现代制造工程技术实践 第2版 教学课件 作者 宋昭祥 主编第八章.ppt

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1、第八章　快速成形第一节　快速原形制造(RP)第二节　快速模具制造(RT)、快速精铸(QC)、快速反求工程(RRE)技术第三节　快速成形技术1快速成形技术（rapidprototyping，简称RP）又称快速原型制造技术，是近年来发展起来的一种先进制造技术。快速成形技术20世纪80年代起源于美国，很快发展到日本和欧洲，是近年来制造技术领域的一次重大突破。快速成形是一种基于离散堆积成形思想的数字化成形技术；是CAD、数控技术、激光技术以及材料科学与工程的技术集成。它可以自动、快速地将设计思想物化为具有一定结构和功能的原型或直接制造零

2、部件，从而可对产品设计进行快速评价、修改，以响应市场需求，提高企业的竞争能力。快速成形技术的出现，反映了现代制造技术本身的发展趋势以及激烈的市场竞争对制造技术发展的重大影响。美国是首先使用快速成形技术的国家。1987年初，位于美国加利福尼亚的3DSystem公司首次推出商业化的快速成形制造设备。1988年1月当第一代设备SLA-1发货给BaxterHealthcare、PrattandWhitney和EastmanKodak时，标志着快速成形技术工业应用的开始。根据Wohlers联合公司2001年5月8日所做的报告，全世界23个

3、RP系统制造商在2000年共销售1320台RP系统，与1999年销售的1178台相比，有12.1％的增长，截至2001年5月8日，在全球58个国家已经安装了共计6755台RP系统，如图6-1所示。且这些系统2000年共制造了3004006个模型和原型件。第一节　快速原形制造(RP)一、快速原形制造的概念2图6-1从1988年至2000年RP机器全球销售量在全世界，北美继续占据使用快速成形技术的统治地位。至2000年年底，45％的快速成形机都是安装在这一地区，如图6-2所示。虽然快速成形技术问世不久，但由于它给制造业带来的巨大效益

4、，使其应用日益广泛。快速成形技术在工业、医学、军事、汽车、航空和航天等领域的应用情况如图6-3所示。图6-2全球各地区RP机器拥有量图6-3快速成形应用领域的分布比例3世界上目前有334个快速成形技术服务中心、27个快速成形设备制造商、12家材料供应商、14家专门软件供应商、23家咨询机构和51家教育科研机构。在发达国家，快速成形已成为一个新兴的产业分支，前景十分诱人。按PrattandW.hitney1994年的报告，他们用新技术制备2000件铸模花费是60万美元，而且节省时间70％～90％。若用传统方法，估计的费用是700万

5、美元。目前，新的RP工艺不断产生、功能不断完善、精度不断提高、成形速度不断提高。例如随固态激光技术的突破，高达1000MW的紫外激光器应用在STL设备中，使其速度大大提高，激光器的寿命也由最初的2500h延长到上万小时。新型高性能光敏树脂的出现，解决了STL的收缩变形和强度等问题。EOS公司的EOSINT-M激光金属粉末烧结快速成形设备可直接成形金属零件或注塑模具。在软件方面STL文件的处理软件不断专业化，使各种文件的转换和STL文件的修复、处理、操作功能等日臻完善，形成了基于STL的CAD平台。现代成形理论是研究将材料有序地组

6、织成具有确定外形和一定功能的三维实体的科学。笼统地讲，RP属于堆积成形，严格地讲，RP应属于离散/堆积成形。通过离散获得堆积的路径、限制和方式，通过堆积材料叠加起来成形三维实体。二、快速原形制造的基本原理4图6-4传统加工与快速成形RP将CAD、CAM、CNC、精密伺服驱动、光电子和新材料等先进技术集于一体，依据由CAD构造的产品三维模型，对其进行分层切片，得到各层截面的轮廓。按照这些轮廓，激光束选择性地喷射，固化一层层液态树脂（或切割一层层的纸，或烧结一层层的粉末材料），或喷射源选择性地喷射一层层的粘结剂或热熔材料等，形成各截

7、面，逐步叠加成三维产品。它将一个复杂的三维加工简化成一系列二维加工的组合。RP与传统的去除成形的区别如图6-4所示。图2-8-1快速激光原形制造原理三、快速激光原形制造系统图2-8-2快速激光成形制造系统1—进给机构2—夹紧辊3—收纸辊4—纸5—激光6—激光切割系统7—计算机8—热压装置9—送纸夹紧辊10—原材料11—工作台四、几种常用快速原形制造方法常用快速原形制造方法有：①分层实体制造(LaminatedObjectModeling，简称LOM)；②分层激光烧结(SelectiveLaserSintering，简称SLS)；

8、③熔化堆积造型(FusedDepositionModeling，简称FDM)；④立体光刻(StereoLithographyApparatu，简称SLA)。各种方法的原理、特点及应用范围见表2-8-1。每种方法各有优缺点，其中分层激光烧结的材料适用范围最广，是实