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1、2023/3/19,1,遇不如意事，须恬静忍耐以处之，若有一毫怨尤之意，便生出许多躁扰，不唯累心，亦且累事。夏锡畴,2023/3/19,2,Lecture 8Rapid Prototyping Manufacturing 快速原型制造技术,2023/3/19,3,Content Points/内容要点Fundamental Principle of RPM/（快速原型制造的基本原理）Major Manufacturing Process of RPM/（快速原型制造的主要工艺）Characteristic and Application of RPM/（快速原型制造的特点及应用）,2023/3
2、/19,4,快速原型制造技术（RPM）于20世纪80年代后期产生于美国，又称快速成形制造技术、自由成形制造、直接CAD制造等。,2023/3/19,5,传统加工与快速成型,2023/3/19,6,基本构思：任何三维零件都可看作许多等厚度的二维平面轮廓沿某一坐标方向叠加而成。,1.快速原型制造技术的基本原理,2023/3/19,7,三维模型的离散处理,三维CAD模型转换为STL文件格式,三维CAD模型构造,层截面的制造与逐层堆积,快速原型制造的本质是用材料堆积原理制造三维实体零件。它是将复杂的三维实体模型“切”（Spice）成设定厚度的一系列片层，从而变为简单的二维图形，层层叠加而成。快速原型制
3、造是把计算机辅助设计（CAD）的三维模型输入到快速原型设备上，进行快速原型制造，其基本原理为：,2023/3/19,8,两种方法：在三维CAD设计软件（如Pro/E、UG、SolidWorks、SolidEdge等）中获得描述该零件的CAD文件。通过三维扫描仪实体扫描,1.1三维模型的构造,2023/3/19,9,三维扫描仪,2023/3/19,10,STL（STereo Lithography interface specification）模型是对实体曲面近似处理,即所谓面型化处理,是用平面三角面片近似模型表面。优点是大大地简化了CAD模型的数据格式,从而便于后续的分层处理,1.2三维CA
4、D模型转换为STL文件格式,2023/3/19,11,如Pro/E软件是通过选定弦高值(ch-chord height)作为逼近的精度参数，如下图为一球体,给定的两种ch值所转化的情况。,2023/3/19,12,1.3三维模型的离散处理,通过专用的分层程序将三维实体模型沿高度方向的水平面“切割”成一定厚度的片层.切片层的厚度直接影响零件的表面粗糙度和整个零件的型面精度,一般约在0.1-0.2mm,2023/3/19,13,1.4层截面的制造与逐层堆积,在计算机控制下，快速成型系统中的成型头在X-Y平面内自动按截面轮廓进行层制造，得到一层层截面。每层截面成型后，下一层材料被送至已成型的层面上，
5、进行后一层的成型，并与前一层相粘接，从而一层层的截面累加叠合在一起，形成三维零件。,2023/3/19,14,快速成形过程,三维CAD模型,成形材料按截面轮廓进行分层加工,转换为控制成型机工作的NC代码,各层截面轮廓的几何信息,z方向分层切片,叠加,实体,2023/3/19,15,2.RPM的主要成形工艺,2023/3/19,16,2.1立体光照成形法(SL,Stereolithography),成形材料：液态光敏树脂。液态光敏树脂在一定波长和强度的紫外光(如=325nm)的照射下能迅速发生光聚合反应,分子量急剧增大,材料也就从液态转变成固态。,采用的是将液态光敏树脂固化到特定形状的原理,20
6、23/3/19,17,成型开始时，聚焦后的光斑在液面上按计算机的指令逐点扫描，即逐点固化。当一层扫描完成后，升降台带动平台下降一层高度，已成型的层面上又布满液态树脂，然后再进行下一层的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕。,SLA工作原理,2023/3/19,18,2023/3/19,19,2.2分层实体制造(LOM,Laminated Object Manufacturing),通过逐层激光剪切箔材制造零件的一种技术 成形材料：表面涂覆热熔胶的箔材（如纸、塑料薄膜等）,2023/3/19,20,LOM工作原理,首先在基板上铺上一层箔材，计算机控制CO2激光器按分
7、层信息切出零件截面轮廓，并将多余部分切碎去除；加工完一层后，工作台带动已成形的部分下降，再重新铺上一层箔材，用热压辊热压，使之与下面已成形的工件粘接，再切割出该层形状。如此反复直至所有截面切割完。,2023/3/19,21,2023/3/19,22,2.3选择性激光烧结(SLS,Selected Laser Sintering),SLS是采用CO2激光器对粉末逐层地进行扫描加热，使其达到烧结温度，最后烧结出由粉末制成的立体实型。成形材料：粉末材料（蜡粉、塑料粉、金属粉、陶瓷粉）。,2023/3/19,23,SLS 工作原理,将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用计算机控制CO2激光器有
8、选择地烧结出零件截面，并与下面已成形的部分连接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，再烧结下层截面。,2023/3/19,24,2023/3/19,25,2.4熔丝沉积制造(FDM,Fused Deposition Modeling),利用热塑性细丝在移动头中进行熔化，熔化后的材料在移动的过程中被挤压出来堆积零件。,2023/3/19,26,材料在喷头内被加热熔化。喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出；材料迅速凝固，并与周围的材料凝结。,成形材料：蜡、ABS、尼龙等热塑性材料。以丝状供料。,2023/3/19,27,2023/3/19,28,2023/3/19,29,2
9、.5典型RPM工艺方法比较,2023/3/19,30,3.RPM的特点及应用,2023/3/19,31,高度柔性，可以制造任意复杂形状的三维实体CAD模型直接驱动，设计制造高度一体化成形过程无需专用夹具或工具需人员干预或较少干预，是一种自动化的成形过程,3.1 RPM的特点,2023/3/19,32,3.2 RPM的的应用,2023/3/19,33,模型实例1 轿车车灯,2023/3/19,34,模型实例2 电话机外壳,2023/3/19,35,模型实例3 皮鞋底,2023/3/19,36,2023/3/19,37,模具实例1 手机外壳橡胶模,2023/3/19,38,模具实例2 拐头树脂型复合模,2023/3/19,39,模具实例3 电子产品注射模,2023/3/19,40,（3）模型制造,医学模型,艺术模型,建筑模型,2023/3/19,41,模型制作实例1 CT扫描股骨模型,2023/3/19,42,模型制作实例2 艺术模型,2023/3/19,43,思考与练习：1、试述快速原型的原理。2、简述快速原型的任一种主要成形工艺的原理,
