第二章快速成型系统课件.ppt

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1、第二章 快速成型系统快速成型系统内容简介：内容简介：液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统 粉末材料选择性烧结快速成型系统粉末材料选择性烧结快速成型系统 薄形材料选择性切割快速成型系统薄形材料选择性切割快速成型系统 丝状材料选择性熔覆快速成型系统丝状材料选择性熔覆快速成型系统 其他快速成型系统其他快速成型系统 主要快速成型系统的比较与选用主要快速成型系统的比较与选用2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.1 SLA快速成型的原理和分类 SLA SLA快速成型技术，又称光固化

2、成型技术；快速成型技术，又称光固化成型技术；英文名称：英文名称：Stereo Lithography Apparatus;Stereo Lithography Apparatus;简称：简称：SLASLA或或SLSL 以光固化树脂为原料，通过计算机控制紫外以光固化树脂为原料，通过计算机控制紫外激光使其凝固成型。激光使其凝固成型。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统u SLA快速成型的原理和分类u SLA快速成型的基本过程及支撑机构u SLA快速成型的成型材料及其选择u SLA快速成型的优缺点u 快速成型机简介u 光

3、固化成型的应用2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.1 SLA快速成型的原理和分类1.SLA1.SLA快速成型的原理快速成型的原理SLASLA成型系统由液槽成型系统由液槽、可升降工作台、可升降工作台、激光器、扫描系统、激光器、扫描系统、和计算机控制系统和计算机控制系统等组成。等组成。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.1 SLA快速成型的原理和分类1.SLA1.SLA快速成型的原理快速成型的原理2.1 液态光固化聚合物选择

4、性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.1 SLA快速成型的原理和分类2.SLA2.SLA快速成型的分类快速成型的分类 按照所用光源的不同，分为：按照所用光源的不同，分为：紫外激光成型紫外激光成型 普通紫外光成型普通紫外光成型 二者的区分是光波的波长不同。二者的区分是光波的波长不同。对于紫外激光，由氦镉激光器产生，波长对于紫外激光，由氦镉激光器产生，波长325nm325nm2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.1 SLA快速成型的原理和分类2.SLA2.

5、SLA快速成型的分类快速成型的分类 也可由氩离子激光器产生，波长也可由氩离子激光器产生，波长365nm365nm对于普通紫外光，为波长为对于普通紫外光，为波长为254nm254nm的低压汞光；的低压汞光；2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.2 SLA快速成型的基本过程及支撑机构1.1.激光固化的基本过程激光固化的基本过程制造数据获取制造数据获取层准备层准备层固化并层固化并层层堆积层层堆积后后 处处 理理CAD模型离散模型离散再涂层再涂层激光束激光束扫描液面扫描液面卸除支撑机构卸除支撑机构清洗零件及其他清洗零

6、件及其他2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.2 SLA快速成型的基本过程及支撑机构1.1.激光固化的基本过程激光固化的基本过程 制造数据的获取制造数据的获取 通常将通常将CAD模型沿某一方向分层切片，从而模型沿某一方向分层切片，从而得到一组薄片信息，包括每一薄片的轮廓信息得到一组薄片信息，包括每一薄片的轮廓信息和实体信息。和实体信息。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.2 SLA快速成型的基本过程及支撑机构1.1.激光固

7、化的基本过程激光固化的基本过程 制造数据的获取制造数据的获取（a a）三维造型）三维造型（b b）数据转换）数据转换2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.2 SLA快速成型的基本过程及支撑机构1.1.激光固化的基本过程激光固化的基本过程 制造数据的获取制造数据的获取（c c）确定摆放位置）确定摆放位置（d d）施加支撑）施加支撑2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.2 SLA快速成型的基本过程及支撑机构1.1.激光固化的基本

8、过程激光固化的基本过程 层准备层准备 在获取了制造数据后，在进行层层堆积成型时，在获取了制造数据后，在进行层层堆积成型时，扫描前每一待固化层液态树脂的准备。扫描前每一待固化层液态树脂的准备。层准备通常是通过层准备通常是通过涂层系统涂层系统来完成。来完成。层准备有两项要求：层准备有两项要求：准备好待固化的一薄层树脂；准备好待固化的一薄层树脂；要求保证液面位置的稳定性和液面的平整性；要求保证液面位置的稳定性和液面的平整性；2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.2 SLA快速成型的基本过程及支撑机构1.1.激光固化

9、的基本过程激光固化的基本过程 层固化层固化 在层准备好了以后，用一定波长的紫外激光按在层准备好了以后，用一定波长的紫外激光按分层所获得的层片信息，以一定的顺序照射树脂分层所获得的层片信息，以一定的顺序照射树脂面使其固化为一个薄层的过程。面使其固化为一个薄层的过程。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.2 SLA快速成型的基本过程及支撑机构1.1.激光固化的基本过程激光固化的基本过程 层层堆积层层堆积 层层堆积实际上是层准备和层固化的不断重复层层堆积实际上是层准备和层固化的不断重复2.1 液态光固化聚合物选择性

10、固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.2 SLA快速成型的基本过程及支撑机构1.1.激光固化的基本过程激光固化的基本过程 后处理后处理 指整个零件成型后对零件进行的辅助处理工艺，指整个零件成型后对零件进行的辅助处理工艺，包括零件的取出、清洗、卸除支撑、磨光、表面包括零件的取出、清洗、卸除支撑、磨光、表面喷涂以及后固化等再处理过程。喷涂以及后固化等再处理过程。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.2 SLA快速成型的基本过程及支撑机构2.2.激光固化快速成

11、型的支撑机构激光固化快速成型的支撑机构 在光固化快速成型中，虽然不需要机械加工在光固化快速成型中，虽然不需要机械加工的工装夹具，但所有的零件在制作过程中都需要的工装夹具，但所有的零件在制作过程中都需要支撑。支撑。可把支撑机构看作是快速成型系统中与原型可把支撑机构看作是快速成型系统中与原型同时制作的工装夹具。同时制作的工装夹具。支撑可以防止零件在加工过程中因收缩变形而支撑可以防止零件在加工过程中因收缩变形而引起的制作失败引起的制作失败,保持原型在制作过程中的稳定性保持原型在制作过程中的稳定性,保证原型在制作时相对于加工系统的精确定位。保证原型在制作时相对于加工系统的精确定位。2.1 液态光固化聚

12、合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.2 SLA快速成型的基本过程及支撑机构2.2.激光固化快速成型的支撑机构激光固化快速成型的支撑机构目前，在目前，在SLASLA中经常使用的几种形式的支撑：中经常使用的几种形式的支撑：角板支撑（斜板支撑）角板支撑（斜板支撑）主要用于支撑悬臂结构部分，主要用于支撑悬臂结构部分，角板的一个臂和垂直面连接，角板的一个臂和垂直面连接，一个臂和悬臂部分连接，为悬臂一个臂和悬臂部分连接，为悬臂面在制作过程中提供支撑，面在制作过程中提供支撑，同时也可约束悬臂部分上翘变形。同时也可约束悬臂部分上翘变形。2.1

13、 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.2 SLA快速成型的基本过程及支撑机构2.2.激光固化快速成型的支撑机构激光固化快速成型的支撑机构目前，在目前，在SLASLA中经常使用的几种形式的支撑：中经常使用的几种形式的支撑：投影特征边支撑（直板支撑）投影特征边支撑（直板支撑）主要用来支撑腿部结构。主要用来支撑腿部结构。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.2 SLA快速成型的基本过程及支撑机构2.2.激光固化快速成型的支撑机构激光固化

14、快速成型的支撑机构目前，在目前，在SLASLA中经常使用的几种形式的支撑：中经常使用的几种形式的支撑：单臂板支撑单臂板支撑这种结构主要是针对那些长条结构特征设计的，这种结构主要是针对那些长条结构特征设计的，其主柱是沿着零件结构特征的中心线，或边的其主柱是沿着零件结构特征的中心线，或边的投影线，其次柱主要是为了加强支撑的稳定性。投影线，其次柱主要是为了加强支撑的稳定性。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.2 SLA快速成型的基本过程及支撑机构2.2.激光固化快速成型的支撑机构激光固化快速成型的支撑机构目前，在

15、目前，在SLASLA中经常使用的几种形式的支撑：中经常使用的几种形式的支撑：臂板结构支撑臂板结构支撑 这种结构的支撑是一些十字交叉的臂结构，它这种结构的支撑是一些十字交叉的臂结构，它主要是为了大的支撑区域提供内部支撑。主要是为了大的支撑区域提供内部支撑。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.2 SLA快速成型的基本过程及支撑机构2.2.激光固化快速成型的支撑机构激光固化快速成型的支撑机构目前，在目前，在SLASLA中经常使用的几种形式的支撑：中经常使用的几种形式的支撑：柱形支撑柱形支撑 柱形支撑主要是为零件中

16、的孤立轮廓或一些柱形支撑主要是为零件中的孤立轮廓或一些小的无支撑结构特征提供支撑。小的无支撑结构特征提供支撑。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.3 SLA快速成型的成型材料及其选择 光固化成型工艺是以光固化树脂为成型材料的，光固化成型工艺是以光固化树脂为成型材料的，成型材料的性能会直接影响成型件的质量。成型材料的性能会直接影响成型件的质量。1.1.对光固化成型材料的要求对光固化成型材料的要求 两个基本条件：能够成型及成形后的形状和两个基本条件：能够成型及成形后的形状和尺寸精度。尺寸精度。成型材料易于固化，

17、成型后具有一定的粘接强度；成型材料易于固化，成型后具有一定的粘接强度；成型材料的粘度不能太高，以保证加工层平整；成型材料的粘度不能太高，以保证加工层平整；成型材料本身的热影响小，收缩应力小；成型材料本身的热影响小，收缩应力小；成型材料对光有一定的透过深度；成型材料对光有一定的透过深度；2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.3 SLA快速成型的成型材料及其选择2.2.光固化成型材料的分类光固化成型材料的分类 自由基光固化树脂自由基光固化树脂 阳离子光固化树脂阳离子光固化树脂 混杂型光固化树脂混杂型光固化树脂 光

18、固化树脂材料中主要包括齐聚物、反应性光固化树脂材料中主要包括齐聚物、反应性稀释剂及光引发剂。稀释剂及光引发剂。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.3 SLA快速成型的成型材料及其选择3.3.光固化成型材料的选择光固化成型材料的选择 目前，目前，Ciba-GeigyCiba-Geigy、DuPontDuPont和和Allied SignalAllied Signal等公司都生产光固化聚合物，其牌号与性能见等公司都生产光固化聚合物，其牌号与性能见表表2-2.2-2.SLA SLA型快速成型系统也采用一些树脂直接

19、制作型快速成型系统也采用一些树脂直接制作模具。这些材料在固化后有较高的硬度、耐磨模具。这些材料在固化后有较高的硬度、耐磨性和制件精度，价格较低。性和制件精度，价格较低。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.4 SLA快速成型的优缺点1.SLA1.SLA快速成型的优点快速成型的优点 可成型任意复杂形状的零件，包括中空零件；可成型任意复杂形状的零件，包括中空零件；零件的成型周期与其复杂成型无关；零件的成型周期与其复杂成型无关；成型精度高；成型精度高；成型过程中高度自动化；成型过程中高度自动化；成型效率高；成型效率

20、高；成型材料的利用率接近成型材料的利用率接近100%100%；成型无需刀具、夹具、工装等生产准备；成型无需刀具、夹具、工装等生产准备；彻底解决了彻底解决了CADCAD造型中看得见、摸不着的问题；造型中看得见、摸不着的问题；2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.4 SLA快速成型的优缺点2.SLA2.SLA快速成型的缺点快速成型的缺点 需要设计支撑机构；需要设计支撑机构；需要对整个截面进行扫描固化；需要对整个截面进行扫描固化；成型过程有物相变化，制件容易翘曲；成型过程有物相变化，制件容易翘曲；产生紫外激光的激光

21、器寿命短、价格昂贵；产生紫外激光的激光器寿命短、价格昂贵；液态光固化聚合物固化后性能尚不如常用液态光固化聚合物固化后性能尚不如常用 的工业塑料；的工业塑料；固化过程容易产生刺激性气体，有污染；固化过程容易产生刺激性气体，有污染；2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.5 快速成型机简介1.1.激光快速成型机的组成激光快速成型机的组成 包括硬件系统和软件系统两大部分；包括硬件系统和软件系统两大部分；硬件系统包括：激光发射系统、扫描系统、硬件系统包括：激光发射系统、扫描系统、计算机控制系统、工作台升降系统、刮涂系统

22、计算机控制系统、工作台升降系统、刮涂系统等；等；软件系统：三维造型软件软件系统：三维造型软件UGUG、PRO/EPRO/E等；等；数据转换与处理软件数据转换与处理软件 Magics RPMagics RP 快速成型监控软件快速成型监控软件 AFSWin AFSWin 2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.5 快速成型机简介2.LPS-6002.LPS-600快速成型机简介快速成型机简介西安交通大学是我国最早西安交通大学是我国最早研制激光快速成型技术的研制激光快速成型技术的单位之一，其开发的单位之一，其开发的L

23、PS-600快速成型机达到国际快速成型机达到国际同类产品水平。但价格同类产品水平。但价格只有进口价格的只有进口价格的1/3 1/4.2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.5 快速成型机简介2.LPS-6002.LPS-600快速成型机简介快速成型机简介采用混合式步进电机，配合细分采用混合式步进电机，配合细分驱动电路，与滚珠丝杠直接联接驱动电路，与滚珠丝杠直接联接实现高分辩率驱动，省去了中间实现高分辩率驱动，省去了中间的齿轮传动级。的齿轮传动级。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择

24、性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.5 快速成型机简介2.LPS-6002.LPS-600快速成型机简介快速成型机简介主要技术参数：主要技术参数：加工尺寸：加工尺寸：600600500 加工精度：加工精度：0.1mm 加工层厚：加工层厚：0.10.3mm 激光器波长：激光器波长：325nm 激光器功率：激光器功率：45mW 32mW 扫描系统：光斑直径：扫描系统：光斑直径：0.2mm 扫描速度，扫描速度，2 0.2m/s 数据格式：数据格式：STL 2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.

25、5 快速成型机简介3.3.其他激光快速成型机简介其他激光快速成型机简介-激光系统：性价比高，维护方便，系激光系统：性价比高，维护方便，系统可靠，速度快，对于各种材料及复统可靠，速度快，对于各种材料及复杂杂的的零件加工稳性高。零件加工稳性高。-双导轨：加工平台刚性好，精度高。双导轨：加工平台刚性好，精度高。-可拆卸托板：操作及清理方便，可适可拆卸托板：操作及清理方便，可适用于不同种类的材料。用于不同种类的材料。-可自动检测激光功率可自动检测激光功率-加工过程可自动控制加工过程可自动控制-动态聚焦动态聚焦上海联泰科技2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系

26、统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.6 光固化成型的应用 自美国自美国3D System公司推出推出第一台商品公司推出推出第一台商品化设备化设备SLA-250以来，光固化成型迅速推广。以来，光固化成型迅速推广。1.1.汽车行业汽车行业2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.6 光固化成型的应用2.2.航空领域航空领域 航空领域中发动机上许多零件是精密铸造的。航空领域中发动机上许多零件是精密铸造的。其母模的制作可用快速成型方法制得；其母模的制作可用快速成型方法制得；2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型

27、系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.6 光固化成型的应用3.3.电器行业电器行业光固化原型的树脂品质，光固化原型的树脂品质，最适合电器塑料外壳的最适合电器塑料外壳的功能要求；功能要求；2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第一章 快速成型系统快速成型系统2.1.6 光固化成型的应用4.4.医疗领域医疗领域人体器官的教学与交流模型、人体器官的教学与交流模型、手术规划与演练模型、手术规划与演练模型、植入体与手术器械开发等；植入体与手术器械开发等；2.2 粉末材料选择性烧结快速成型系统粉末材料选择性烧结快速成

28、型系统第二章 快速成型系统快速成型系统 粉末材料选择性烧结工艺又称为选区激光粉末材料选择性烧结工艺又称为选区激光烧结（烧结（Selective Laser Sintering），简称），简称SLS。由美国得克萨斯大学奥汀分校的由美国得克萨斯大学奥汀分校的C.R.Dechard于于1989年研制成功。年研制成功。该方法已被美国该方法已被美国DTM公司商品化。公司商品化。SLS工艺是利用粉末材料（金属粉末或非工艺是利用粉末材料（金属粉末或非金属粉末）在激光下烧结的原理，在计算机金属粉末）在激光下烧结的原理，在计算机控制下层层堆积成型。控制下层层堆积成型。SLS的原理和的原理和SLA很相似。很相似。

29、2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第二章 快速成型系统快速成型系统2.2.1 SLS快速成型的原理SLSSLS快速成型系统组成：快速成型系统组成：COCO2 2激光器激光器 光学系统光学系统 粉料送进系统粉料送进系统 回收系统回收系统 升降台升降台 工作台工作台 构造室构造室2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第二章 快速成型系统快速成型系统2.2.1 SLS快速成型的原理SLSSLS快速成型过程：快速成型过程：在工作台上用辊筒在工作台上用辊筒铺一层加热至略低于铺一层加热至略低于熔化温度的粉末材料

30、；熔化温度的粉末材料；然后，激光束在计算然后，激光束在计算机的控制下，按照截面机的控制下，按照截面轮廓信息，对实心部分轮廓信息，对实心部分所在的粉末进行扫描，所在的粉末进行扫描，2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第二章 快速成型系统快速成型系统2.2.1 SLS快速成型的原理SLSSLS快速成型过程：快速成型过程：使粉末温度升到熔使粉末温度升到熔化点，于是粉末颗粒化点，于是粉末颗粒交界处溶化，粉末交界处溶化，粉末相互粘结，逐步得到相互粘结，逐步得到本层轮廓。本层轮廓。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成

31、型系统第二章 快速成型系统快速成型系统2.2.1 SLS快速成型的原理SLSSLS快速成型过程：快速成型过程：在非烧结区的粉末在非烧结区的粉末仍呈松散状，作为工件仍呈松散状，作为工件和下一层粉末的支撑。和下一层粉末的支撑。一层成型完成后，工作一层成型完成后，工作台下将一截面层的高度，台下将一截面层的高度，再进行下一层的铺料和再进行下一层的铺料和烧结，如此循环，直至烧结，如此循环，直至完成整个三维模型。完成整个三维模型。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第二章 快速成型系统快速成型系统2.2.1 SLS快速成型的原理 在成型过程中，在成型过程中，

32、未经烧结的粉末对未经烧结的粉末对模型的空腔和悬臂模型的空腔和悬臂部分起着支撑作用。部分起着支撑作用。不必另外生成不必另外生成支撑工艺结构。支撑工艺结构。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第二章 快速成型系统快速成型系统2.2.2 SLS快速成型的基本过程1.1.粉末原料的烧结工艺过程粉末原料的烧结工艺过程 粉末材料选择性烧结工艺的原材料一般为粉末粉末材料选择性烧结工艺的原材料一般为粉末可选用的粉末一般为金属粉末、陶瓷粉末和塑料可选用的粉末一般为金属粉末、陶瓷粉末和塑料粉末等，可分别制造出相应材料的原型或零件。粉末等，可分别制造出相应材料的原型或

33、零件。金属粉末的烧结金属粉末的烧结 金属粉末的原材料经过金属粉末的原材料经过SLSSLS工艺可以烧结成工艺可以烧结成金属原型零件。金属原型零件。CAD模型模型分层切片分层切片激光烧结激光烧结RP原型零件原型零件金属件金属件2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第二章 快速成型系统快速成型系统2.2.2 SLS快速成型的基本过程1.1.粉末原料的烧结工艺过程粉末原料的烧结工艺过程 金属粉末的烧结金属粉末的烧结 单一金属粉末的烧结单一金属粉末的烧结 金属混合粉末的烧结金属混合粉末的烧结 金属粉末与有机黏结剂粉末的混合体烧结。金属粉末与有机黏结剂粉末的混

34、合体烧结。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第二章 快速成型系统快速成型系统2.2.2 SLS快速成型的基本过程1.1.粉末原料的烧结工艺过程粉末原料的烧结工艺过程 陶瓷粉末的烧结陶瓷粉末的烧结 陶瓷材料在进行选择性烧结时需要加入黏结陶瓷材料在进行选择性烧结时需要加入黏结剂，常用的的陶瓷材料有剂，常用的的陶瓷材料有AlAl2 20 03 3和和SiC;SiC;黏结剂主要有无机黏结剂、有机黏结剂和金属黏结剂主要有无机黏结剂、有机黏结剂和金属黏结剂。黏结剂。磷酸二氢氨磷酸二氢氨（NH4H2PO4)甲基丙烯酸甲酯（PMMA)铝粉（Al）2.1 液态光

35、固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第二章 快速成型系统快速成型系统2.2.2 SLS快速成型的基本过程1.1.粉末原料的烧结工艺过程粉末原料的烧结工艺过程 塑料粉末的烧结塑料粉末的烧结 将塑料粉末预热至稍低于其熔点，然后控制将塑料粉末预热至稍低于其熔点，然后控制激光束加热粉末，使其达到烧结温度，从而把激光束加热粉末，使其达到烧结温度，从而把塑料粉末烧结在一起。塑料粉末烧结在一起。塑料粉末烧结为直接激光烧结，烧结好的制塑料粉末烧结为直接激光烧结，烧结好的制件一般不需要后续处理。件一般不需要后续处理。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物

36、选择性固化快速成型系统第二章 快速成型系统快速成型系统2.2.2 SLS快速成型的基本过程2.2.烧结件的后处理烧结件的后处理 粉末材料经过选择性烧结后只是形成了原型粉末材料经过选择性烧结后只是形成了原型或零件的坯体，为了提高其力学性能和热学性能或零件的坯体，为了提高其力学性能和热学性能还需要进行后处理。还需要进行后处理。烧结件的后处理方法有多种：烧结件的后处理方法有多种：高温烧结高温烧结 热等静压烧结热等静压烧结 熔浸熔浸 浸渍浸渍2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第二章 快速成型系统快速成型系统2.2.2 SLS快速成型的基本过程2.2.烧

37、结件的后处理烧结件的后处理 高温烧结高温烧结 金属和陶瓷坯体均可用高温烧结的方法进金属和陶瓷坯体均可用高温烧结的方法进行处理。坯体经高温烧结后，坯体内部孔隙减行处理。坯体经高温烧结后，坯体内部孔隙减少，密度、强度增加，性能也得到改善。少，密度、强度增加，性能也得到改善。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第二章 快速成型系统快速成型系统2.2.2 SLS快速成型的基本过程2.2.烧结件的后处理烧结件的后处理 热等静压热等静压 金属和陶瓷坯体均可采用热等静压进行后金属和陶瓷坯体均可采用热等静压进行后处理。热等静压后处理工艺是通过流体介质将处理。热等

38、静压后处理工艺是通过流体介质将高温和高压同时均匀地作用于坯体表面，消除高温和高压同时均匀地作用于坯体表面，消除其内部气孔，提高密度和强度，并改善其他性其内部气孔，提高密度和强度，并改善其他性能。能。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第二章 快速成型系统快速成型系统2.2.2 SLS快速成型的基本过程2.2.烧结件的后处理烧结件的后处理 溶浸溶浸 溶浸是将金属或陶瓷制件与另一低熔点的溶浸是将金属或陶瓷制件与另一低熔点的金属接触或浸埋在液态金属内，让液态金属金属接触或浸埋在液态金属内，让液态金属填充制件的孔隙，冷却后得到致密的零件。填充制件的孔隙，

39、冷却后得到致密的零件。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第二章 快速成型系统快速成型系统2.2.2 SLS快速成型的基本过程2.2.烧结件的后处理烧结件的后处理 浸渍浸渍 浸渍后处理和溶浸相似，不同的是浸渍将浸渍后处理和溶浸相似，不同的是浸渍将液态非金属物质浸入多孔的选择性激光烧结坯液态非金属物质浸入多孔的选择性激光烧结坯体的孔隙内，经过浸渍后处理的制件尺寸变化体的孔隙内，经过浸渍后处理的制件尺寸变化很小。很小。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第二章 快速成型系统快速成型系统2.2.3 SLS

40、 工艺参数的影响 SLSSLS的工艺参数主要包括铺粉层厚、预热温的工艺参数主要包括铺粉层厚、预热温度、激光功率、光斑直径、扫描速度、扫描方度、激光功率、光斑直径、扫描速度、扫描方向等；向等；激光能量与扫描速度激光能量与扫描速度 预热温度与铺粉层厚预热温度与铺粉层厚2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第二章 快速成型系统快速成型系统2.2.3 SLS快速成型的材料及选择1.1.选择性烧结成型对材料性能的要求选择性烧结成型对材料性能的要求 具有良好的烧结成型性能；具有良好的烧结成型性能；对直接用作功能零件或模具的原型，其对直接用作功能零件或模具的原型

41、，其力学性能和物理性能要满足使用要求；力学性能和物理性能要满足使用要求；当原型间接使用时，要有利于快速、方便当原型间接使用时，要有利于快速、方便的后续处理和加工工艺。的后续处理和加工工艺。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第二章 快速成型系统快速成型系统2.2.3 SLS快速成型的材料及选择2.2.激光烧结成型材料的种类激光烧结成型材料的种类 用于用于SLSSLS工艺的材料是各种粉末，如金属、工艺的材料是各种粉末，如金属、陶瓷、石蜡以及聚合物的粉末，如尼龙粉、聚碳陶瓷、石蜡以及聚合物的粉末，如尼龙粉、聚碳酸酯粉、蜡粉等；酸酯粉、蜡粉等；工程上一

42、般按颗粒的大小来划分颗粒等级。工程上一般按颗粒的大小来划分颗粒等级。SLSSLS工艺采用的粉末粒度一般在工艺采用的粉末粒度一般在5050125um125um。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第二章 快速成型系统快速成型系统2.2.4 SLS快速成型的优缺点 粉末材料选择性烧结和其他快速成型工艺粉末材料选择性烧结和其他快速成型工艺相比，最大的独特性就是能够直接制作金属相比，最大的独特性就是能够直接制作金属制品，同时，该工艺具有如下优点：制品，同时，该工艺具有如下优点：材料范围广，开发前景好材料范围广，开发前景好 制造工艺简单，柔性度高制造工艺简

43、单，柔性度高 精度高，材料利用率高精度高，材料利用率高 料价格便宜，成本低料价格便宜，成本低 应用面广，生产周期短应用面广，生产周期短2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第二章 快速成型系统快速成型系统2.2.4 SLS快速成型的优缺点 随着成型材料的多样化，使得随着成型材料的多样化，使得SLS技术越来技术越来越适合于多种应用领域；越适合于多种应用领域；例如：用蜡做精密铸造蜡模；用热塑性塑料例如：用蜡做精密铸造蜡模；用热塑性塑料做消失模；用陶瓷做铸造型壳、型芯和陶瓷做消失模；用陶瓷做铸造型壳、型芯和陶瓷件；用金属粉末做金属零件等；件；用金属粉末做

44、金属零件等；SLSSLS成型工艺的缺点：能量消耗高，原型表成型工艺的缺点：能量消耗高，原型表面粗糙疏松，对某些材料需要单独处理等；面粗糙疏松，对某些材料需要单独处理等；2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第二章 快速成型系统快速成型系统2.2.5 SLS快速成型的设备 目前，研究选择激光烧结（目前，研究选择激光烧结（SLS)SLS)设备工艺的设备工艺的单位有：美国单位有：美国DTMDTM公司、公司、3D Systems3D Systems公司、德国公司、德国EOSEOS公司，以及国内的华中科技大学、北京隆源公司，以及国内的华中科技大学、北京隆源公

45、司等。公司等。DTM DTM公司于公司于19921992、20192019、和、和20192019年先后推出了年先后推出了Sinterstation 2000Sinterstation 2000、25002500和和2500Plus2500Plus机型。机型。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第二章 快速成型系统快速成型系统2.2.5 SLS快速成型的设备 华中科技大学的华中科技大学的HRPS-AHRPS-A激光粉末烧结系统，激光粉末烧结系统，在选择性激光烧结成型技术方面有自己特点：在选择性激光烧结成型技术方面有自己特点：硬件方面。扫描系统采用

46、国际著名公司的硬件方面。扫描系统采用国际著名公司的振镜式动态聚焦系统，具有振镜式动态聚焦系统，具有高速度高速度和和高精度高精度的的特点；激光器采用美国特点；激光器采用美国C0C02 2激光器，具有稳定性激光器，具有稳定性好，可靠性高，模式好，寿命长，功率稳定等好，可靠性高，模式好，寿命长，功率稳定等特点。特点。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第二章 快速成型系统快速成型系统2.2.5 SLS快速成型的设备 软件方面。独自开发的功能强大的软件方面。独自开发的功能强大的HRPS2019HRPS2019软件，具有易于操作的友好用户界面，开放式的软件

47、，具有易于操作的友好用户界面，开放式的模块化结构、国际标准输入输出接口等；模块化结构、国际标准输入输出接口等；切片模块：具有切片模块：具有HRPS-STLHRPS-STL（基于（基于STLSTL文件）文件）和和HRPS-PDSLiceHRPS-PDSLice（基于直接切片文件）两种模块；（基于直接切片文件）两种模块；数据处理：具有数据处理：具有STLSTL文件识别及重新编码、文件识别及重新编码、容错及数据过滤切片、容错及数据过滤切片、STLSTL文件可视化等；文件可视化等；工艺规划：具有多种材料烧结工艺模块工艺规划：具有多种材料烧结工艺模块 安全监控：设备和烧结过程故障自诊断；安全监控：设备和

48、烧结过程故障自诊断；2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第二章 快速成型系统快速成型系统2.2.5 SLS快速成型的应用1.1.直接制作快速模具直接制作快速模具 SLS SLS工艺可以选择不同的材料粉末制造不同工艺可以选择不同的材料粉末制造不同用途的模具，用用途的模具，用SLSSLS法可直接烧结金属模具和法可直接烧结金属模具和陶瓷模具，用做注塑、压铸、挤塑等塑料成型陶瓷模具，用做注塑、压铸、挤塑等塑料成型模及钣金成型模。模及钣金成型模。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第二章 快速成型系统快速成型

49、系统2.2.5 SLS快速成型的应用2.2.复杂金属零件的快速无模具铸造复杂金属零件的快速无模具铸造 将将SLSSLS激光快速成型技术与精密铸造工艺结合激光快速成型技术与精密铸造工艺结合起来，特别适宜具有复杂形状的金属功能零件起来，特别适宜具有复杂形状的金属功能零件整体制造。整体制造。在新产品试制和零件的单件小批量生产中，在新产品试制和零件的单件小批量生产中，不需要复杂工装及模具，可大大提高制造速度，不需要复杂工装及模具，可大大提高制造速度，并降低制造成本。并降低制造成本。2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第二章 快速成型系统快速成型系统2.2

50、.5 SLS快速成型的应用2.2.复杂金属零件的快速无模具铸造复杂金属零件的快速无模具铸造2.1 液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统液态光固化聚合物选择性固化快速成型系统第二章 快速成型系统快速成型系统2.2.5 SLS快速成型的应用3.3.内燃机进气管模型内燃机进气管模型 采用采用SLSSLS工艺快速制作内燃机进气管模型，工艺快速制作内燃机进气管模型，可以直接与相关零件安装，进行功能验证，可以直接与相关零件安装，进行功能验证，快速检测内燃机运行效果以评价设计的优劣，快速检测内燃机运行效果以评价设计的优劣，然后进行针对性的改进，以达到内燃机进气管然后进行针对性的改进，以达到内燃机进气管产品