先进制造技术 第3章 快速成形技术

第3章 快速成形技术 章概述 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( 去除成形(Dislodge Forming) ) 添加成形( 添加成形(Additive Forming) ) 受迫成形( 受迫成形(Forced Forming) ) 生长成形( 生长成形(Growth Forming) ) ——快速成形技术属于添加成形，或称离散 堆积成 快速成形技术属于添加成形，或称离散/堆积成 快速成形技术属于添加成形 形

二、快速成形工艺步骤 模型， (1)产品三维模型的构建：CAD模型，扫描方法 )产品三维模型的构建： 模型 扫描方法+ 反求工程。 反求工程。 (2)三维模型的近似处理：三角形网格化近似处 )三维模型的近似处理： 格式文件。 理，STL格式文件。 格式文件 (3)三维模型的分层切片和产生加工路径。 )三维模型的分层切片和产生加工路径。 (4)快速成形加工。 )快速成形加工。 (5)成形零件的后处理。 )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； 简易性：降维制造方法； 快速性： 模型直接驱动； 快速性：CAD模型直接驱动； 模型直接驱动 柔性：无须工装； 柔性：无须工装； 技术的集成性：计算机、数控、激光、 技术的集成性：计算机、数控、激光、新材料等 制造业，材料工程、医学、 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 。

§3.2 快速成形工艺从1988年世界上第一台快速成形机问世以来，快 年世界上第一台快速成形机问世以来， 年世界上第一台快速成形机问世以来 速成形制造技术的工艺方法已有十余种。 速成形制造技术的工艺方法已有十余种。根据成 形原理的不同，快速成形技术可分为两类： 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 基于激光及其他光源的成形技术， 基于激光及其他光源的成形技术 例如： 光刻技术、分层实体制造、选区激光烧结等； 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、 基于喷射的成形技术， 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。 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 共同点：均采用分层累积成形，并根据三维 模型切片后得到的截面轮廓数据， 模型切片后得到的截面轮廓数据，完成每一层的 加工。 加工。

3.2 快速成形工艺一、立体光刻成形 1、原理 、 立体光刻成形(

, ),又 立体光刻成形(SL,Stereolithography),又 ), 称立体印刷、光固化成形等。 称立体印刷、光固化成形等。 Charles W.Hul于1984年获立体光刻美国专利。 年获立体光刻美国专利。 于 年获立体光刻美国专利

立体光刻成形工艺原理

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基本要求低粘度树脂有利于成形中树脂较快流平。 粘度低 低粘度树脂有利于成形中树脂较快流平。 直接影响成形的效率。 固化速度快 直接影响成形的效率。 低收缩性树脂有利于成形出高精度零件。 固化收缩小 低收缩性树脂有利于成形出高精度零件。 以减少后固化收缩和变形。 一次固化程度高 以减少后固化收缩和变形。 以保证后固化过程不产生变形、 湿态强度高 以保证后固化过程不产生变形、膨胀及层间 剥离。 剥离。 溶胀会造成零件尺寸偏大。 溶胀小 溶胀会造成零件尺寸偏大。 毒性小。 毒性小。

②材料种类 自由基光固化树脂 阳离子光固化树脂 混杂型光固化树脂

③材料的收缩变形 固化收缩变形 热胀冷缩：当激光扫描到液体树脂表面时， 热胀冷缩：当激光扫描到液体树脂表面时，由于 温度变化引起的热胀冷缩。 温度变化引起的热胀冷缩。

3、 立体光刻成形工艺特点 、 优势 成形过程自动化程度高，速度快。 成形过程自动化程度高，速度快。 尺寸精度高。 原型件的尺寸精度可以达到或小 尺寸精度高。SL原型件的尺寸精度可以达到或小 于0.1mm。 。 优良的表面质量。 优良的表面质量。 可以制作结构十分复杂、尺寸比较精细的模型。 可以制作结构十分复杂、尺寸比较精细的模型。 对于内部结构复杂、 对于内部结构复杂、一般切削刀具难以进入的模 能轻松地一次成形。 型，能轻松地一次成形。

缺陷 成形过程中伴随着物理和化学变化，制件较易弯曲。需要 成形过程中伴随着物理和化学变化，制件较易弯曲。 专门设计和制造支撑，否则会引起制件变形。 专门设计和制造支撑，否则会引起制件变形。 液态树脂固化后的性能尚不如常用的工业塑料， 液态树脂固化后的性能尚不如常用的工业塑料，脆，易断 工作温度通常不能超过100 ℃。若被湿气侵蚀，还会 若被湿气侵蚀， 裂。工作温度通常不能超过 导致工件膨胀，抗化学腐蚀的能力也不够好。 导致工件膨胀，抗化学腐蚀的能力也不够好。 设备运转及维护成本较高。 设备运转及维护成本较高。 使用的材料种类较少。 使用的材料种类较少。目前可用的材料主要为感光性的液

态树脂材料，并且在大多数情况下， 态树脂材料，并且在大多数情况下，不能进行抗力和热量 的测试。 的测试。 液态树脂有一定的气味和毒性，并且需要避光保护， 液态树脂有一定的气味和毒性，并且需要避光保护，以防 止提前发生聚合反应。 止提前发生聚合反应。 在很多情况下， 在很多情况下，经快速成形系统光固化后的原型树脂并未 完全被激光固化，为提高模型的使用性能和尺寸稳定性， 完全被激光固化，为提高模型的使用性能和尺寸稳定性， 通常需要二次固化。 通常需要二次固化。

二、选区激光烧结 1、原理 、 选区激光烧结( 选区激光烧结(Selective Laser Sintering, , SLS)又称为选择性激光烧结、粉末材料选择性 )又称为选择性激光烧结、 烧结等。 烧结等。 1989年，由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的 年 C.R.Dechard研制成功。 研制成功。 研制成功