机械制造技术基础第3版 教学课件 作者 卢秉恒 西安交大 主编 第七章.ppt

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1、第七章先进制造技术第七章先进制造技术第一节快速成形制造技术第二节精密超精密加工技术第三节微机械及其微细加工技术前言快速成型技术工艺过程示意图第一节快速成形制造技术一、简介快速成形技术是上世纪80年代初期发展起来的,可根据CAD模型快速制造出样件或零件；它是一种材料累加(MaterialIncrease)制造方法，即通过材料的有序累加而完成三维成形的；集成了CNC技术、材料技术、激光技术以及CAD技术等现代的科技成果；制造的柔性极高,完全符合灵捷制造(Agile)的思想采用快速铸造技术生产的四缸发动

2、机的蜡模第一节快速成形制造技术一、简介快速成形技术与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模制作等制造手段的密切结合，已成为当前模型、模具和零件制造的强有力手段，在航空航天、汽车、家电以及生物制造工程等众多领域得到了广泛的应用。第一节快速成形制造技术快速成型技术的优点：计算机辅助设计的零件的实物模型可以在很短时间内成形出来，从而可以很快对加工能力和设计结果进行评估；能制造任意复杂实体零件，而无须任何工装夹具，可实现自由制造(FreeFormFabrication)；采用适当的材料和后续工艺，可以直接获得

3、最终产品或模具。第一节快速成形制造技术二、快速成型的基本原理从成形的全过程来看，快速成形过程可以描述为离散/堆积过程；离散：从CAD模型中获得这些点、线、面的几何信息；堆积：把它与成形参数信息结合,转换为控制成形机工作的NC代码,控制材料有规律地、精确地迭加起来。第一节快速成形制造技术三维建模及模型的面型化(Tessallation)在三维CAD设计软件（如Pro/E、UG、SolidWorks、SolidEdge等）中获得描述该零件的CAD文件；用平面三角面片近似代替模型表面；每个三角面片用四个

4、数据项表示,即三个顶点坐标和法向矢量,而整个CAD模型就是这样一组矢量的集合；通过控制CAD软件系统的输出精度控制参数，可减小曲面近似处理误差。（a）零件的三维模型（b）模型的三角形面片处理第一节快速成形制造技术CAD模型的离散化处理通过专用的分层程序将三维实体模型（已转化为STL格式）分层；通过一簇平行平面沿制作方向与CAD模型相截；平行平面之间的距离就是分层的厚度,也就是成型时堆积的单层厚度；切片层的厚度直接影响零件的表面粗糙度和整个零件的型面精度，轮廓是由求交后的一系列交点顺序连成的折线段构

5、成；层厚大,丢失的轮廓信息多,将导致在成型过程中产生了型面误差。（c）零件的分层离散第一节快速成形制造技术层片的制造与堆积根据截面轮廓，单独分析处理每一层轮廓信息，编译一系列后续数控指令。下图显示了截面A-A的工作路径。在计算机控制下，快速成型系统中的成型头（激光扫描头、喷头、切割刀等）在X-Y平面内自动按截面轮廓进行层制造，得到一层层截面。每层截面成型后，下一层材料被送至已成型的层面上，进行后一层的成型，并与前一层相粘接，从而一层层的截面累加在一起，形成三维零件。（d）对图（c）的截面A-A进行

6、加工第一节快速成形制造技术三、快速成型的工艺方法液体材料SLLTPBISHISRP工艺方法及其分类粉状材料BMP3DWFDMSDMSLSGPD3DPTSFSF片状材料LOMSFPSGCES目前快速成型主要工艺方法及其分类液体树脂固化熔融材料固化激光熔合材料粘结剂粘结材料粘性片材的粘结UV粘结片状材料第一节快速成形制造技术熔积成型法（FusedDepositionModeling）(a)熔积法成型的示意图龙门架式的机械控制喷头可以在工作台的两个方向移动，工作台可以根据需要向上或向下移动；热塑性塑料或

7、蜡制的熔丝从加热小口处挤出。最初的一层是按照预定的轨迹以固定的速率将熔丝挤出在泡沫塑料基体上形成的；FDM工艺的关键是保持半流动成型材料刚好在熔点之上（通常控制在比熔点高1℃左右）。第一节快速成形制造技术FDM制作复杂的零件时，必须添加工艺支撑(b)在快速原型机器中常用的支撑结构(a)有一个突出截面需要支撑材料的零件快速原型支撑结构图第一节快速成形制造技术在FDM机器中层的厚度由挤出丝的直径决定；通常是从0.50mm到0.25mm（从0.02in到0.01in）这个值代表了在垂直方向所能达到的最好

8、的公差范围；在x－y平面，只要熔丝能够挤出到特征上，尺寸的精确度可以达到0.025mm（0.001in）。FDM的优点：材料的利用率高；材料的成本低；可选用的材料种类多；工艺干净、简单、易于操作且对环境的影响小。第一节快速成形制造技术FDM缺点精度低；结构复杂的零件不易制造；表面质量差；成型效率低，不适合制造大型零件；该工艺适合于中等复杂程度的中小原型产品的概念建模以及形状和功能测试；由于甲基丙烯酸ABS材料具有较好的化学稳定型，可采用伽马射线消毒，特别适用于医用。第一节快速成形制