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先进制造技术 第3章 快速成形技术2-1.pdf

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第3章快速成形技术 Rapid Prototyping 概述 快速成形工艺 快速成形数据处理 快速成形后处理 快速成形精度分析 快速成形技术应用 快速成形技术进展 §3.1 概述 一. 零件成形方法分类  去除成形 (Dislodge Forming):车、铣、刨、 磨等切削加工  添加成形 (Additive Forming ):快速成形技术  受迫成形 (Forced Forming):铸造、锻造和粉 末冶金  生长成形 (Growth Forming)利用生物材料的 活性进行成形, “克隆”  分层制造三维物体的思想雏形可追溯到4000年前 — 中国出土的漆器,用黏结剂把丝、麻黏结起来 铺敷在底胎(类似RP的基板)上,待漆干后挖去底 胎成形。 ——古埃及人在公元前就已将木材切成板后重新 铺叠。制成像现代胶合板似的叠合材料  1892年,Blanther主张用分层方法制作三维地图 模型。  1979年,东京大学的中川威雄利用分层技术制造 了金属冲裁模、成形模和注塑模。  20世纪70年代末到80年代初,美国3M公司的 Alanj.Hebert(1978年) 、日本的小玉秀男(1980 年) 、美国UVP公司的Charles W.Hull(1982年)和 日本的丸谷洋二(1983年),各自独立地提出了RP 的概念,即利用连续层的选区固化制作三维实体 的新思想。  Charles W.Hull(1986)完成了第一个基于SL的 RP系统,并获得了专利。 二、快速成形工艺步骤  快速成形(Rapid Prototyping,RP)技术是由CAD模 型直接驱动,快速制造任意复杂形状三维物理实体的技术。  快速成形集成了机械、电子、计算机、光学、新材料等领 域中的技术,通过逐层增加材料来制造零件。 (1)产品三维模型的构建:CAD模型,扫描方法+反求工 程。 (2)三维模型的近似处理:三角形网格化近似处理,STL 格式文件。 (3)三维模型的分层切片和产生加工路径。 (4)快速成形加工。 (5)成形零件的后处理。  快速成形技术原理 三、快速成形技术特点  简易性:降维制造方法;  快速性:CAD模型直接驱动;  柔性:无须工装;  技术的集成性:计算机、数控、激光、新材料等  应用领域广泛 :制造业,材料工程、医学、文化 艺术以及建筑工程。 四、快速成形技术不足  零件精度低。  材料种类有限,价格高。  材料力学物理性能低。 §3.2 快速成形工艺  根据成形原理的不同,快速成形技术可分为两类: (1)基于激光及其他光源的成形技术,例如:立 体光刻技术、分层实体制造、选区激光烧结等; (2)基于喷射的成形技术,例如:熔融沉积成形、 三维立体印刷、多相喷射沉积等。  共同点:均采用分层累积成形,并根据三维CAD 模型切片后得到的截面轮廓数据,完成每一层的 加工。  快速成形技术按材料分类 一、立体光刻成形 1、原理  立体光刻成形,又称立体印刷、光固化成形等。 (SL或SLA,Stereolithography apparatus ),  Charles W.Hul于1986年获立体光刻美国专利。 1988年美国3D system公司推出商品化样机SLA- 250 ,这是世界上第一台快速原型成形机。  SL方法是目前RP技术领域中研究得最多和技术 上最成熟的方法。 自由液面式SL原理  工艺约束液面式SL原理 制造数据获取 层 准 备 层固化并堆积 后 处 理 CAD 模型离散 再 涂 层 激光束扫描液面 拆除支撑及清洗  立体光刻成形工艺过程 2 、立体光刻成形材料 ①基本要求  粘度低 低粘度树脂有利于成形中树脂较快流平。
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