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快速成型与快速模具制造技术及其应用 机械工业出版社（第三版） 第一章 概 论 快速成型技术产生的背景—全球制造战略的变迁 全球制造业企业的整体发展战略已经从上世纪60年代“如何做的更多”、70年代“如何做的更便宜”、80年代“如何做的更好”发展到90年代的“如何做的更快”。 第一章 概 论 第一章 概 论 快速成型系统的组成 快速成型系统是下面若干先进技术集成的。 （1）计算机辅助设计(CAD) （2）计算机辅助制造(CAM) （3）计算机数字控制(CNC) （4）激光 （5）精密伺服驱动 （6）新材料 快速成型技术概念 第一章 概 论 快速成型（也称快速原型）制造技术(Rapid Prototyping Manufacturing，RPM 或 RP)，是由CAD数字模型驱动的通过特定材料采用逐层累积方式制作三维物理模型的先进制造技术。 传统打印机—2D 产 品 造 型 产 品 原 型 快速成型 快速成型技术—3D 第一章 概 论 与传统的实现上述用途的方法相比，其显著优势是：制造周期大大缩短（由几周、几个月缩短为若干个小时），成本大大降低。尤其是衍生出来的后续的基于快速原型的快速模具制造技术进一步发挥了快速成型制造技术的优越性，可在短期内迅速推出满足用户需求的一定批量的产品，大幅度降低了新产品开发研制的成本和投资风险，缩短了新产品研制和投放市场的周期，在小批量、多品种、改型快的现代制造模式下具有强劲的发展势头。 快速原型的优势 快速原型的用途 快速成型技术制作的原型（模型）可用于新产品的外观评估、装配检验及功能检验等，作为样件可直接替代机加工或者其他成形工艺制造的单件或小批量的产品，也可用于硅橡胶模具的母模或熔模铸造的消失型等，从而批量地翻制塑料及金属零件。 第一章 概 论 快速成型的制作过程 CAD模型 切片离散 单层制作 逐层累积 由传统的“去除”加工法— 部分去除大于工件的毛坯上的材料来得到工件而改变为全新的“增长”加工法—用一层层的小毛坯逐步叠加成大工件，将复杂的三维加工分解成简单的二维加工的组合。 快速成型技术的主要方法及分类 快速成型技术的特点及优越性 快速成型技术的早期发展 1 2 3 第一章 概 论 快速成型技术的发展趋势 4 1892年，J. E. Blanther在其美国专利中曾建议用叠层的方法来制作地图模型。该方法指出将地形图的轮廓线压印在一系列的蜡片上并沿轮廓线切割蜡片，然后堆叠系列蜡片产生三维地貌图。 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成形技术—“立体平板印刷术”(StereoLithography)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。 1964年，E. E. Zang进一步细化了该方法，建议用透明纸板，且每一块均带有详细的地貌形态标记，制作地貌图。 第一节 快速成型技术的早期发展 快速成型技术的基本原理是基于离散的增长方式成型原型或制品。历史上这种“增长” 制造方式由来已久，其发展根源可以追朔到早期的地形学工艺领域。 第一节 快速成型技术的早期发展 1972年，K. Matsubara提出在上述方法中使用光固化材料，将光敏聚合树脂涂覆到耐火颗粒上形成板层，光线有选择地投射或扫射到这个板层，将规定的部分硬化，没有扫描或没有硬化的部分被某种溶剂溶化，用这种方法形成的薄板层随后不断地堆积在一起形成模型。 1976年，P. L. DiMatteo进一步明确地提出，这种堆积技术能够用来制造用普通机加工设备难以加工的曲面，如螺旋桨、三维凸轮和型腔模具等。在具体实践中，通过铣床加工成形沿高度标识的金属层片，然后通过粘接成叠层状，采用螺栓和带锥度的销钉进行连接加固，制作了型腔模，如图所示。 由DiMatteo制作的型腔模叠层模型 第一节 快速成型技术的早期发展 1977年，W. K. Swainson在他的美国专利中提出，通过选择性的三维光敏聚合物体激光照射直接制造塑料模型工艺，同时Battelle实验室的R. E. Schwerzel也进行了类似的工作。 1979年，日本东京大学T. Nakagawa教授等开始用薄板技术制造出实用的工具，如落料模、成形模和注射模等。其中特别值得一提的是，T. Nakagawa教授提出了注射模中复杂冷却通道的制作可以通过这种方式来得以实现。 1981年，H. Kodama首先提出了一套功能感光聚合物快速成型系统，应用了三种不同的方法制作叠层。 第一