【工程材料成型】快速成形技术的应用与发展趋势.ppt

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1、快速制造技术的应用与发展趋势快速制造技术的应用与发展趋势内内 容容一、现代成形科学一、现代成形科学二、快速制造技术的定义与特点二、快速制造技术的定义与特点三、主要的快速制造技术三、主要的快速制造技术四、快速制造技术的应用与发展趋势四、快速制造技术的应用与发展趋势五、快速制造技术与模具工业五、快速制造技术与模具工业一、现代成形科学一、现代成形科学 1.1 1.1 去除成形去除成形1.2 1.2 受迫成形受迫成形1.3 1.3 离散堆积成形离散堆积成形1.4 1.4 生长成形生长成形1.1 去除成形去除成形去除裕量材料而成形去除裕量材料而成形去除裕量材料而成形去除裕量材料而成形1.2 受迫成形受迫

2、成形在型腔约束和限制下成形在型腔约束和限制下成形1.3 离散离散-堆积成形堆积成形材料离散成点、材料离散成点、线、线、面，然后堆积起来而成形面，然后堆积起来而成形1.4 生长成形生长成形细胞繁殖而成形细胞繁殖而成形现现代代成成形形科科学学去除成形去除成形切削加工等切削加工等切削机床切削机床受迫成形受迫成形铸造、锻造等铸造、锻造等液压机等液压机等离散离散-堆积堆积LOM、FDM等等成形设备成形设备仿生成形仿生成形？原原 理理工工 艺艺设设 备备方法论方法论2.1 2.1 离散堆积成形离散堆积成形2.22.2 快速制造技术的定义快速制造技术的定义2.3 2.3 快速制造技术的特点快速制造技术的特点

3、2.4.4 快速制造技术的技术链快速制造技术的技术链2.5.5 快速制造技术大家族快速制造技术大家族二、快速制造技术的定义及特点二、快速制造技术的定义及特点2.1 2.1 离散堆积成形离散堆积成形基于离散基于离散-堆积成形原理，由零件数堆积成形原理，由零件数字模型字模型(CAD(CAD模型模型)直接驱动，可完成直接驱动，可完成仼意复杂形状三维实体零件的技术总仼意复杂形状三维实体零件的技术总称。称。2.2 2.2 快速制造技术定义快速制造技术定义1、数字模型直接驱动；2、任意复杂的三维几何实体；3、通用机器，无需专用夹具和工具；4、最少的或无人干预；5、制造成本与批量大小无关。2.3 2.3 快

4、速制造技术特点快速制造技术特点2.4 2.4 快速制造技术中的技术链快速制造技术中的技术链反求工程CADSTL文件通用层片文件（CLI等）各种RP设备直接分层（CLI、SLC、HPGLCT、MRI等分层接口文件产生NC代码快速制造技术中的数据处理快速制造技术中的数据处理 快速制造过程中的数据处理快速制造过程中的数据处理STL文件的文件的ASCII格式格式 STL文件对对STL文件的分层文件的分层 分层分层 遥测数据卫星重构的地遥测数据卫星重构的地球仪球仪(RP原型原型)三、主要的快速制造技术三、主要的快速制造技术3.1 3.1 快速制造技术的发展历程快速制造技术的发展历程3.2 3.2 快速制

5、造技术的分类快速制造技术的分类3.3 3.3 主要的快速制造技术主要的快速制造技术3.1 3.1 快速制造技术的发展历程快速制造技术的发展历程美国人美国人Dr.Hull 1984Dr.Hull 1984年从紫外灯年从紫外灯固化树脂得到灵感，提出固化树脂得到灵感，提出SLSL工艺工艺以来已达以来已达2626个春秋。个春秋。年代国别工艺名称专利所有人1985美国叠层实体制造LOMM.Feygin1986美国光固化工艺SLC.W.Hull1986美国选区激光烧结SLSC.R.Deckard1992美国熔融沉积制造FDMS.S.Crump3.2 3.2 主要的快速制造技术主要的快速制造技术1 1、立体

6、光刻、立体光刻 SLSL2 2、分层实体制造、分层实体制造 LOM SSMLOM SSM3 3、选区激光烧结、选区激光烧结/熔化熔化 SLS SLMSLS SLM4 4、熔融沉积制造、熔融沉积制造 FDM MEMFDM MEM5 5、无木模铸造、无木模铸造 PCM DSPC(PCM DSPC(壳型铸型）壳型铸型）6 6、激光近净成形制造、激光近净成形制造 LENS DMD LAM SDM DLFLENS DMD LAM SDM DLF7 7、电子束快速制造、电子束快速制造 EBM EBSM EBSFF EBFEBM EBSM EBSFF EBF3 33.3.1 3.3.1 主要的快速制造技术（

7、主要的快速制造技术（SLSL）1.加工平台加工平台 2.支撑支撑 3.PC机机 4.成形零件成形零件 5.激光器激光器 6.振镜振镜 7.刮板刮板 8.升降台升降台立体光刻立体光刻SL技术原理示意图技术原理示意图AURO-450立体光刻技术制造的零件立体光刻技术制造的零件3.3.2 3.3.2 主要的快速制造技术（主要的快速制造技术（LOM LOM SSMSSM）分层实体制造分层实体制造SSM(700SSM(700500500400 400 mm)mm)MEM(450MEM(450300300300 300 mm)mm)M-RPMSM-RPMS多功能设备多功能设备LOM/MEMLOM/MEM设

8、备及零件设备及零件选区激光烧结技术SLS3.3.3 主要的快速制造技术主要的快速制造技术（SLS SLM）SLSSLS零件零件250型双缸摩托车汽缸头型双缸摩托车汽缸头 3.3.4 3.3.4 主要的快速制造技术主要的快速制造技术（MEM FDMMEM FDM）熔融沉积制造熔融沉积制造MEMMEM设备及零件设备及零件MEM-450快速制造技术的应用与发展趋势快速制造技术的应用与发展趋势桌面化设备桌面化设备金属零件直接快速制造金属零件直接快速制造快速制造技术与铸造相结合快速制造技术与铸造相结合快速制造与微纳制造相结合快速制造与微纳制造相结合快速制造与生物医学制造领域相结合快速制造与生物医学制造领

9、域相结合快速便捷的将三维模型转换成实物，极大的激发学生的创新思维提供充分的动手实践机会，培养学生自行解决问题的能力个性化的U盘外壳设计制作设备加工时间约15分钟，零件消耗材料不到5克个性化的验钞笔设计制作设备加工时间约25分钟，零件消耗材料不到10克4.2 4.2 特种性能金属材料关键件特种性能金属材料关键件快速制造快速制造金属零件的直接快速制造是快速成形技术的金属零件的直接快速制造是快速成形技术的发展趋势，其具有如下重要特征：发展趋势，其具有如下重要特征：1 1、成形材料为特种性能金属材料（钛、钨、成形材料为特种性能金属材料（钛、钨及高温合金）及高温合金）2 2、直接得到功能零件、直接得到功

10、能零件 3 3、主要应用于航天、国防、医疗等领域、主要应用于航天、国防、医疗等领域 目前已有目前已有1010多家公司能提供金属零件快速制多家公司能提供金属零件快速制造设备造设备。特种性能金属材料关键件的成形方法主要特种性能金属材料关键件的成形方法主要有以下三种：有以下三种：1.1.激光选区熔化激光选区熔化SLS/SLMSLS/SLM2.2.激光熔覆激光熔覆LENS/DMD/LAM/DLFLENS/DMD/LAM/DLF等等3.3.电子束选区熔化电子束选区熔化EBM/EBSMEBM/EBSMDLMS(Direct Metal Laser Sintering,德国德国EOS公司公司)直接金属激光烧

11、结技术直接金属激光烧结技术SLM(Selective Laser Melting,德国德国F&S/MCP)激光选区熔化技术激光选区熔化技术4.2.1 4.2.1 激光选区熔化技术激光选区熔化技术EOSEOS公司公司直接金属激光烧结直接金属激光烧结特点：特点：（1 1）混合金属粉末在烧结过程中可以混合金属粉末在烧结过程中可以相互弥补收缩相互弥补收缩，使，使最终的收缩率几乎为零；最终的收缩率几乎为零；（2 2）铺粉层厚度可以达到）铺粉层厚度可以达到0.02mm0.02mm，从而大力提高了烧结，从而大力提高了烧结件的表面粗糙度。件的表面粗糙度。F&S/MCP公司SLM 10-30m不锈钢和工具不锈钢

12、和工具钢粉末，完全熔化钢粉末，完全熔化激光熔覆快速制造技术制造的零件激光熔覆快速制造技术制造的零件激光熔敷技术激光熔敷技术(清华清华)同轴送粉喷头同轴送粉喷头清华大学激光加工中心提供清华大学激光加工中心提供针对激光存在的一些问题，提出以针对激光存在的一些问题，提出以电子束电子束代代替替激光束激光束，并充分利用电子束依靠磁偏转线，并充分利用电子束依靠磁偏转线圈进行圈进行扫描成形速度快扫描成形速度快、能量利用率高能量利用率高、无无反射反射、真空成形环境无污染真空成形环境无污染、运行成本低等运行成本低等特点进行特点进行钛合金钛合金等易氧化、难成形金属的直等易氧化、难成形金属的直接快速制造。接快速制造

13、。近年来电子束快速制造技术得到了迅速发展。近年来电子束快速制造技术得到了迅速发展。4.2.3 电子束快速制造技术电子束快速制造技术ArcamArcam公司公司EBMS12EBMS12（a）起落架部件（b）叶轮（c）火箭发动机推进器14080mm（d）钛合金零部件原型175300mm（a）股骨头（316L不锈钢）（d）栅板零件（316L不锈钢）（b）叶轮（c）叶片采用快速原型的离散采用快速原型的离散-堆积成形原理与工艺完堆积成形原理与工艺完成铸型制造的技术与方法称为成铸型制造的技术与方法称为RPRP铸型制造。铸型制造。RPRP铸型制造又可分为铸型制造又可分为间接间接RPRP铸型制造铸型制造和和直

14、接直接RPRP铸型制造铸型制造，前者运用，前者运用RPRP技术所完成的仅是技术所完成的仅是铸型的原型，需经进一步地翻制和转换才能铸型的原型，需经进一步地翻制和转换才能获得用于浇注的铸型，如硅胶型、石膏型和获得用于浇注的铸型，如硅胶型、石膏型和陶瓷型等；后者运用陶瓷型等；后者运用RPRP技术直接完成可供浇技术直接完成可供浇注的铸型，如覆膜砂型、树脂砂型等。注的铸型，如覆膜砂型、树脂砂型等。直接直接RPRP铸型制造铸型制造又可分为又可分为微滴喷射技术微滴喷射技术RPRP铸型铸型制造制造和和激光束激光束RPRP铸型制造铸型制造两大类。两大类。4.3 铸造领域的快速制造铸造领域的快速制造激光束激光束R

15、P铸型制造铸型制造EOSEOS公司的公司的DirectCastDirectCastEOSINT S 750 微滴喷射技术微滴喷射技术RPRP铸型制造铸型制造 清华大学清华大学PCMPCM技术技术北京殷华激光快速成形及模具技术有限北京殷华激光快速成形及模具技术有限公司与清华大学激光快速成形中心联合公司与清华大学激光快速成形中心联合首创的无木模铸造成形技术（首创的无木模铸造成形技术（PCMPCM）首次）首次将快速成形技术应用于传统的树脂砂铸将快速成形技术应用于传统的树脂砂铸造工艺中造工艺中,是一种微滴喷射是一种微滴喷射RPRP铸型制造技铸型制造技术。该技术现为广东佛山峰华公司所推术。该技术现为广东

16、佛山峰华公司所推广。广。PCMPCM工艺示意图，主要针对大中型铸型的制造工艺示意图，主要针对大中型铸型的制造 PCMPCM技术的特点：技术的特点：1 1、制造时间短、制造时间短 2 2、制造成本低、制造成本低 3 3、无需木模、无需木模 4 4、造型材料价廉易得、造型材料价廉易得 5 5、一体化造型、一体化造型 6 6、型、芯同时成形、型、芯同时成形 7 7、无起模斜度、无起模斜度 8 8、易于制造含自由曲面（曲线）的铸型、易于制造含自由曲面（曲线）的铸型 9 9、能制造大型铸型、能制造大型铸型流道宽度仅流道宽度仅8mm8mm的不锈钢叶轮砂芯的不锈钢叶轮砂芯5.1 5.1 产品开模前原型验证产

17、品开模前原型验证5.25.2 小批量零件的制造小批量零件的制造5.3 直接金属模具制造五、快速制造技术与模具工业五、快速制造技术与模具工业5.1 5.1 产品开模前原型验证产品开模前原型验证目前的目前的RP工艺中，工艺中，SLS、LOM工艺制造的薄壁件强度工艺制造的薄壁件强度太低，太低，SL工艺成本太贵，工艺成本太贵，MEM工艺具有成形材料价格工艺具有成形材料价格低廉低廉,成形过程无污染成形过程无污染,易于制造较高强度的薄壁件，完易于制造较高强度的薄壁件，完成的原型易于后处理等特点。成的原型易于后处理等特点。产品定型前的原型制作已经成为工业界的一产品定型前的原型制作已经成为工业界的一种普遍认识

18、种普遍认识.原型制作对设备的要求原型制作对设备的要求成形空间合适成形空间合适价格较低价格较低可靠性高可靠性高操作简便甚至无需培训操作简便甚至无需培训材料和运行费便宜材料和运行费便宜 5.2 5.2 小批量零件制造小批量零件制造形状复杂程度批量传统加工RM快速制造与传统加工的快速制造与传统加工的应用范围应用范围 影响快速制造是否被生产实践所采用的因素主要有两个：形状与结构的复杂程度复杂程度和批量大小批量大小。当批量很小时，无论形状复杂程度如何均值得采用RM；当批量大时，仅形状复杂结构的零件才采用RM。采用采用MEMMEM制造的原型制造的原型 消失模铸造得到的铸件消失模铸造得到的铸件与采用激光制作石蜡型的技术与采用激光制作石蜡型的技术(SLS)(SLS)相比，相比，MEMMEM技术在制造周期及成本上均具有优势。技术在制造周期及成本上均具有优势。