快速原型制造技术讲义..doc

快速原型制造技术 (Rapid Prototyping and Manufacturing) 何谓「原型」(prototype)？ 用来建造未来模型或系统基础的一个初始模型或系统 物体成型方式 去除成型(Dislodge Forming) 从标准工件中除去某些部分而达到设计要求的零部件的形状和尺寸，如车削、铣削、刨削、磨削、切割、钻孔，放电加工、镭射切割、镭射打孔等。 添加成型(Adding Forming) 堆积成型（ Stacking Forming ） 逐步连接原材料顆粒、丝杆、层板等，或者是通过流体(熔体、液体或气体)在指定位置凝固定形达到目的，如连接与焊接、安装、涂层、固化等. 净尺寸成型(Net Forming) 受迫成型(Forced Forming) 利用材料的可成型性(如塑性等)，在特定外围约束(边界约束或外力约束)下将半固化的流体材料挤压成型后再硬化、定形或挤压固体材料而达到要求，如浇注、锻压、冲压粉末冶金、注塑、改性等。 「原型」生产方式 1.利用已有技术按目的要求进行设计、加工，或利用CAD/CAM系统，建立原型的三维模型并加工成实物。 2.利用「逆向工程技术」，即实物样品，原封不动或经过局部修改后得到这个样品的复制品或仿制品。 逆向工程流程图 主要内容 一、什么是快速原型（Rapid Prototyping） 借助电脑辅助设计或由实体逆向方法取得原型或零件几何形状、结构，并以此建立数位化模型，再利用电脑控制的机电集成制造系统，通过逐点、逐面进行材料“三维堆砌”成型，再经过必要处理，使其在外观、強度和性能等方面达到设计要求，达到快速、准确地制造原型或实际零件的方法。根据零件的复杂程度，这个过程一般需要1～7天的时间。换句话说，RP技术是一项快速直接地制造单件零件的技术。 RP系统的基本工作原理： 快速原型技术的原理是：首先将电脑设计出来的三维实体模型数据分为层片模型数据。快速原型的成型机根据这些数据，利用特定的材料，一个薄层一个薄层地创建出实体，每一个薄层都贴合粘结到前一个薄层上，直至完成整个实体的创建。 比如要做一个小圆球，电脑将圆球的实体数据，通过专用的软件，转化成一个一个薄片的数据。第一个薄片是一个点，第二个薄片是一个小圆片，第三个薄片是一个稍大一点的圆片……，一片一片粘在一起，就成了一个圆球。 不同公司制造的RP系统所用的成形材料不同，系统的工作原理也有所不同，但其基本原理都是分层制造、逐层叠加。这种工艺可以形象地叫做增长法或加法。RP系统可以根据零件的形状，每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截面，每个截面数据相当于医学上的一张CT像片；然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体的零件。整个制造过程可以比喻为一个积分的过程。当然，整个过程是在计算机的控制下，由快速成形系统自动完成的。基本原理都是一样的，那就是分层制造、逐层叠加。这种工艺可以形象地叫做增长法或加法。 二、快速原型制造技术的加工制造过程 目前进入应用领域的各种快速原型制造技术采用的成型机理有所不同，但它们的加工制造过程类似，均大致包括以下五个步骤： 1、生产CAD设计模型。首先利用计算机辅助设计（CAD）软件包生成制件的三维实体模型。目前常用的实体造型软件有：Pro/E、UG—Ⅱ、Power Shape等，也可通过反求工程来获得制件的三维描述信息。 2、将三维CAD设计模型转换成STL（STL为RP技术工业标准）格式，在转换过程中，要综合考虑加工精度、加工工作量和文件容量等因素。 3、用预加工软件将STL模型转换成加工文件，即根据制造工艺不同，将STL模型切割成0.01~0.7mm薄片层。在这一过程中，要根据性能要求和尽量减少加工时间的原则选择被加工工件的坐标和加工方向，同时考虑工件加工过程中的支撑。 4、实际加工过程。不同的RP技术，设备和加工原理有所不同，但大多是一层一层地制造。所使用的材料有聚脂材料、纸、粉末陶瓷或粉末金属等。加工过程自动化很高，不用人工干预。 5、后处理工序，包括从机器中取出工件，进行必要的清理和表面处理如：封蜡、涂漆等，以增加外观质量和耐用性，必威体育精装版的后处理加工如：采用高温渗入环氧树脂和静电镀镍等技术可获得表面质量很高的制品。 三、主要的RPM技术 RPM的制造技术、原理和设备类型有多种，但较成熟的和具有影响的主要有以下六种： 1、立体光造型（SLA） 立体光造型是研究最早和较为成熟的一项快速原型制造技术。它是利用液体光敏聚脂材料在紫外光照射下固化的特点而实现三维造型的。 首先将造型平台置于液体聚脂材料液面以下，在紫外光激光器照射下，要成型的部分液体固化在平台上，其余部分保持液体状态，然后将平台下移微小距离，刮平固化表面并涂上第二层液体，激光光源再对第二层实施加工，这种过程