2013湖工大快速成型与快速模具制造技术及其应用考试重点总结

第一篇：2013湖工大快速成型与快速模具制造技术及其应用考试重点总结

快速成型工艺基本原理：基于离散堆积原理的累加式成型，从成型原理上提出了一种全新的思维模式，即将计算机上设计的零件三维模型，表面三角化处理，存储成STL文件格式，对其进行分层处理，得到各层截面的二维轮廓信息，按照这些轮廓信息自动生成加工路径，在控制系统的控制下，选择性的固化或烧结或切割一层层的成型材料，形成各个截面轮廓薄片，并逐步顺序叠加成三维实体，然后进行实体的后处理，形成原型。

快速成型：1液态（SLA FDM）2粉末粒子(SLS)3薄层材料（LOM）

在SLA系统中，扫描器件采用双振镜模块。设置在激光束的汇聚光路中，由于双振镜在光路中前后布置的结构特点，造成扫描轨迹在X轴向的枕形畸形。当扫描到正方形图形时，扫描轨迹并非一个标准的正方形，而是出现枕形畸形。

激光扫描方式对成型精度的影响：扫描方式与成型工件的内应力有密切关系，合适的扫描方式可以减少零件的收缩量，避免翘曲和扭曲变形，提高成型精度。Z字形扫描方式：顺序往复扫描1过程太多，会出现严重的拉丝现象；2会产生严重的振动和噪声，降低加工效率；分区往复扫描：提高成型效率，分散收缩应力，减小收缩变形，提高成型精度；跳跃光栅式扫描可分为长光栅和短光栅式扫描：采用短光栅式扫描更能减小扭曲变形；采用跳跃光栅式扫描有效的提高了成型精度，它使得固话区域有更多的冷却时间，减小了热应力；对平面零件时采用螺旋式扫描方式，且外向内的扫描方式比内向外的扫描方式加工生产零件精度高.传统的SLA制造技术：利用激光或者其他光源照射光敏树脂，使光敏树脂分子发生光聚合反应形成较大的分子实现树脂的固化。

单光子吸收光聚合反应SPA：光固化过程中树脂分子对光能的吸收是以单个光子为单位。双光子吸收光聚合反应：以双光子吸收效应代替传统光固化成型过程中单光子吸收的过程。叠层实体制造技术LOM：（Laminated Object Manufacturing，简称LOM）是几种最成熟的快速成型制造技术之一。它以片材（如纸片、塑料薄膜或复合材料）为原材料，激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线数据，将背面涂有热熔胶的纸用激光切割出工件的内外轮廓。切割完一层后，送料机构将新的一层纸叠加上去，利用热粘压装置将已切割层粘合在一起，然后再进行切割，这样一层层地切割、粘合，最终成为三维工件。LOM常用材料是纸、金属箔、塑料膜、膜等，此方法除了可以制造模具、模型外，还可以直接制造结构件或功能件。

选择性激光烧结SLS：利用粉末状材料（金属粉末或者非金属粉末）在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下层层堆积成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平。基于SLS工艺的金属零件间接制造工艺过程：分为三个阶段；一是SLS原型件（绿件）的制作；二是粉末烧结件（褐件）的制作；三是金属溶渗后处理

激光功率对选择性激光烧结工艺强度的影响：随着激光功率增加，尺寸误差项正方向增大，并且厚度方向的增大趋势要比长宽方向的尺寸误差大；当激光功率增大时，强度也随着增大，当增大到一定程度时，粉末颗粒完全熔化到固化，强度也随着有很大的提升；当激光功率过大时会加剧因熔固收缩而导致的制件翘曲变形；

扫描方式的影响：熔融沉积快速成型工艺方法中扫描方式分为：螺旋扫描、偏置扫描、回旋扫描等；通常，偏置扫描成型的轮廓尺寸精度容易保证，回转扫描路径生成简单，但是轮廓精度较差；采用一种复合扫描方式，即外轮廓用偏置，内部应回转扫描，这样既提高表面精度，又简化扫描过程，提高扫描效率。扫描方式与原型的内应力密切相关，合适的扫描方式降低原型内应力的累积，有效防止零件的翘曲变形。

AJS与传统的FDM的不同之处：1FDM工艺一般采用低熔点丝状材料，如蜡丝或ABS塑料丝，如果采用高熔点的热塑性复合材料，或对于一些不易加工成丝材的材料，如EVA材料，就相当困难。2所选的空气压缩机可提供1MPA范围内任何大小的气压，能准确控制到使送入加热室的压缩气体压力恒定。压力装置结构简单，提供的压力稳定可靠，成本低。3.传统的FDM有较重的送丝机构为喷头输送原料，原理类似于活塞，难免会有由于送丝滚轮的往复运动，导致挤出过程不连续和因振动较大而产生的运动惯性对喷头定位定位精度的影响。改进后AJS系统由于没有送丝部分而使喷头变得轻巧，减小了机构的振动，提高了成型精度

光掩膜法：

光掩膜法的工艺特点：优点：1不需要设计支持结构；2零件的成型速度不受复杂程度的影响，只与体积有关。树脂瞬时曝光，速度快，整层一次成型，效率高。3精度高，相对精度约在0.1%左右；4最适合制作多件原型，制作过程中可随意选不同零件的制作次序，一个零件末制作完时，可以先制作另一个零件，再回过头来继续做未完成的零件；5模型内应力小，变形小，适合制作大型件；6制作过程在发现错误，可以将错误层铣去，重新制作此层； 缺点：1树脂和石蜡的浪费较大，且工序复杂；2设备占地大，噪声高，维护费用昂贵；3可选材料少，使用材料有毒，且需要密封避光保持；4制作过程，感光过度会使树脂材料失效；5后处理过程需要除蜡；

快速成型工艺对成型材料性能的总体要求有如下几个方面：1适应逐层累加方式的快速成型建造模式；2在快速成型建造方式下，能快速实现层内建造及层间连接；3制作的原型具有一定的尺寸精度和尺寸稳定性；4确保原型具有一定力学性能及性能稳定性；5无毒无污染； 混杂型光固化树脂的优点：1环状聚合物进行阳离子开环聚合时，体积收缩很小甚至产生膨胀，而自由基体系总有明显的收缩。混杂型体系可以设计成无收缩的聚合物；2当系统中有碱性杂质时，阳离子聚合的诱导期较长，而自由基聚合的诱导期较短，混杂型体系可以提供诱导期短而聚合速度稳定的聚合系统；3在光照消失后阳离子仍引发聚合，故混杂体系能克服光照消失后自由基迅速失活而使聚合终结的缺点；

光固化成型材料根据工艺和原型使用要求，要求具有粘度低、流平快、固化速度快、固化收缩小、溶胀小、毒性小等性能特点；

对于LOM成型材料的纸材，有以下要求：1抗湿性；（保证纸原料不会因长时间吸水，不会因为过儿产生变形及粘接不牢）2良好的浸湿性（保证良好的涂胶性能）；3抗拉强度（保证加工过程不被拉断）；4收缩率小（热压过程中不会应部分水分损失导致变形）；5剥离性能好（如果剥离破坏发生在纸张内，要求抗拉强度不是很大）；6易打磨，表面光滑；7稳定性（成型零件可长时间保存）

STL文件的格式 二进制和文本文件ASCII两种格式。STL文件的主要优势在于表达简单清晰，文件中只包含相互相接的三角形片面节点坐标及其外法向量；其实质是用许多细小的空间三角形面来逼近还原CAD实体模型类似于实体数据模型

ASCII是二进制的六倍内存。

二进制文件采用IEEE类型整数和浮动型小数。文件用84字节的头文件和50字节的后述文件来描述一个三角形。（上述的面目录一般是以三角形法向量的三坐标开始的，该法向量指向面的外侧并且是一个单位长，顺序是X,Y,Z，法向量的方向符合右手定则）STL文件的基本规则 1取向规则2点点规则3取值规则4合法实体规则

常见的STL文件错误：1遗漏2退化面3模型错误

STL中分割基本原理：将一个STL文件分成两个新STL文件，即用多个面将一个STL模型分成若干个部分，每部分重新构成一个STL模型，每个新STL文件对应一个新生产的STL模型； 根据切片原理：实体中的某些三角形平面上的边与切割平面相交，所有的交点组成平面上的离散点集合。这些离散点经过排序后形成诺干个封闭的环，这些封闭环构成了三维实体与切割平面相交的截面轮廓线；采用有界区域三角形网格化之前，对内外环进行处理：外环上节点要按逆时针方向排序；内环上节点按顺时针方向排序；其次，诺有内环，必须确定内环和外环的相对位置：一个外环包括一个或者诺干个内环、一个内环对应一个外环；

什么是奇异点：分层处理时，诺有三角形顶点落在切平面上，则称该顶点为奇异点。什么是搜索求交：主要工作是依次取出组成实体表面的每一个三角形面片，判断它是否与切平面相交，诺相交，则计算出两交点坐标；

选择性激光烧结采用CO2激光器对粉末材料（如蜡粉、PS粉、ABS粉、尼龙粉、金属粉、覆膜陶瓷粉）进行选择性烧结。是一种将离散点一层一层堆积成三维实体的工艺方法

快速模具制造一般分为直接法和间接法两大类；直接制模法是直接采用RP技术制作模具，直接制作金属是选择性激光烧结法（SLS法）。此法制造钢铜合金注塑模，此法在烧结过程中，材料发生较大收缩且不易控制，故难快速得到高精度的模具。基于RP快速制造模具的方法多为间接制模法指利用RP原型间接地翻制模具，分为软质模具和硬质模具。存在大面积平面形状的原型，贴好分型面后，应合理选定浇道的位置及方向。

环氧树脂快速制模一般采用常温、常压条件下的静态浇注，固化后无须或仅需少量的切削加工，根据模具情况对外形略作修整，大大节省制作的时间和花费。

低粘度的环氧树脂具有较好的流动性，对保证树脂模具有良好的复制性很重要。低粘度有利于树脂混合物的除气，提高树脂材料的致密性。环氧树脂混合物的固化收缩率应该尽可能地低，才能严格控制环氧树脂模具的收缩畸变，并保证其制造精度，可以通过在环氧树脂混合物中加入填料的方法实现。

第二篇：快速成型与快速模具制造技术及其应用考试重点总结

1.1 1988年，3Dsystems公司将SLA-250光固化设备系统运送给三个用户，标志着快速成型设备的商业化正式开始。

1.3 快速成型技术的特点：1自由成型制造2制造过程快速3添加式和数字化驱动成型方式4技术高度集成5突出的经济效益6广泛的应用领域

1.4 快速成型技术的优越性：1设计者受益2制造者受益3推销者受益4用户受益

2.1 快速成型工艺基本原理：基于离散堆积原理的累加式成型，从成型原理上提出了一种全新的思维模式，即将计算机上设计的零件三维模型，表面三角化处理，存储成STL文件格式，对其进行分层处理，得到各层截面的二维轮廓信息，按照这些轮廓信息自动生成加工路径，在控制系统的控制下，选择性的固化或烧结或切割一层层的成型材料，形成各个截面轮廓薄片，并逐步顺序叠加成三维实体，然后进行实体的后处理，形成原型。快速成型：1液态（SLA FDM）2粉末粒子(SLS)3薄层材料（LOM）

2.2.1 光固化成型工艺的基本原理及过程：

光固化成型工艺的特点：优点：1成型过程自动化程度提高2尺寸精度高3优良的表面质量4可以制造结构十分复杂，尺寸比较精细的模型5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6制作的原型可以再一定程度上替代塑件

缺点:成型过程中伴随着物理和化学变化，制件易弯曲，需要支撑2液态树脂固化后的性能尚不如常用的工业塑料3设备运转及维护成本较高4使用的材料种类较少5液态树脂有一定的气味和毒性，而且要避光保护6光固化后的原型树脂并未完全被激光固化，为提高使用性能和尺寸稳定性，通常需要二次固化。2.2.2 光固化成型的工艺过程 前处理：1 CAD三维造型2数据转换3确定摆放方位4施加支撑5切片分层 2原型制作

3后处理

2.2.4 光固化成型的支撑结构

必须设计一些细圆柱状或肋状支撑结构，以便确保制件的每一结构部分都能可靠固定，同时也有助于减少制件的翘曲变形。

2.2.5 光固化成型的收缩变形：1树脂收缩原因2零件成型过程中树脂收缩产生的变形3零件后固化收缩产生的变形 光固化成型误差分析：

影响制作时间的因素

t=Σtci+Ntp

2.3 叠层实体制造工艺的基本原理和特点 工艺过程 误差分析

表面涂覆的具体工艺过程：1将剥离后的原型表面用砂纸轻轻打磨2按规定比例配备环氧树脂3在原型上涂刷一薄层混合后的材料，因材料的粘度较低，材料会很容易侵入原型中4再次涂覆同样的混合后的环氧树脂材料，以填充表面的沟痕并长时间固化5对表面已经涂覆了坚硬的环氧树脂材料的原型再次用砂纸进行打磨，打磨之前和过程中注意测量原型的尺寸，以确保尺寸在公差之内。6对原型表面进行抛光。

2.3.6 叠层实体快速原型的应用 1汽车车灯2铸铁手柄3LOM原型在制鞋业的应用 2.4.1 选择性激光烧结工艺的基本原理

2.4.2 选择性激光烧结工艺的特点:优点：1可采用多种材料2制造工艺比较简单3高精度4无需支撑结构5材料利用率高

缺点：1表面粗糙2烧结过程挥发异味3有时需要比较复杂的辅助工艺

2.4.4 高分子粉末烧结件的后处理：1收缩精度的影响2力学性能的影响 2.4.6 选择性激光烧结工艺的应用：1直接制作快速模具2复杂金属零件的快速无模具铸造3内燃机进气管模型

2.5.1 熔融沉积成型工艺的基本原理：

2.5.2 熔融沉积成型工艺的特点：优点1系统构造原理和操作简单，维护成本低，系统运行安全2使用无毒的原材料3用蜡成型的零件原型，可以直接用于失蜡铸造4可以成型任意复杂的零件5原材料在成型中无化学变化，制件的翘曲变形小6原材料利用率高，寿命长7支撑去除简单，无需化学清洗，分离容易8可直接制作彩色原型

缺点：1成型表面有比较明显的条纹2沿成型轴垂直的方向强度较弱3需要设计支撑结构4需要对整个截面进行涂覆，成型时间长5原材料价格昂贵

2.5.3 熔融沉积工艺成型影响因素1材料性能的影响（热收缩）2喷头温度和成型室温度的影响...2.6.1 三位喷涂粘接工艺的原理

2.7 快速成型技术发展方向：1金属零件的直接快速成型2概念创新与工艺改进3数据优化处理及分层方式的演变4快速成型设备的专用化和大型化5开发性能优越的成型材料6成型材料系列化，标准化7喷射成型技术的广泛应用8梯度功能材料的应用9组织工程材料快速成型10开发新的成型能源11拓展新的应用领域12集成化 3.2.1 光固化快速成型制造设备 3.2.5 三维喷涂粘接设备

4.1 CAD三维模型的构建方法 1概念设计，根据产品的要求或直接根据CAD软件平台上设计产品三维模型

2反求工程 在仿制产品时用扫描机对已有的产品实体进行扫描，得到三维模型

反求的主要方法有三坐标测量法，投影光栅法，激光三角形法，核磁共振和CT法一级自动断层扫描法。常用的扫描机有传统的坐标测量机，激光扫描机，零件断层扫描机，以及CT和MRI。

4.2.1 STL文件的格式

二进制和文本文件ASCII两种格式。

ASCII是二进制的六倍内存。二进制文件采用IEEE类型整数和浮动型小数。文件用84字节的头文件和50字节的后述文件来描述一个三角形。

4.2.3 STL文件的基本规则 1取向规则2点点规则3取值规则4合法实体规则 常见的STL文件错误：1遗漏2退化面3模型错误

4.3.1 切片方法 1 STL切片（1直接STL切片2容错切片3定层厚切片）2直接切片

4.4 Magics RP软件是比利时Materialise公司推出的面向快速成型技术数据处理的大型STL数据编辑处理平台。

Magics软件施加支撑及切片过程：1STL文件载入2STL文件纠错3模型摆放4自动施加支撑5人工修改支撑6切片处理

5.2.1 硅橡胶模具的特点：良好的仿真性，强度和极低的收缩率

工艺流程：1原型表面处理2制作型框和固定型框3硅橡胶计量，混合并真空脱泡4硅橡胶浇注及固化5拆除型框，刀剖并取出原型。5.2.3 硅橡胶模具制作的若干问题

4.2.5 采用硅橡胶模具进行树脂材料真空注型的工艺流程：1清理硅橡胶，预热模具2喷洒离型剂，组合硅胶模具3计量树脂4脱泡混合，真空注型5温室硬化，去出原型6原型后处理

5.3.1 电弧喷涂是将两根待喷涂金属丝作为自耗性电极，利用两根金属丝端部短路产生的电弧使丝材熔化，用压缩空气把已融化的金属雾化成微滴，并使其加速，以很高的速度沉积到基体表面形成涂层。电弧喷涂制模的工序：1模型准备2在模型上喷涂金属3制作模具框架4浇注模具的填充材料5脱模，后序加工处理

电弧喷涂模具结构

合理利用各种性能材料，从外到内，材料呈梯度分布。表面防护剂一般选用聚乙烯醇。6.1.1 Keltool法的工艺过程：用快速成型机制作模具型腔 以模具型腔为母模制作硅橡胶模具 向硅橡胶模具浇注混有树脂粘结剂的金属粉浆 粉浆固化后从硅胶模具中取出模具型腔坯 低温烧结模具型腔坯烧除树脂粘结剂 高温烧结模具型腔坯并渗铜 模具型腔表面抛光 加入浇注系统和冷却系统 模具型腔与模架安装

6.3.2 德国快速成型设备开发商EOS公司开发的SLS设备 6.5.1 设置共形冷却道

6.6.4 直接金属三位打印制模技术

7.2 快速成型制造技术在产品设计中的应用：1概念模型可视化2涉及评价3装配校核4性能和功能测试

7.4.1熔模铸造过程 1浇注法制作熔模制造的消失型-蜡型2将蜡质的标准浇注系统和蜡型组装3将组装后的蜡型与浇注系统浸入到陶瓷浆中，反复挂砂和干燥形成硬壳4想硬型壳中通入热水或蒸汽，使蜡型熔化并排出，得到空型壳5硬型壳高温焙烧，进一步除去残留的蜡，得到可进行浇注融化后金属的高强度陶瓷硬型壳6将陶瓷硬型壳预热到一定温度后，注入熔化金属7冷却后，除去陶瓷壳，得到工件和浇注系统，再除去浇注系统，得到金属制件。8.2 系统软硬件资源1造型软件2结构分析软件3工艺仿真软件4反求系统与数据拟合软件5快速成型设备6快速模具制造设备7计算机工作站

第三篇：快速成型技术复习重点

1.快速成型：简称RP,即将计算机辅助设计CAD计算机辅助制造CAM计算机数字控制CNC、激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术集于一体，依据计算机上构成的工件三维设计模型，对其进行分层切片，得到各层截面的二维轮廓信息，快速成型机的成形头按照这些轮廓信息在控制系统的控制下，选择性地固化或切割一层层的成形材料，形成各个截面轮廓，并逐步顺序叠加成三维工件。．

快速成形技术全过程步骤：a.前处理b.分层叠加成型c.后处理 快速成形制造流程：CAD模型→面型化处理→分层→层信息处理→层准备→层制造→层粘接→实体模型 2． 什么是快速模具制造技术？该技术有何特点？ 快速模具制造就是以快速成形技术制造的快速成型零件为母模，采用直接或间接的方法实现硅胶模、金属模、陶瓷模等模具的快速制造从而形成新产品的小批量制造，降低新产品的开发成本。特点：制模周期短、工艺简单、易于推广，制模成本低，精度和寿命都能满足特定的功能需要，综合经济效益好，特别适用于新产品开发试制、工艺验证和功能验证以及多品种小批量生产

LOM涂布工艺

采用薄片型材料，如纸 塑料薄膜 金属箔等，通过计算机控制激光束，按模型每一层的内外轮廓线切割薄片材料，得到该层的平面轮廓形状，然后逐层堆积成零件原型。

SLS技术（选择性激光烧结成型技术）利用粉末材料如金属粉末 非金属粉末，采用激光照射的烧结原理，在计算机控制下进行层层堆积，最终加工制作成所需的模型或产品。4． 快速成形与传统制造方法的区别？

传统方法根据零件成形过程分为两大类：一类是以成型过程中材料减少为特征，通过各种方法将零件毛胚上多余材料去除，即材料去除法，二类是材料的质量在成型过程中基本保持不变，成型过程主要是材料的转移和毛胚形状的改变即材料转移法，但此类方法生产周期长速度慢。快速成型技术可以以最快的速度、最低的成本和最好的品质将新产品迅速投放市场。

硅胶模及制作方法 硅胶模具是制作工艺品的专用模具胶。

制作工艺 原型表面处理 制作型框和固定型框 硅橡胶计量，混合并真空脱泡 硅橡胶浇注及固化 拆除型框，刀剖并取出原型 7.构造三维模型的主要方法：a应用计算机三维设计软件，根据产品的要求设计三维模型b应用计算机三维设计软件，将已有产品的二维三视图转换为三维模型c防制产品时，应用反求设备和反求软件，得到产品的三维模型d利用网络将用户设计好的三维模型直接传输到快速成形工作站 光固化快速成形（SLA）有那几种形式的支撑？

a.角板支撑b.投射特征边支撑c.单臂板支撑d.臂板结构支撑e.柱形支撑

6.目前比较成熟的快速成型技术有哪几种？它们的成型原理上分别是什么？

液态光固化聚合物选择性固化成形简称SLA，粉末材料选择性烧结成形简称SLS，薄型材料选择性切割成形简称LOM，丝状材料选择性熔覆成形简称FDM

⑦SLA原理：1利用计算机控制下的紫外激光，按预定零件各分层截面的轮廓为轨迹逐点扫描，使被扫描区的光敏树脂薄层产生光聚合反应，从而形成零件的一个薄层截面；2当一层固化完毕，移动升降台，在原先固化的树脂表面上再敷上一层新的液态树脂，刮刀刮去多余的树脂；3激光束对新一层树脂进行扫描固化，使新固化的一层牢固地粘合在前一层上；4重复2、3步，至整个零件原型制造完毕。『或SLA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（λ=325nm）和功率（P=30mW）的紫外光照射下能迅速发生光聚合反应，分子量急剧增大，材料也从液态转变成固态』

⑦SLS原理： 1在先开始加工之前，先将充有氮气的工作室升温，温度保持在粉末的熔点之下；2成型时，送料筒上升，铺粉滚筒移动，先在工作台上铺一层粉末材料；3激光束在计算机控制下，按照截面轮廓对实心部分所在的粉末进行烧结，使粉末融化并相互黏结，继而形成一层固体轮廓，未经烧结的粉末仍留在原处，作为下一层粉末的支撑；4第一层烧结完成后，工作台下降一截面层的高度，再铺上一层粉末，进行下一层烧结，如此循环，直至完成整个三维模型 FDM原理：加热喷头正在计算机的控制下，可根据界面轮廓的信息作X—Y平面运动和高度Z方向的运动丝状热塑性材料由供丝机构送至喷头，并在喷头中加热至熔融态，然后被选择性涂覆在工作台上，快速冷却后形成界面轮廓。一层截面完成后，喷头上升一截面层的高度在进行下一层的涂覆，如此循环，最终形成三维产品。

LOM:LOM快速成形系统由计算机原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、数控系统、模型取出装置和机架等组成。计算机用于接受和存储工件的三维模型沿模型的成型方向截取一系列的截面轮廓信息发出控制指令原材料存储及送进机构将存于其中的原材料。热黏压机构将一层层成形材料粘合在一起。可升降工作台支撑正在成型的工件并在每层成形完毕之后，降低一个材料厚度以便送进、粘合和切割新的一层成形材料。数控系统执行计算机发出的指令，使材料逐步送至工作台的上方，然后粘合、切割，最终形成三维工件。b 原型制件过程

模型剖分 基底制作原型制作 余料，废料去除 后继处理

8.哪些成形方法需要支撑材料？为什么？

SLA、FDM需要制作支撑，LOM、SLS不需要制作支撑。原因：在SLA成形过程中为了确保制件的每一部分可靠固定，同时减少制件的翘曲变形，仅靠调整制件参数远不能达到目的，必须设计并在加工中制作一些柱状或筋状的支撑结构；LOM：工件外框与截面轮廓间的多余材料在加工中起到支撑作用，故不需支撑材料；SLS：未烧结的松散粉末可以作为自然支撑，故不需要支撑材料。

10.常用的快速成形技术所用的成形材料分别是什么？分别有什么要求？

SLA：材料为光固化树脂。要求：a.成形材料易于固化，且成形后具有一定的粘接强度b.成形材料的粘度不能太高，以保证加工层平整并减少液体流平时间c.成形材料本身的热影响区小，收缩应力小d.成形材料对光有一定的透过深度，以获得具有一定固化深度的曾片。

SLS：材料为所有受热后能相互粘结的粉末材料或表面覆有热塑（固）性黏结剂的粉末。要求：a.具有良好的烧结成形性能，即无需特殊工艺即可快速精确地成形原理b.对直接用作功能零件或模具的原型，其力学性能和物理性能要满足使用要求c.当原型间接使用时，要有利于快速、方便的后续处理和加工工艺。

LOM：薄层材料多为纸材，黏结剂一般多为热熔胶。对纸材要求：a.抗湿性b.良好的浸润性c.收缩率小d.一定的抗拉强度e.剥离性能好f.易打磨g.稳定性好。对热熔胶的要求：a.良好的热熔冷固性b.在反复熔化-固化条件下，具有较好的物理化学稳定性c.熔融状态下与纸材具有良好的涂挂性与涂匀性d.与纸具有足够的粘结强度e.良好的废料分离性能 FDM：材料为丝状热塑性材料。材料要求：a.黏度低b.熔融温度低c.黏结性要好d.收缩率对温度不能太敏感 11.这四种快速成形技术的优缺点分别是什么？

SLA优点：技术成熟应用广泛，成形速度快精度高，能量低。缺点：工艺复杂，需要支撑结构，材料种类有限，激光器寿命短原材料价格高。

SLS优点：不需要支撑结构，材料利用率高，选用的材料的力学性能比较好，材料价格便宜，无气味。缺点：能量高，表面粗糙，成形原型疏松多孔，对某些材料需要单独处理。LOM优点：对实心部分大的物体成形速度快，支撑结构自动的包含在层面制造中，低的内应力和扭曲，同一物体中可包含多种材料和颜色。缺点：能量高，对内部空腔中的支撑物需要清理，材料利用率低，废料剥离困难，可能发生翘曲 FDM优点：成形速度快，材料利用率高，能量低，物体中可包含多种材料和颜色。缺点：表面光洁度低，粗糙。选用材料仅限于低熔点的材料。

12.主要快速成形系统选用原则：A：成形件的用途（a检查并核实形状、尺寸用的样品b性能考核用的样品c模具d小批量和特殊复杂零件的直接生产e新材料的研究）B：成形件的形状C：成形件的尺寸大小D成本（a设备购置成本b设备运行成本c人工成本）E技术服务（a保修期b软件的升级换代c技术研发力量）F用户环境

13.快速成形的全处理主要包括：CAD三维模型的构建、CAD三维模型STL格式化以及三维模型的切片处理等

14.在快速成型的前处理阶段为什么要把三维模型转化为STL文件格式？STL格式文件的规则和常见错误有哪些？ 由于产品上有一些不规则的自由曲面，为方便的获得曲面每部分的坐标信息，加工前必须对其进行近似处理，此近似处理的三维模型文件即为STL格式文件

规则：a共顶点规则b取向规则c取值规则d合法实体规则 常见错误：a出现违反共顶点规则的三角形b出现违反取向规则的三角形c出现错误的裂缝或孔洞d三角形过多或过少e微小特征遗漏或出错

分析SLS SLA FOM LOM 质量及精度的影响因素及解决措施

答

从快速成型三个过程讨论

首先是前处理，四大成型工艺前处理工作基本相似，模型建立和切片。影响精度主要是切片，厚度越厚，叠加后工件侧面的台阶缺陷越明显，厚度越小，精度越高

SLA 1 树脂收缩及原因

树脂会发生收缩 导致零件成型过程中产生变形：翘曲

收缩原因;固化收缩和温度变化的热胀冷缩机器误差

设备自身精度所带来的误差 加工参数设置误差

激光功率 扫描速度 扫描间距设置误差 FDM 1 设备精度误差 由于设备自身有一定的加工范围以及其加工精度，对最后加工工件有一定的误差 2 成型过程的误差a 不一致约束 由于相邻两层的轮廓有所不同 成型轨迹也不同 每层都要受到相邻层的约束 导致内应力 从而产生翘曲 b 成型功率控制不当 功率过大 会导致刮破前一层 同时会烧纸 机器寿命降低 过小 粘结不好c工艺参数不稳定

会导致层与层制件或同层不同位置成型状况的差异 从而导致翘曲 或度不均

SLS 主要是激光的参数 1 激光功率密度过大 扫描速度过小 则局部温度过高 导致粉末气化 烧结表面凹凸不平反之 则粉末烧结不充分甚至不能烧结 建立的制件强度低或者不能成行 2 激光束扫描间距与激光束半径配合会影响激光烧结的质量

LOM 过程中误差造成的缺陷 1 喷头起停误差 2 路间缺陷 解决方法 控制相邻路间的粘结温度使得接触牢固 控制材料的横向流动填补空洞

后处理影响精度主要有 人为修整带来的缺陷 有支持结构的成型工艺在除去支付结构时对工件表面的破坏等

第四篇：快速成型技术及应用学习心得

《快速成型技术及应用》学习心得

对于本学期黄老师的《快速成型技术及应用》学习心得，主要从RP技术的应用现状和发展趋势、主要的RP成型工艺分析和RP技术在当代模具制造行业的应用三个方面进行说明：

一、RP技术的应用现状与发展趋势

快速成型（Rapid Prototyping）技术是由三维CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体的总称。它集成了CAD 技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果，是先进制造技术的重要组成部分。

目前，快速成型技术已在工业造型、机械制造、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到了广泛应用。

RP技术虽然有其巨大的优越性，但是也有它的局限性，由于可成型材料有限，零件精度低，表面粗糙度高，原型零件的物理性能较差，成型机的价格较高，运行制作的成本高等，所以在一定程度上成为该技术的推广普及的瓶颈。从目前国内外RP 技术的研究和应用状况来看，快速成型技术的进一步研究和开发的方向主要表现在以下几个方面：

（1）大力改善现行快速成型制作机的制作精度、可靠性和制作能力，提高生产效率，缩短制作周期。尤其是提高成型件的表面质量、力学和物理性能，为进一步进行模具加工和功能试验提供平台。

（2）开发性能更好的快速成型材料。材料的性能既要利于原型加工，又要具有较好的后续加工性能，还要满足对强度和刚度等不同的要求。

（3）提高RP 系统的加工速度和开拓并行制造的工艺方法。目前即使是最快的快速成型机也难以完成象注塑和压铸成型的快速大批量生产。

（4）RPM 与CAD、CAM、CAPP、CAE 以及高精度自动测量、逆向工程的集成一体化。该项技术可以大大提高新产品的第一次投入市场就十分成功的可能性，也可以快速实现反求工程。

（5）研制新的快速成型方法和工艺。除了目前SLA、LOM、SLS、FDM 外，直接金属成型工艺将是以后的发展焦点。

二、几种常见RP工艺

1、FDM，丝状材料选择性熔覆（Fused Deposition Modeling）快速原型工艺是一种不依靠激光作为成型能源、而将各种丝材（如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等）加热熔化进而堆积成型方法，简称FDM。

2、SLA，光敏树脂选择性固化是采用立体雕刻（Stereolithography）原理的一种工艺，简称SLA，是最早出现的一种快速成型技术。

3、SLS，粉末材料选择性烧结（Selected Laser Sintering）是一种快速原型工艺，简称SLS。粉末材料选择性烧结采用二氧化碳激光器对粉末材料（塑料粉等与粘结剂的混合粉）进行选择性烧结，是一种由离散点一层层堆集成三维实体的快速成型方法。

4、LOM，箔材叠层实体制作（Laminated Object Manufacturing）快速原型技术是薄片材料叠加工艺，简称LOM。箔材叠层实体制作是根据三维CAD模型每个截面的轮廓线，在计算机控制下，发出控制激光切割系统的指令，使切割头作X和Y方向的移动，最后叠加成型。

三、RP技术在模具制造中的应用

传统的模具制造方法可分为两种,一种是借助母模翻制模具,另一种就是用数控机床直接制造模具。在新产品开发过程中,减少模具制造所需成本和时间对缩短整个产品开发时间及降低成本是最有效的步骤,快速成型技术的一个飞跃就是进入模具制造领域,其潜力所在正是能降低模具制造成本并减少模具开发时间。将快速成型技术引入模具制造过程后的模具开发制造就是快速模具制造。

快速成型技术在模具制造领域的应用主要是用来制作模具设计制造过程中所用的母模,有时也用快速成型技术直接制造模具。因此可以将基于RP的快速模具制造分为两类，即：直接制模法和间接制模法。（这里就不一一阐述了）

利用RP 技术发展快速模具制造技术还存在以下主要问题需要解决或者说需要进一步提高。

(1)表面质量如何满足模具的要求,否则无法承受如注射成型这样的高压。分层制造法不可避免会产生台阶,斜面时更严重,后处理是目前通用的作法。

(2)尺寸精度如何满足模具制造的要求,尤其是制造较大模具时,尺寸更不稳定。

(3)用作母模时的强度,耐热和耐腐蚀性,形状和尺寸的时效问题。

(4)塑料或树脂类模具的导热性很差，导热差虽然带来了可用较低注射压力的好处,但生产周期太长也必须考虑。

(5)多数所谓金属模具都需要最后渗铜,这就造成这种金属模具的使用温度不可太高,可能超过500 ℃就不行了。

(6)使用寿命的进一步延长和使用成本的进一步降低。

(7)目前所能制造的模具的体积都很小,怎样制造大型模具?

(8)受不可缺少的后处理工序的限制,目前还不能制造具有很小细节特征的模具,尤其是具有内凹形状的模具。

(9)目前快速成型方法所能成型的材料种类及其有限,需要开发新型材料。

第五篇：3D打印快速成型技术及其应用

3D打印快速成型技术及其应用

3D打印快速成型技术及其应用

摘要：本文介绍了3D打印技术的基本原理及其制造流程。通过一些实例说明了3D打印的应用主要是说明在现代军事方面的应用。

一．引言

3D打印（3D PRINTING）即3D打印技术，又3D打印制造是20世纪80年代才兴起的一门新兴的技术，是21世纪制造业最具影响的技术之一。随着计算机与网络技术的发展，信息高速公路加快了科技传播的速度，产品的生命周期越来越短，企业之间的竞争不再只是质量和成本上的竞争，而更重要的是产品上市时间的竞争。因此，通过计算机仿真和3D打印增加产品的信息量，以便更快的完成设计及其制造过程，将产品设计和制造过程的时间周期尽量缩短，防止投产后发现问题造成不可挽回的损失。

3D打印技术是由CAD模型直接驱动的快速制造复杂形状的三维实体的技术总称。简单的讲，3D打印制造技术就是快速制造新产品首版样件的技术，它可以在没有任何刀具、模具及工装夹具的情况下，快速直接的实现零件的单件生产。该技术突破了制造业的传统模式，特别适合于新产品的开发、单件或少批量产品试制等。它是机械工程、计算机CAD、电子技术、数控技术、激光 技术、材料科学等多学科相互渗透与交叉的产物。它可快速，准确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或零件，以便进行快速评估，修改及功能测试，从而大大缩短产品的研制周期，减少开发费用，加快新产品推向市场的进程。

自从美国3D公司在1987年推出世界上

3D打印快速成型技术及其应用

二．3D打印技术的简介

2.1 3D打印系统的工作原理和制造工艺

3D打印技术是一种逐层制造技术，它采用离散/堆积成型原理，其过程是：先得到所需零件的计算机三维曲面或实体模型；然后根据工艺要求，将其按一定厚度进行分层，将原来的三维模型变成二维平面信息，即离散过程；再将分层后的数据进行一定的处理，加入加工参数，产生数控代码；在微机控制下，数控系统以平面加工方式，有序地连续加工出每个薄层，并使它们自动粘接而成型，从而制造出所需产品的实物样件或成品，这就是材料的堆积过程。已知自由曲面CAD模型，如果使用传统的方法和数控机床进行加工，那么复杂的自由曲面，成本高，效率低。近年来，3D打印即广泛的被运用于工业生产中。各种3D打印技术的过程都包括CAD模型建立、生成STL文件格式、3D打印制作、模型分层切片和后置处理五个步骤，其制造过程如图1所示

（1）利用激光固化树脂材料的光造型法（Stereolithography）。光造型装置一直以美国3DSYSTEMS公司的ＳＬＡ型产品独占鳌头,并形成垄断市场。其工作原理如下：由激光器发出的紫外光,经光学系统汇集成一支细光束,该光束在计算机控制下有选择的扫描液体光敏树脂表面,利用光敏树脂遇紫外光凝固的机理,一层一层固化光敏树脂,每固化一层后,工作台下降一精确距离,并按新一层表面几何信息使激光扫描器对液面进行扫描,使新一层树脂固化并紧紧粘在前一层已固化的树脂上,如此反复,直至制作生成零件实体模型。激光立体造型制造精度目

3D打印快速成型技术及其应用

前可达±0.1ｍｍ,主要用作为产品提供样品和实验模型。此外,日本的帝人制机开发的SOLIFORM可直接制作注射成型模具和真空注塑模具。

（2）纸张叠层造型法。纸张叠层造型法目前以HELISYS公司开发的LOM装置应用最广。该装置采用专用滚筒纸,由加热辊筒使纸张加热联接,然后用激光将纸切断,待加热辊筒自动离开后,再由激光将纸张裁切成层面要求形状。

（3）熔融造型法熔融造型法（FDM）。以美国STRATASYS公司开发的产品FDM(FUSED DEPOSITION MODELLING)应用最为广泛。工作时,直接由计算机控制。喷头挤出热塑材料并按照层面几何信息逐层由下而上制作出实体模型。ＦＤＭ技术的最大特点是速度快(一般模型仅需几小时即可成型)、无污染,在原型开发和精铸蜡模等方面得到广泛应用。FDM生产可选成型材料种类较多，原材料费用低，因而的到广泛的应用。但是FDM也有其固有的缺点。精度低，热融制造中很难控制精度，难以制造结构复杂的构件，且材料的制造是处于熔点附近，因而构件的强度小，也不适合制造大型的制件，这些特点都限制了FDM的应用范围。

（4）热可塑造型法（SLS）。以DTM公司开发的选择性激光烧结即SLS(SELECTIVE LASER SINTERING)应用较多。该方法是用CO2激光熔融烧结树脂粉末的方式制作样件。工作时,由CO2激光器发出的光束在计算机控制下,根据几何形体各层横截面的几何信息对材料粉末进行扫描,激光扫描处粉末熔化并凝固在一起。然后,铺上一层新粉末,再用激光扫描烧结,如此反复,直至制成所需样件。

2.2 3D打印制造的优点

3D打印技术的加工特点:3D打印技术突破了“毛坯→切削→加工品”传统的零件加工模式,开创了不用刀具制作零件的先河,是一种利用的薄层叠加的加工方法。与传统的切削加工方法相比,3D打印加工至少具有以下优点:(1)可迅速制造出具有自由曲面和更为复杂形态的零件,如零件中的凹槽、凸肩和空心部分等，这些利用传统工艺很难加工的,从而大大降低了新产品的开发成本和开发周期。在时间尤其重要的今天，它可以为企业节省大量的研发时间。

3D打印快速成型技术及其应用

(2)它属于非接触加工,不需要切削加工所必需的刀具和夹具,无刀具磨损和切削力影响。只需要一套特定的设备，工序简单，没有传统加工的烦琐的工序。传统的加工中每一个工序都需要机床等复杂加工设备，且加工过程复杂，对操作人员的技术要求很高。

(3)无振动、噪声和切削废料。可以为企业节省宝贵的试制原料，简化生产。传统的制造中由于多是机械制造，噪音较大。且加工时边角料多。造成资源的浪费。

(4)可实现完全自动化生产。操作可以由电脑控制，无需人的过多干预。真正实现了自动化。

(5)加工效率高,能快速制作出产品实体模型及模具。精度高，生产的产品质量好。

(6)3D打印技术在产品开发中的关键作用和重要意义是很明显的，它不受复杂形状的限制，可迅速地将示于计算机屏幕上的设计变为进一步评估的实物。根据原型，可对设计的正确性、造型的合理性、可装配性和干涉性，进行具体的检验。通过原型的检验可使开发产品中的风险减到最底的限度。

三．3D打印技术在军事方面的应用

当前，3D打印技术在军事领域的应用主要是武器装备受损部件的维修和复杂结构件的生产。

3D打印快速成型技术及其应用

3D打印成型技术打印出的手枪及零部件

4．1武器装备受损部件维修

美国国防部曾采用激光近净成型进行受损零件现场维修，以及专用零件的小批量生产。安妮斯顿陆军基地采用激光近净成型成功维修M1艾布拉姆斯坦克的燃气涡轮。美国海军水下作战中心（NUWC）实施了快速制造与维修（RMR)计划，该计划采用选择性激光烧结，直接金属激光烧结、熔融堆积成型以及电子束。4．2武器装备复杂结构件生产

红石兵工厂的美国陆军航空与导弹研究开发与工程中心（AMRDEC）通过立体光刻成型技术、熔融沉积建模、分层制造、激光近净成型、选择性激光烧结等技术，进行设计验证和最优化研究。为了评估人机工程特性与性能，AMEDEC 采用立体光刻成型技术制造导弹控制操纵杆，避免了传统生产设备所需花费的大量时间和设备成本，降低了总生产成本，缩短了开发周期。美国国防部与工业界联合实施了采用类似立体光刻成型的方法合金结构件快速生产的项目，其生产效率比传统的铁合金加工工艺高80%。F-15猎鹰喷气式战斗机铁合金外挂架冀肋备件采用激光3D打印工艺，使零件的需求能够在2个月内得到快速满足，并最大限度保持飞机的可用性。正是由于这些优点，选择性激光烧结工艺被授予2003 年国防制造技术成就奖。使用3D打印技术制造UH-60直升机门把手，相比传统

3D打印快速成型技术及其应用

工艺节省了140万美元，从而验证了3D打印技术在成本方面具有一定优势。除了美国，欧洲宇航防务集团（EADS）的一个科研小组也致力于使用3D打印技术制造飞机的整个机翼。截止2011年3月研究者已使用该技术制造出了飞机起落架的支架和其它飞机零件。

四．结束语

最近两年，3D打印技术概念引起了国内外政府、军方、企业的高度重视，但其实3D打印技术已经发展有30余年。美国著名智库高德纳（Gartner）公司2012《高德纳新兴IT技术显示度周期特别报告》认为，3D打印技术正处于高循环曲线显示度顶点。预计该技术在未来2～5年内到达生产力成熟期。然而，通过分析发现，3D打印技术却很难取代传统制造工艺，在军事领域的应用主要集中在对受损部件的修复、复杂结构部件的生产以及小批量部件生产等方面，与传统制造工艺形成了较好的互补关系。例如，美国计划使用3D打印技术在太空空间站上制造空间站部件备件。因此，未来3D打印技术可能会在武器装备制造、航空航天中的一些特定领域有所应用，但大面积，全方位的替代传统工艺的可能性不大。

3D打印快速成型技术及其应用

参考文献

［1］颜永年，张人佶．快速制造技术的发展道路与发展趋势［J］．电加工与模具，2007，2：25-29 ［2］朱辉杰．融入载人航天精神的Dimension3D打印机———推动中国空间事业的持续发展［J］．CAD/CAM与制造业信息化，2011，8：58 ［3］张德胜．利用太阳能的三维打印线聚光光源和打印方法：中国，102886901A[p]．2013-01-23．