[精选]先进制造技术第3章先进制造工艺.pptx

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1、1第第3 3章章 先进制造工艺先进制造工艺u精密洁净铸造技术u精确高效金属塑性成型工艺u高效焊接与切割技术u优质外表改性技术u超高速加工技术u超精密加工技术u非传统加工技术u快速原形制造技术u虚拟成型与加工技术23.1.1 概述概述定定定定义义义义:先先进进制制造造工工艺艺就就是是机机械械工工厂厂普普遍遍能能够够采采用用，具具有有直直接接推推广广价价值值或或广广阔阔应应用用前前景景的的一一系系列列优优质质、高效、低耗、洁净、灵活工艺的总称高效、低耗、洁净、灵活工艺的总称.特点特点特点特点先进制造工艺技术的定义与内容先进制造工艺技术的定义与内容 先进性先进性 实用性实用性前沿性前沿性1 1.先进

2、性先进性先进制造工艺的先进性主要表现在优质、高效、低耗、洁先进制造工艺的先进性主要表现在优质、高效、低耗、洁净、灵活柔性五个方面。净、灵活柔性五个方面。优质：加工制造出的零件或整机质量高，性能好；零部件优质：加工制造出的零件或整机质量高，性能好；零部件尺寸精确，外表光洁，内部组织致密，无缺陷及杂质，使尺寸精确，外表光洁，内部组织致密，无缺陷及杂质，使用性能好；整机的结构、色彩美观宜人，使用寿命和可靠用性能好；整机的结构、色彩美观宜人，使用寿命和可靠性高。性高。高效：生产效率及劳动生产率高，大大降低了操作者的劳高效：生产效率及劳动生产率高，大大降低了操作者的劳动强度。动强度。低耗：节省原材料及能

3、源。低耗：节省原材料及能源。洁净：生产过程不污染环境，零排放或少排放。洁净：生产过程不污染环境，零排放或少排放。灵活：能快速对市场变化及产品设计的更改作出反响，适灵活：能快速对市场变化及产品设计的更改作出反响，适应多品种柔性生产。应多品种柔性生产。32 2.实用性实用性先进制造工艺的实用性主要表现在两个方先进制造工艺的实用性主要表现在两个方面面:一是应用普遍性，它是当今或不久将来机一是应用普遍性，它是当今或不久将来机械工厂量大面广的看家工艺；械工厂量大面广的看家工艺；二是经济适用性，它一般投资不高，且有二是经济适用性，它一般投资不高，且有不同档次，宜于工厂根据本身的条件通过不同档次，宜于工厂根

4、据本身的条件通过技术改造予以采纳。技术改造予以采纳。43 3.前沿性前沿性先进制造工艺的前沿性主要表现在：先进先进制造工艺的前沿性主要表现在：先进制造工艺是高新技术产业化或传统工艺高制造工艺是高新技术产业化或传统工艺高新技术化的结果，它们是制造工艺研究最新技术化的结果，它们是制造工艺研究最为活泼的前沿领域。局部先进制造工艺可为活泼的前沿领域。局部先进制造工艺可能目前应用还不广泛，但是它们代表着某能目前应用还不广泛，但是它们代表着某些开展方向，而且可望会得到越来越广泛些开展方向，而且可望会得到越来越广泛的应用。的应用。制造自动化技术的主要形式制造自动化技术的主要形式制造自动化技术的主要形式制造自

5、动化技术的主要形式5将原材料、半成品加工成为将原材料、半成品加工成为产品的方法和过程。产品的方法和过程。成形工艺成形工艺去除成形去除成形受迫成形受迫成形堆积成形堆积成形生成成形生成成形673.1.1 概述概述先进制造工艺技术的内容先进制造工艺技术的内容 精精精精密密密密、超超超超精精精精密密密密加加加加工工工工技技技技术术术术。它它它它是是是是指指指指对对对对工工工工件件件件外外外外表表表表材材材材料料料料进进进进行行行行去去去去除除除除，使使使使工工工工件件件件的的的的尺尺尺尺寸寸寸寸、外外外外表表表表性性性性能能能能到到到到达达达达产产产产品品品品要要要要求求求求所所所所采采采采取取取取的

6、的的的技技技技术术术术措措措措施施施施。当当当当前前前前，纳纳纳纳米米米米nmnm加加加加工工工工技技技技术术术术代代代代表表表表了了了了制制制制造造造造技技技技术术术术的的的的最最最最高高高高精精精精度度度度水水水水平平平平。超超超超精精精精加加加加工工工工材材材材料料料料由由由由金金金金属属属属扩扩扩扩大大大大到到到到非非非非金金金金属属属属。根根根根据据据据加加加加工工工工的的的的尺尺尺尺寸寸寸寸精精精精度度度度和和和和外外外外表表表表粗粗粗粗糙糙糙糙度度度度，可可可可大大大大致致致致分分分分为为为为三三三三个个个个不不不不同同同同的档次，如表的档次，如表的档次，如表的档次，如表3-13

7、-1所示。所示。所示。所示。表表3-1 3-1 精密加工的尺寸精度和外表粗糙度精密加工的尺寸精度和外表粗糙度尺寸精度尺寸精度/m/m外表粗糙度外表粗糙度/m/m精密加工精密加工3 30.30.30.30.30.030.03超精密加工亚微米加工超精密加工亚微米加工0.30.30.030.030.30.30.0050.005纳米加工纳米加工0.030.030.0050.00583.1.1 概述概述精精精精密密密密成成成成形形形形制制制制造造造造技技技技术术术术。它它它它是是是是指指指指工工工工件件件件成成成成形形形形后后后后只只只只需需需需少少少少量量量量加加加加工工工工或或或或无无无无须须须须加

8、加加加工工工工就就就就可可可可用用用用作作作作零零零零件件件件的的的的成成成成形形形形技技技技术术术术。它它它它是是是是多多多多种种种种高高高高新新新新技技技技术术术术与与与与传传传传统统统统的的的的毛毛毛毛坯坯坯坯成成成成形形形形技技技技术术术术融融融融为为为为一一一一体体体体的的的的综综综综合合合合技技技技术术术术。它它它它正正正正在在在在从从从从近近近近净净净净成成成成形形形形工工工工艺艺艺艺Near Near Net Net Shape Shape ProcessProcess向向向向净净净净成成成成形形形形工工工工艺艺艺艺Net Net Shape ProcessShape Proc

9、ess的方向开展。的方向开展。的方向开展。的方向开展。特特特特种种种种加加加加工工工工技技技技术术术术。它它它它是是是是指指指指那那那那些些些些不不不不属属属属于于于于常常常常规规规规加加加加工工工工范范范范畴畴畴畴的的的的加加加加工工工工。例例例例如如如如，高高高高能能能能束束束束流流流流电电电电子子子子束束束束、离离离离子子子子束束束束、激激激激光光光光束束束束加加加加工工工工、电电电电加加加加工工工工电电电电解解解解和和和和电电电电火火火火花花花花加加加加工工工工、超超超超声声声声波波波波加加加加工工工工、高高高高压压压压水水水水射射射射流流流流加加加加工工工工以及多种能源的组合加工。以

10、及多种能源的组合加工。以及多种能源的组合加工。以及多种能源的组合加工。外外外外表表表表工工工工程程程程技技技技术术术术。它它它它是是是是指指指指采采采采用用用用物物物物理理理理、化化化化学学学学、金金金金属属属属学学学学、高高高高分分分分子子子子化化化化学学学学、电电电电学学学学、光光光光学学学学和和和和机机机机械械械械学学学学等等等等技技技技术术术术及及及及其其其其组组组组合合合合，提提提提高高高高产产产产品品品品外外外外表表表表耐耐耐耐磨磨磨磨、耐耐耐耐蚀蚀蚀蚀、耐耐耐耐热热热热、耐耐耐耐辐辐辐辐射射射射、抗抗抗抗疲疲疲疲劳劳劳劳等等等等性性性性能能能能的的的的各各各各项项项项技技技技术。

11、它主要包括热处理、外表改性、制膜和涂层等技术。术。它主要包括热处理、外表改性、制膜和涂层等技术。术。它主要包括热处理、外表改性、制膜和涂层等技术。术。它主要包括热处理、外表改性、制膜和涂层等技术。先进成形先进成形先进成形先进成形技术技术技术技术9第第3章章 先进制造工艺先进制造工艺Advanced Manufacturing Process课程课程“先进制造技术先进制造技术3.1 先进成形先进成形技术技术Advanced Forminging Technology特种铸造特种铸造特种铸造特种铸造104 43 3 压力铸造压力铸造 压力铸造是在专用设备压铸机上进行的一种铸造。即在高速、高压下将熔

12、融的金属液压入金属铸型，使它在压力下凝固获得铸件的方法。12压铸工艺过程压铸工艺过程13压力铸造的特点及应用压力铸造的特点及应用特点比较：特点比较：1 投入费用压力铸造投入费用大投入费用压力铸造投入费用大2 工件质量压力铸造工件质量高工件质量压力铸造工件质量高3 加工效率压力铸造效率高加工效率压力铸造效率高4 灵活性准备铸型的时间是一样的灵活性准备铸型的时间是一样的5 劳动强度和条件压力铸造劳动强度更小，条件更好劳动强度和条件压力铸造劳动强度更小，条件更好精密塑性成型技术精密塑性成型技术144 44 4 低压铸造低压铸造 低低压压铸铸造造是是采采用用较较压压力力铸铸造造低低的的压压力力一一般般

13、为为0.030.07Mpa，将将金金属属液液从从铸铸型型的的底底部部压压入入，并并在压力下凝固获得铸件的方法在压力下凝固获得铸件的方法带保温炉不带保温炉1-坩埚；坩埚；2-升液管；升液管；3-金属液；金属液；4-进气管；进气管；5-密封盖；密封盖；6-浇道；浇道；7-型腔；型腔；8-铸型铸型164 45 5 熔模铸造熔模铸造 熔模铸造又名熔模铸造又名“失蜡法铸造，是采失蜡法铸造，是采用易熔的蜡质材料制成模型，然后用造型用易熔的蜡质材料制成模型，然后用造型材料将其包覆假设干层，待其枯燥硬化后材料将其包覆假设干层，待其枯燥硬化后将蜡模熔化获得无分型面的壳型，经烘干将蜡模熔化获得无分型面的壳型，经烘

14、干后浇注金属液而获得铸件的铸造方法。后浇注金属液而获得铸件的铸造方法。17蜡模铸造工艺流程：蜡模铸造工艺流程：蜡模制造结壳浇注焙烧脱模18脱蜡和造型脱蜡和造型19熔模铸造的特点及应用熔模铸造的特点及应用熔模铸造的优点：熔模铸造的优点：铸件精度高，外表粗糙度低，质量好，又称精密铸造。铸件精度高，外表粗糙度低，质量好，又称精密铸造。可铸出形状复杂的薄壁铸件。可铸出形状复杂的薄壁铸件。铸造合金种类不受限制，钢铁及非铁合金均可适用。铸造合金种类不受限制，钢铁及非铁合金均可适用。生产批量不受限制，单件、小批、成批、大量生产均可生产批量不受限制，单件、小批、成批、大量生产均可适用。适用。20熔模铸造的缺点

15、：熔模铸造的缺点：工序复杂，生产周期长。工序复杂，生产周期长。原材料价格高，铸件成本高。原材料价格高，铸件成本高。铸件不能太大、太长，否则蜡模易变形，丧失原有精铸件不能太大、太长，否则蜡模易变形，丧失原有精度。度。214 46 6 离心铸造离心铸造 离离心心铸铸造造是是将将金金属属液液浇浇入入高高速速旋旋转转2501500r/min的的铸铸型型中中，并并在在离离心心力力作作用用下下充充型型和和凝凝固固的的铸铸造造方方法法。其其铸铸型型可可以以是是金金属属型型，也也可可以以是是砂砂型型。既既适适合合制制造造中中空空铸铸件件，也也能能用用来来生生产产成形铸件。成形铸件。2325熔模铸造的应用熔模铸

16、造的应用:熔模铸造是一种实现少无切削加工的、先进的精密成形熔模铸造是一种实现少无切削加工的、先进的精密成形工艺，它最适用于工艺，它最适用于25kg25kg以下的高熔点、难以切削加工的以下的高熔点、难以切削加工的合金铸件的成批、大量生产。合金铸件的成批、大量生产。目前主要用于航天飞行器、飞机、汽轮机、泵、汽车、目前主要用于航天飞行器、飞机、汽轮机、泵、汽车、拖拉机和机床上的小型精密铸件和复杂刀具的生产。拖拉机和机床上的小型精密铸件和复杂刀具的生产。压力铸造压力铸造262.1概念概念 压力铸造简称压铸是在高压作用下将液态或半液压力铸造简称压铸是在高压作用下将液态或半液态金属快速压入金属压铸型亦可称

17、为压铸模或压型态金属快速压入金属压铸型亦可称为压铸模或压型中，并在压力下凝固而获得铸件的液态成形方法。中，并在压力下凝固而获得铸件的液态成形方法。金属液在高压下以高速充填压铸型，是压铸区别于其金属液在高压下以高速充填压铸型，是压铸区别于其它铸造工艺方法的重要特征。它铸造工艺方法的重要特征。2、压力铸造压力铸造27 轧轧 制制 轧轧制制最最早早在在16世世纪纪后后期期开开展展起起来来，目目前前约约有有90的的金金属材料涉及轧制工艺。属材料涉及轧制工艺。轧制的基本操作是平板轧制，即简单轧制，轧出来的轧制的基本操作是平板轧制，即简单轧制，轧出来的是平板和薄板。是平板和薄板。平平 板板轧轧 制制薄薄

18、板板平平 板板大锅炉支撑大锅炉支撑反反 应应 容容 器器坦坦 克克 装装 甲甲波音波音747蒙皮蒙皮饮饮 料料 罐罐香香 烟烟 铝铝 箔箔300 mm150 mm100125 mm1.8 mm0.1 mm0.008 mm=6 mm3.1.2 精密塑性成型技术精密塑性成型技术28为减小轧制力，可采取的措施有：为减小轧制力，可采取的措施有：为减小轧制力，可采取的措施有：为减小轧制力，可采取的措施有：1 1）、减小摩擦力；）、减小摩擦力；2 2）、用半径小的轧辊；）、用半径小的轧辊；3 3）、减小轧制时的压下量；）、减小轧制时的压下量；4 4）、提高轧制温度。）、提高轧制温度。29 轧机的轧辊数轧机

19、的轧辊数轧机的轧辊数轧机的轧辊数：轧机有不同的轧辊配置，如：二辊式、三辊式、四轧机有不同的轧辊配置，如：二辊式、三辊式、四辊式、多辊式和串连式等，可以对材料施加前张紧力或辊式、多辊式和串连式等，可以对材料施加前张紧力或后张紧力，以提高工艺可行性或减小轧制力。后张紧力，以提高工艺可行性或减小轧制力。30 热轧和冷轧热轧和冷轧热轧和冷轧热轧和冷轧（按轧制温度分类）按轧制温度分类）热轧热轧热轧热轧是将材料加热到再结晶温度以上进行轧制，热是将材料加热到再结晶温度以上进行轧制，热轧变形抗力小，塑性较差或变形量大，生产效率高，适轧变形抗力小，塑性较差或变形量大，生产效率高，适合轧制较大断面尺寸，塑性较差或

20、变形量较大的材料。合轧制较大断面尺寸，塑性较差或变形量较大的材料。31 冷轧冷轧冷轧冷轧是在室温下对材料进行轧制。与热轧相比，冷是在室温下对材料进行轧制。与热轧相比，冷轧产品尺寸精度高，外表光洁，机械强度高。冷轧变形轧产品尺寸精度高，外表光洁，机械强度高。冷轧变形抗力大，适于轧制塑性好，尺寸小的线材、薄板材等。抗力大，适于轧制塑性好，尺寸小的线材、薄板材等。现代化的连续轧制生产线现代化的连续轧制生产线32 根据轧辊轴线与坯料轴线方向的不同，轧制可分为纵根据轧辊轴线与坯料轴线方向的不同，轧制可分为纵轧、横轧、斜轧、横轧、斜轧和楔横轧。轧和楔横轧。q 轧制的主要工艺类型轧制的主要工艺类型 轧轧轧轧

21、 辊辊辊辊 轴轴轴轴线线线线与与与与坯坯坯坯料料料料轴轴轴轴线方向垂直线方向垂直线方向垂直线方向垂直。工字钢的轧制过程工字钢的轧制过程 纵轧纵轧纵轧纵轧：33 横轧横轧横轧横轧：轧辊轴线与坯料轴线方向平行轧辊轴线与坯料轴线方向平行轧辊轴线与坯料轴线方向平行轧辊轴线与坯料轴线方向平行。横轧与轧件的典型横截面示意图横轧与轧件的典型横截面示意图34 斜轧斜轧斜轧斜轧：轧辊轴线与坯料轴线方向互成一定的角度轧辊轴线与坯料轴线方向互成一定的角度轧辊轴线与坯料轴线方向互成一定的角度轧辊轴线与坯料轴线方向互成一定的角度。35轧制时坯料径向尺寸减小，长度增加轧制时坯料径向尺寸减小，长度增加金属变形过程金属变形过

22、程 楔横轧主要楔横轧主要用于加工阶梯轴、锥形轴等各种对称的零件或毛坯。用于加工阶梯轴、锥形轴等各种对称的零件或毛坯。楔楔楔楔横横横横轧轧轧轧：利利利利用用用用两两两两个个个个外外外外表表表表镶镶镶镶有有有有凸凸凸凸块块块块并并并并作作作作同同同同向向向向旋旋旋旋转转转转的的的的平平平平行行行行轧辊对沿轧辊轴向送进的坯料进行轧制的方法轧辊对沿轧辊轴向送进的坯料进行轧制的方法轧辊对沿轧辊轴向送进的坯料进行轧制的方法轧辊对沿轧辊轴向送进的坯料进行轧制的方法。36连铸连轧技术已经实用化。连铸连轧技术已经实用化。连铸连轧连铸连轧连铸连轧连铸连轧：快速原型制造技术快速原型制造技术快速原型制造技术快速原型制

23、造技术连铸连轧全称连续铸造连续轧制英文：Continue Casting Direct Rolling，简称CCDR，是把液态钢倒入连铸机中轧制出钢坯称为连铸坯，然后不经冷却，在均热炉中保温一定时间后直接进入热连轧机组中轧制成型的钢铁轧制工艺。这种工艺巧妙地把铸造和轧制两种工艺结合起来，相比于传统的先铸造出钢坯后经加热炉加热再进行轧制的工艺具有简化工艺、改简化工艺、改善劳动条件、增加金属收得率、节约能源、提高连铸坯质量、善劳动条件、增加金属收得率、节约能源、提高连铸坯质量、便于实现机械化和自动化的优点。便于实现机械化和自动化的优点。3738第第3章章 先进制造工艺先进制造工艺Advanced

24、Manufacturing Process课程课程“先进制造技术先进制造技术3.1.3 快速原型制造技术快速原型制造技术Rapid Prototyping Manufacturing 39快速原型制造技术产生背景快速原型制造技术产生背景 进进进进入入入入2020世世世世纪纪纪纪8080年年年年代代代代，市市市市场场场场需需需需求求求求已已已已由由由由卖卖卖卖方方方方市市市市场场场场转转转转化化化化为为为为买买买买方方方方市市市市场场场场并并并并日日日日趋趋趋趋全全全全球球球球化化化化。产产产产品品品品开开开开发发发发的的的的速速速速度度度度和和和和制制制制造造造造技技技技术术术术的的的的柔柔柔

25、柔性性性性成成成成为赢得竞争的关键问题。为赢得竞争的关键问题。为赢得竞争的关键问题。为赢得竞争的关键问题。3.1.3.1 概述概述计计计计算算算算机机机机技技技技术术术术、CADCAD、材材材材料料料料科科科科学学学学、数数数数控控控控技技技技术术术术、激激激激光光光光技技技技术术术术等等等等的的的的开开开开展展展展与与与与普普普普及及及及为为为为新新新新的的的的制制制制造造造造技技技技术术术术的的的的产产产产生生生生奠奠奠奠定定定定了了了了基基基基础础础础。快快快快速速速速原原原原型型型型制制制制造造造造RPMRPM技技技技术术术术就就就就是是是是在在在在这这这这种种种种社社社社会会会会背背

26、背背景景景景下下下下于于于于2020世世世世纪纪纪纪8080年年年年代代代代后后后后期期期期在在在在 问问问问世世世世，然然然然后后后后又又又又扩扩扩扩展展展展到到到到了了了了 及及及及欧欧欧欧洲洲洲洲，并并并并于于于于2020世世世世纪纪纪纪9090年代初期引入我国。年代初期引入我国。年代初期引入我国。年代初期引入我国。RPMRPM技技技技术术术术将将将将CADCAD与与与与CAMCAM集集集集成成成成于于于于一一一一体体体体，根根根根据据据据在在在在计计计计算算算算机机机机上上上上构构构构造造造造的的的的产产产产品品品品三三三三维维维维模模模模型型型型，能能能能在在在在很很很很短短短短的的

27、的的时时时时间间间间内内内内直直直直接接接接制制制制造造造造出出出出产产产产品品品品的的的的样样样样品品品品，无无无无需需需需使使使使用用用用传传传传统统统统制制制制造造造造中中中中的的的的刀刀刀刀具具具具、夹夹夹夹具具具具和和和和模模模模具具具具，从从从从而而而而缩缩缩缩短短短短了了了了产产产产品品品品开开开开发发发发周周周周期期期期，加加加加快快快快了了了了产产产产品品品品更更更更新新新新换换换换代代代代的的的的速速速速度度度度，降降降降低低低低了了了了企业投资新产品的风险。企业投资新产品的风险。企业投资新产品的风险。企业投资新产品的风险。40市场变化市场变化 客户要求客户要求计算机技术计

28、算机技术材料科学材料科学CAD/CAM 能源科学能源科学RP3.1.3.1 概述概述41RPMRPM技术的基本原理技术的基本原理 物物物物体体体体成型方式成型方式成型方式成型方式RPMRPM技技技技术术术术是是是是由由由由CADCAD模模模模型型型型直直直直接接接接驱驱驱驱动动动动的的的的快快快快速速速速制制制制造造造造任任任任意意意意复复复复杂杂杂杂形形形形状状状状三三三三维维维维实实实实体体体体和和和和技技技技术术术术总总总总称称称称。基基基基本本本本原原原原理理理理：先先先先由由由由三三三三维维维维CADCAD软软软软件件件件设设设设计计计计出出出出所所所所需需需需零零零零件件件件的的的

29、的三三三三维维维维曲曲曲曲面面面面或或或或实实实实体体体体模模模模型型型型；然然然然后后后后根根根根据据据据工工工工艺艺艺艺要要要要求求求求将将将将三三三三维维维维数数数数据据据据模模模模型型型型进进进进行行行行分分分分层层层层切切切切片片片片得得得得到到到到各各各各层层层层截截截截面面面面的的的的轮轮轮轮廓廓廓廓数数数数据据据据，计计计计算算算算机机机机据据据据此此此此信信信信息息息息控控控控制制制制激激激激光光光光束束束束有有有有选选选选择择择择性性性性地地地地切切切切割割割割一一一一层层层层一一一一层层层层的的的的纸纸纸纸，或或或或烧烧烧烧结结结结一一一一层层层层接接接接一一一一层层层层

30、的的的的粉粉粉粉末末末末材材材材料料料料，或或或或固固固固化化化化一一一一层层层层又又又又一一一一层层层层的的的的液液液液态态态态光光光光敏敏敏敏树树树树脂脂脂脂，或或或或用用用用喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴喷喷喷喷射射射射一一一一层层层层又又又又一一一一层层层层的的的的热热热热熔熔熔熔材材材材料料料料或或或或粘粘粘粘合合合合剂剂剂剂，形形形形成成成成一一一一系系系系列列列列具具具具有有有有一一一一个个个个微微微微小小小小厚厚厚厚度度度度的的的的的的的的片片片片状状状状实实实实体体体体；再再再再采采采采用用用用熔熔熔熔结结结结、聚聚聚聚合合合合、粘粘粘粘结结结结等等等等手手手手段段段段使使使使其其其其逐逐

31、逐逐层层层层堆堆堆堆积积积积成成成成一一一一体体体体，从从从从而而而而制制制制造造造造出出出出所所所所设设设设计的新产品样件、模型或模具。计的新产品样件、模型或模具。计的新产品样件、模型或模具。计的新产品样件、模型或模具。3.1.3.1 概述概述去除成型去除成型去除成型去除成型Dislodge FormingDislodge Forming 添加成型添加成型添加成型添加成型Adding FormingAdding Forming 净净净净尺寸成型尺寸成型尺寸成型尺寸成型Net FormingNet Forming 1 1平面分层。这种分层比较简单易行，也最平面分层。这种分层比较简单易行，也最常

32、用，现在的快速成形制造大多采用这种方式。常用，现在的快速成形制造大多采用这种方式。2 2曲面分层。这种分层比较复杂，但形状精曲面分层。这种分层比较复杂，但形状精度较高，有时可减少因层厚产生的度较高，有时可减少因层厚产生的 台阶效应台阶效应。3 3卷绕分层。卷绕分层。4243CONCEPTDESIGNINGDATA COLLECTIONDATAPROCESSINGPROTOTYPINGPARTCAD MODELREVERSE ENGINEERING3.1.3.1 概述概述RPM原理图原理图 443.1.3.1 概述概述RPM原理图原理图 453.1.3.1 概述概述RP工作流程示意图工作流程示意

33、图 3.1.3.1 概述概述快速原型制造技术的快速原型制造技术的基本过程基本过程47目前已有目前已有目前已有目前已有3030多种多种多种多种RPMRPM工艺，具体以下共同特点：工艺，具体以下共同特点：工艺，具体以下共同特点：工艺，具体以下共同特点：制造过程柔性化制造过程柔性化制造过程柔性化制造过程柔性化 ；产品开发快速化产品开发快速化产品开发快速化产品开发快速化 ；采用离散采用离散采用离散采用离散-堆积原理，可以制造任意复杂的三维几何实体；堆积原理，可以制造任意复杂的三维几何实体；堆积原理，可以制造任意复杂的三维几何实体；堆积原理，可以制造任意复杂的三维几何实体；精度分析精度分析精度分析精度分

34、析；造型的分析造型的分析造型的分析造型的分析 ；系列化、模块化分析系列化、模块化分析系列化、模块化分析系列化、模块化分析 制造过程可实现完全数字化制造过程可实现完全数字化制造过程可实现完全数字化制造过程可实现完全数字化 ；材料来源广泛材料来源广泛材料来源广泛材料来源广泛 ；开展的可持续性开展的可持续性开展的可持续性开展的可持续性 RPMRPM的特点的特点3.1.3.1 概述概述48立体光刻立体光刻Stereo Lithography ApparatusStereo Lithography Apparatus，SLASLA立立立立体体体体光光光光刻刻刻刻又又又又称称称称光光光光敏敏敏敏液液液液相

35、相相相固固固固化化化化成成成成形形形形，是是是是由由由由Cahries Cahries HullHull于于于于19841984年年年年提提提提出出出出并并并并获获获获 专专专专利利利利，19881988年年年年 3D 3D SystemsSystems公公公公司司司司推推推推出出出出世世世世界界界界上上上上第第第第一一一一台台台台商商商商品品品品化化化化样样样样机机机机SLA-250SLA-250。它它它它使使使使用用用用液液液液态态态态光光光光敏敏敏敏树树树树脂脂脂脂为为为为成成成成形形形形材材材材料料料料，采采采采用用用用激激激激光光光光器器器器，利利利利用用用用光光光光固固固固化化化化

36、原原原原理理理理一一一一层层层层层层层层扫扫扫扫描描描描液液液液态态态态树树树树脂脂脂脂成成成成形形形形。控控控控制制制制激激激激光光光光束束束束按按按按切切切切片片片片软软软软件件件件截截截截取取取取的的的的层层层层面面面面轮轮轮轮廓廓廓廓信信信信息息息息对对对对液液液液态态态态光光光光敏敏敏敏树树树树脂脂脂脂逐逐逐逐点点点点扫扫扫扫描描描描，被被被被扫扫扫扫描描描描区区区区的的的的液液液液态态态态树树树树脂脂脂脂发发发发生生生生聚聚聚聚合合合合反反反反响响响响形形形形成成成成一一一一薄薄薄薄层层层层的的的的固固固固态态态态实实实实体体体体。一一一一层层层层固固固固化化化化完完完完毕毕毕毕后

37、后后后，工工工工作作作作台台台台下下下下移移移移一一一一个个个个切切切切片片片片厚厚厚厚度度度度，使使使使新新新新一一一一层层层层液液液液态态态态树树树树脂脂脂脂覆覆覆覆盖盖盖盖在在在在已已已已固固固固化化化化层层层层的的的的上上上上面面面面，再再再再进进进进行行行行第第第第二二二二层层层层固固固固化化化化。重重重重复复复复此此此此过过过过程程程程，并并并并层层层层层层层层相相相相互互互互粘粘粘粘结结结结堆堆堆堆积积积积出出出出一个三维固体制件。一个三维固体制件。一个三维固体制件。一个三维固体制件。成形精度较高，可达成形精度较高，可达成形精度较高，可达成形精度较高，可达0.1mm0.1mm左右

38、的制造精度，制件结构左右的制造精度，制件结构左右的制造精度，制件结构左右的制造精度，制件结构清晰且外表光滑，适合制作结构复杂和精细的制件。成型清晰且外表光滑，适合制作结构复杂和精细的制件。成型清晰且外表光滑，适合制作结构复杂和精细的制件。成型清晰且外表光滑，适合制作结构复杂和精细的制件。成型时间时间时间时间3 35h5h。但制件韧性较差，设备投资较大，需要支撑，。但制件韧性较差，设备投资较大，需要支撑，。但制件韧性较差，设备投资较大，需要支撑，。但制件韧性较差，设备投资较大，需要支撑，液态树脂有一定的毒性。液态树脂有一定的毒性。液态树脂有一定的毒性。液态树脂有一定的毒性。3.1.3.2 典型的

39、典型的RPM工艺方法工艺方法493.1.3.2 典型的典型的RPM工艺方法工艺方法激光快速成型机激光快速成型机SLA250最大加工尺寸最大加工尺寸250mm250mm250mm 产产地品牌：地品牌：3D Systems 可使用材料：可使用材料：SL5220光敏光敏树树脂脂 最小最小层层厚：厚：0.1mm 5051层合实体制造层合实体制造（LOMLOM）层层层层合合合合实实实实体体体体制制制制造造造造Laminated Laminated Object Object ManufacturingManufacturing，LOMLOM又又又又称称称称分分分分层层层层实实实实体体体体造造造造型型型型

40、Slicing Slicing Solid Solid ManufacturingManufacturing，SSMSSM，是是是是 HelisysHelisys公公公公司司司司的的的的Michael Michael FeyginFeygin于于于于19871987年年年年研研研研制制制制成成成成功功功功的的的的，19881988年年年年获获获获得得得得 专专专专利利利利。目目目目前前前前基基基基于于于于LOMLOM的的的的制制制制造造造造工工工工艺艺艺艺已已已已达达达达3030余余余余种种种种之多。之多。之多。之多。3.1.3.2 典型的典型的RPM工艺方法工艺方法工工工工作作作作原原原原理

41、理理理：它它它它以以以以单单单单面面面面事事事事先先先先涂涂涂涂有有有有热热热热溶溶溶溶胶胶胶胶的的的的纸纸纸纸、金金金金属属属属箔箔箔箔、塑塑塑塑料料料料膜膜膜膜、陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷膜膜膜膜等等等等片片片片材材材材为为为为原原原原料料料料，激激激激光光光光按按按按切切切切片片片片软软软软件件件件截截截截取取取取的的的的分分分分层层层层轮轮轮轮廓廓廓廓信信信信息息息息切切切切割割割割工工工工作作作作台台台台上上上上的的的的片片片片材材材材，热热热热压压压压辊辊辊辊热热热热压压压压片片片片材材材材，使使使使之之之之与与与与下下下下面面面面已已已已成成成成形形形形的的的的工工工工件件件件粘粘粘粘接接

42、接接；激激激激光光光光在在在在刚刚刚刚粘粘粘粘接接接接的的的的新新新新层层层层上上上上切切切切割割割割出出出出零零零零件件件件截截截截面面面面轮轮轮轮廓廓廓廓和和和和工工工工件件件件外外外外框框框框，并并并并在在在在截截截截面面面面轮轮轮轮廓廓廓廓与与与与外外外外框框框框之之之之间间间间多多多多余余余余的的的的区区区区域域域域内内内内切切切切割割割割出出出出后后后后处处处处理理理理时时时时便便便便于于于于剥剥剥剥离离离离的的的的网网网网格格格格；激激激激光光光光切切切切割割割割完完完完成成成成一一一一层层层层的截面后的截面后的截面后的截面后，5253工工工工作作作作台台台台带带带带动动动动已已

43、已已成成成成形形形形的的的的工工工工件件件件下下下下降降降降一一一一个个个个片片片片材材材材厚厚厚厚度度度度，与与与与带带带带状状状状片片片片材材材材别别别别离离离离；送送送送料料料料机机机机构构构构转转转转动动动动收收收收料料料料辊辊辊辊和和和和送送送送料料料料辊辊辊辊，带带带带动动动动料料料料带带带带移移移移动动动动，使使使使新新新新层层层层移移移移到到到到加加加加工工工工区区区区域域域域，热热热热压压压压辊辊辊辊热热热热压压压压，工工工工件件件件的的的的层层层层数数数数增增增增加加加加一一一一层层层层，高高高高度度度度增增增增加加加加一一一一个个个个料料料料厚厚厚厚；再再再再在在在在新新

44、新新层层层层上上上上进进进进行行行行激激激激光光光光切切切切割割割割。如如如如此此此此反反反反复复复复直直直直至至至至零零零零件件件件的的的的所所所所有有有有截截截截面面面面粘粘粘粘接接接接、切切切切割割割割完完完完，得得得得到到到到分分分分层层层层制制制制造造造造的的的的实实实实体体体体零件。制造过程完成后，通常还要进行后处理。零件。制造过程完成后，通常还要进行后处理。零件。制造过程完成后，通常还要进行后处理。零件。制造过程完成后，通常还要进行后处理。3.1.3.2 典型的典型的RPM工艺方法工艺方法3.1.3.2 典型的典型的RPM工艺方法工艺方法原型制作完毕，需进行剥离，以便去除废料和支

45、撑结构，有原型制作完毕，需进行剥离，以便去除废料和支撑结构，有时还需进行后固化、修补、打磨、抛光、外表涂覆、外表强时还需进行后固化、修补、打磨、抛光、外表涂覆、外表强化处理等，这些工序统称为后处理。化处理等，这些工序统称为后处理。由于刚制作的原型强度较低，需要通过进一步固化处理，才由于刚制作的原型强度较低，需要通过进一步固化处理，才能到达需要的性能。后固化工序是采用很强的紫外光源使刚能到达需要的性能。后固化工序是采用很强的紫外光源使刚刚成形的原型件充分固化，这一工序可以在紫外烘干箱中进刚成形的原型件充分固化，这一工序可以在紫外烘干箱中进行。固化时间根据制件的尺寸大小、形状和树脂特行。固化时间根

46、据制件的尺寸大小、形状和树脂特性而定，性而定，一般不少于一般不少于30min30min。优优优优点点点点：材材材材料料料料适适适适应应应应性性性性强强强强；只只只只需需需需切切切切割割割割零零零零件件件件轮轮轮轮廓廓廓廓线线线线，成成成成形形形形厚厚厚厚壁壁壁壁零零零零件件件件的的的的速速速速度度度度较较较较快快快快，易易易易于于于于制制制制造造造造大大大大型型型型零零零零件件件件；不不不不需需需需要要要要支支支支撑撑撑撑；工工工工艺艺艺艺过过过过程程程程中中中中不不不不存存存存在在在在材材材材料料料料相相相相变变变变，成成成成形形形形后后后后的的的的成成成成形形形形无无无无内内内内应应应应力

47、力力力，因因因因此此此此不不不不易易易易引引引引起起起起翅翅翅翅曲曲曲曲变变变变形形形形。缺点是层间结合紧密性差。缺点是层间结合紧密性差。缺点是层间结合紧密性差。缺点是层间结合紧密性差。553.1.3.2 典型的典型的RPM工艺方法工艺方法叠层实体制造工艺叠层实体制造工艺系统组成系统组成以下图所示为清华大学企业集团下属的高科技企业生产的以下图所示为清华大学企业集团下属的高科技企业生产的SSM-800SSM-800叠层实叠层实体制造设备。它由工控机体制造设备。它由工控机P586P586及控制系统、卷筒材料送放装置、热压及控制系统、卷筒材料送放装置、热压系统、激光切割系统、可升降工作台、机床本体等

48、组成。系统、激光切割系统、可升降工作台、机床本体等组成。l-Xl-X、Y Y轴；轴；2-2-热压系统；热压系统；3-3-测高装置；测高装置；4-4-收纸辊；收纸辊；5-Z5-Z轴；轴；6-6-送纸辊；送纸辊；7-7-工作平台；工作平台；8-8-激光头激光头LOMLOM应用举例应用举例5758选择性激光烧结（选择性激光烧结（Selective Laser SinteringSelective Laser Sintering，SLSSLS）此此此此方方方方法法法法是是是是由由由由 得得得得克克克克萨萨萨萨斯斯斯斯大大大大学学学学奥奥奥奥斯斯斯斯汀汀汀汀分分分分校校校校的的的的C.C.R.R.Dec

49、hardDechard于于于于19891989年年年年首首首首先先先先研研研研制制制制出出出出来来来来的的的的，同同同同年年年年获获获获 专专专专利利利利。DTMDTM公公公公司司司司19921992年年年年首先推出了首先推出了首先推出了首先推出了SLSSLS商品化产品商品化产品商品化产品商品化产品“烧结站烧结站烧结站烧结站20002000系统。系统。系统。系统。工工工工作作作作原原原原理理理理：采采采采用用用用COCO2 2激激激激光光光光束束束束对对对对粉粉粉粉末末末末状状状状的的的的成成成成形形形形材材材材料料料料进进进进行行行行分分分分层层层层扫扫扫扫描描描描，受受受受到到到到激激激激

50、光光光光束束束束照照照照射射射射的的的的粉粉粉粉末末末末被被被被烧烧烧烧结结结结，而而而而未未未未扫扫扫扫描描描描的的的的区区区区域域域域仍仍仍仍是是是是可可可可对对对对后后后后一一一一层层层层进进进进行行行行支支支支撑撑撑撑的的的的松松松松散散散散粉粉粉粉末末末末。当当当当一一一一层层层层烧烧烧烧结结结结完完完完毕毕毕毕后后后后，工工工工作作作作台台台台下下下下移移移移一一一一个个个个片片片片层层层层厚厚厚厚度度度度，而而而而供供供供粉粉粉粉活活活活塞塞塞塞则则则则相相相相应应应应上上上上移移移移，铺铺铺铺粉粉粉粉滚滚滚滚筒筒筒筒再再再再次次次次将将将将加加加加工工工工平平平平面面面面上上上