快速原型先进制造技术.doc

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1、快速原型制造技术摘要：本课程主要学习了几种先进制造技术（包括超高速加工、超精密加工、微细加工、高能束加工及快速原型制造技术）、制造自动化技术以及现代管理模式。针对先进制造技术的发展方向，并结合课题研究，本文简要介绍快速原型制造技术（RP）的基本原理、特点、加工制造过程、6种主要的PR技术及其应用与发展趋势。关键词：先进制造；快速原型制造；课题研究；基本原理；发展趋势1.什么是快速原型（RapidPrototyping）借助电脑辅助设计或由实体逆向方法取得原型或零件几何形状、结构，并以此建立数位化模型，再利用电脑控制

2、的机电集成制造系统，通过逐点、逐面进行材料“三维堆砌”成型，再经过必要处理，使其在外观、強度和性能等方面达到设计要求，达到快速、准确地制造原型或实际零件的方法。根据零件的复杂程度，这个过程一般需要1～7天的时间。换句话说，RP技术是一项快速直接地制造单件零件的技术，如下图1所示。图1快速原型示意图2.RP技术的基本工作原理：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。快速原型技术的原理是：将计算机内的三维数据模型进行分层切片得到各层截面的轮廓数

3、据，计算机据此信息控制激光器（或喷嘴）有选择性地烧结一层接一层的粉末材料（或固化一层又一层的液态光敏树脂，或切割一层又一层的片状材料，或喷射一层又一层的热熔材料或粘合剂）形成一系列具有一个微小厚度的的片状实体，再采用熔结、聚合、粘结等手段使其逐层堆积成一体，便可以制造出所设计的新产品样件、模型或模具。比如要做一个小圆球，电脑将圆球的实体数据，通过专用的软件，转化成一个一个薄片的数据。第一个薄片是一个点，第二个薄片是一个小圆片，第三个薄片是一个稍大一点的圆片……，一片一片粘在一起，就成了一个圆球。不同公司制造的RP系

4、统所用的成形材料不同，系统的工作原理也有所不同，但其基本原理都是"分层制造、逐层叠加"。这种工艺可以形象地叫做"增长法"或"加法"。RP系统可以根据零件的形状，每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截面，每个截面数据相当于医学上的一张CT像片；然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体的零件。整个制造过程可以比喻为一个"积分"的过程。当然，整个过程是在计算机的控制下，由快速成形系统自动完成的。基本原理都是一样的，那就是"分层制造、逐层叠加"。这种工艺可以形象地叫做"增长法"或"加法"。3.快速原型制造技术的

5、加工制造过程目前进入应用领域的各种快速原型制造技术采用的成型机理有所不同，但它们的加工制造过程类似，均大致包括以下五个步骤：图2快速原型制造加工过程1、生产CAD设计模型。首先利用计算机辅助设计（CAD）软件包生成制件的三维实体模型。目前常用的实体造型软件有：Pro/E、UG—Ⅱ、PowerShape等，也可通过反求工程来获得制件的三维描述信息。2、将三维CAD设计模型转换成STL（STL为RP技术工业标准）格式，在转换过程中，要综合考虑加工精度、加工工作量和文件容量等因素。3、用预加工软件将STL模型转换成加工文

6、件，即根据制造工艺不同，将STL模型切割成0.01~0.7mm薄片层。在这一过程中，要根据性能要求和尽量减少加工时间的原则选择被加工工件的坐标和加工方向，同时考虑工件加工过程中的支撑。4、实际加工过程，不同的RP技术，设备和加工原理有所不同，但大多是一层一层地制造。所用的材料有聚脂材料、纸、粉末陶瓷或金属等。加工过程自动化很高，不用人工干预。5、后处理工序，包括从机器中取出工件，进行必要的清理和表面处理如：封蜡、涂漆等，以增加外观质量和耐用性，最新的后处理加工如：采用高温渗入环氧树脂和静电镀镍等技术可获得表面质量很

7、高的制品。4.主要的快速原型制造（RP&M）技术RP&M的制造技术、原理和设备类型有多种，但较成熟的和具有影响的主要有以下六种。4.1.立体光造型（SLA）立体光造型是研究最早和较为成熟的一项快速原型制造技术。它是利用液体光敏聚脂材料在紫外光照射下固化的特点而实现三维造型的。首先将造型平台置于液体聚脂材料液面以下，在紫外光激光器照射下，要成型的部分液体固化在平台上，其余部分保持液体状态，然后将平台下移微小距离，刮平固化表面并涂上第二层液体，激光光源再对第二层实施加工，这种过程重复进行直至完成模型制造，最后完成取模、

8、清理工作。立体光造型技术可以顺利成型各种形状复杂零件，包括薄壁件、透明件、异形件以及传统方法不可能加工的各种零件。该技术具有制造精度高，生产零件强度和硬度好等特点。由于使用透明材料，模型可用于光弹应力分析和可视化研究，生产的模型柔性化好，可随意拆装，是间接制模的理想方法，缺点是清洗和养护等后处理工序较费时。如下图3所示。图3立体光造型（SLA）原理图4.2.