现代制造技术（四）.ppt

1、2018/3/3,现代制造技术,5-1,第四章 快速原型/零件制造技术（RPM-Rapid Prototyping/Parts Manufacturing）,快速原型/零件制造技术的发展历程快速原型/零件制造技术的基本概念快速原型/零件制造技术的主要方法快速原型/零件制造技术的工艺装备及材料,本章主要内容：,2018/3/3,现代制造技术,5-2,一、产生及发展概况,2018/3/3,现代制造技术,5-3,产生的背景, 全球制造战略的变迁, 制造模式的改变, 批量小 品种多 改型快,2018/3/3,现代制造技术,5-4,1892年，JEBLanther在他的美国专利(#473901)中，曾建

2、议用分层制造法构成地形图。这种方法的原理是，将地形图的轮廊线压印在一系列的蜡片上，然后按轮廓线切割蜡片，并将其粘结在一起，熨平表面，从而得到三维地形图。,产生历程,2018/3/3,现代制造技术,5-5,1902年，Carlo Baese在他的美国专利 (#774549)中，提出了用光敏聚合物制造塑料件的原理，这是现代第一种快速原型技术“立体平板印刷术”(Stereo Lithography) 的初始设想。,1940年，Perera提出了在硬纸板上切割轮廓线，然后将这些纸板粘结成三维地形图的方法。,50年代之后，出现了几百个有关快速成型技术设想及专利,产生历程,2018/3/3,现代制造技术,

3、5-6,1976年，Paul L Dimatteo 在他的美国专利(#3932923)中，进一步明确地提出先用轮廓跟踪器将三维物体转化成许多二维轮廓薄片，然后用激光切割这些薄片（下图），这些设想与现代另一种快速成型技术“层积实体制造(Laminated Object Manufacturing)的原理极为相似。,产生历程,2018/3/3,现代制造技术,5-7,1986年，Charles W Hull在他的美国专利(#4575330)中，提出了一个利用激光照射液态光敏树脂，从而分层制作三维物体的快速成型机的方案。,1988年，美国3D system公司据此专利生产出了第一台现代快速成型机SLA

4、250，开创了快速成型技术发展的新纪元。,产生历程,在此后的10年内，涌现了10多种不同形式的快速原型技术和相应的快速原型设备，如薄形材料选择性切割（LOM）、丝状材料选择性熔融(FDM)和粉末材料选择性烧结(SLS)等，并且在工业、医疗及 其它领域得到了普遍的应用。,SLA-250机型,2018/3/3,现代制造技术,5-8,产生历程,总之，快速成型技术带来了制造方式的变革，采取分层叠加(离散堆积 )的制造方式。,2018/3/3,现代制造技术,5-9,华中科技大学；,国内发展情况,2018/3/3,现代制造技术,5-10,西安交通大学1998年LPS激光快速成型机被认定为国家重点新产品；1

5、998年XH激光快速成型光固化树脂被认定为国家重点新产品；2000年CPS250型激光快速成型机被认定为国家重点新产品；2004年SPS600固体激光快速成形机及光固化树脂被认定为国家重点新产品。2006年SCPS紫外线快速成形机及光固化树脂诞生,国内发展情况,2018/3/3,现代制造技术,5-11,清华大学1991年组建激光快速成形中心（国家CIMS工程研究中心）开始进行激光快速成形技术的研发。,国内发展情况,SSM：Slicing Solid ManufacturingMEM：Melting extrusion Molding,该中心于2004年成立了生物制造工程研究所，利用其掌握的核心

6、技术开始生物材料的加工成形。,2018/3/3,现代制造技术,5-12,香港大学、香港科技大学、香港理工大学、南京航空航天大学、浙江大学等开展了有关设备、材料和工艺的研究；北京隆源自动成型系统有限公司也推出了类似SLS快速原型机的产品；香港快速原型科技中心、深圳生产力促进中心、天津生产力促进中心等为普及和推广快速原型技术进行了卓有成效的工作。,国内发展情况,2018/3/3,现代制造技术,5-13,美国在RP&M系统(设备)研制、生产、销售方面占全球主导地位，生产RP&M设备系统的公司主要有： 3D Systems公司(SLA等) Strategys Inc公司(FDM) Helisys公司(

7、LOM) Sanders公司（3D Plotting System) DTM公司（SLS等) Aeroflex公司(SLA)欧洲和日本等国家也不甘落后，纷纷进行RP&M技术、设备研制等方面的研究工作，如： 德国的EOS公司 以色列的Cubital公司日本的CMET公司等,主要的供应商,2018/3/3,现代制造技术,5-14,二、典型快速成型系统,2018/3/3,现代制造技术,5-15,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,分层叠加原型,后处理,光固化原型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,20

8、18/3/3,16,产品造型,快速成型,产品原型,2018/3/3,现代制造技术,5-17,第1节 快速原型零件制造技术的基本概念,随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈，产品的开发速度日益成为竞争的主要矛盾。在这种情况下，自主快速产品开发（快速设计和快速工模具）的能力（周期和成本）成为制造业全球竞争的实力基础。同时，制造业为满足日益变化的用户需求，又要求制造技术有较强的灵活性，能够以小批量甚至单件生产而不增加产品的成本。因此，产品开发的速度和 制造技术的柔性就变得十分关键了。,1.快速原型零件制造技术的产生,2018/3/3,现代制造技术,5-18,从技术发展角度，计算机科学、CAD

9、技术、材料科学、激光技术的发展和普及为新的制造技术的产生奠定了基础。 快速原型零件制造技术（RPMRapid PrototypingParts Manufacturing）就是在这种社会背景下，产生于美国并很快扩展到日本及欧洲，是现代制造技术领域的一项重 大突破。,2018/3/3,现代制造技术,5-19,快速原型（RP Rapid Prototyping ）技术是一种基于离散堆积成形思想的新型成形技术，是集成计算机、数控、激光和新材料等最新技术而发展起来的先进的产品研究与开发技术。,快速原型制造(RPM Rapid Prototyping Manufacturing）技术是使用RP技术，由C

10、AD模型直接驱动的快速完成任意复杂形状三维实体 零件的技术的总称。,2. 快速原型零件制造技术的定义,2018/3/3,现代制造技术,5-20,3. 快速原型/零件制造技术的原理,CAD建模 分层层面信息处理层面加工与粘接层层堆积 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,快速原型/零件制造技术采用离散堆积成型的原理,其过程是：,2018/3/

11、3,现代制造技术,5-21,它与NC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，用不同的工具。虽然它们的柔性非常高，可以生产批量只有几十件、甚至几件的零件，而不增加附加成本。但它们不能单独使用，需要先将材料制成毛坯。而RP技术具有最高的柔性，对于任何尺寸不超过成形范围的零件，无需任何专用工具就可以快速方便的制造出它的模型(原型)。从制造模型的角度，RP具有NC机床无法比拟的优点，即快速方便、高度柔性。,4.快速原型/零件制造技术的主要特征,2018/3/3,现代制造技术,5-22,快速原型/

12、零件制造技术的主要特征归纳如下,高度柔性，可以制造任意复杂形状的三维实体；CAD模型直接驱动，设计制造高度一体化；成形过程无需专用夹具或工具；无需人员干预或较少干预，是一种自动化的成形过程；成形全过程的快速性，适合现代竞争 激烈的产品市场。,2018/3/3,现代制造技术,5-23,5. 快速原型/零件制造技术的主要优点,使工程设计、产品制造和市场经销三者紧密地结合，以最快的速度、最低的成本及高质量的产品抢先投入市场，通过展览会、定货会向用户充分展示真货，而不是二维的设计图纸或计算机屏幕上模拟显示的三维图象。 大多数快速成形的产品，在形状、尺寸上与最终产品几乎完全相同，并具有一定的机械强度，再

13、经过适当的表面处理后，与真实产品几乎一模一样，可用于摄制产品样本照片以及产品的外观等多项检查评估。 能及时反复对产品的形状、尺寸、制造工艺、工装模具、装配性能、部分特性及部分功能等进行全面的检查、检验、优化和修改，使其达到尽善尽美，减少设计和生产过程中的差错，避免了生产过程中无谓的返工，大大地缩短了产品投入市场的时间和节省了大量的产品开发费用。,2018/3/3,现代制造技术,5-24,第二节 RPM技术的主要方法,选择性层片粘接（LOM）,选择性粉末溶结/粘接,挤压成形,选择性液体固化（SLA）,2018/3/3,现代制造技术,5-25,1.选择性液体固化, 基本原理:基于液态光敏树脂的光聚

14、合原理。将激光聚集到液态光固化材料(如光固化树脂)表面逐点扫描,令其有规律地固化,由点到线到面,完成一个层面的建造。而后升降移动一个层片厚度的距离,重新覆盖一层液态材料,进行第二层扫描,再建造一个层面,第二层就牢固地粘贴到第一层上,由此层层迭加成为一个三维实体。,2018/3/3,现代制造技术,5-26, 选择性液体固化典型工艺立体光刻,立体光刻(SLAStereoLithography Apparatus),又称立体印刷,光成形。,SLA工艺于1984年获美国专利,1988年美国推出的商品化样机SLA-1，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RPM设备市场的较大份额

15、。,2018/3/3,现代制造技术,5-27, 立体光刻(SLA)工艺成形产品的特点,SLA方法是目前快速成形技术中研究得最多的方法，也是技术上最为成熟的方法。优点: SLA工艺成形的零件精度较高,能达到0.1mm；产品透明美观，可直接做力学实验。缺点: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降、光固化树脂价格昂贵，有一定的毒性；且产品不能溶解，不利于环保 。,光树脂原型鼠标外壳激,照相机激光树脂原型,2018/3/3,现代制造技术,5-28,2. 选择性层片粘接,基本原理 采用激光或刀具对箔材进行切割。首先切割出工艺边框和原型的边缘轮廓线，而后将不属于原型的材料切割成网格

16、状。通过升降平台的移动和箔材的送给可以切割出新的层片并将其与先前的层片粘接在一起，这样层层迭加后得到一个块状物，最后将不属于原型的材料小块剥除，就获得所需的三维实体。这里所说的箔材可以是涂覆纸（涂有粘接剂覆层的纸），涂覆陶瓷箔、金属箔或其他材质基的箔材。,2018/3/3,现代制造技术,5-29, 选择性层片粘接典型工艺-分层实体制造,分层实体制造(LOM)(Laminated Object Manufacturing)又称固体切片制造(SSM)(Solid Slicing Manufacturing),LOM工艺由美国亥里斯公司于1986年研制成功.实现这种方法的代表是该公司的LOM-105

17、0和LOM-2030成形机。,2018/3/3,现代制造技术,5-30, 由于LOM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,因此工艺简单,成型速度快,易于制造大型零件； 工艺过程中不存在材料相变,因此不易引起翘曲变形,零件的精度较高,激光切割为0.1mm,刀具切割为0.15mm， 控制激光的光强和切割速度，可保证良好的切口质量和切割深度； 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； 材料广泛,成本低,用纸制原料还有利于环保； 力学性能差,只适合做外形检查。,分层实体制造（LOM）产品的特点,2018/3/3,现代制造技术,5-31,3.

18、 选择性粉末熔结/粘接,基本原理 选择性粉末熔结粘接是利用粉末状材料成形的。先在工作台上铺上一层有很好密实度和平整度的粉末，用高强度的CO2激光器在上面扫描出零件截面，有选择地将粉末熔化或粘接，形成一个层面，利用滚子铺粉压实，再熔结或粘接成另一个层面并与原层面熔结或粘接，如此层层叠加为一个三维实体。成型后，将多余粉末去除。,2018/3/3,现代制造技术,5-32, 选择性粉末熔结/粘接典型工艺 激光烧结,选择性激光烧结(SLS)(Selective Laser Sintering），又称激光熔结（LF)(Laser Fusion）。,选择性激光烧结工艺由美国德克萨斯大学奥斯汀分校于1989年

19、研制成功，已被美国DTM公司商品化，推出SLS Model125成形机。德国EOS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了各自的SLS工艺成形机。,2018/3/3,现代制造技术,5-33,选择性激光烧结（SLS）产品的特点,1. 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使用的金属零件。这使SLS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支撑的作用。3. 精度不高。平均精度为0.15-0.2mm,表面粗糙度不好,不宜做薄壁件。,2018/3/3,现代制造技术,5-34,4. 挤压成形,基本原理 将热熔性材料（A

20、BS、尼龙或蜡）通过喷头加热器熔化；喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动,同时将熔化的材料挤出；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,如此层层堆积而获得一个三维实体(不需激光系统)。 .,2018/3/3,现代制造技术,5-35, 挤压成形典型工艺 熔融沉积成形,熔融沉积成形 (FDM)(Fused Deposition Modeling) 又称熔融挤压成形 (MEM)(Melted Extrusion Modeling)熔融沉积成形工艺于1988年研制成功,后由美国推出商品化3D Modeler1000和FDM1600等

21、规格的系列产品。最新产品是制造大型ABS原型的FDM800Quantum等型号的产品。,2018/3/3,现代制造技术,5-36,熔融沉积成形(FDM)产品的特点,1.FDM工艺不用激光器件,因 此使用、维护简单,成本 较低。2.精度可达0.12mm,适合 做薄壁件。3.污染小,材料可以回收。,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，该类工艺发展极为迅速。,2018/3/3,现代制造技术,5-37,6. 对快速成形技术的理解,在快速成形技术的发展过程中，各

22、个研究机构和人员均按照自己的理解赋予其不同的称谓，这些不同称谓即反映了快速成形技术不同方面的重要特征。,离散堆积制造实体自由成形制造材料添加制造即时制造分层制造直接CAD制造,离散堆积制造是现代成形学理论中在对成形技术发展进行总结的基础上提出的，表明了模型信息处理过程的离散性，强调了成形物理过程的材料堆积性，体现了快速成形技术的基本成形原理，具有较强的概括性和适应性。,实体自由成形制造(Solid Freeform Fabrication)表明快速成形技术无需专用的模腔或夹具，零件的形状和结构也相应不受任何约束。RP工艺是用逐层变化的截面来制造三维形体，在制造每一层片时都和前一层自动实现联接，

23、不需要专用夹具或工具，使制造成本完全与批量无关，既增加了成形工艺的柔性，又节省了制造工装和专用工具的大量成本。,材料添加制造(Material Increase Manufacturing)将材料单元采用一定方式堆积、叠加成形，有别于车削等基于材料去除原理的传统加工工艺。,即时制造(Instant Manufacturing)反映该类技术的快速响应性。由于无需针对特定零件制定工艺操作规程，也无需准备专用夹具和工具，快速成形技术制造一个零件的全过程远远短于传统工艺相应过程，使得快速成形技术尤其适合于新产品的开发，显示了其适合现代科技和社会发展的快速反应的特征和时代要求。,分层制造 (Layere

24、d Manufacturing)将复杂的三维加工分解成一系列二维层片的加工，着重强调层作为制造单元的特点，每层可采取更低维单元进行累加或高维单元进行加工得到。,直接CAD制造(Direct CAD Manufacturing)反映了快速成形是CAD模型直接驱动，实现了设计与制造一体化，计算机中的CAD模型通过接口软件直接驱动快速成形设备，接口软件完成CAD数据向设备数控指令的转化和成形过程的工艺规划，成形设备则象打印机一样“打印”零件，完成三维输出。 快速成形由于采用了离散/堆积的加工工艺，CAD和CAM能够很顺利地结合在一起，快速成形的工艺规划主要作用是对成形过程进行优化以提高造型精度、速度

25、和质量，所以快速成形可容易地实现设计制造一体化。,2018/3/3,现代制造技术,5-38,第3节 RPM技术的工艺装备、材料及软件, RPM的工艺装备发展迅速,国外能进行商品化生产的工艺装备如表示。,2018/3/3,现代制造技术,5-39, RPM 成形材料,成型材料是RPM技术发展的关键环节。它影响原型的成型速度、精度和物理、化学性能，直接影响到原型的二次应用和用户对成型工艺设备的选择。 与RPM制造的四个目标(概念型、测试型，模具型，功能零件)相适应，对成型材料的要求也不同。, 概念型 对材料成型精度和物理化学特性要求不高，主要要求成型速度快。如对光固化树脂，要求较低的临界曝光功率、较

26、大的穿透深度和较低的粘度。,2018/3/3,现代制造技术,5-40, 测试型 对于材料成型后的强度、刚度、耐温性、抗蚀性等有一定要求，以满足测试要求。如果用于装配测试，则对于材料成型的精度还有一定要求。 模具型 要求材料适应具体模具制造要求，如对于消失模铸造用原型，要求材料易于去除。,2018/3/3,现代制造技术,5-41, 快速功能零件要求材料具有较好的力学性能和化学性能。从解决的方法看，一个是研究专用材料以适应专门需要；另一个是根据用途分类，研究几类通用材料以适应多种需要。,2018/3/3,现代制造技术,5-42,RPM 材料应用类型,2018/3/3,现代制造技术,5-43,3.

27、RPM 用软件的开发,软件是RPM系统的灵魂。其中作为CAD到RP接口的数据转换和处理软件是其关键之一。 RPM系统生产商一般都开发自己的数据变换接口软件,如 3D SYSTEM公司的ACES等。 由于CAD与RPM的数据变换接口软件开发的困难性和相对独立性,国外涌现了很多作为CAD与RP系统之间的桥梁的第三方软件。这些软件一般都以常用的数据文件格式作为输人输出接口。输人的数据文件格式有STL、IGES、DXF、HPGI、CT层片文件等，而输出的数据文件一般为CLI。,2018/3/3,现代制造技术,5-44,4. 我国几种典型RPM系统,我国RPM系统主要发展了四种SLA、LOM、FDM、S

28、LS,见下表。,2018/3/3,现代制造技术,5-45,5. RPM 技术的应用, RPM的应用领域 RPM在国民经济极为广阔的领域得到了应用并且还在向新的领域发展,如图所示。从广义上讲，这些应用均可属“产品开发范畴”。,2018/3/3,现代制造技术,5-46,全球RP设备装机量,2018/3/3,现代制造技术,5-47, RPM 在医学上的应用,根据CT扫描信息，应用熔融挤压快速成形的方法可以快速制造人体的骨骼(如颅骨、牙齿)和软组织(如肾)等模型，并且不同部位采用不同颜色的材料成形，病变组织可以用醒目颜色，可以进行手术模拟、人体骨关节的配制，颅骨修复。 在康复工程上，采用熔融挤压快速成

29、形的方法制造人体假肢具有最快的成形速度，假肢和肌体的结合部位能够做到最大程度的吻合，减轻了假肢使用者的痛苦。,2018/3/3,现代制造技术,5-48, RPM 在实验分析模型上的应用,利用加工的样品，找出新产品外观&结构设计缺陷，完善设计。,利用加工出的样品可以进行装配和功能验证。,利用新产品样件可先进行市场调研，投标、招标。, RPM 在快速模具上的应用,原型的快速设计和自动制造也保证了工具的快速制造。无需数控铣削，无需电火花加工，无需任何专用工装和工具，直接根据原型而将复杂的工具和型腔制造出来是当今RPM 的最大优势。一般来说，采用RP技术模具制造时间和成本均为传统技术的13。,2018

30、/3/3,现代制造技术,5-50, RPM 在快速铸造上的应用,点击看铸件,2018/3/3,现代制造技术,5-51, 在产品设计中的应用快速产品开发RPD,RPM在产品开发中的关键作用和重要意义在于:它不受复杂形状的任何限制，可迅速地将显示于计算机屏幕上的设计变为可进一步评估的实物。根据原形可对设计的正确性，造型合理性，可装配和干涉进行具体的检验。对形状较复杂而贵重的零件（如模具），如直接依据CAD模型不经原型阶段就进行加工制造，这种简化的做法风险极大，往往需要多次反复才能成功，不仅延误的开发的进度，而且往往需花费更多的资金。通过原型的检验可将此种风险减到最低的限度。 一般采用RPM快速产品

31、开发技术可减少产品开发成本30-70，减少开发时间50。如:开发光学照相机机体采用RPM技术仅需3-5天（从CAD建模到原型制作），而用传统的方法则至少需一个月。,2018/3/3,现代制造技术,5-52,RPM在RPD方面应用总图如图所示,2018/3/3,现代制造技术,5-53,6.与RPM相关的技术,RPM是多种技术的交叉结合，主要的相关技术有：,计算机辅助设计(CAD)反求工程数控技术(NC)材料技术(前面已述),2018/3/3,现代制造技术,5-54, 计算机辅助设计(CAD)与RPM,利用三维实体产品模型,设计者在设计产品时, 可以直接在计算机上构造三维物体,并赋以质量、颜色等特

32、性,并从任意角度观察物体。随着参数化特征造型技术的发展,设计人员还可以在零件上构造具有加工工艺特性的特征结构,修改原先设计的尺寸,使零件的形态按要求进行变化。计算机辅助设计大大方便了设计人员。一方面他们可以构造任意复杂的零件表面形状和内部结构,而无需考虑如何表达它们的二维投影；另一方面他们可以把头脑中的设计灵感直接映射到计算机构成的三维空间中。如果没有能表示三维物体的数据模型，而只是一些图纸，想要用RP的原理制造出实体模型就需要手工计算出各个截面，编制每个截面的加工代码。计算量太大，以致无法实现。,2018/3/3,现代制造技术,5-55,卫星遥感地表高程数据重构的地球三维快速原型, 反求工程

33、与RPM,2018/3/3,现代制造技术,5-56, 数控技术(NC)与RPM,RPM技术就是数控技术最新应用的领域之一。RPM技术要求将材料精确地堆积，并长时间保持较高的定位精度，防止错层。如果没有高可靠性、高精度的数控系统是无法实现的。数控技术的应用，是RPM技术能够产生并发展成熟的必不可少的条件。,2018/3/3,现代制造技术,5-57,7.RPM技术的主要发展趋势,(1)不同制造目标相对独立发展,从制造目标来说，RPM主要用于快速概念设计原型制造，快速模具原型制造，快速功能测试原型制造及快速功能零件制造。 快速概念型制造和快速模具型制造具有巨大市场和技术可行性，将来是研究和商品化的重

34、点。但由于彼此特点有较大差距，两者将呈相对独立发展的态势。快速测试型制造由于使用范围的限制和特点不够鲜明，本身不会形成独立流派，将附属于快速概念型制造。快速功能零件制造将是发展的一个重要方向，但技术难度很大，在今后的很长一段时间内，仍将局限于研究领域。,2018/3/3,现代制造技术,5-58,(2)向大型制造与微型制造进军 由于大型模具的制造难度和RPM在模具制造方面的优势，可以预测将来RPM市场将有一定比例为大型原型制造所占据。与此成鲜明对比的将是RPM向微型制造领域的进军，如微米印刷（MicrolithograPhy），以制造微米零件（Microscale Parts）。日本在这方面领先

35、。激光光斑直径可达5m，成形时原型不动，激光束通过透明板精密聚焦在被成形的原型上。XY扫描定位精度为0.25m，Z向定位精度为lm，可制造5m 5m 3m 零件如静脉阀、集成电路零件等。(3)追求RPM更快的制造速度、更高的制造精度和可靠性。(4)RPM设备的使用外设化，操作智能化。使RPM设备的安装和使用变得非常简单，不需专门的操作人员。 (5)RPM行业标准化，并且与整个产品制造体系相融合。,2018/3/3,现代制造技术,5-59,四、展望,2018/3/3,现代制造技术,5-60,快速成型技术存在的问题,1、零件精度不够高2、材料种类不够多3、机械性能不够强,2018/3/3,现代制造

36、技术,5-61,快速成型技术发展趋势,1、分层方式的演变 RP数据处理过程需要将CAD模型数据（STL文件)按一定方向分层为层片模型数据（CLI文件)，以便于加工层片从而堆积成实体。目前，分层方式已经由传统的二维平面分层发展为空间的曲面分层（美国DAYTON大学、 STANFORD大学对此进行了研究）。,2018/3/3,现代制造技术,5-62,快速成型技术发展趋势,2、功能材料具有特定电、磁学性能（如超导体、磁存储介质）的特殊功能材料采用快速原型技术制造已经拓展了RP的应用领域。,2018/3/3,现代制造技术,5-63,3、组织工程材料生物医学工程已经发展成为新的科学研究热点，其中生命体的

37、人工合成和人体器官的人工替代是该领域的科学前沿。而生命体中的细胞载体框架结构是一种特殊的结构，从制造科学的角度来讲，它是由纳米级材料构成的极其精细的复杂非均质多孔结构，是传统制造技术无法完成的结构，但快速原型制造是能够很好完成此种特殊制造的技术，这是由于RPM是根据离散/堆积成形原理的制造技术，在计算机的管理与控制下，利用激光的粒子性精确地堆积材料（细胞、特殊生物材料细胞）以保证成形件（细胞载体框架结构）的正确拓朴关系，强度，表面质量,清华大学于2004年成立了生物制造工程研究所，开始生物材料的加工成形,2018/3/3,现代制造技术,5-64,4、快速模具制造技术是RP&M的一个重要应用领域

38、美国、英国等国家已投入相当的人力与财力从事这方面的研究与应用，快速模具制造技术潜力巨大，对于扩大RP&M技术与设备的应用范围至关重要。直接快速模具技术间接快速模具技术,快速成型技术发展趋势,2018/3/3,现代制造技术,5-65,5、RP大型化 分析各大公司的产品系列可以发现，原型的制造尺寸呈增大的趋势。在大型化方面，日本东京大学作了较多的工作，中国清华大学也自主开发了大型RP设备，其SSM-1600成形尺寸已达1600800750mm，为世界之最。,2018/3/3,现代制造技术,5-66,6、数据来源的多样化CT数码相机,2018/3/3,67,Digital Image Importe

39、d from camera,3D Image Grasped from our RP Machining program,Final Product,Middle Commercial Software,Work Flow Schematic,2018/3/3,现代制造技术,5-68,总 结,2018/3/3,现代制造技术,5-69, 20世纪80年代末该项技术在美国首先出现, 被称为一种数字化制造与成型，具有高度的柔性，带来了制造方式的变革,美国3D Systems 公司在1988年推出第一台商品化设备SLA-250,去除加工方式 累积成型方式或添加成型方式,快速成型（Rapid Proto

40、typing，RP）技术,对制造业的贡献与冲击将与60年代出现的数控技术（NC）相媲美；堪称制造业的第二次革命,集中体现了激光技术、数控技术、计算机应用技术、材料技术的高度集成,2018/3/3,现代制造技术,5-70,快速成型（Rapid Prototyping，RP）技术比较成熟的系统有：SLA：Stereo Lithography ApparatusLOM：Laminated Object ManufacturingSLS：Selective Laser SinteringFDM：Fused Deposition Modeling,2018/3/3,现代制造技术,5-71,快速成型（Rapid Prototyping，RP）技术将激光技术、数控技术、计算机技术、材料技术高度集成，被称为一种数字化制造与成型，具有高度的柔性，带来了制造方式的根本性变革，对制造业的贡献与冲击将与60年代出现的数控技术（NC）相媲美，堪称制造业的第二次革命。,2018/3/3,现代制造技术,5-72,作 业,1. 简述RPM技术的基本原理。2. RPM技术的主要方法有哪些?3. 简述RPM技术的主要应用。,2018/3/3,现代制造技术,5-73,