快速成型技术RapidPrototyping.ppt
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1、快速成型技术 Rapid Prototyping,一、RP技术概述,1、RP技术的发展历史 快速成型(Rapid Prototyping,简称RP,或为Rapid Technology (RT) 是20世纪80年代后期发展起来的, 是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维物理实体的技术总称。 1986年美国3D Systems公司率先推出了称为Stereolithography Apparatus (简称SLA)的激光快速成型制造系统,引起工业界的广泛兴趣并且RP得到了异乎寻常的迅猛发展。 目前美国在RP领域处于主导地位,德国、以色列、日本也处于国际领先水平。,2、RP技术原理和成型过
2、程 传统加工:去材法、变形法。 RP加工:材料累加法。,RP技术基本原理:离散堆积(叠加),三维模型构建: Pro/E、UG、 SolidWorks、 激光扫描、 CT断层扫描等,三维模型的近 似处理:三角形 平面来逼近原 来的模型 (STL文件),三维模型的切 片处理:加工 方向(Z方向) 进行分层,成型加工:成型 头(激光头或 喷头)按各截面 轮廓信息扫描,后处理:打磨、 抛光、涂挂、 烧结等,间隔一般取0.05m-0.5mm,常用0.1mm,RP成型过程图,各层固化粘结:树脂或塑料的链式反应固化、无化学反应的熔融粘结固化和用粘结剂将片体粘结的方法。,3、RP技术的特点和影响,新产品开发的
3、一般过程:,市场推销,生产,修改定型,RP Prozesskette(产品开发链),1. 3D-CAD-Volumenmodell 2. Triangulation: alle Oberflchen durch Dreiecke annhren 3. Schnittstelle: STL(Standard Transfer Language)-Format 4. Slice-Prozess 5. Bauprozess,RP技术的主要特点:,(1)可以制造任意复杂的三维几何实体 (2)快速性 :几个小时到几十个小时就可制造出零件 (3)高度柔性:无需任何专用夹具或工具 (4)产品结构与性能的及时
4、快速优化 (5)进行小批量生产 (6)RP技术有利于环保,二、RP技术加工方法和设备,目前RP技术的快速成型工艺方法有十多种。现简要介绍四种比较成熟且常用的四种成型方法:光固化成型(SLA)、分层实体制造(LOM)、选择域激光粉末烧结成型(SLS)、熔融沉积成型(FDM)。 1、SLA 光固化法是第一个投入商业应用的RP技术,它以美国3D Systems公司生产的SLA系列成型机为代表。SLA技术是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的,这种液态材料在一定波长和强度的紫外光照射下能迅速发生光聚合反应,分子量急剧增大,材料也就从液态转变成固态。,SLA工作原理,SLA工作原理图,SLA优点: (1)
5、原材料的利用率将近100% ; (2)尺寸精度高( 0. 1 mm); (3)表面质量优良; (4)可以制作结构十分复杂的模型。 SLA缺点: (1)成型过程中伴随着物理和化学变化,所以制件较易弯曲,需要支撑,如图5; (2)可使用的材料种类较少; (3)液态树脂具有气味和毒性,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。,SLA成型中加入支撑示意图,2、LOM( Laminated Object Modelling),LOM工艺由美国Helisys于1986年研制成功。LOM工艺采用薄片材料,如纸、塑料薄膜等。片材表面事先涂覆上一层热熔胶。其主要零部件有:工作平台、CO2激光器
6、、加热辊、供料与收料辊等。,LOM原理图,多余网格部分的去除,薄壳件,头盖骨,LOM 2030 H机器外观,LOM优点: (1)成型效率高,LOM工艺只需在片材上切割出零件截面的轮廓,而不用扫描整个截面,因此成型厚壁零件的速度较快,易于制造大型零件; (2)无翘曲变形,工艺过程中不存在材料相变,因此没有热应力、膨胀和收缩不易引起翘曲变形; (3)无需加支撑,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LOM工艺无需加支撑。 LOM缺点:材料浪费严重,表面质量差。,3、SLS (Selective Lase Sintering),SLS工艺最初由美国德克萨斯大学奥斯汀分校(UII
7、iversity of Texas at Austin)的Carl Deckard于1989年在其硕士论文中提出,后由Texas大学组建的DTM公司于1992年推出了该工艺的商业化生产设备Sinterstation。 该工艺实用高功率的激光加热,把粉末熔化在一起形成零件,SLS工艺的重要吸引力是可用于多种热塑性塑料的成型,如尼龙、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯类、聚苯乙烯、聚氯乙烯、高密度聚乙烯等。,SLS工作原理:,SLS工作原理图,SLS方法中的工艺参数对粉末的熔融有很大影响,如激光功率、光斑大小、扫描速度、扫描间距、单层厚度、粉床温度等都会影响烧结件的性能。 激光功率较低时,烧结件的拉伸强度和冲击
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