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快速成形与快速制造技术（RPT）Rapid Prototyping Technology 一、技术背景 20世纪80年代以来，计算机技术、传感技术、材料科学、CAD/CAM、CIMS、激光技术以及结构科学的飞速发展与交叉渗透，为快速原型技术（RPT）的发生和发展奠定了坚实的技术基础。 二、快速成形技术原理 总结：零件的成形方法 什么是 “成形” 去除成形——用分离的方法，把多余材料有序地从基体上分离出去而成形的方法。如机械加工、钳工、电火花加工、激光加工等 受迫成形——利用材料的可成形性，使之在一定约束的条件下（如温度、边界、外力等）成形。如铸造、锻造、粉末冶金等 堆积成形——运用合并与连接的方法，把材料（气、液、固态）有序地堆积起来的成形方法。如焊接、RP 生长成形——利用材料的活性进行成形的方法，如“克隆”生物 快速成形技术的原理 离散－堆积原理 快速成形的基本工艺过程 A Typical RP Process 过程原理 快速原型设备的处理过程 美国F-22战机的钛合金整体式承力框 的。在航空工业上广泛被使用的一种金属是钛，它的密度只有钢铁的一半，强度却远胜于绝大多数合金.1985年，在五角大楼主导下，美国秘密开始了钛合金激光成形技术研究，1992年这项技术才公之于众。（右图为美国F-22战机的钛合金整体式承力框，它曾经是世界上最大的一体式钛合金构件） 快速成型的主要工艺方法 立体印刷（Stereo Lithography Apparatus--SLA） 分层实体制造（Laminated Object Manufacturing--LOM） 选择性激光烧结（Selected Laser Sintering---SLS） 熔融沉积成形（Fused Deposition Modeling--FDM） 三维打印（Three-Dimensional Printing---3D-P） 固基光敏液相法（Solid Ground Curing---SGC） 三、典型快速原型制造工艺 1、立体印刷-SLA Stereo Lithography Apparatus 1984年由Charles Hul发明并获美国专利，1988年美国3D Systems公司推出商品化样机SLA-1，是世界上第一台快速原型成形机 SLA是最早出现且技术上最为成熟的RPT，也称液态光敏树脂选择性固化 SLA的工艺原理 SLA的工艺特点 成型材料 自由基光固化树脂 阳离子光固化树脂 混杂型光固化树脂 SLA的特点 成型方法简单，能直接生产塑料件； 表面粗糙度较低，尺寸精度较高 成型中有相的变化，翘曲变形较大。需要支撑结构 成型速度较低，原材料有污染、气味很大 成本高（树脂和激光器价格昂贵、寿命短） 2、分层实体制造-LOM Laminated Object Manufacturing 由Michael Feygin 于1986年研制成功，美国Helisys 公司推出商品化机器 LOM是采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等，在材料表面事先涂覆上一层热熔胶，加工时用CO2激光器或刀具在计算机控制下进行切割，然后通过热压辊热压，使当前层与下面已成型的工件粘接，从而堆积成型 SLA方法制作的实物模型 LOM工艺原理 LOM工艺演示 LOM工艺特点 成型材料 薄材：如纸、塑料薄膜 热熔胶 涂布工艺 LOM工艺的特点 LOM工艺只需在片材上切割出零件截面的轮廓，而不用扫描整个截面，因此适合大、中型零件的加工 零件尺寸精度较高，工件外框与截面轮廓之间的多余材料在加工中起到了支撑作用，所以翘曲变形小，成型时无需加支撑。但是，材料浪费大，且清除废料困难 LOM方法制作的实物模型 3、选择性激光烧结-SLS Selective Laser Sintering 由美国德州Austin 分校C.R.Dechard 于1989年研制成功，后被美国DTM公司商品化，推出商品化机器 SLS工艺是利用粉末材料（金属或非金属粉末）在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下层层堆积成形 SLS工艺原理 SLS工艺原理 SLS工艺特点 成型材料 蜡粉、聚苯乙烯（PS)、工程塑料（ABS）、聚碳酸酯（PC)、尼龙（PA)、金属粉末、覆膜砂、覆膜陶瓷粉，近年来更多的采用复合粉末，粉粒直径为50～125μm 工艺特点 材料适应面广，不仅能制造塑料制件，还能制造蜡模、陶瓷和金属零件 成型精度一般、能直接制造制件和装配件（轴承整体） 制件翘曲变形相对较小，但对于容易发生变形的地方应设计有支撑结构 实心零件成型时间较长，适合中小零件的生产。 SLS方法制作的实物模型 激光直接烧结金属粉末得到的复杂金属零件 * * * * * 3D打印技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属