先进制造技术-快速成型1.ppt

先进制造技术 ——快速原型制造技术 概论 快速原型制造技术是20世纪80年代起源于日本，并很快发展到美国和西欧，是近20年来制造技术领域的一次重大突破。 快速原型制造技术是CAD、数控技术、激光技术及材料科学与工程的技术集成，它可以自动、快速地将设计思想物化为具有一定结构和功能的原型或直接制造零部件，从而可以对产品设计进行快速评价、修改，以响应市场需求，提高企业的竞争能力。快速原型制造技术的出现，反映了现代制造技术本身的发展趋势以及激烈的市场竞争对制造技术发展的重大影响。 一、 快速原型制造技术的概念及与其他学科的关系 1.1 快速原型制造技术技术的概念 1.原型 原型（Prototype）是指用来建造未来模型或系统基础的一个初始模型或系统。 美国麻省理工学院K T Ulrich 认为，原型是产品在我们感兴趣的一维或多维空间中的一种表示。换句话说，产品开发人员认为有意义的产品在某个方面的表示，都可以看作是原型，即包括了从概念设计到具有完整功能制品的有形和无形的表示。 2.原型的分类： 分类：物理原性和分析原型 物理原型:是近似或直接为产品的有形实体表示，是实际存在的，可以进行检测和试验，在视觉和触觉上都类似于产品； 分析原型：是产品的无形表示。实际中分析原型没有被制造出来，但它们已仿真、视觉图像、方程或分析结果表示。 在大多数情况下，原型是指物理原型，即物体在三位空间的实物表示。 3.原型的特点： 是能基本代表零部件性质和功能的试验件，从表面质量、色彩等方面可具有零部件的特征，但不具备或不完全具备零部件的概念。 （零部件是最终产品，具有最佳特性、 功能和成本） 4.原型的用途： 原型一般数量少，主要是用于实体观察、分析、试验、校核、 展示、直接使用或间接制造模具。 与二维图纸比较，原型可以对产品设计和开发过程提供许多有价值的资料；在设计部门内部、 其他部门以及市场上的用户之间，原型是交流设计概念的最佳工具。 5.原型的制作： 原型可有两种方法产生： 一是利用已有的知识和技术，按目的要求进行设计、加工、或由设计者利用CAD/CAM系统，通过构想在计算机上建立原型的三维模型并加工成实物； 二是通过反求技术实现，即由用户提供一个实物样品，原封不动或经过局部修改后得到的这个样品的复制品或仿制品。 1.2快速原型与其他学科的关系 1.与CAD/CAM 技术的关系 CAD/CAM技术是快速原型制造技术产生的前提和基础。以前对产品的开发沿用构思——绘图设计——制造原型——模具加工——零件生产的工艺路线。 原型制造是在设计过程结束后进行的，很难在设计的早期阶段发现原型的缺陷或不足。要弥补这些缺陷，就需要重复产品的设计过程，从而大大延长了产品的开发周期，提高了制造成本。 CAD/CAM技术的产生和发展，不仅为设计者提供了简便易行的显示和修改手段，更重要的是，这种方法可以获得完整的，便于重复利用、修改和进一步处理的数据。同时，快速原型制造技术的发展，又促进CAD/CAM技术的发展，如数据交换STL文件、 分层软件等的开发。快速原型制造技术使得CAD/CAM的几何图形实体化，是CAD/CAM 技术的发展。 2.与加工能源技术之间的关系 快速原型制造技术的成型过程采用以激光为主、多种形式的能源。一类是基于激光能量的固化、切割或熔化的方法；另一类是非激光能量堆积成型的方法。 能源的选择必须与所使用的原材料综合考虑，特别是在激光为能源的制造系统中，需考虑到激光束的直径、聚焦、散焦等各种因素。 相比较而言，以激光为能源为工艺，发展早、更完善、应用也更多。 激光具有能量集中、易于控制、光斑小、波长恒定等特点，尤其适合作为快速原型制造技术能源。激光技术的发展促进了快速原型制造技术的产生。从几十毫瓦的He-Cd 激光器到上千瓦的CO2激光器，氖离子激光器等在快速原型制造技术中都有应用。 3.与数控技术之间的关系 数控技术使实现快速原型制造技术的桥梁，而快速原型制造技术也向数控技术提出了新的研究课题。 不同的工艺方法对书刊系统侧要求有所不同，由此需要引入可变参数的数控系统。 如在每次加工一层的掩膜光刻中，控制方式为简单的一轴控制；而在逐层扫描工艺中，数控系统则需要二轴联动，即在X-Y平面内进行加工，Z轴只是在X-Y平面内的加工完成后有规律地调整高度；采用数码累积方式则需要三轴联动或二轴半数控系统。 4.与材料科学与工程之间的关系 快速原型制造技术的关键是材料。 材料是成型工艺可行与否的前提，材料的性质不但影响原型的质量，而且对原型的应用有决定性影响。例如，立体印刷成型工艺采用的特种光敏树脂要具有高的感光灵敏度、确定的感光波段、固化后能适应各种不同用途；层合实体制造工艺采用涂有粘接剂的纸张，要求纸厚胶薄，纸和胶在切割时不碳化。此时，所使用的粘接剂在很大