材料成形及控制工程专业课材料成形装备及自动化第6章快速成形装备及控制系统快速制造系统快速制造是由计算机辅助设计(CAD)、反求工程(RE)、快速成形(RP)和快速制模(RT)技术在信息互联网支持下,形成一套快速制造系统的技术实物概念设计3D模型快速原型制造(RP)评价、修改小批量产品投放市场模具CAD/CAE/CAM模具制造大批量生产产品反求工程(RV)产品CAD系统快速制模(RT)快速成形技术基本原理快速成形方法是基于平面离散/堆积的新颖成形方法。该方法首先在CAD造型系统中获得一个三维CAD模型或通过测量仪器测取实体的形状尺寸,转化成CAD模型,将模型数据进行处理,沿某一方向进行平面“分层”离散化,然后通过专有的CAM系统(成形机)将成形材料一层层加工,并堆积成制件。分层制造快速成形过程创建CAD模型软件分层或离散化分层制造逐层制造直至完成最终零件必要的后处理取出零件四种基本的快速成形技术1、光固化成形(StereolithographyApparatus,SLA)2、薄材叠层成形(LaminatedObjectManufacturing,LOM)3、选择性激光烧结成形(Sinterstation,SLS)4、熔丝沉积成形(FusedDepositionModeling,FDM)光固化成形技术•20世纪70年代末到80年代初期,美国3M公司的AlanJ.Hebert(1978)、日本的小玉秀男(1980)、美国UVP公司的CharlesW.Hull(1982)和日本的丸谷洋二(1983),在不同的地点各自独立地提出了RP的概念,即利用连续层的选区固化产生三维实体的新思想。•CharlesW.Hull在UVP的继续支持下,完成了一个能自动建造零件的称之为“光固化成形”(StereoLithographyApparatus,简写SLA)的完整系统SLA-1,1986年该系统获得专利,这是RP发展的一个里程碑。同年,CharlesW.Hull和UVP的股东们一起建立了3DSystem公司,随后许多关于快速成形的概念和技术在3DSystem公司中发展成熟。光固化成形原理光固化成形材料•在光能的作用下会敏感地产生物理变化或化学反应的树脂一般称之为光敏树脂•在光能的作用下既不溶于溶剂,又能从液体转变为固体的树脂称之为光固化性树脂•光固化树脂是一种由光聚合性预聚合物(Pre-Polymer)或齐聚物(oligomer)、光聚合性单体(monomer)以及光聚合引发剂等为主要成分组成的混合液体•主要成分有齐聚物(oligomer)、丙烯酸酯(acrylate)和环氧树脂(epoxy)等种类•利用光能的化学和热作用可使液态树脂材料产生变化的原理,对液态树脂进行有选择地固化,就可以在不接触的情况下制造所需的三维实体原型。利用这种光固化的技术进行逐层成形的方法,称之为光固化成形法。国际上通称Stereolithography,简称SL。也有用SLA表示光固化成形技术的。早期的光固化成形方式光固化树脂是一种透明、粘性的光敏液体。当光照射到该液体上时,被照射的部分由于发生聚合反应而固化。图所示是将紫外光通过一个遮光掩模照射到树脂表面,使该树脂接受面曝光目前的光固化成形方式用扫描头将激光束扫描到树脂表面使之曝光。液体树脂被照射部分发生固化,成形为所需形状的一层,然后用同样方式在该层面上再进行新一层截面轮廓的辐照、固化,依此类推,从而将一层层的截面轮廓逐步叠合在一起,最终形成三维原型。激光束照射得到的固化形状单一模式激光的光强度分布静止照射时的固化形状移动照射时的形状•光固化技术借助CAD造型系统获得产品的三维模型,将模型进行离散化,转换成成千上万个薄层。•在液槽中盛满液态光敏树脂,控制一束紫外激光,按计算机所确定的轨迹,对液态树脂选择性扫描,被扫描区域固化,构成一个薄截面•然后升降机构带动工作台下降一层高度,其上覆盖另一层液态树脂,以便进行第二层扫描固化,新固化的一层牢固地粘在前一层上,如此重复直到整个原型件制作完成,层厚一般为0.07~0.4mm•模型从树脂中取出后进行最终硬化处理,再打光、电镀、喷漆或着色即获得完成的原型件光固化成形过程激光束扫描原理反射镜反射镜光阑激光器振镜扫描器聚焦镜液槽光敏树脂制件升降台光固化成形系统SLA原理动画演示成形过程成形过程成形过程光固化成形技术的应用在通讯行业的应用在电子行业的应用概念设计电气产品功能件、体育器材用于快速制模直接制作注塑模具医学上的应用•人体CT扫描对比度增强阈值化3维区域增长CT图象三维可视化医学中的应用创伤治疗的应用3Dsystem公司的光固化成形设备Vipersi2SLA3500SLA7000华中科技大学开发的光固化设备树脂容器树脂槽半导体激光器单元升降台(Z轴方向移动)造型基底以色列Objet公司的光固化成形技术以色列Objet公司的光固化成形设备以色列Objet公司的光固化制品