文档介绍：第5章快速原型制造
◆基本要求
了解快速原型制造技术产生的背景及概念;掌握快速原型制造技术的原理及应用。
◆教学内容
背景 RPM 技术的原理 RPM 技术的主要方法 RPM 技术的工艺装备、材料及软件 RPM 技术的应用 RPM 技术的发展趋势
背景
随着全球市场一体化的形成,制造业的竞争十分激烈,产品的开发速度日益成为竞争的主要矛盾。同时,制造业需要满足日益变化的用户需求,又要求制造技术有较强的灵活性,能够以小批量甚至单件生产而不增加产品的成本。因此,产品开发的速度和制造技术的柔性变得十分关键。
快速原型制造技术(Rapid Prototyping Manufacturing)就是在这样的社会背景下产生的。八十年代后期,RPM技术在美国首先产生并商品化。从那时起,RPM技术就一直以离散堆积原理为基础和特征。由于工艺过程无需专用工具,工艺规划步骤简单,总的来说,制造速度比传统方法快的多。
RPM技术涉及CAD技术、数据处理技术、数控技术、测试传感技术、激光技术等多种机械电子技术,材料技术和计算机软件技术,是各种高科技技术的有机综合、交叉应用。
RPM技术的原理
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(1)由CAD软件设计出所需零件的计算机三维曲面或实体模型;
(2)将三维模型沿一定方向(通常为Z向)离散成一系列有序的二维层片****惯称为分层);
(3)根据每层轮廓信息,进行工艺规划,选择加工参数,自动生成数控代码;
(4)成形机制造一系列层片并自动将它们联接起来,得到三维物理实体。
RPM技术的原理
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RPM技术的原理
(1)高度柔性,可以制造任意复杂形状的三维实体;
(2)CAD模型直接驱动,设计制造高度一体化;
(3)成形过程无需专用夹具或工具;
(4)无需人员干预或较少干预,是一种自动化的成形过程;
(5)成形全过程的快速性,适合现代激烈的产品市场;
(6)技术的高度集成性,既是现代科学技术发展的必然产物,也是对它们的综合应用,带有鲜明的高新技术特征。
RPM技术的主要方法
选择性液体固化的原理是:将激光聚集到液态光固化材料(如光固化树脂)表面,令其有规律地固化,由点到线到面,完成一个层面的建造,而后升降移动一个层片厚度的距离,重新覆盖一层液态材料,再建造一个层面,由此层层迭加成为一个三维实体。该方法的典型工艺有立体光刻(SL,Stereo lithography)
2. 选择性层片粘接 采用激光或***对箔材进行切割。首先切割出工艺边框和原型的边缘轮廓线,而后将不属于原型的材料切割成网格状。通过升降平台的移动和箔材的送给可以切割出新的层片并将其与先前的层片粘接在一起,这样层层迭加后得到下一个块状物,最后将不属于原型的材料小块剥除,就获得所需的三维实体。层片添加的典型工艺是分层实体制造LOM,Laminated Object Manufacturing
RPM技术的主要方法
3. 选择性粉末熔结/粘接 对于由粉末铺成密实和平整的层面,有选择地直接或间接将粉末熔化或粘接,形成一个层面,铺粉压实,再熔结或粘接成另一个层面并与原层面熔结或粘接,如此层层叠加为一个三维实体。其典型工艺有选择性激光烧结(SLS,Selective Laser Sintering)和三维印刷(3DP,3D Printing)等。
RPM技术的主要方法
4. 挤压成形 将热熔性材料(ABS、尼龙或蜡)通过加热器熔化,挤压喷出并堆积一个层面,然后将第二个层面用同样的方法建造出来,并与前一个层面熔结在一起,如此层层堆积而获得一个三维实体。其典型工艺为熔融沉积成型(FDM,Fused Deposition Modeling)
RPM技术的主要方法
5. 喷墨印刷 喷墨印刷Ink-Jet Printing是指将固体材料熔融,采用喷墨打印原理(汽泡法和晶体振荡法)将其有序地喷出,一个层面又一个层面地堆积建造而形成一个三维实体。
RPM技术的主要方法