熟知快速成型技術(shù)典型工藝（了解各種工藝的工作原理，其所用材料、應(yīng)用范圍，以及其優(yōu)缺點(diǎn)）目錄CONTENTS1.快速成型技術(shù)的分類了解基于成型工藝提出的一種快速成型技術(shù)分類方法。2.各種成型工藝介紹清晰各種成型工藝的特點(diǎn)。3.各種成型工藝的比較和選擇了解各種工藝特點(diǎn)，會(huì)根據(jù)要求進(jìn)行成型工藝的選擇。Part1快速成型技術(shù)的分類采用Medellin-Castillo等人基于成型方式提出。Part2各種成型工藝介紹成型過程：液槽中盛滿的液態(tài)光敏樹脂（有環(huán)氧樹脂和丙烯酸樹脂等），在控制系統(tǒng)的控制下，一定波長(zhǎng)和強(qiáng)度的紫外激光按零件的各分層截面信息，在光敏樹脂表面進(jìn)行逐點(diǎn)掃描。被掃描區(qū)域的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)而固化，形成零件的一個(gè)薄層。一層固化完畢后，工作臺(tái)下移一個(gè)層厚的距離，以使在原先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂，然后刮板將粘度較大的樹脂液面刮平，進(jìn)行下一層的掃描加工，新固化的一層牢固地粘結(jié)在前一層上，如此重復(fù),直至整個(gè)零件制造完畢，得到一個(gè)三維實(shí)體原型。當(dāng)實(shí)體原型完成后，取出實(shí)體，排凈多余的樹脂。SLA是最早出現(xiàn)的一種快速成型技術(shù)，也是目前最為成熟和廣泛應(yīng)用的RP工藝之一2.1固化成型工藝（一）立體光固化成型（SLA）成型過程：DLP設(shè)備中包含一個(gè)可以容納樹脂的液槽，用于盛放可被特定波長(zhǎng)的紫外光照射后固化的樹脂，DLP成像系統(tǒng)置于液槽底部，通過能量及圖形控制，每次可固化一定厚度及形狀的薄層樹脂。液槽上方有一個(gè)提拉機(jī)構(gòu)，每次截面曝光后提拉一定高度，使得當(dāng)前完成的固態(tài)樹脂與液槽底面分離并粘結(jié)在提拉板或上一次成型的樹脂層上。這樣，通過逐層曝光并提升生成三維實(shí)體。DLP技術(shù)采用倒立的成型方式，改變了常用的層層向上疊加的成型模式，使成型件的高度不受液槽中光敏樹脂材料液面的限制，拓寬了可成型件的高度。2.1固化成型工藝（二）數(shù)字光處理技術(shù)（DLP）Part2各種成型工藝介紹成型過程：采用405nm紫外光為光源，由下向上照射，通過菲鏡將發(fā)散光變?yōu)槠叫泄?，垂直射穿LCD液晶屏，讓成型的地方透光，使光敏樹脂逐層固化，其技術(shù)原理如圖4-8所示。在該成型中，離型膜的作用是避免固化后的樹脂粘住底層。LCD掩膜光固化技術(shù)，最簡(jiǎn)單的理解就是將DLP技術(shù)的光源用LCD來代替。其技術(shù)關(guān)鍵涉及到三點(diǎn)：一是LCD液晶屏，因?yàn)樵诔尚瓦^程中，要求畫面能精準(zhǔn)到每一個(gè)像素；二是離型膜，不僅要求其透光性高（紫外光通過率達(dá)92%），而且要求耐用（可離型一萬次以上）；三是提供光敏樹脂固化所需要的紫外線LED燈。2.1固化成型工藝（三）掩膜光固化技術(shù)（LCD）紫外線LED燈光源離型膜LCD屏菲鏡光固化樹脂容器托板Part2各種成型工藝介紹2.1固化成型工藝三種光固化成型工藝的比較工藝名稱光源成型方式成型速度適用場(chǎng)合成型件成本SLA激光點(diǎn)→線→面→體慢工業(yè)級(jí)大型精細(xì)件較貴DLP高分辨率數(shù)字光處理器面→體中消費(fèi)級(jí)小型精細(xì)件適中LCD405nm紫光面→體快消費(fèi)級(jí)小型精細(xì)件便宜Part2各種成型工藝介紹成型過程：片材表面事先涂覆上一層熱熔膠，加工時(shí)，熱壓輥熱壓片材，使之與下面已成型的工件粘接，用CO2激光器在剛粘接的新層上切割出零件截面輪廓和工件外框，并在無輪廓區(qū)切割成上下對(duì)齊的小方網(wǎng)格以便在成型后能剔除廢料。激光切割完成后，工作臺(tái)帶動(dòng)已成形的工件下降，與帶狀片材(料帶)分離；供料機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)收料軸和供料軸，料帶移動(dòng)，使新層移到加工區(qū)域；工作臺(tái)上升到加工平面；熱壓輥熱壓，工件的層數(shù)增加一層，高度增加一個(gè)料厚；再在新層上切割截面輪廓。如此反復(fù)直至零件的所有截面粘接、切割完畢，得到分層制造的實(shí)體零件。采用的是紙、金屬箔、塑料薄膜等薄片材料。2.2

片材成型工藝典型的是分層實(shí)體制造(LOM)或疊層實(shí)體制造Part2各種成型工藝介紹Part1快速成型技術(shù)的分類零件成型后剔除廢料LOM工藝適合制作結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的大中型原型件，翹曲變形較小，成型時(shí)間較短，成型件有良好的機(jī)械性能，適合于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的概念建模和功能性測(cè)試零件。且由于制成的零件具有木質(zhì)屬性，特別適合于直接制作砂型鑄造模，具有廣闊的應(yīng)用前景。Part2各種成型工藝介紹成型過程：工作時(shí)供粉活塞(送粉活塞)上升，由鋪粉輥將粉末在成型活塞上均勻鋪上一層，計(jì)算機(jī)根據(jù)原型的切片模型控制激光束的二維掃描軌跡，有選擇地?zé)Y(jié)固體粉末材料以形成零件的一個(gè)層面。完成一層后，工作活塞下降一個(gè)層厚，鋪粉系統(tǒng)鋪上新粉，激光束再掃描燒結(jié)新層。如此循環(huán)往復(fù)，層層疊加，直到三維零件成型。最后，將未燒結(jié)的粉末回收到粉末缸中，并取出成型件。在SLS工藝中，成型強(qiáng)度由制件燒結(jié)密度來決定，制件燒結(jié)密度也直接影響著制件后處理質(zhì)量的好壞?？梢圆捎枚喾N材料，材料利用率高，無需支撐結(jié)構(gòu)，可生產(chǎn)較硬的模具。但需要后處理來提高成型件的強(qiáng)度。2.3

燒結(jié)成型工藝典型的是選擇性激光燒結(jié)（SLS）Part2各種成型工藝介紹成型過程：成型時(shí)，材料在噴頭內(nèi)被加熱熔化。此時(shí)加熱的噴頭在計(jì)算機(jī)控制下，根據(jù)切片分層的層面信息，作X-Y平面運(yùn)動(dòng)，熱塑性絲狀材料由供絲機(jī)構(gòu)送至熱熔噴頭，并在噴頭內(nèi)加熱，熔化成半液態(tài)，然后被擠壓出，有選擇性地涂覆在工作臺(tái)上，快速冷卻后形成一層薄片輪廓。一層截面成型完成后工作臺(tái)下降一定高度，再進(jìn)行下一層的熔覆。如此循環(huán)，一層層截面輪廓被噴頭“畫出”，最終形成三維產(chǎn)品零件。2.4熔融成型工藝原型支撐：當(dāng)形狀發(fā)生較大變化（如懸空部位），涂覆的前層輪廓就不能給當(dāng)前層提供充分的定位和支撐作用，這就需要設(shè)計(jì)一些輔助結(jié)構(gòu)（即支撐），以保證成型過程的順利實(shí)現(xiàn)。Part2各種成型工藝介紹成型過程：首先鋪粉機(jī)構(gòu)在工作平臺(tái)上鋪上所用材料的粉末，噴頭在計(jì)算機(jī)的控制下，按照截面輪廓的信息，在鋪好的一層層粉末材料上，有選擇性地噴射粘結(jié)劑，使部分粉末粘結(jié)，形成截面輪廓。一層成型完成后，成型缸下降一個(gè)距離（等于層厚），供粉缸上升一高度，推出若干粉末，并被鋪粉輥推到成型缸，鋪平并被壓實(shí)，噴頭在計(jì)算機(jī)控制下，按截面輪廓的信息噴射粘結(jié)劑建造層面。鋪粉輥鋪粉時(shí)多余的粉末被集粉裝置收集。如此周而復(fù)始地送粉、鋪粉和噴射粘結(jié)劑，最終完成一個(gè)三維粉體的粘結(jié)。2.5粘結(jié)成型工藝（一）三維打?。?DP）Part2各種成型工藝介紹成型過程：陣列式噴頭做X-Y平面運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)做垂直運(yùn)動(dòng)。當(dāng)光敏聚合材料通過陣列式噴頭被噴射到工作臺(tái)上后，UV紫外光燈將沿著噴頭工作的方向發(fā)射出UV紫外光對(duì)光敏聚合材料進(jìn)行固化。2.5粘結(jié)成型工藝（二）噴墨印刷成型與前面的逐點(diǎn)、逐線固化完全不同，這種固化方式不僅一次可固化成型一個(gè)陣列式噴頭所覆蓋的層面區(qū)域，而且固化幾乎同步，大大減少了快速成型傳統(tǒng)工藝中后處理所需的大量工作，提高了成型效率。熔滴直徑的大小決定了其成型的精度或打印分辨率，噴嘴數(shù)量的多少?zèng)Q定了成型效率的高低。Part2各種成型工藝介紹Part3各種成型工藝的比較和選擇Part3各種成型工藝的比較和選擇快速成型工藝的選擇基本基于如下幾方面進(jìn)行考慮：（1）應(yīng)用方向：3D打印應(yīng)用行業(yè)較多，不同技術(shù)滿足的行業(yè)應(yīng)用也不同，例如汽配行業(yè)和醫(yī)療行業(yè)所側(cè)重的應(yīng)用點(diǎn)就完全不同，所以在選擇打印的技術(shù)也是不同的。Part3各種成型工藝的比較和選擇（2）材料：3D打印不同的技術(shù)使用的打印材料也是不同，成型技術(shù)的研發(fā)也是基于不同材料特性，同時(shí)也需要考慮所打印零件的最終產(chǎn)品材料，盡可能的貼近終端產(chǎn)品的材料特性，滿足一些測(cè)試的應(yīng)用需求，例如汽配行業(yè)的零件一般都是工程塑料類，那在對(duì)設(shè)備技術(shù)選擇的時(shí)候就重點(diǎn)可以選擇FDM技術(shù)，打印材料為ABS、PC、尼龍等塑料。（3）操作性和使用環(huán)境：眾多成型技術(shù)的操作性也是大不相同，從打印前到最終得到成品，步驟是多樣性的，要針對(duì)應(yīng)用點(diǎn)和操作條件來選擇。思考與練習(xí)1.快速成型技術(shù)有哪些成熟的工藝方法？2.熔融沉積快速成型的技術(shù)特點(diǎn)是什么？為什么FDM工藝在快速成型技術(shù)的大眾化方面起