快速制造技术及其应用资料.ppt

三峡大学 吴海华 副教授 博士后 Email：wusuke1970@163.com Tel一、引言 随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争从过去的单纯质量竞争，发展到要求在全生命周期内的全方位竞争-T（及时快速）、Q（高质量）、C（低成本）、S（优质售后服务）缺一不可。 产品的开发制造速度日益成为竞争的主要矛盾，同时制造业既需要满足日益变化的用户需要，又要求制造技术有较强的灵活性，所以能够以小批量甚至单件生产而不增加产品成本的制造技术变得十分关键。 快速制造技术是一项共性制造技术，应用领域广，其在美国、欧洲、日本已广泛应用于汽车、模具、电子电器、航空航天、造船、医疗卫生等工业领域，并对这些行业起到了显著的推动作用。 在快速制造技术的支持下，国外机电产品已实现“三个三”，即三个星期完成设计、三个月上市、市场寿命为三年。 而我国机电产品的平均开发周期为12～24个月，大大落后于国外产品，我国必须大力发展快速制造技术才能提高国家核心竞争力。 快速制造技术已成为一个争订单、抢市场的利器，成为降低产品开发市场风险的有效手段。 快速制造技术最明显的优势是保证质量的情况下，成本低、周期短。新产品开发中的设计制造问题，可成熟地通过快速制造技术解决，在缩短产品开发周期和节省大量开发费用的同时，避免了产品投放市场初期出现质量问题而影响新产品声誉的情况，这就可使企业集中力量于产品的环保、节能和安全等现代产品设计主题研究。 有大量应用案例表明，快速开发制造系统技术将产品开发周期降为传统方法的 1/5～1/10，开发费用降为 1/3～1/5，它是产品快速开发的利器。 二、快速制造技术(RM) （1）RM技术概念 快速制造(RM--Rapid Manufacturing) 是基于离散-堆积成形原理的先进制造技术的总称。 基本定义为：由产品的三维CAD 模型数据直接驱动，组装(堆积) 材料单元而制造出任意复杂且具有使用功能的零件的科学技术。 （2）RM技术分类 间接快速制造 通过RP 完成工、模具制造，再采用工、模具进行批量生产 直接快速制造 通过RM直接完成功能零件 （3）RM技术主要特点： 产品三维CAD 设计是RM的前提； 无需任何专用工具，产品的设计数据直接驱动RM设备堆积材料而进行成形制造过程； 所完成的是具有使用功能的零件 ； 所完成的功能零件的结构与形状无限制，可以是具有材料梯度、结构梯度和特殊孔隙的复杂形状。 三、快速原型技术 快速原型技术是快速制造大家族中最先产生的制造技术，在此基础上，又出现了快速铸造(RC)、快速模具(RT)和快速生物支架制造等。 1.快速成形原理 快速成型 ( Rapid Prototyping – RP ) 技术是上世纪八十年代后期发展起来的直接根据CAD模型快速生产样件或零件的成套技术总称，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。被认为是近20年来制造领域的一次重大突破。 传统加工 切削加工（车、铣、刨、磨） ΔM＜0（材料去除） 热成型加工（铸造、锻压）ΔM＝0（等量材料） 快速成形 ΔM＞0（材料累加） 2.快速成型工艺过程 3.快速成型技术的特点 直接由CAD 数据制成三维实体 无要传统的刀具、夹具 不受零件结构与形状复杂程度的限制 高度柔性，高度集成化 可进行快速模具制造 成本为传统加工的1/3～1/5 周期缩短为1/5～1/10 4. 快速成型（RP）已发展了十几中工艺方法，其中比较成熟并已商品化的方法主要有： 光固法（SL—Stereolithography） 叠层法（LOM—Laminated Object Manufacturing） 激光选区烧结法（SLS—Selective Laser Sintering） 熔融沉积法（FDM—Fused Deposition Modeling） 三维印刷法（3DP—Three Dimensional Printing） 冰模法（rapid freeze prototyping ） 喷粒法（BPM—Ballistic Particle Manufacturing） 掩模固化法（SGC—Solid Ground Curing） 西安交通大学SPS系列光固化快速成型机 扫描速度：8m/s, 制件精度：±0.1mm 5.中国RP技术研究及商业化概况 在RP样机（87年）商品化6年后，国内西安交大(SLA)、清华大学(FDM)、华中理工大学(LOM)及相关研究机构（93年）开始RP技术的研究 国内各种类型的RP设备商业化： 西安交大推出了基于SLA工艺的系列机型 清华大学推出了基于FDM工艺的系列机型 北京隆源公司推出了基于SLS的系列机型 华中理工推出了基于LOM