3D打印与快速成型技术课件.ppt
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1、20 Novembre,20103D3D打印与快速成型打印与快速成型-知识管理知识管理SHOWSHOW之五之五 27-4-2012RP(Rapid Prototyping)技术技术 在制造业中各类零件的传统制造工艺按加工后原材料体积变化与否分为:按被加工材料的自然状态又可分为固态成型法(锻造、冲剪、挤压、拉拔等)、液态成型法(铸造)和半液态成型法(注塑)。又可分为机械联接、粘接术和焊接三种方式。材料去除法则有人们所熟知的车、铣、刨、磨等工艺,是目前制造业重要成型形式。八十年代初一种全新的制造概念被提了出来。通过添加材料来达到零件设计要求的成型方法,这种新型的零件生产工艺就成为RP(快速成型)的
2、主要实现手段。利用生物材料的活性进行成型的方法,自然界的生物个体的发育都是属于生长成型。“克隆”技术是人为系统中的生长成型方式。RP的概念与原理的概念与原理227-4-2012STL文件作文件作为为快速成型系快速成型系统统的的输输入信息。通入信息。通过对过对STL文件文件进进行行软软件件“切片切片”处处理,得到切片信息及理,得到切片信息及扫扫描加工路径信息格式描加工路径信息格式(SLI文件文件),然后把所得到的切,然后把所得到的切片信息及片信息及扫扫描路径信息描路径信息进进行程序行程序处处理,并理,并转转化化为为数数控命令代控命令代码码形式,并形式,并输输入到入到计计算机数控系算机数控系统统(
3、CNC)中,最后由中,最后由计计算机数控系算机数控系统统完成零件的完成零件的扫扫描加工成描加工成形。形。RP的概念与原理的概念与原理3构造三维模型模型近似处理成型方向选择切片处理前处理分层叠加成型后处理光固化快速成型SLA叠层实体制造LOM选择性激光烧结SLS熔融沉积制造FDM工件剥离或去支撑等强硬化处理表面处理快速成型制作过程2 快速成型制造工艺快速成型制造工艺27-4-20125一、光固化成型的基本原理和特点光固化成型的基本原理和特点(SLA)(一)光固化成型的基本原理光固化成型的基本原理2 快速成型制造工艺快速成型制造工艺光固化成型工艺过程原理图(二)光固化成型技光固化成型技术术的特点的
4、特点 优优点:点:尺寸精度高 成型过程自动化程度高SLA系统非常稳定,加工开始后,成型过程可以完全自动化,直至原型制作完成。SLA原型的尺寸精度可以达到0.1mm。优良的表面质量 虽然在每层固化时侧面及曲面可能出现台阶,但上表面仍可得到玻璃状的效果。可以制作结构十分复杂的模型 可以直接制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失型 2 快速成型制造工艺快速成型制造工艺缺点:缺点:设备运转及维护成本较高 液态树脂材料和激光器的价格较高使用的材料较少 目前可用的材料主要为感光性的液态树脂材料液态树脂有气味和毒性,并且需要避光保护,以防止提前发生聚合反应,选择时有局限性。制件易变形成型过程中材料发生物理
5、和化学变化需要二次固化 经快速成型系统光固化后的原型树脂并未完全被激光固化。有时需清洗后置于紫外烘箱中进行整体后固化。较脆,易断裂性能尚不如常用的工业塑料 2 快速成型制造工艺快速成型制造工艺叠层实体制造工艺(LOM)(L Laminated O Object MManufacturing,简称LOMLOM,直译名为“叠层实体制造”)。叠层实体制造技术(Laminated Object Manufacturing,LOM)是几种最成熟的快速成型制造技术之一。这种制造方法和设备自1991年问世以来,得到迅速发展。由于叠层实体制造技术多使用纸材,成本低廉,制件精度高,而且制造出来的木质原型具有外在
6、的美感性和一些特殊的品质,因此受到了较为广泛的关注,在产品概念设计可视化、造型设计评估、装配检验、熔模铸造型芯、砂型铸造木模、快速制模母模以及直接制模等方面得到了迅速应用。2 快速成型制造工艺快速成型制造工艺2 快速成型制造工艺快速成型制造工艺一、基本原理和特点基本原理和特点 由计算机、材料存储及送进机构、热粘压机构、激光切割系统、可升降工作台和数控系统和机架等组成。首先在工作台上制作基底,工作台下降,送纸滚筒送进一个步距的纸材,工作台回升,热压滚筒滚压背面涂有热熔胶的纸材,将当前迭层与原来制作好的迭层或基底粘贴在一起,切片软件根据模型当前层面的轮廓控制激光器进行层面切割,逐层制作,当全部迭层
7、制作完毕后,再将多余废料去除。基本原理:叠层实体制造工艺(LOM)在这种快速成形机上,截面轮廓被切割和叠合后所成的制品 如图所示。其中,所需的工件被废料小方格包围,剔除这些小 方格之后,便可得到三维工件。截面轮廓被切割和叠合后所成的制件 2 快速成型制造工艺快速成型制造工艺叠叠层实层实体制造技体制造技术术的特点的特点:有较高的硬度和较好的机械性能,可进行各种切削加工 无须后固化处理 无须设计和制作支撑结构 废料易剥离 制件尺寸大 原材料价格便宜,原型制作成本低 设备可靠性高,寿命长 不能直接制作塑料工件 工件的抗拉强度和弹性不够好 工件易吸湿膨胀 工件表面有台阶纹 迭层实体制造方法与其他快速原
8、型制造技术相比,具有制作效率高、速度快、成本低等优点,在我国具有广阔的应用前景。缺缺 点点优优 点点2 快速成型制造工艺快速成型制造工艺选择性激光烧结成型工艺(SLS)选择性激光烧结工艺(Selective Laser Sintering,简称SLS)又称为选区激光烧结,由美国德克萨斯大学奥汀分校的C.R.Dechard于1989年研制成功。该方法已被美国DTM公司商品化。于1992年开发了基于SLS的商业成型机(Sinterstation)。十几年来,DTM公司在SLS领域做了大量的研究工作。德国的EOS公司在这一领域也做了很多研究工作,并开发了相应的系列成型设备。国内华中科技大学(武汉滨湖
9、机电产业有限责任公司)、南京航空航天大学、中北大学和北京隆源自动成型有限公司等,也取得了许多重大成果和系列的商品化设备。SLS工艺是利用粉末材料(金属粉末或非金属粉末)在激光照射下烧结的原理,在计算机控制下层层堆积成形。SLS的原理与SLA十分相象,主要区别在于所使用的材料及其形状。SLA所用的材料是液态的紫外光敏可凝固树脂,而SLS则使用粉状的材料。这是该项技术的主要优点之一,因为理论上任何可熔的粉末都可以用来制造模型,这样的模型可以用作真实的原型制件。2 快速成型制造工艺快速成型制造工艺一、一、选择选择性激光性激光烧结烧结工工艺艺的基本原理的基本原理 选择性激光烧结加工过程是采用铺粉辊将一
10、层粉末材料平铺在已成形零件的上表面,并加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度,控制系统控制激光束按照该层的截面轮廓在粉层上扫描,使粉末的温度升至熔化点,进行烧结并与下面已成形的部分实现粘接。当一层截面烧结完后,工作台下降一个层的厚度,铺料辊又在上面铺上一层均匀密实的粉末,进行新一层截面的烧结,直至完成整个模型。在成型过程中,未经烧结的粉末对模型的空腔和悬臂部分起着支撑作用,不必象SLA和FDM工艺那样另行生成支撑工艺结构。当实体构建完成并在原型部分充分冷却后,粉末块会上升到初始的位置,将其拿出并放置到工作台上,用刷子小心刷去表面粉末露出加工件部分,其余残留的粉末可用压缩空气除去。2 快速成型制造
11、工艺快速成型制造工艺选择性激光烧结成型工艺(SLS)2 快速成型制造工艺快速成型制造工艺二二 、选择选择性激光性激光烧结烧结工工艺艺的特点的特点 选择性激光烧结工艺和其它快速成型工艺相比,具有较多的优点:可采用多种材料从原理上说,这种方法可采用加热时粘度降低的任何粉末材料,通过材料或各类含粘结剂的涂层颗粒制造出任何造型,适应不同的需要。制造工艺比较简单 由于可用多种材料,选择性激光烧结工艺按采用的原料不同可以直接生产复杂形状的原型、型腔模三维构件或部件及工具。例如,制造概念原型,可安装为最终产品模型的概念原型,蜡模铸造模型及其它少量母模,直接制造金属注塑模等。可直接制作金属制品在目前广泛应用的
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