分类及原理－3DP
另外一种3DP技术又称为喷涂打印技术(Ink jet printing, IJP)。其工作原理类似于喷墨打印机，用压电晶体控 制喷嘴，喷出熔化的热塑材料液滴，在工作台上形成 二维图形。逐层降低工作台，使喷出的热塑材料逐层 堆积、最终形成三维实体。
分类及原理－3DP
Stratasys公司的 3DP设备
分类及原理－LOM
分 层 物 体 制 造 (Laminated object manufacturing LOM) 将单面涂有热熔胶的纸用加热辊加压粘接在一起，用 激光或其它切割方式在计算机控制下将纸切割成零件 的二维层图形，控制激光束的聚焦和移动速度来控制 切纸厚度，使得激光束只切当前层，不伤下一层。然 后逐层热压粘接，逐层切割，形成三维实体。
分类及原理－FDM
美国Stratasys公司 Quantum-1 FDM设备
FDM技术特点
✓成型材料种类有石蜡、塑料、低熔点金属等； ✓采用线材，价格较贵，材料利用率高，约100％； ✓可以快速更换材料； ✓零件精度较低，表面质量较差； ✓复杂程度中等，可成型中小零件； ✓设备投资较低，运行费用高，生产率较低。
• 设计思想验证：检验实物是否体现了造型、结构等方 面的设计思想，同时也可检验原设计是否存在缺陷。
• 功能验证：检验零件的某些性能是否满足要求，例如 使用的舒适性等。
• 工艺性验证：用实物检验零件的可制造性、可装配性。 增强设计部门和制造部门的沟通，促进DFX和CE技术 的实施。
• 包装和运输方面，需要通过实体模型分析包装、存贮、 运输等各个环节中的情况，优化产品在内包装盒或纸 箱中的排列。
用途－新产品设计验证
在产品开发研制
过程的不同阶段中， 设计修改对产品成本 的影响以指数级数上 升。如果设计方案在 早期修改得越完善， 在修改代价越来越昂 贵的后期阶段，不得 已的反复就会越少， 产品的研发总成本就 越低。
用途－制作样件
• 向用户提供样件，有利于用户对设计进 行评价，有利于对用户订货的快速反应。
• 第三种逐点固化方式是采用两个频率不同的激光器， 激光束相互垂直，在光敏树脂中相交。其中一束激光 将树脂激活到可逆的亚稳状态，另一束激光使树脂发 生聚合。
• 逐层固化方式是采用一系列掩模逐个遮盖液态感光树 脂，掩模图案是根据零件每层的截面形状制做的，透 光部分代表零件截面形状，UV射线通过掩模照射在树 脂表面，零件截面形状部分被固化，其余部分仍为液 态树脂，逐层固化后成为树脂零件。这种方式的成型 速度高于逐点固化方式，不需要激光器，设备成本低。
✓ 方便了设计过程和制造过程的集成，大大简化了工艺 设计，缓解了复杂结构零件CAD/CAM过程中CAPP的 瓶颈问题。
✓ 不再需要过多考虑复杂零件的工艺性问题，可以制造 出传统加工方法无法加工的外形和内腔。
✓ 可以制造出传统方法难以制造的零件材质，如梯度材 质零件、多材质零件等，有利于进行新材料设计。
上，激光束将粉末熔化后逐层涂敷堆积，形成三维实 体。悬伸部位用铜粉末烧结支撑，零件制成后再将支 撑物腐蚀去除。
分类及原理－LC
分类及原理－LC
有时为了提高精度，在完成每一层涂敷后，对轮廓和 顶面进行一次铣削加工，再进行下一层涂敷，这种方 法称为形状沉积制造(Shape deposition manufacturing, SDM)。
分类及原理－SLS
北京隆源公司的 AFS－320快速成形机
SLS技术特点
✓ 原材料来源广泛，如石蜡、塑料、金属、陶瓷粉末等， 材料利用率高，约100％；
✓ 除陶瓷外，其它材料成形后不再需要烧结； ✓ 不需要设计支撑结构，未烧结的粉末对悬伸部位可起
支撑作用； ✓ 零件精度及表面质量中等； ✓ 可成型中小尺寸的复杂零件； ✓ 某些材料(如PVC)烧结中产生有害气体，需要有可靠
用途－制作医学模型
• 根据CT或核磁测量的患者骨骼断层数据，利用 CAD建模技术得到病人的骨骼三维模型，用RPM 技术做出样件，作为确定手术方案的依据。
用途－制作雕塑艺术品
• 雕塑包括艺术创作过程和加工制作的过程。制作过程 的失误可能使最终的作品无法体现原有的创作思想。 RPM技术可以使制作过程避免失真，真实体现雕塑家 的创作思想。
分类及原理－LOM
美国Dayton大学的 LOM设备
LOM技术特点
✓ 原料来源广泛，几乎任何薄层材料均可作为原料， 如塑料、金属、纺织物等，材料价格较便宜；
✓ 原料利用率低，切下的边角料不能再用； ✓ XY方向精度较高，Z方向精度低，表面质量较差； ✓ 成形件各向异性，层间粘接强度影响使用性能； ✓ 可成型零件的尺寸较大但形状不能过于复杂； ✓ 零件在Z方向壁厚不能太薄； ✓ 设备运行成本低，生产率高。
分类及原理－3DP
三维打印技术(3D printing 3DP) 三维打印技术是由MIT在90年代初开发的。它是用滚 筒在工作台上均匀的铺一层粉末，喷嘴在计算机控制 下沿一定轨迹向粉末上喷射粘结剂。逐层铺粉末后逐 层喷射粘接剂，最终形成三维实体。
分类及原理－3DP
分类及原理－3DP
制造铸造用陶瓷模具，将成型的实体再加热保温进行 固化，清除多余粉末，再加热到1000～1500C进一步 固化。
✓ 制造复杂零件毛坯模具的周期和成本大大降低，用工 程材料直接成形机械零件时，不再需要设计制造毛坯 成形模具；
RPM技术的特点
✓ 实现了毛坯的近净型成形，机械加工余量大大减小， 减少了机械加工工序，节省了工时和加工费用。
✓ 由于不再需要大余量粗加工，节省了材料浪费，节省 了能源消耗，减少了冷却液污染，有利于环保和可持 续发展。
快速成形制造技术
现状及进展
简介
快速成形制造技术又称为快速原型制造技术 (Rapid Prototyping Manufacturing 简称RPM) 。
其基本原理是利用CAD三维设计的结果和逐层堆积 的方式制造零件。
传统零件制造方法有去除法和变形法，而RPM方法 是靠添加材料来制造零件，又称为材料添加制造法 (Material Additive Manufacturing 或 Material Increase Manufacturing)，
3DP技术特点
✓原材料来源广泛，材料利用率高，约100％； ✓真正的桌面系统，可以在办公室使用。 ✓不使用有害物质，无异味。 ✓分层厚度薄，尺寸精度和表面质量良好。 ✓成形尺寸小，成形速度低。 ✓设备成本低，运行成本低。
分类及原理－LC
• 激光敷层技术(Laser clading, LC) 将金属粉末材料通过一个喷嘴喷在激光束的聚焦点
LC技术特点
✓由于LC 方 法是将粉 末熔化后 涂敷 ，而 不是像 SLS过程中在粉末颗粒间只发生表层烧结，所以 制成品的密度更高。
✓烧结过程达到金属熔点，容易氧化，需要惰性气 体保护。
✓烧结温度高，容易产生应力、变形、开裂等缺陷。 ✓需要大功率激光器，设备投资及运行费用均很高。
RPM技术的特点
有的文献中将这类技术又称为实体自由成形制造 (Solid Freeform Fabrication 简写为SFF)，强调可以成 形任意复杂的实体。
用途
✓新产品设计验证 ✓制造样件 ✓快速工具制造(Rapid tooling) ✓零件的直接生产 ✓制作医学模型 ✓制作雕陶瓷－金属复合材料零件，对成型的多孔隙毛坯 进行渗金属处理，得到成型零件。
制造金属零件，主要是注塑模具。利用3DP技术将不 锈钢或工具钢粉末粘接制作毛坯，加温固化后再渗入 铜合金，得到金属－金属复合材料零件。
制造聚合物零件，采用聚合物粉末和淀粉的混合物， 喷射水基溶液粘接在一起形成实体毛坯，经渗蜡再浸 入环氧树脂达到最终强度，适于制造概念模型。
SLS 中等 中等 复杂 中小 中等 石蜡、塑料、金 属、陶瓷粉末 ～ 100％
FDM 较低 较差 中等 中小 较贵 石蜡、塑料丝
～ 100％
高
中等
较低
RPM技术的最新进展
成形速度、成形质量不断提高，制造成本不断 下降。
新材料的快速成型走向工程化。 直接制造功能构件的技术不断成熟。 快速成型新方法不断出现。
SLA技术特点
✓耗材为光敏树脂，价格高，原料种类少； ✓材料利用率高，接近100％； ✓成形过程分辨率高，零件精度高，表面质量好； ✓适于成型复杂形状的中小零件； ✓成形过程中需要有支撑结构； ✓设备投资大，生产率高。
分类及原理－SLS
选区激光烧结技术(Selective laser sintering SLS) 在工作台上均匀的铺一层热敏粉末，厚约0.1～0.2 mm。 辅助加热装置将其加热到熔点以下温度。利用激光在 计算机控制下对粉末层进行有选择的照射，使被照射 粉末达到其烧结温度，粉末颗粒间发生表层粘接，从 而烧结在一起。然后工作台下降一层高度，在已烧结 层上再铺一层粉末。这样逐层烧结形成三维实体。成 型材料为各种可烧结粉末，如石蜡、塑料、低熔点金 属粉末，或它们的混合粉末。
的通风设备； ✓ 设备投资高，生产成本较低，生产率较高。
分类及原理－FDM
熔融沉积技术(Fused deposition modeling FDM) 将热塑性材料加热到半流动状态后经喷嘴挤出，加热 温度一般控制在比凝固温度高1度左右，这使得热塑 材料挤出喷嘴后经自然冷却很快固化。计算机控制喷 嘴的二维轨迹使塑料固化形成二维层，在工作台逐层 下降过程中最终形成三维实体。成型材料为塑料（如 ABS）、低熔点金属、金属粉末与粘接相混合物、陶 瓷粉末与粘接相混合物等。
分类及原理－SLA
美国3D SYSTEM的 SLA激光快速成型机
分类及原理－SLA
• 第二种逐点固化方式是采用紫外光源光笔对光敏树脂 扫描，完成逐点固化。这种设备不采用激光器，所以 设备价格低，运行费用低。但其扫描精度和扫描速度 均低于前者。
西交大研制的紫外光笔 扫描CPS快速成形机