第一篇：2013湖工大快速成型與快速模具制造技術及其應用考試重點總結

快速成型工藝基本原理：基于離散堆積原理的累加式成型，從成型原理上提出了一種全新的思維模式，即將計算機上設計的零件三維模型，表面三角化處理，存儲成STL文件格式，對其進行分層處理，得到各層截面的二維輪廓信息，按照這些輪廓信息自動生成加工路徑，在控制系統的控制下，選擇性的固化或燒結或切割一層層的成型材料，形成各個截面輪廓薄片，并逐步順序疊加成三維實體，然后進行實體的后處理，形成原型。

快速成型：1液態（SLA FDM）2粉末粒子(SLS)3薄層材料（LOM）

在SLA系統中，掃描器件采用雙振鏡模塊。設置在激光束的匯聚光路中，由于雙振鏡在光路中前后布置的結構特點，造成掃描軌跡在X軸向的枕形畸形。當掃描到正方形圖形時，掃描軌跡并非一個標準的正方形，而是出現枕形畸形。

激光掃描方式對成型精度的影響：掃描方式與成型工件的內應力有密切關系，合適的掃描方式可以減少零件的收縮量，避免翹曲和扭曲變形，提高成型精度。Z字形掃描方式：順序往復掃描1過程太多，會出現嚴重的拉絲現象；2會產生嚴重的振動和噪聲，降低加工效率；分區往復掃描：提高成型效率，分散收縮應力，減小收縮變形，提高成型精度；跳躍光柵式掃描可分為長光柵和短光柵式掃描：采用短光柵式掃描更能減小扭曲變形；采用跳躍光柵式掃描有效的提高了成型精度，它使得固話區域有更多的冷卻時間，減小了熱應力；對平面零件時采用螺旋式掃描方式，且外向內的掃描方式比內向外的掃描方式加工生產零件精度高.傳統的SLA制造技術：利用激光或者其他光源照射光敏樹脂，使光敏樹脂分子發生光聚合反應形成較大的分子實現樹脂的固化。

單光子吸收光聚合反應SPA：光固化過程中樹脂分子對光能的吸收是以單個光子為單位。雙光子吸收光聚合反應：以雙光子吸收效應代替傳統光固化成型過程中單光子吸收的過程。疊層實體制造技術LOM：（Laminated Object Manufacturing，簡稱LOM）是幾種最成熟的快速成型制造技術之一。它以片材（如紙片、塑料薄膜或復合材料）為原材料，激光切割系統按照計算機提取的橫截面輪廓線數據，將背面涂有熱熔膠的紙用激光切割出工件的內外輪廓。切割完一層后，送料機構將新的一層紙疊加上去，利用熱粘壓裝置將已切割層粘合在一起，然后再進行切割，這樣一層層地切割、粘合，最終成為三維工件。LOM常用材料是紙、金屬箔、塑料膜、膜等，此方法除了可以制造模具、模型外，還可以直接制造結構件或功能件。

選擇性激光燒結SLS：利用粉末狀材料（金屬粉末或者非金屬粉末）在激光照射下燒結的原理，在計算機控制下層層堆積成形的。將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平。基于SLS工藝的金屬零件間接制造工藝過程：分為三個階段；一是SLS原型件（綠件）的制作；二是粉末燒結件（褐件）的制作；三是金屬溶滲后處理

激光功率對選擇性激光燒結工藝強度的影響：隨著激光功率增加，尺寸誤差項正方向增大，并且厚度方向的增大趨勢要比長寬方向的尺寸誤差大；當激光功率增大時，強度也隨著增大，當增大到一定程度時，粉末顆粒完全熔化到固化，強度也隨著有很大的提升；當激光功率過大時會加劇因熔固收縮而導致的制件翹曲變形；

掃描方式的影響：熔融沉積快速成型工藝方法中掃描方式分為：螺旋掃描、偏置掃描、回旋掃描等；通常，偏置掃描成型的輪廓尺寸精度容易保證，回轉掃描路徑生成簡單，但是輪廓精度較差；采用一種復合掃描方式，即外輪廓用偏置，內部應回轉掃描，這樣既提高表面精度，又簡化掃描過程，提高掃描效率。掃描方式與原型的內應力密切相關，合適的掃描方式降低原型內應力的累積，有效防止零件的翹曲變形。

AJS與傳統的FDM的不同之處：1FDM工藝一般采用低熔點絲狀材料，如蠟絲或ABS塑料絲，如果采用高熔點的熱塑性復合材料，或對于一些不易加工成絲材的材料，如EVA材料，就相當困難。2所選的空氣壓縮機可提供1MPA范圍內任何大小的氣壓，能準確控制到使送入加熱室的壓縮氣體壓力恒定。壓力裝置結構簡單，提供的壓力穩定可靠，成本低。3.傳統的FDM有較重的送絲機構為噴頭輸送原料，原理類似于活塞，難免會有由于送絲滾輪的往復運動，導致擠出過程不連續和因振動較大而產生的運動慣性對噴頭定位定位精度的影響。改進后AJS系統由于沒有送絲部分而使噴頭變得輕巧，減小了機構的振動，提高了成型精度

光掩膜法：

光掩膜法的工藝特點：優點：1不需要設計支持結構；2零件的成型速度不受復雜程度的影響，只與體積有關。樹脂瞬時曝光，速度快，整層一次成型，效率高。3精度高，相對精度約在0.1%左右；4最適合制作多件原型，制作過程中可隨意選不同零件的制作次序，一個零件末制作完時，可以先制作另一個零件，再回過頭來繼續做未完成的零件；5模型內應力小，變形小，適合制作大型件；6制作過程在發現錯誤，可以將錯誤層銑去，重新制作此層； 缺點：1樹脂和石蠟的浪費較大，且工序復雜；2設備占地大，噪聲高，維護費用昂貴；3可選材料少，使用材料有毒，且需要密封避光保持；4制作過程，感光過度會使樹脂材料失效；5后處理過程需要除蠟；

快速成型工藝對成型材料性能的總體要求有如下幾個方面：1適應逐層累加方式的快速成型建造模式；2在快速成型建造方式下，能快速實現層內建造及層間連接；3制作的原型具有一定的尺寸精度和尺寸穩定性；4確保原型具有一定力學性能及性能穩定性；5無毒無污染； 混雜型光固化樹脂的優點：1環狀聚合物進行陽離子開環聚合時，體積收縮很小甚至產生膨脹，而自由基體系總有明顯的收縮。混雜型體系可以設計成無收縮的聚合物；2當系統中有堿性雜質時，陽離子聚合的誘導期較長，而自由基聚合的誘導期較短，混雜型體系可以提供誘導期短而聚合速度穩定的聚合系統；3在光照消失后陽離子仍引發聚合，故混雜體系能克服光照消失后自由基迅速失活而使聚合終結的缺點；

光固化成型材料根據工藝和原型使用要求，要求具有粘度低、流平快、固化速度快、固化收縮小、溶脹小、毒性小等性能特點；

對于LOM成型材料的紙材，有以下要求：1抗濕性；（保證紙原料不會因長時間吸水，不會因為過兒產生變形及粘接不牢）2良好的浸濕性（保證良好的涂膠性能）；3抗拉強度（保證加工過程不被拉斷）；4收縮率小（熱壓過程中不會應部分水分損失導致變形）；5剝離性能好（如果剝離破壞發生在紙張內，要求抗拉強度不是很大）；6易打磨，表面光滑；7穩定性（成型零件可長時間保存）

STL文件的格式 二進制和文本文件ASCII兩種格式。STL文件的主要優勢在于表達簡單清晰，文件中只包含相互相接的三角形片面節點坐標及其外法向量；其實質是用許多細小的空間三角形面來逼近還原CAD實體模型類似于實體數據模型

ASCII是二進制的六倍內存。

二進制文件采用IEEE類型整數和浮動型小數。文件用84字節的頭文件和50字節的后述文件來描述一個三角形。（上述的面目錄一般是以三角形法向量的三坐標開始的，該法向量指向面的外側并且是一個單位長，順序是X,Y,Z，法向量的方向符合右手定則）STL文件的基本規則 1取向規則2點點規則3取值規則4合法實體規則

常見的STL文件錯誤：1遺漏2退化面3模型錯誤

STL中分割基本原理：將一個STL文件分成兩個新STL文件，即用多個面將一個STL模型分成若干個部分，每部分重新構成一個STL模型，每個新STL文件對應一個新生產的STL模型； 根據切片原理：實體中的某些三角形平面上的邊與切割平面相交，所有的交點組成平面上的離散點集合。這些離散點經過排序后形成諾干個封閉的環，這些封閉環構成了三維實體與切割平面相交的截面輪廓線；采用有界區域三角形網格化之前，對內外環進行處理：外環上節點要按逆時針方向排序；內環上節點按順時針方向排序；其次，諾有內環，必須確定內環和外環的相對位置：一個外環包括一個或者諾干個內環、一個內環對應一個外環；

什么是奇異點：分層處理時，諾有三角形頂點落在切平面上，則稱該頂點為奇異點。什么是搜索求交：主要工作是依次取出組成實體表面的每一個三角形面片，判斷它是否與切平面相交，諾相交，則計算出兩交點坐標；

選擇性激光燒結采用CO2激光器對粉末材料（如蠟粉、PS粉、ABS粉、尼龍粉、金屬粉、覆膜陶瓷粉）進行選擇性燒結。是一種將離散點一層一層堆積成三維實體的工藝方法

快速模具制造一般分為直接法和間接法兩大類；直接制模法是直接采用RP技術制作模具，直接制作金屬是選擇性激光燒結法（SLS法）。此法制造鋼銅合金注塑模，此法在燒結過程中，材料發生較大收縮且不易控制，故難快速得到高精度的模具。基于RP快速制造模具的方法多為間接制模法指利用RP原型間接地翻制模具，分為軟質模具和硬質模具。存在大面積平面形狀的原型，貼好分型面后，應合理選定澆道的位置及方向。

環氧樹脂快速制模一般采用常溫、常壓條件下的靜態澆注，固化后無須或僅需少量的切削加工，根據模具情況對外形略作修整，大大節省制作的時間和花費。

低粘度的環氧樹脂具有較好的流動性，對保證樹脂模具有良好的復制性很重要。低粘度有利于樹脂混合物的除氣，提高樹脂材料的致密性。環氧樹脂混合物的固化收縮率應該盡可能地低，才能嚴格控制環氧樹脂模具的收縮畸變，并保證其制造精度，可以通過在環氧樹脂混合物中加入填料的方法實現。

第二篇：快速成型與快速模具制造技術及其應用考試重點總結

1.1 1988年，3Dsystems公司將SLA-250光固化設備系統運送給三個用戶，標志著快速成型設備的商業化正式開始。

1.3 快速成型技術的特點：1自由成型制造2制造過程快速3添加式和數字化驅動成型方式4技術高度集成5突出的經濟效益6廣泛的應用領域

1.4 快速成型技術的優越性：1設計者受益2制造者受益3推銷者受益4用戶受益

2.1 快速成型工藝基本原理：基于離散堆積原理的累加式成型，從成型原理上提出了一種全新的思維模式，即將計算機上設計的零件三維模型，表面三角化處理，存儲成STL文件格式，對其進行分層處理，得到各層截面的二維輪廓信息，按照這些輪廓信息自動生成加工路徑，在控制系統的控制下，選擇性的固化或燒結或切割一層層的成型材料，形成各個截面輪廓薄片，并逐步順序疊加成三維實體，然后進行實體的后處理，形成原型。快速成型：1液態（SLA FDM）2粉末粒子(SLS)3薄層材料（LOM）

2.2.1 光固化成型工藝的基本原理及過程：

光固化成型工藝的特點：優點：1成型過程自動化程度提高2尺寸精度高3優良的表面質量4可以制造結構十分復雜，尺寸比較精細的模型5可以直接制作面向熔模精密鑄造的具有中空結構的消失型6制作的原型可以再一定程度上替代塑件

缺點:成型過程中伴隨著物理和化學變化，制件易彎曲，需要支撐2液態樹脂固化后的性能尚不如常用的工業塑料3設備運轉及維護成本較高4使用的材料種類較少5液態樹脂有一定的氣味和毒性，而且要避光保護6光固化后的原型樹脂并未完全被激光固化，為提高使用性能和尺寸穩定性，通常需要二次固化。2.2.2 光固化成型的工藝過程 前處理：1 CAD三維造型2數據轉換3確定擺放方位4施加支撐5切片分層 2原型制作

3后處理

2.2.4 光固化成型的支撐結構

必須設計一些細圓柱狀或肋狀支撐結構，以便確保制件的每一結構部分都能可靠固定，同時也有助于減少制件的翹曲變形。

2.2.5 光固化成型的收縮變形：1樹脂收縮原因2零件成型過程中樹脂收縮產生的變形3零件后固化收縮產生的變形 光固化成型誤差分析：

影響制作時間的因素

t=Σtci+Ntp

2.3 疊層實體制造工藝的基本原理和特點 工藝過程 誤差分析

表面涂覆的具體工藝過程：1將剝離后的原型表面用砂紙輕輕打磨2按規定比例配備環氧樹脂3在原型上涂刷一薄層混合后的材料，因材料的粘度較低，材料會很容易侵入原型中4再次涂覆同樣的混合后的環氧樹脂材料，以填充表面的溝痕并長時間固化5對表面已經涂覆了堅硬的環氧樹脂材料的原型再次用砂紙進行打磨，打磨之前和過程中注意測量原型的尺寸，以確保尺寸在公差之內。6對原型表面進行拋光。

2.3.6 疊層實體快速原型的應用 1汽車車燈2鑄鐵手柄3LOM原型在制鞋業的應用 2.4.1 選擇性激光燒結工藝的基本原理

2.4.2 選擇性激光燒結工藝的特點:優點：1可采用多種材料2制造工藝比較簡單3高精度4無需支撐結構5材料利用率高

缺點：1表面粗糙2燒結過程揮發異味3有時需要比較復雜的輔助工藝

2.4.4 高分子粉末燒結件的后處理：1收縮精度的影響2力學性能的影響 2.4.6 選擇性激光燒結工藝的應用：1直接制作快速模具2復雜金屬零件的快速無模具鑄造3內燃機進氣管模型

2.5.1 熔融沉積成型工藝的基本原理：

2.5.2 熔融沉積成型工藝的特點：優點1系統構造原理和操作簡單，維護成本低，系統運行安全2使用無毒的原材料3用蠟成型的零件原型，可以直接用于失蠟鑄造4可以成型任意復雜的零件5原材料在成型中無化學變化，制件的翹曲變形小6原材料利用率高，壽命長7支撐去除簡單，無需化學清洗，分離容易8可直接制作彩色原型

缺點：1成型表面有比較明顯的條紋2沿成型軸垂直的方向強度較弱3需要設計支撐結構4需要對整個截面進行涂覆，成型時間長5原材料價格昂貴

2.5.3 熔融沉積工藝成型影響因素1材料性能的影響（熱收縮）2噴頭溫度和成型室溫度的影響...2.6.1 三位噴涂粘接工藝的原理

2.7 快速成型技術發展方向：1金屬零件的直接快速成型2概念創新與工藝改進3數據優化處理及分層方式的演變4快速成型設備的專用化和大型化5開發性能優越的成型材料6成型材料系列化，標準化7噴射成型技術的廣泛應用8梯度功能材料的應用9組織工程材料快速成型10開發新的成型能源11拓展新的應用領域12集成化 3.2.1 光固化快速成型制造設備 3.2.5 三維噴涂粘接設備

4.1 CAD三維模型的構建方法 1概念設計，根據產品的要求或直接根據CAD軟件平臺上設計產品三維模型

2反求工程 在仿制產品時用掃描機對已有的產品實體進行掃描，得到三維模型

反求的主要方法有三坐標測量法，投影光柵法，激光三角形法，核磁共振和CT法一級自動斷層掃描法。常用的掃描機有傳統的坐標測量機，激光掃描機，零件斷層掃描機，以及CT和MRI。

4.2.1 STL文件的格式

二進制和文本文件ASCII兩種格式。

ASCII是二進制的六倍內存。二進制文件采用IEEE類型整數和浮動型小數。文件用84字節的頭文件和50字節的后述文件來描述一個三角形。

4.2.3 STL文件的基本規則 1取向規則2點點規則3取值規則4合法實體規則 常見的STL文件錯誤：1遺漏2退化面3模型錯誤

4.3.1 切片方法 1 STL切片（1直接STL切片2容錯切片3定層厚切片）2直接切片

4.4 Magics RP軟件是比利時Materialise公司推出的面向快速成型技術數據處理的大型STL數據編輯處理平臺。

Magics軟件施加支撐及切片過程：1STL文件載入2STL文件糾錯3模型擺放4自動施加支撐5人工修改支撐6切片處理

5.2.1 硅橡膠模具的特點：良好的仿真性，強度和極低的收縮率

工藝流程：1原型表面處理2制作型框和固定型框3硅橡膠計量，混合并真空脫泡4硅橡膠澆注及固化5拆除型框，刀剖并取出原型。5.2.3 硅橡膠模具制作的若干問題

4.2.5 采用硅橡膠模具進行樹脂材料真空注型的工藝流程：1清理硅橡膠，預熱模具2噴灑離型劑，組合硅膠模具3計量樹脂4脫泡混合，真空注型5溫室硬化，去出原型6原型后處理

5.3.1 電弧噴涂是將兩根待噴涂金屬絲作為自耗性電極，利用兩根金屬絲端部短路產生的電弧使絲材熔化，用壓縮空氣把已融化的金屬霧化成微滴，并使其加速，以很高的速度沉積到基體表面形成涂層。電弧噴涂制模的工序：1模型準備2在模型上噴涂金屬3制作模具框架4澆注模具的填充材料5脫模，后序加工處理

電弧噴涂模具結構

合理利用各種性能材料，從外到內，材料呈梯度分布。表面防護劑一般選用聚乙烯醇。6.1.1 Keltool法的工藝過程：用快速成型機制作模具型腔 以模具型腔為母模制作硅橡膠模具 向硅橡膠模具澆注混有樹脂粘結劑的金屬粉漿 粉漿固化后從硅膠模具中取出模具型腔坯 低溫燒結模具型腔坯燒除樹脂粘結劑 高溫燒結模具型腔坯并滲銅 模具型腔表面拋光 加入澆注系統和冷卻系統 模具型腔與模架安裝

6.3.2 德國快速成型設備開發商EOS公司開發的SLS設備 6.5.1 設置共形冷卻道

6.6.4 直接金屬三位打印制模技術

7.2 快速成型制造技術在產品設計中的應用：1概念模型可視化2涉及評價3裝配校核4性能和功能測試

7.4.1熔模鑄造過程 1澆注法制作熔模制造的消失型-蠟型2將蠟質的標準澆注系統和蠟型組裝3將組裝后的蠟型與澆注系統浸入到陶瓷漿中，反復掛砂和干燥形成硬殼4想硬型殼中通入熱水或蒸汽，使蠟型熔化并排出，得到空型殼5硬型殼高溫焙燒，進一步除去殘留的蠟，得到可進行澆注融化后金屬的高強度陶瓷硬型殼6將陶瓷硬型殼預熱到一定溫度后，注入熔化金屬7冷卻后，除去陶瓷殼，得到工件和澆注系統，再除去澆注系統，得到金屬制件。8.2 系統軟硬件資源1造型軟件2結構分析軟件3工藝仿真軟件4反求系統與數據擬合軟件5快速成型設備6快速模具制造設備7計算機工作站

第三篇：快速成型技術復習重點

1.快速成型：簡稱RP,即將計算機輔助設計CAD計算機輔助制造CAM計算機數字控制CNC、激光、精密伺服驅動和新材料等先進技術集于一體，依據計算機上構成的工件三維設計模型，對其進行分層切片，得到各層截面的二維輪廓信息，快速成型機的成形頭按照這些輪廓信息在控制系統的控制下，選擇性地固化或切割一層層的成形材料，形成各個截面輪廓，并逐步順序疊加成三維工件。．

快速成形技術全過程步驟：a.前處理b.分層疊加成型c.后處理 快速成形制造流程：CAD模型→面型化處理→分層→層信息處理→層準備→層制造→層粘接→實體模型 2． 什么是快速模具制造技術？該技術有何特點？ 快速模具制造就是以快速成形技術制造的快速成型零件為母模，采用直接或間接的方法實現硅膠模、金屬模、陶瓷模等模具的快速制造從而形成新產品的小批量制造，降低新產品的開發成本。特點：制模周期短、工藝簡單、易于推廣，制模成本低，精度和壽命都能滿足特定的功能需要，綜合經濟效益好，特別適用于新產品開發試制、工藝驗證和功能驗證以及多品種小批量生產

LOM涂布工藝

采用薄片型材料，如紙 塑料薄膜 金屬箔等，通過計算機控制激光束，按模型每一層的內外輪廓線切割薄片材料，得到該層的平面輪廓形狀，然后逐層堆積成零件原型。

SLS技術（選擇性激光燒結成型技術）利用粉末材料如金屬粉末 非金屬粉末，采用激光照射的燒結原理，在計算機控制下進行層層堆積，最終加工制作成所需的模型或產品。4． 快速成形與傳統制造方法的區別？

傳統方法根據零件成形過程分為兩大類：一類是以成型過程中材料減少為特征，通過各種方法將零件毛胚上多余材料去除，即材料去除法，二類是材料的質量在成型過程中基本保持不變，成型過程主要是材料的轉移和毛胚形狀的改變即材料轉移法，但此類方法生產周期長速度慢。快速成型技術可以以最快的速度、最低的成本和最好的品質將新產品迅速投放市場。

硅膠模及制作方法 硅膠模具是制作工藝品的專用模具膠。

制作工藝 原型表面處理 制作型框和固定型框 硅橡膠計量，混合并真空脫泡 硅橡膠澆注及固化 拆除型框，刀剖并取出原型 7.構造三維模型的主要方法：a應用計算機三維設計軟件，根據產品的要求設計三維模型b應用計算機三維設計軟件，將已有產品的二維三視圖轉換為三維模型c防制產品時，應用反求設備和反求軟件，得到產品的三維模型d利用網絡將用戶設計好的三維模型直接傳輸到快速成形工作站 光固化快速成形（SLA）有那幾種形式的支撐？

a.角板支撐b.投射特征邊支撐c.單臂板支撐d.臂板結構支撐e.柱形支撐

6.目前比較成熟的快速成型技術有哪幾種？它們的成型原理上分別是什么？

液態光固化聚合物選擇性固化成形簡稱SLA，粉末材料選擇性燒結成形簡稱SLS，薄型材料選擇性切割成形簡稱LOM，絲狀材料選擇性熔覆成形簡稱FDM

⑦SLA原理：1利用計算機控制下的紫外激光，按預定零件各分層截面的輪廓為軌跡逐點掃描，使被掃描區的光敏樹脂薄層產生光聚合反應，從而形成零件的一個薄層截面；2當一層固化完畢，移動升降臺，在原先固化的樹脂表面上再敷上一層新的液態樹脂，刮刀刮去多余的樹脂；3激光束對新一層樹脂進行掃描固化，使新固化的一層牢固地粘合在前一層上；4重復2、3步，至整個零件原型制造完畢。『或SLA是基于液態光敏樹脂的光聚合原理工作的。這種液態材料在一定波長（λ=325nm）和功率（P=30mW）的紫外光照射下能迅速發生光聚合反應，分子量急劇增大，材料也從液態轉變成固態』

⑦SLS原理： 1在先開始加工之前，先將充有氮氣的工作室升溫，溫度保持在粉末的熔點之下；2成型時，送料筒上升，鋪粉滾筒移動，先在工作臺上鋪一層粉末材料；3激光束在計算機控制下，按照截面輪廓對實心部分所在的粉末進行燒結，使粉末融化并相互黏結，繼而形成一層固體輪廓，未經燒結的粉末仍留在原處，作為下一層粉末的支撐；4第一層燒結完成后，工作臺下降一截面層的高度，再鋪上一層粉末，進行下一層燒結，如此循環，直至完成整個三維模型 FDM原理：加熱噴頭正在計算機的控制下，可根據界面輪廓的信息作X—Y平面運動和高度Z方向的運動絲狀熱塑性材料由供絲機構送至噴頭，并在噴頭中加熱至熔融態，然后被選擇性涂覆在工作臺上，快速冷卻后形成界面輪廓。一層截面完成后，噴頭上升一截面層的高度在進行下一層的涂覆，如此循環，最終形成三維產品。

LOM:LOM快速成形系統由計算機原材料存儲及送進機構、熱粘壓機構、激光切割系統、可升降工作臺、數控系統、模型取出裝置和機架等組成。計算機用于接受和存儲工件的三維模型沿模型的成型方向截取一系列的截面輪廓信息發出控制指令原材料存儲及送進機構將存于其中的原材料。熱黏壓機構將一層層成形材料粘合在一起。可升降工作臺支撐正在成型的工件并在每層成形完畢之后，降低一個材料厚度以便送進、粘合和切割新的一層成形材料。數控系統執行計算機發出的指令，使材料逐步送至工作臺的上方，然后粘合、切割，最終形成三維工件。b 原型制件過程

模型剖分 基底制作原型制作 余料，廢料去除 后繼處理

8.哪些成形方法需要支撐材料？為什么？

SLA、FDM需要制作支撐，LOM、SLS不需要制作支撐。原因：在SLA成形過程中為了確保制件的每一部分可靠固定，同時減少制件的翹曲變形，僅靠調整制件參數遠不能達到目的，必須設計并在加工中制作一些柱狀或筋狀的支撐結構；LOM：工件外框與截面輪廓間的多余材料在加工中起到支撐作用，故不需支撐材料；SLS：未燒結的松散粉末可以作為自然支撐，故不需要支撐材料。

10.常用的快速成形技術所用的成形材料分別是什么？分別有什么要求？

SLA：材料為光固化樹脂。要求：a.成形材料易于固化，且成形后具有一定的粘接強度b.成形材料的粘度不能太高，以保證加工層平整并減少液體流平時間c.成形材料本身的熱影響區小，收縮應力小d.成形材料對光有一定的透過深度，以獲得具有一定固化深度的曾片。

SLS：材料為所有受熱后能相互粘結的粉末材料或表面覆有熱塑（固）性黏結劑的粉末。要求：a.具有良好的燒結成形性能，即無需特殊工藝即可快速精確地成形原理b.對直接用作功能零件或模具的原型，其力學性能和物理性能要滿足使用要求c.當原型間接使用時，要有利于快速、方便的后續處理和加工工藝。

LOM：薄層材料多為紙材，黏結劑一般多為熱熔膠。對紙材要求：a.抗濕性b.良好的浸潤性c.收縮率小d.一定的抗拉強度e.剝離性能好f.易打磨g.穩定性好。對熱熔膠的要求：a.良好的熱熔冷固性b.在反復熔化-固化條件下，具有較好的物理化學穩定性c.熔融狀態下與紙材具有良好的涂掛性與涂勻性d.與紙具有足夠的粘結強度e.良好的廢料分離性能 FDM：材料為絲狀熱塑性材料。材料要求：a.黏度低b.熔融溫度低c.黏結性要好d.收縮率對溫度不能太敏感 11.這四種快速成形技術的優缺點分別是什么？

SLA優點：技術成熟應用廣泛，成形速度快精度高，能量低。缺點：工藝復雜，需要支撐結構，材料種類有限，激光器壽命短原材料價格高。

SLS優點：不需要支撐結構，材料利用率高，選用的材料的力學性能比較好，材料價格便宜，無氣味。缺點：能量高，表面粗糙，成形原型疏松多孔，對某些材料需要單獨處理。LOM優點：對實心部分大的物體成形速度快，支撐結構自動的包含在層面制造中，低的內應力和扭曲，同一物體中可包含多種材料和顏色。缺點：能量高，對內部空腔中的支撐物需要清理，材料利用率低，廢料剝離困難，可能發生翹曲 FDM優點：成形速度快，材料利用率高，能量低，物體中可包含多種材料和顏色。缺點：表面光潔度低，粗糙。選用材料僅限于低熔點的材料。

12.主要快速成形系統選用原則：A：成形件的用途（a檢查并核實形狀、尺寸用的樣品b性能考核用的樣品c模具d小批量和特殊復雜零件的直接生產e新材料的研究）B：成形件的形狀C：成形件的尺寸大小D成本（a設備購置成本b設備運行成本c人工成本）E技術服務（a保修期b軟件的升級換代c技術研發力量）F用戶環境

13.快速成形的全處理主要包括：CAD三維模型的構建、CAD三維模型STL格式化以及三維模型的切片處理等

14.在快速成型的前處理階段為什么要把三維模型轉化為STL文件格式？STL格式文件的規則和常見錯誤有哪些？ 由于產品上有一些不規則的自由曲面，為方便的獲得曲面每部分的坐標信息，加工前必須對其進行近似處理，此近似處理的三維模型文件即為STL格式文件

規則：a共頂點規則b取向規則c取值規則d合法實體規則 常見錯誤：a出現違反共頂點規則的三角形b出現違反取向規則的三角形c出現錯誤的裂縫或孔洞d三角形過多或過少e微小特征遺漏或出錯

分析SLS SLA FOM LOM 質量及精度的影響因素及解決措施

答

從快速成型三個過程討論

首先是前處理，四大成型工藝前處理工作基本相似，模型建立和切片。影響精度主要是切片，厚度越厚，疊加后工件側面的臺階缺陷越明顯，厚度越小，精度越高

SLA 1 樹脂收縮及原因

樹脂會發生收縮 導致零件成型過程中產生變形：翹曲

收縮原因;固化收縮和溫度變化的熱脹冷縮機器誤差

設備自身精度所帶來的誤差 加工參數設置誤差

激光功率 掃描速度 掃描間距設置誤差 FDM 1 設備精度誤差 由于設備自身有一定的加工范圍以及其加工精度，對最后加工工件有一定的誤差 2 成型過程的誤差a 不一致約束 由于相鄰兩層的輪廓有所不同 成型軌跡也不同 每層都要受到相鄰層的約束 導致內應力 從而產生翹曲 b 成型功率控制不當 功率過大 會導致刮破前一層 同時會燒紙 機器壽命降低 過小 粘結不好c工藝參數不穩定

會導致層與層制件或同層不同位置成型狀況的差異 從而導致翹曲 或度不均

SLS 主要是激光的參數 1 激光功率密度過大 掃描速度過小 則局部溫度過高 導致粉末氣化 燒結表面凹凸不平反之 則粉末燒結不充分甚至不能燒結 建立的制件強度低或者不能成行 2 激光束掃描間距與激光束半徑配合會影響激光燒結的質量

LOM 過程中誤差造成的缺陷 1 噴頭起停誤差 2 路間缺陷 解決方法 控制相鄰路間的粘結溫度使得接觸牢固 控制材料的橫向流動填補空洞

后處理影響精度主要有 人為修整帶來的缺陷 有支持結構的成型工藝在除去支付結構時對工件表面的破壞等

第四篇：快速成型技術及應用學習心得

《快速成型技術及應用》學習心得

對于本學期黃老師的《快速成型技術及應用》學習心得，主要從RP技術的應用現狀和發展趨勢、主要的RP成型工藝分析和RP技術在當代模具制造行業的應用三個方面進行說明：

一、RP技術的應用現狀與發展趨勢

快速成型（Rapid Prototyping）技術是由三維CAD模型直接驅動的快速制造任意復雜形狀三維實體的總稱。它集成了CAD 技術、數控技術、激光技術和材料技術等現代科技成果，是先進制造技術的重要組成部分。

目前，快速成型技術已在工業造型、機械制造、航空航天、軍事、建筑、影視、家電、輕工、醫學、考古、文化藝術、雕刻、首飾等領域都得到了廣泛應用。

RP技術雖然有其巨大的優越性，但是也有它的局限性，由于可成型材料有限，零件精度低，表面粗糙度高，原型零件的物理性能較差，成型機的價格較高，運行制作的成本高等，所以在一定程度上成為該技術的推廣普及的瓶頸。從目前國內外RP 技術的研究和應用狀況來看，快速成型技術的進一步研究和開發的方向主要表現在以下幾個方面：

（1）大力改善現行快速成型制作機的制作精度、可靠性和制作能力，提高生產效率，縮短制作周期。尤其是提高成型件的表面質量、力學和物理性能，為進一步進行模具加工和功能試驗提供平臺。

（2）開發性能更好的快速成型材料。材料的性能既要利于原型加工，又要具有較好的后續加工性能，還要滿足對強度和剛度等不同的要求。

（3）提高RP 系統的加工速度和開拓并行制造的工藝方法。目前即使是最快的快速成型機也難以完成象注塑和壓鑄成型的快速大批量生產。

（4）RPM 與CAD、CAM、CAPP、CAE 以及高精度自動測量、逆向工程的集成一體化。該項技術可以大大提高新產品的第一次投入市場就十分成功的可能性，也可以快速實現反求工程。

（5）研制新的快速成型方法和工藝。除了目前SLA、LOM、SLS、FDM 外，直接金屬成型工藝將是以后的發展焦點。

二、幾種常見RP工藝

1、FDM，絲狀材料選擇性熔覆（Fused Deposition Modeling）快速原型工藝是一種不依靠激光作為成型能源、而將各種絲材（如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等）加熱熔化進而堆積成型方法，簡稱FDM。

2、SLA，光敏樹脂選擇性固化是采用立體雕刻（Stereolithography）原理的一種工藝，簡稱SLA，是最早出現的一種快速成型技術。

3、SLS，粉末材料選擇性燒結（Selected Laser Sintering）是一種快速原型工藝，簡稱SLS。粉末材料選擇性燒結采用二氧化碳激光器對粉末材料（塑料粉等與粘結劑的混合粉）進行選擇性燒結，是一種由離散點一層層堆集成三維實體的快速成型方法。

4、LOM，箔材疊層實體制作（Laminated Object Manufacturing）快速原型技術是薄片材料疊加工藝，簡稱LOM。箔材疊層實體制作是根據三維CAD模型每個截面的輪廓線，在計算機控制下，發出控制激光切割系統的指令，使切割頭作X和Y方向的移動，最后疊加成型。

三、RP技術在模具制造中的應用

傳統的模具制造方法可分為兩種,一種是借助母模翻制模具,另一種就是用數控機床直接制造模具。在新產品開發過程中,減少模具制造所需成本和時間對縮短整個產品開發時間及降低成本是最有效的步驟,快速成型技術的一個飛躍就是進入模具制造領域,其潛力所在正是能降低模具制造成本并減少模具開發時間。將快速成型技術引入模具制造過程后的模具開發制造就是快速模具制造。

快速成型技術在模具制造領域的應用主要是用來制作模具設計制造過程中所用的母模,有時也用快速成型技術直接制造模具。因此可以將基于RP的快速模具制造分為兩類，即：直接制模法和間接制模法。（這里就不一一闡述了）

利用RP 技術發展快速模具制造技術還存在以下主要問題需要解決或者說需要進一步提高。

(1)表面質量如何滿足模具的要求,否則無法承受如注射成型這樣的高壓。分層制造法不可避免會產生臺階,斜面時更嚴重,后處理是目前通用的作法。

(2)尺寸精度如何滿足模具制造的要求,尤其是制造較大模具時,尺寸更不穩定。

(3)用作母模時的強度,耐熱和耐腐蝕性,形狀和尺寸的時效問題。

(4)塑料或樹脂類模具的導熱性很差，導熱差雖然帶來了可用較低注射壓力的好處,但生產周期太長也必須考慮。

(5)多數所謂金屬模具都需要最后滲銅,這就造成這種金屬模具的使用溫度不可太高,可能超過500 ℃就不行了。

(6)使用壽命的進一步延長和使用成本的進一步降低。

(7)目前所能制造的模具的體積都很小,怎樣制造大型模具?

(8)受不可缺少的后處理工序的限制,目前還不能制造具有很小細節特征的模具,尤其是具有內凹形狀的模具。

(9)目前快速成型方法所能成型的材料種類及其有限,需要開發新型材料。

第五篇：3D打印快速成型技術及其應用

3D打印快速成型技術及其應用

3D打印快速成型技術及其應用

摘要：本文介紹了3D打印技術的基本原理及其制造流程。通過一些實例說明了3D打印的應用主要是說明在現代軍事方面的應用。

一．引言

3D打印（3D PRINTING）即3D打印技術，又3D打印制造是20世紀80年代才興起的一門新興的技術，是21世紀制造業最具影響的技術之一。隨著計算機與網絡技術的發展，信息高速公路加快了科技傳播的速度，產品的生命周期越來越短，企業之間的競爭不再只是質量和成本上的競爭，而更重要的是產品上市時間的競爭。因此，通過計算機仿真和3D打印增加產品的信息量，以便更快的完成設計及其制造過程，將產品設計和制造過程的時間周期盡量縮短，防止投產后發現問題造成不可挽回的損失。

3D打印技術是由CAD模型直接驅動的快速制造復雜形狀的三維實體的技術總稱。簡單的講，3D打印制造技術就是快速制造新產品首版樣件的技術，它可以在沒有任何刀具、模具及工裝夾具的情況下，快速直接的實現零件的單件生產。該技術突破了制造業的傳統模式，特別適合于新產品的開發、單件或少批量產品試制等。它是機械工程、計算機CAD、電子技術、數控技術、激光 技術、材料科學等多學科相互滲透與交叉的產物。它可快速，準確地將設計思想轉變為具有一定功能的原型或零件，以便進行快速評估，修改及功能測試，從而大大縮短產品的研制周期，減少開發費用，加快新產品推向市場的進程。

自從美國3D公司在1987年推出世界上

3D打印快速成型技術及其應用

二．3D打印技術的簡介

2.1 3D打印系統的工作原理和制造工藝

3D打印技術是一種逐層制造技術，它采用離散/堆積成型原理，其過程是：先得到所需零件的計算機三維曲面或實體模型；然后根據工藝要求，將其按一定厚度進行分層，將原來的三維模型變成二維平面信息，即離散過程；再將分層后的數據進行一定的處理，加入加工參數，產生數控代碼；在微機控制下，數控系統以平面加工方式，有序地連續加工出每個薄層，并使它們自動粘接而成型，從而制造出所需產品的實物樣件或成品，這就是材料的堆積過程。已知自由曲面CAD模型，如果使用傳統的方法和數控機床進行加工，那么復雜的自由曲面，成本高，效率低。近年來，3D打印即廣泛的被運用于工業生產中。各種3D打印技術的過程都包括CAD模型建立、生成STL文件格式、3D打印制作、模型分層切片和后置處理五個步驟，其制造過程如圖1所示

（1）利用激光固化樹脂材料的光造型法（Stereolithography）。光造型裝置一直以美國3DSYSTEMS公司的ＳＬＡ型產品獨占鰲頭,并形成壟斷市場。其工作原理如下：由激光器發出的紫外光,經光學系統匯集成一支細光束,該光束在計算機控制下有選擇的掃描液體光敏樹脂表面,利用光敏樹脂遇紫外光凝固的機理,一層一層固化光敏樹脂,每固化一層后,工作臺下降一精確距離,并按新一層表面幾何信息使激光掃描器對液面進行掃描,使新一層樹脂固化并緊緊粘在前一層已固化的樹脂上,如此反復,直至制作生成零件實體模型。激光立體造型制造精度目

3D打印快速成型技術及其應用

前可達±0.1ｍｍ,主要用作為產品提供樣品和實驗模型。此外,日本的帝人制機開發的SOLIFORM可直接制作注射成型模具和真空注塑模具。

（2）紙張疊層造型法。紙張疊層造型法目前以HELISYS公司開發的LOM裝置應用最廣。該裝置采用專用滾筒紙,由加熱輥筒使紙張加熱聯接,然后用激光將紙切斷,待加熱輥筒自動離開后,再由激光將紙張裁切成層面要求形狀。

（3）熔融造型法熔融造型法（FDM）。以美國STRATASYS公司開發的產品FDM(FUSED DEPOSITION MODELLING)應用最為廣泛。工作時,直接由計算機控制。噴頭擠出熱塑材料并按照層面幾何信息逐層由下而上制作出實體模型。ＦＤＭ技術的最大特點是速度快(一般模型僅需幾小時即可成型)、無污染,在原型開發和精鑄蠟模等方面得到廣泛應用。FDM生產可選成型材料種類較多，原材料費用低，因而的到廣泛的應用。但是FDM也有其固有的缺點。精度低，熱融制造中很難控制精度，難以制造結構復雜的構件，且材料的制造是處于熔點附近，因而構件的強度小，也不適合制造大型的制件，這些特點都限制了FDM的應用范圍。

（4）熱可塑造型法（SLS）。以DTM公司開發的選擇性激光燒結即SLS(SELECTIVE LASER SINTERING)應用較多。該方法是用CO2激光熔融燒結樹脂粉末的方式制作樣件。工作時,由CO2激光器發出的光束在計算機控制下,根據幾何形體各層橫截面的幾何信息對材料粉末進行掃描,激光掃描處粉末熔化并凝固在一起。然后,鋪上一層新粉末,再用激光掃描燒結,如此反復,直至制成所需樣件。

2.2 3D打印制造的優點

3D打印技術的加工特點:3D打印技術突破了“毛坯→切削→加工品”傳統的零件加工模式,開創了不用刀具制作零件的先河,是一種利用的薄層疊加的加工方法。與傳統的切削加工方法相比,3D打印加工至少具有以下優點:(1)可迅速制造出具有自由曲面和更為復雜形態的零件,如零件中的凹槽、凸肩和空心部分等，這些利用傳統工藝很難加工的,從而大大降低了新產品的開發成本和開發周期。在時間尤其重要的今天，它可以為企業節省大量的研發時間。

3D打印快速成型技術及其應用

(2)它屬于非接觸加工,不需要切削加工所必需的刀具和夾具,無刀具磨損和切削力影響。只需要一套特定的設備，工序簡單，沒有傳統加工的煩瑣的工序。傳統的加工中每一個工序都需要機床等復雜加工設備，且加工過程復雜，對操作人員的技術要求很高。

(3)無振動、噪聲和切削廢料。可以為企業節省寶貴的試制原料，簡化生產。傳統的制造中由于多是機械制造，噪音較大。且加工時邊角料多。造成資源的浪費。

(4)可實現完全自動化生產。操作可以由電腦控制，無需人的過多干預。真正實現了自動化。

(5)加工效率高,能快速制作出產品實體模型及模具。精度高，生產的產品質量好。

(6)3D打印技術在產品開發中的關鍵作用和重要意義是很明顯的，它不受復雜形狀的限制，可迅速地將示于計算機屏幕上的設計變為進一步評估的實物。根據原型，可對設計的正確性、造型的合理性、可裝配性和干涉性，進行具體的檢驗。通過原型的檢驗可使開發產品中的風險減到最底的限度。

三．3D打印技術在軍事方面的應用

當前，3D打印技術在軍事領域的應用主要是武器裝備受損部件的維修和復雜結構件的生產。

3D打印快速成型技術及其應用

3D打印成型技術打印出的手槍及零部件

4．1武器裝備受損部件維修

美國國防部曾采用激光近凈成型進行受損零件現場維修，以及專用零件的小批量生產。安妮斯頓陸軍基地采用激光近凈成型成功維修M1艾布拉姆斯坦克的燃氣渦輪。美國海軍水下作戰中心（NUWC）實施了快速制造與維修（RMR)計劃，該計劃采用選擇性激光燒結，直接金屬激光燒結、熔融堆積成型以及電子束。4．2武器裝備復雜結構件生產

紅石兵工廠的美國陸軍航空與導彈研究開發與工程中心（AMRDEC）通過立體光刻成型技術、熔融沉積建模、分層制造、激光近凈成型、選擇性激光燒結等技術，進行設計驗證和最優化研究。為了評估人機工程特性與性能，AMEDEC 采用立體光刻成型技術制造導彈控制操縱桿，避免了傳統生產設備所需花費的大量時間和設備成本，降低了總生產成本，縮短了開發周期。美國國防部與工業界聯合實施了采用類似立體光刻成型的方法合金結構件快速生產的項目，其生產效率比傳統的鐵合金加工工藝高80%。F-15獵鷹噴氣式戰斗機鐵合金外掛架冀肋備件采用激光3D打印工藝，使零件的需求能夠在2個月內得到快速滿足，并最大限度保持飛機的可用性。正是由于這些優點，選擇性激光燒結工藝被授予2003 年國防制造技術成就獎。使用3D打印技術制造UH-60直升機門把手，相比傳統

3D打印快速成型技術及其應用

工藝節省了140萬美元，從而驗證了3D打印技術在成本方面具有一定優勢。除了美國，歐洲宇航防務集團（EADS）的一個科研小組也致力于使用3D打印技術制造飛機的整個機翼。截止2011年3月研究者已使用該技術制造出了飛機起落架的支架和其它飛機零件。

四．結束語

最近兩年，3D打印技術概念引起了國內外政府、軍方、企業的高度重視，但其實3D打印技術已經發展有30余年。美國著名智庫高德納（Gartner）公司2012《高德納新興IT技術顯示度周期特別報告》認為，3D打印技術正處于高循環曲線顯示度頂點。預計該技術在未來2～5年內到達生產力成熟期。然而，通過分析發現，3D打印技術卻很難取代傳統制造工藝，在軍事領域的應用主要集中在對受損部件的修復、復雜結構部件的生產以及小批量部件生產等方面，與傳統制造工藝形成了較好的互補關系。例如，美國計劃使用3D打印技術在太空空間站上制造空間站部件備件。因此，未來3D打印技術可能會在武器裝備制造、航空航天中的一些特定領域有所應用，但大面積，全方位的替代傳統工藝的可能性不大。

3D打印快速成型技術及其應用

參考文獻

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