料逐层或逐点堆积出制件的制造方法。分层制造三维物体的思想雏形，最早出现在制造技术并不发达的19世纪。早在1892年，Blanthre主张用分层方法制作三维地图模型。1979年东京大学的中川威雄教授，利用分层技术制造了金属冲裁模、成型模和注塑模。 光刻技术的发展对现代RP技术的出现起到了催化作用。 20世纪70年代末到80年代初期，美国3M公司的Alanj.Hebert（1978）、日本的小玉秀男（1980）、美国UVP公司的Charles W.Hull（1982）和日本的丸谷洋二（1983），在不同的地点各自独立地提出了RP概念，即利用连续层的选区固化产生三维实体的新思想。Charles W.Hull在UVP的继续支持下，完成了一个能自动建造零件的称之为SterolithographyApparatus（SLA）的完整系统SLA-1，1986年该系统获得专利，这是RP发展的一个里程碑。 同年，Charles W.Hull和UVP的股东们一起建立了3D System公司；随后许多关于快速成形的概念和技术在3D System公司中发展成熟。与此同时，其它的成型原理及相应的成型机也相继开发成功。1984年Michael Feygin提出了分层实体制造（Laminatde Object Manufacturing，以下简称LOM）的方法，并于1985年组建Helisys公司，1990年前后开发了第一台商业机型LOM—1015。1986年，美国Texas大学的研究生C.Deckaed提出了Selective Laser Sintering（SLS）的思想，稍后组建成DTM公司，于1992年开发了基于SLS的商业成型机（Sinterstation）ScottCrump在1988年提出了Fused Deposition Modeling（FDM）的思想，1992年开发了第一台商业机型3D-Modeler。自从20世纪80年代中期SLA光成型技术发展以来到90年代后期，出现了十几种不同的快速成形技术，除前述几种外，典型的还有，3DP、SDM、SGC等。目前，SLA、LOM、SLS和FDM四种技术比较成熟。 3、RP技术的新进展

几种常见的快速成型技术

几种常见的快速成型技术 一、FDM 丝状材料选择性熔覆（Fused Deposition Modeling）快速原型工艺是一种不依靠激光作为成型能源、而将各种丝材加热溶化的成型方法，简称FDM。 丝状材料选择性熔覆的原理室，加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动。热塑性丝状材料（如直径为1.78mm的塑料丝）由供丝机构送至喷头，并在喷头中加热和溶化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层大约0.127mm厚的薄片轮廓。一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层"画出"截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。 这种工艺方法同样有多种材料选用，如ABS塑料、浇铸用蜡、人造橡胶等。这种工艺干净，易于操作，不产生垃圾，小型系统可用于办公环境，没有产生毒气和化学污染的危险。但仍需对整个截面进行扫描涂覆，成型时间长。适合于产品设计的概念建模以及产品的形状及功能测试。由于甲基丙烯酸ABS（MABS）材料具有较好的化学稳定性，可采用加码射线消毒，特别适用于医用。但成型精度相对较低，不适合于制作结构过分复杂的零件。 FDM快速原型技术的优点是： 1、制造系统可用于办公环境，没有毒气或化学物质的危险。 2、工艺干净、简单、易于材作且不产生垃圾。 3、可快速构建瓶状或中空零件。 4、原材料以卷轴丝的形式提供，易于搬运和快速更换。 5、原材料费用低，一般零件均低于20美元。 6、可选用多种材料，如可染色的ABS和医用ABS、PC、PPSF等。 FDM快速原型技术的缺点是： 1、精度相对国外SLA工艺较低，最高精度0.127mm。 2、速度较慢。 二、SLA 光敏树脂选择性固化是采用立体雕刻（Stereolithography）原理的一种工艺，简称SLA，也是最早出现的、技术最成熟和应用最广泛的快速原型技术。 在树脂液槽中盛满液态光敏树脂，它在紫外激光束的照射下会快速固化。成型过程开始时，可升降的工作台处于液面下一个截面层厚的高度，聚焦后的激光束，在计算机的控制下，按照截面轮廓的要求，沿液面进行扫描，使被扫描区域的树脂固化，从而得到该截面轮廓的塑料薄片。然后，工作台下降一层薄片的高度，以固化的塑料薄片就被一层新的液态树脂所覆盖，以便进行第二层激光扫描固化，新固化的一层牢固的粘结在前一层上，如此重复不已，知道整个产品成型完毕。最后升降台升出液体树脂表面，即可取出工件，进行清洗和表面光洁处理。 光敏树脂选择性固化快速原型技术适合于制作中小形工件，能直接得到塑料产品。主要用于概念模型的原型制作，或用来做装配检验和工艺规划。它还能代替腊模制作浇铸模具，以及作为金属喷涂模、环氧树脂模和其他软模的母模，使目前较为成熟的快速原型工艺。 SLA快速原型技术的优点是： 1、需要专门实验室环境，维护费用高昂。 2、系统工作相对稳定。 3、尺寸精度较高，可确保工件的尺寸精度在0.1mm（但，国内SLA精度在0.1——0.3mm之间，并且存在一定的波动性）。 4、表面质量较好，工件的最上层表面很光滑，侧面可能有台阶不平及不同层面间的曲面不平。 5、系统分辨率较高。

快速成型技术及在我国的发展

科学实践 摘要：快速成型技术兴起于20世纪80年代，是现代工业发展不可或缺的一个重要环节。本文介绍了快速成型技术的产生、技术原理、工艺特点、设备特点等方面，同时简述快速成型技术在国内的发展历程。 关键词：快速成型烧结固化叠加发展服务 0引言 在现代市场经济全球一体化背景下的今天，企业要在竞争日益激烈的市场经济中掌握先机，占据有利地位，需要有技术和产品上的创新，把握并引导市场的发展方向。与此同时，对于市场的需求，企业需要做出快速的响应，切合当前需求，而现有的常规技术手段已经不能对市场的需求做出最快的反应。与此同时快速制造技术的快速发展，体现了现代先进制造技术对全球制造业的支撑，通过应用快速成型技术企业能迅速响应市场需求，最快速度的抢占新兴市场。企业需要通过采用快速成型技术来降低开发、生产成本、缩短研发周期、提高市场快速响应能力，保持强大的市场竞争力。 1快速成形技术的产生 快速原型（Rapid Prototyping，RP）技术，又称快速成形技术，是当今世界上飞速发展的制造技术之一。快速成形技术最早产生于二十世纪70年代末到80年代初，美国3M公司的阿伦赫伯特于1978年、日本的小玉秀男于1980年、美国UVP公司的查尔斯胡尔1982年和日本的丸谷洋二1983年，在不同的地点各自独立地提出了RP的概念，即用分层制造产生三维实体的思想。查尔斯胡尔在UVP的继续支持下，完成了一个能自动建造零件的称之为Stere-olithography Apparatus(SLA)的完整系统SLA-1，1986年该系统获得专利，这是RP发展的一个里程碑。同年，查尔斯胡尔和UVP的股东们一起建立了3D System公司。与此同时，其它的成形原理及相应的成形系统也相继开发成功。1984年米歇尔法伊杰提出了薄材叠层（Laminated Object Manufacturing，以下简称LOM）的方法，并于1985年组建Helisys公司，1992年推出第一台商业成形系统LOM-1015。1986年，美国Texas大学的研究生戴考德提出了选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称SLS)的思想，稍后组建了DTM公司，于1992年开发了基于SLS的商业成形系统Sinter-station。斯科特科瑞普在1988年提出了熔融成形(Fused Deposi-tion Modeling，简称FDM)的思想，1992年开发了第一台商业机型3D-Modeler。 自从80年代中期SLA光成形技术发展以来到90年代后期，出现了几十种不同的RP技术，但是SLA、SLS和FDM几种技术，目前仍然是RP技术的主流，最近几年LJP（立体喷墨打印）技术发展迅速，以色列、美国、日本等国的RP设备公司都力推此类技术设备。 2快速成型技术特点 RP技术与传统制造方法（即机械加工）有着本质的区别，它采用逐渐增加材料的方法（如凝固、焊接、胶结、烧结、聚合等）来形成所需的部件外型，由于RP技术在制造产品的过程中不会产生废弃物造成环境的污染，（传统机械加工的冷却液等是污染环境的），因此在当代讲究生态环境的今天，这也是一项绿色制造技术。 RP技术集成了CAD、CAM、激光技术、数控技术、化工、材料工程等多项技术，解决了传统加工制造中的许多难题。 RP技术的基本工作原理是离散与堆积，在使用该技术时，首先设计者借助三维CAD或者通过逆向工程所采集的几何数据，建立数 字化模型，这是完成快速成型制造的一项基本条件，借助现有的主流三维设计软件建立三维模型，再经过三维CAD导出相应的文件格式输入快速成型机当中，通过逐点、逐面进行三维的立体堆积，部件完成后，再经过必要的后续处理，使完成的部件在性能、形状尺寸、外观上等方面达到设计要求。 RP技术的特点 从原理上说，应用RP技术来进行产品制造，可以忽略产品部件的外形复杂程度(这也是与传统机械加工方式制造产品的最大区别之一)，原材料的利用率接近100%，制造精度最高可达0.01mm。 RP技术的主要特点有： 2.1制造快速 RP技术是并行工程中进行复杂原型或者零件制造的有效手段，能使产品设计和模具生产同步进行，从而提高企业研发效率，缩短产品设计周期，极大的降低了新品开发的成本及风险，对于外形尺寸较小，异形的产品尤其适用。 2.2CAD/CAM技术的集成 设计制造一体化一直来说是现在的一个难点，计算机辅助工艺（CAPP）在现阶段由于还无法与CAD、CAM完全的无缝对接，这也是制约制造业信息化一直以来的难点之一，而快速成型技术集成CAD、CAM、激光技术、数控技术、化工、材料工程等多项技术，使得设计制造一体化的概念完美实现。 2.3完全再现三维数据 经过快速成型制造完成的零部件，完全真实的再现三维造型，无论外表面的异形曲面还是内腔的异形孔，都可以真实准确的完成造型，基本上不再需要再借助外部设备进行修复。 2.4成型材料种类繁多 到目前为止，各类RP设备上所使用的材料种类有很多，树脂、尼龙、塑料、石蜡、纸以及金属或陶瓷的粉末，基本上满足了绝大多数产品对材料的机械性能需求。 2.5创造显著的经济效益 与传统机械加工方式比较，开发成本上节约10倍以上，同样，快速成型技术缩短了企业的产品开发周期，使的在新品开发过程中出现反复修改设计方案的问题大大减少，也基本上消除了修改模具的问题，创造的经济效益是显而易见的。 2.6应用行业领域广 RP技术经过这些年的发展，技术上已基本上形成了一套体系，同样，可应用的行业也逐渐扩大，从产品设计到模具设计与制造，材料工程、医学研究、文化艺术、建筑工程等等都逐渐的使用RP技术，使得RP技术有着广阔的前景。 3现阶段主流的RP工艺方法介绍 3.1SLA（立体光造型技术） 立体光造型技术是典型的逐层制造法，采用光敏树脂（聚丙烯酸脂）为原料，紫外激光在工控机的控制下根据零件的分层截面信息，在光敏树脂等相应材料的液面进行逐点扫描，被扫描区域的树脂经过光聚合反应而固化，形成零件的一个分层截面，一层固化好后工作平台下降一个分层厚的距离，以便在先前固化好的零件分层截面是重新涂抹一层新的液态树脂，然后工控机控制激光再扫描下一分层截面，层与层之间也因此而紧密连接在一起没有缝隙。如此反复直至 快速成型技术及在我国的发展罗庚（贵阳生产力促进中心快速成型服务中心） 第一手的测试数据。树立典型，用第一手的数据和直接的经济效率吸取使用单位，使使用单位对锅炉节能降耗改造工程的作用和意义有更直接的认识，吸引其主动开展改造工程，为以后大规模的节能工作打下坚实的基础。 3.5质监系统应强化对工业锅炉节能降耗工作的监管和技术指导与服务。切实加强锅炉给水水质监管，做好水处理设备投入和水处理人员的培训，保障锅炉给水水质指示达到GB1576《工业锅炉水质》标准要求，防止锅炉结垢。 参考文献： [1]颜曙光.浅析工业锅炉节能减排.中小企业管理与科技.2009.(6). [2]陈听宽.节能原理与技术[M].北京.机械工业出版社.1998. [3]刘茂俊.燃煤工业锅炉节煤实用技术[M].北京.中国电力出版社.2000. （上接第165页） 166

多点成形技术简介

多点成形技术及设备介绍 吉林大学无模成形技术开发中心 长春瑞光科技有限公司

一、多点成形技术简介 多点成形是金属板材三维曲面成形的全新技术，是对传统板料生产方式的重大变革。其原理是将传统的整体模具离散成一系列规则排列、高度可调的基本体（或称冲头）。在整体模具成形中，板材由模具曲面来成形，而多点成形中则由基本体群冲头的包络面（或称成形曲面）来完成，如图1-1所示。 相当于重新构造了成形模具，由此体现了多点成形的柔性特点。 调节基本体行程需要专门的调整机构，而板材成形又需要一套加载机构，以上、下基本体群及这两种机构为核心就构成了多点成形压力机。一个基本的多点成形装备应由三大部分组成，即CAD软件系统、控制系统及多点成形主机，如图1-2所示。CAD软件系统根据要求的成形件目标形状进行几何造型、成形工艺计 图1-2 多点成形系统的基本构成 算，将数据文件传给控制系统，控制系统根据这些数据控制压力机的调整机构，构造基本体群成形面，然后控制加载机构成形出所需的零件产品。 二、技术先进性与应用领域 在多点成形装备中，基本体群及由其形成的“可变模具”是多点成形压力机的主要组成部分。从这个意义上讲，“多点成形”也可称为“无模成形”。这种成形装备具有很多传统成形方式无法比拟的优点，其先进性主要表现为： 1）实现无模成形，不需另外配置模具。因此，不存在模具设计、制造及调试费用的问题。与整体模具成形方法相比节省了大量的资金与时间；更重要的是过去因模具造价太高而不得不采用手工成形的单件、小批零件的生产，在此系统上可完全实现规范的自动成形。无疑，这将大大提高成形质量。 2）该技术由基本体群的冲头包络面成形板材，而成形面的形状可通过对各基本体运动的实时控制自由地构造出来，甚至在板材成形过程中都可随时进行调

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

快速制模技术及应用

第七章快速制模技术及应用 第一节快速制模的基本概念 模具工业是制造业的重要组成部分，对国民经济和社会发展将起到越来越大的作用，模具制造的水平已成为衡量一个国家制造能力的重要标志之一。 快速制模技术是将传统的制模方法与快速成形技术相结合，使模具制造周期缩短、成本降低、经济效益提高，在精度和使用寿命方面满足生产要求。快速制模的目标是以最快的速度从三维CAD设计模型获得所需要的最终产品零件。随着新的快速成形技术的不断出现，快速制模技术也在不断迅速发展，并成为快速制造的重要组成部分。 按照模具的寿命(零件生产数量)，快速制模可以分为： 1.用于制作少量原型(4～20件)的硅橡胶模。 2.用于小批量生产(100～5,000件)的环氧树脂背衬模和低碳钢一渗铜模。 3.用于批量生产(10,000～100,000件以上)的工具钢一渗铜模和电铸镍壳背衬模。 按照模具的用途，快速制模可以分为： 1．金属铸造模的快速制造。 2．塑料注射模的快速制造。 3．钣金成形模的快速制造。 4．电火花成形电极的快速制造。 为了进一步阐明快速成形与快速制模以及各种快速制模技术之间的联系，可通过一张不完整的路线图，描述塑料注射模的快速制造，如图7-1所示。 230

图7-1 快速成形和快速制模的路线 从图中可见，快速成形的制件除了作为概念模型或有结构的、可装配的功能模型外，正在迅速发展和具有广阔应用前景的是快速制模领域，即用于制作母模、直接制模和间接制模。 将原型作为母模，先浇出硅橡胶模，然后通过在硅橡胶模具中真空浇铸聚亚胺酯复合物，可复制出一定批量的原型。聚亚胺脂复合物具有与大多数热塑性塑料大致相同的性能，生产出的最终零件已经可以满足高级的功能验证和装配测试，以及作为试制产品供展览用。 短期或中期使用的热塑性材料注射模可以将原型当作母模，再进行金属喷镀来制作。制作生产模具型腔的其他方法还有：电沉积或金属树脂混合物浇注等。用这些快速制模方法制作出的模具，几乎与传统方式生产的模具一样。 快速原型也可以用于间接制模，制作出EDM电极的合适外形。其优点是用快速成形技术制作复杂的电极比用数控加工要迅速得多，而且这种电极在渗透率和磨损率两方面都要比传统方法制作的电极好。 直接制作模具型腔是真正意义上的快速制造，可以采用混有金属的树脂材料制成，也可以直接采用金属材料成形。这种模具能够进行1O万次甚至更多次注射。 231