快速成型作业

姓 名： 班 级： 100107 学 号： 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械工程及自动化

2012年11月

简述快速成型

快速成型制造是一种增量制造技术,近年来得到了国内外高度重视。快速成型技术(Rapid Prototype)诞20世纪80年代后期,是基于材料堆积法的一种高新制造技术,被认为是近20 年来制造领域的一个重大成果。其是基于材料累加原理的快速成型操作过程,实际上是逐层叠加制造零件。可以形象化理解成一整条面包的结构是一片面包落在另一片面包之上一层层累积而成的。不受零件复杂程度限制,完全数字化控制等特点。虽然各种快速成型技术的一般步骤都相同,但不同的工艺过程其生产制品的方法则有所不同,以下列出RP工艺的主要几种类型。 一．快速成型工艺过程

快速成型技术(Rapid Prototyping & Manufacturing,缩写为RP)其特点是可以不需机加工设备

1）产品三维模型的构建。由于RP系统是由三维CAD模型直接驱动，因此首先要构建所加工工件的

2）三维模型的近似处理。由于产品往往有一些不规则的自由曲面，加工前要对模型进行近似处理，以方便后续的数据处理工作。

3）三维模型的切片处理。根据被加工模型的特征选择合适的加工方向，在成型高度方向上用一系列一定间隔的平面切割近似后的模型，以便提取截面的轮廓信息。间隔一般取0.05mm~0.5mm，常用0.1mm。间隔越小，成型精度越高，但成型时间也越长，效率就越低，反之则精度低，但效率高。

4）成型加工。根据切片处理的截面轮廓，在计算机控制下，相应的成型头（激光头或喷头）按各截面轮廓信息做扫描运动，在工作台上一层一层地堆积材料，然后将各层相粘结，最终得到原型产品。

5）成型零件的后处理。从成型系统里取出成型件，进行打磨、抛光、涂挂，或放在高温炉中进行后烧结，进一步提高其强度。

二．快速成型技术特征

l）可以制造任意复杂的三维几何实体。越是复杂的零件越能显示出RP技术的优越性，RP技术特别适合于复杂型腔、复杂型面等传统方法难以制造甚至无法制造的零件。

2）快速性。通过对一个CAD模型的修改或重组就可获得一个新零件的设计和加工信息。

3）高度柔性。无需任何专用夹具或工具即可完成复杂的制造过程，快速制造工模具、原型或零件。

4）快速成型技术实现了机械工程学科多年来追求的两大先进目标．即材料的提取（气、液固相）过程与制造过程一体化和设计（CAD）与制造（CAM）一体化。

5）与反求工程（Reverse Engineering）、CAD技术、网络技术、虚拟现实等相结合，成为产品决速开发的有力工具。

三．快速成型技术分类

快速成型技术根据成型方法可分为两类：基于激光及其他光源的成型技术（LaserTechnology），例如：光固化成型（SLA）、分层实体制造（LOM）、选域激光粉末烧结（SLS）、形状沉积成型（SDM）等，南非科工研究理事会国家激光中心研究人员在激光添加制造技术（Additive Manufacturing），一种最新的快速成型制造技术上取得突破。该项技术的概念试验论证显示，其生产速度是现有的可商业化的选择性激光烧结技术的8.3倍。基于喷射的成型技术，例如：熔融沉积成型（FDM）、三维印刷（3DP）、多相喷射沉积（MJD）。

四．快速成型技术应用

目前RP技术的发展水平而言，在国内主要是应用于新产品（包括产品的更新换代）开发的设计验证和模拟样品的试制上，即完成从产品的概念设计（或改型设计）--造型设计--结构设计--基本功能评估--模拟样件试制这段开发过程。对某些以塑料结构为主的产品还可以进行小批量试制，或进行一些物理方面的功能测试、装配验证、实际外观效果审视，甚至将产品小批量组装先行投放市场，达到投石问路的目的。快速成型的应用主要体现在以下几个方面： （1）新产品开发过程中的设计验证与功能验证。

（2）可制造性、可装配性检验和供货询价、市场宣传，对有限空间的复杂系统，如汽车、卫星、导弹的可制造性和可装配性用RP方法进行检验和设计，将大大降低此类系统的设计制造难度。

（3）单件、小批量和特殊复杂零件的直接生产。该项应用对航空、航天及国防工业有特殊意义。

（4）快速模具制造。在医疗、人体工程、文物保护等行业也得到了越来越广泛的应用。

五．快速成型产品展示

SLS产品 SLA产品 LOM产品 FDM产品 3DP产品 3DP产品 3DP产品 3DP产品 六．快速成型地位

快速成型近年来得到了美国等国家的高度重视。奥巴马一度视人工智能、3D打印、机器人是重振美国制造业的三个重要支柱。“3D打印”学名快速成型技术，也称增材制造技术，是一种不再需要传统刀具、夹具和机床就可以打造出任意形状，根据零件或物体的三维模型数据，通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术。在飞机、核电、火电等行业所使用的重型机械、高端精密机械装备上，传统的焊接和零部件加固的方法使得部件之间的连接并不牢固，但是使用3D打印技术，出来的产品自然无缝连接，结构之间的稳固性和连接强度要远远高于传统方法。该技术让我国某款发动机器件的研制时间缩短了约19周。欧洲空客公司等国内外200多家单位选用3D打印技术，创造的经济效益已达数亿元。 我国RP研究工作起步于90年代初,开始以RP机器引进为主,加快了企业的新产品开发、取得了巨大的经济效益。但由于引进价格昂贵,如美国3Dsystem公司生产的SLA250系统售价20万美元,SLA500价格高达40万美元,加之材料也依靠进口,使生产成本过高,往往是国内大多制造型企业无法承受的。为了解决中国制造业对RP的迫切需求,一些高等院校和研究机构积极开展RP 研究,并取得

较大的进展,目前国内快速成型制造领域技术成果比较丰富主要是几家高校研究所,其中王华明教授团队的产业化成果较高,清华大学、华中科技大学、西安交通大学、北航等高校研究人员走在了前列。

七.未来需求广阔,市场空间无限

该技术通过与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段结合,已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段,在航空航天、汽车摩托车、家电、生物医学等领域得到了广泛应用,对改善制造业的产品设计和制造水平起到了巨大作用,在工程和教学研究等应用领域也占有了独特地位。通常应用在产品试制和试验阶段,比如功能检测和装配检测等环节应用较多。

从趋势上来看,在航空器和医学及牙科领域的增速最快,09-11年3年间,航空器的市场份额由9.9%上升到了12.1%,医学和牙科的市场份额由13.6%上升到15.1%。 全球快速成型设备销售在2007年达到4,930 台,到2010年全球市场规模13.25亿美元,其中服务收入6.51亿美元。预计到2015年超过30亿美元,到2019年超过60亿美元。

美国一直是3D打印设备的主要保有区域,2010年美国保有量占38.3%,中国占8.6%,比2007 年上升了2.1个百分点。