快速成形技术课件.ppt
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1、 快速成形制造技术快速成形制造技术(Rapid Prototype Manufacturing)本章主要内容:本章主要内容:快速成形制造的基本快速成形制造的基本过程过程快速成形制造的主要方法快速成形制造的主要方法 快速成形技术的主要特征快速成形技术的主要特征对快速成形技术的理解对快速成形技术的理解 快速成形制造技术的基本概念快速成形制造技术的基本概念快速成形制造技术的应用快速成形制造技术的应用与快速成形制造相关的技术与快速成形制造相关的技术11/10/20221快速成形制造的基本过程快速成形制造的基本过程CAD建模建模 分层分层层面信息处理层面信息处理层面加工与粘接层面加工与粘接层层堆积层层堆
2、积 后处理后处理 根据每层轮廓信息,进行工艺规划,选择加工参数,自动生成数控代码清理零件表面,去除辅助支撑结构由CAD软件设计出所需零件的计算机三维曲面或实体模型将三维模型沿一定方向(通常为Z向)离散成一系列有序的二维层片(习惯称为分层)成形机制造一系列层片并自动将它们联接起来,得到三维物理实体11/10/20222快速成形制造的主要方法快速成形制造的主要方法 选择性层片粘接选择性层片粘接(LOM)选择性激光烧结选择性激光烧结(SLS)熔融沉积成形熔融沉积成形(FDM)选择性液体固化选择性液体固化(SLA)11/10/20223选择性液体固化的基本原理 基于液态光敏树脂的基于液态光敏树脂的光聚
3、合原理。将激光聚集光聚合原理。将激光聚集到液态光固化材料(如光到液态光固化材料(如光固化树脂)表面逐点扫描,固化树脂)表面逐点扫描,令其有规律地固化,由点令其有规律地固化,由点到线到面,完成一个层面到线到面,完成一个层面的建造。而后升降移动一的建造。而后升降移动一个层片厚度的距离,重新个层片厚度的距离,重新覆盖一层液态材料,进行覆盖一层液态材料,进行第二层扫描,再建造一个第二层扫描,再建造一个层面,第二层就牢固地粘层面,第二层就牢固地粘贴到第一层上,由此层层贴到第一层上,由此层层迭加成为一个三维实体。迭加成为一个三维实体。11/10/20224选择性液体固化工艺选择性液体固化工艺 SLA立体光
4、刻立体光刻(SLA Stereo Lithography Apparatus),又称立体印刷立体印刷,光成形光成形 光固化立体造型光固化立体造型 (Stereo Lithography),激光光印刷激光光印刷 (Laser Photolithography),SLA工艺于1984年获美国专利,1988年美国3D System公司推出的商品化样机SLA1,是世界上第一台快速原型技术成形机。目前,SLA各型成形机占据着RP设备市场的较大份额。这种方法的代表还有日本DMET公司的SOUP系列、D-MEC公司的SCS系列和Teijin Seiki公司的Mark1000,德国EOS公司的STEREOS系
5、列。11/10/20225立体光刻立体光刻(SLA)工艺成形的产品工艺成形的产品特点特点 SLA方法是目前快速成形技术领域方法是目前快速成形技术领域中研究得最多的方法,也是技术上最为中研究得最多的方法,也是技术上最为成熟的方法。成熟的方法。特点:特点:1.SLA 工艺成形的零件精度较高,能工艺成形的零件精度较高,能达到达到0.1mm;产品透明美观,可直产品透明美观,可直接做力学实验接做力学实验。2.但这种方法也有自身的局限性,比但这种方法也有自身的局限性,比如需要支撑、树脂收缩导致精度下如需要支撑、树脂收缩导致精度下降、光固化树脂价格昂贵,有一定降、光固化树脂价格昂贵,有一定的毒性;且产品不能
6、溶解,不利于的毒性;且产品不能溶解,不利于环保环保。鼠标外壳激鼠标外壳激 光树脂原型光树脂原型照相机激光树脂原型照相机激光树脂原型11/10/20226选择性层片粘接的基本原理选择性层片粘接的基本原理 采用激光或刀具对片材进行采用激光或刀具对片材进行切割。首先切割出工艺边框和原切割。首先切割出工艺边框和原型的边缘轮廓线,而后将不属于型的边缘轮廓线,而后将不属于原型的材料切割成网格状。片材原型的材料切割成网格状。片材表面事先涂覆上一层热熔胶。通表面事先涂覆上一层热熔胶。通过升降平台的移动和箔材的送给过升降平台的移动和箔材的送给,并利用热压辊辗压将后铺的箔材并利用热压辊辗压将后铺的箔材与先前的层片
7、粘接在一起,再切与先前的层片粘接在一起,再切割出新的层片。这样层层迭加后割出新的层片。这样层层迭加后得到下一个块状物,最后将不属得到下一个块状物,最后将不属于原型的材料小块剥除,就获得于原型的材料小块剥除,就获得所需的三维实体。所需的三维实体。11/10/20227选择性层片粘接工艺选择性层片粘接工艺 LOM分层实体制造分层实体制造(LOM)(Laminated Object Manufacturing),又称固体切片制造固体切片制造(SSM)(Solid Slicing Manufacturing)LOM工艺由美国Helisys公司于1986年研制成功。这种方法的代表是美国Helisys公司
8、的LOM-1050和LOM-2030成形机,日本Kira公司的KSC-50成形机。11/10/202281.1.由于由于LOM工艺只须在片材上切割出零件截面的轮廓,工艺只须在片材上切割出零件截面的轮廓,而不用扫描整个截面,因此而不用扫描整个截面,因此工艺简单,成型速度快,工艺简单,成型速度快,易于制造大型零件易于制造大型零件;2.2.工艺过程中不存在材料相变,因此不易引起翘曲变形,工艺过程中不存在材料相变,因此不易引起翘曲变形,零件的零件的精度较高,激光切割为精度较高,激光切割为0.1mm0.1mm,刀具切割为刀具切割为0.15mm0.15mm;3.3.工件外框与截面轮廓之间的多余材料在加工中
9、起到了工件外框与截面轮廓之间的多余材料在加工中起到了支撑作用,所以支撑作用,所以LOM工艺工艺无需加支撑无需加支撑;4.4.材料广泛,成本低,用纸制原料还有利于环保;材料广泛,成本低,用纸制原料还有利于环保;5.5.力学性能差,只适合做外形检查。力学性能差,只适合做外形检查。分层实体制造(分层实体制造(LOM)产品的特点产品的特点11/10/20229选择性激光烧结的基本原理选择性激光烧结的基本原理 SLS工艺是利用粉末状材工艺是利用粉末状材料成形的。先在工作台上铺上料成形的。先在工作台上铺上一层有很好密实度和平整度的一层有很好密实度和平整度的粉末,用高强度的粉末,用高强度的CO2激光器激光器
10、在上面扫描出零件截面,有选在上面扫描出零件截面,有选择地将粉末熔化或粘接,形成择地将粉末熔化或粘接,形成一个层面,利用滚子铺粉压实,一个层面,利用滚子铺粉压实,再熔结或粘接成另一个层面并再熔结或粘接成另一个层面并与原层面熔结或粘接,如此层与原层面熔结或粘接,如此层层叠加为一个三维实体。层叠加为一个三维实体。11/10/202210选择性激光烧结工艺选择性激光烧结工艺 SLS选择性激光烧结选择性激光烧结(SLS)(Selective Laser Sintering),又称激光熔结激光熔结(LF)(Laser Fusion)。选择性激光烧结工艺由美国选择性激光烧结工艺由美国德克萨斯大学奥斯汀分校于
11、德克萨斯大学奥斯汀分校于19891989年研制成功,已被美国年研制成功,已被美国DTMDTM公司商公司商品化,推出品化,推出SLS Model125SLS Model125成形机。成形机。德国德国EOSEOS公司和我国的北京隆源自公司和我国的北京隆源自动成形系统有限公司也分别推出动成形系统有限公司也分别推出了各自的了各自的SLSSLS工艺成形机工艺成形机。11/10/202211选择性激光烧结(选择性激光烧结(SLS)的产品特点的产品特点1.材料适应面广,不仅能制造塑料零件,还能制造陶材料适应面广,不仅能制造塑料零件,还能制造陶瓷、蜡等材料的零件。特别是可以制造出能直接瓷、蜡等材料的零件。特别
12、是可以制造出能直接使用的金属零件。这使使用的金属零件。这使SLS工艺颇具吸引力。工艺颇具吸引力。2.SLS工艺不需加支撑,因为没有烧结的粉末起到了工艺不需加支撑,因为没有烧结的粉末起到了支撑的作用。支撑的作用。3.精度不高。平均精度为精度不高。平均精度为0.150.2mm,表面粗表面粗糙度不好,不宜做薄壁件;糙度不好,不宜做薄壁件;11/10/202212熔融沉积成形熔融沉积成形的基本原理的基本原理 将热熔性材料(将热熔性材料(ABS、尼龙尼龙或蜡)通过喷头加热器熔化;喷或蜡)通过喷头加热器熔化;喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动,同时将熔化的材料挤出;材动,同时将熔
13、化的材料挤出;材料迅速凝固冷却后,与周围的材料迅速凝固冷却后,与周围的材料凝结形成一个层面;然后将第料凝结形成一个层面;然后将第二个层面用同样的方法建造出来,二个层面用同样的方法建造出来,并与前一个层面熔结在一起,如并与前一个层面熔结在一起,如此层层堆积而获得一个三维实体。此层层堆积而获得一个三维实体。(不需激光系统)(不需激光系统)11/10/202213熔融沉积成形工艺熔融沉积成形工艺 FDM熔融沉积成形熔融沉积成形(FDM)(Fused Deposition Modeling)又称熔融挤压成形熔融挤压成形(MEM)(Melted Extrusion Modeling)熔融沉积成形工艺于1
14、988年研制成功,后由美国Stratasys公司推出商品化的3D Modeler 1000和FDM1600等规格的系列产品。最新产品是制造大型ABS原型的FDM8000、Quantum等型号的产品。11/10/202214熔融沉积成形熔融沉积成形(FDM)的的产品特点产品特点1.FDM工艺不用激光器件,工艺不用激光器件,因此使用、维护简单,成因此使用、维护简单,成本较低。本较低。2.精度可达精度可达0.12mm,适适合做薄壁件。合做薄壁件。3.污染小,材料可以回收。污染小,材料可以回收。4.用蜡成形的零件原型,可以直接用于失蜡铸造。用用蜡成形的零件原型,可以直接用于失蜡铸造。用ABS制造的原制
15、造的原型因具有较高强度而在产品设计、测试与评估等方面得到广泛应用。型因具有较高强度而在产品设计、测试与评估等方面得到广泛应用。由于以由于以FDM工艺为代表的熔融材料堆积成形工艺具有一些显著优点,工艺为代表的熔融材料堆积成形工艺具有一些显著优点,该类工艺发展极为迅速。该类工艺发展极为迅速。11/10/202215快速成形快速成形技术技术的主要特征的主要特征 它与它与NCNC机床的主要区别在于高度柔性。无论是数控机床还是加工中心,都是针对某一类型机床的主要区别在于高度柔性。无论是数控机床还是加工中心,都是针对某一类型零件而设计的。如车削加工中心,铣削加工中心等。对于不同的零件需要不同的装夹,用不同
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