【文章內(nèi)容簡介】 工程塑料相當(dāng)于工程塑料或蠟?zāi)Ｋ芰霞?、鑄造用蠟?zāi)?、樣件或模型截面輪廓線所包圍的區(qū)域66RP工藝優(yōu)缺點比較 技術(shù)類型精度表面質(zhì)量材料價格材料利用率運行成本生產(chǎn)效率設(shè)備費用市場占有率 (%)SLA 好 好 較貴 接近100% 較高 高 較貴 78LOM 一般 較差 較便 宜 較差 較低 高 較便 宜 SLS 一般 一般 較貴 接近100% 較高 一般 較貴 FDM 較差 較差 較貴 接近100% 一般 較低 較便 宜 6768 RPM技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用 216。一般來說采用一般來說采用 RPM快速產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)，可減少產(chǎn)品開發(fā)成快速產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)，可減少產(chǎn)品開發(fā)成本本 30～～ 70% ，減少開發(fā)時間，減少開發(fā)時間 50% 。RPM在在 RPD方面的應(yīng)用方面的應(yīng)用 69 RPM技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用 ◆◆ 實例實例 1 ：轎車車燈：轎車車燈 70 RPM技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用 ◆◆ 實例實例 2：電話機外殼：電話機外殼 71 RPM技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用 ◆◆ 實例實例 3：皮鞋底：皮鞋底 72216。RT技術(shù)無需數(shù)控銑削，無需電火花加工，無需任何專用工技術(shù)無需數(shù)控銑削，無需電火花加工，無需任何專用工裝和工具，直接根據(jù)原型可把復(fù)雜的工具和型腔制造出來。裝和工具，直接根據(jù)原型可把復(fù)雜的工具和型腔制造出來。RT技術(shù)與傳統(tǒng)模具制造技術(shù)相比，可節(jié)省技術(shù)與傳統(tǒng)模具制造技術(shù)相比，可節(jié)省 1／／ 3的時間和成的時間和成本。本。216。 RT技術(shù)可分為間接模具制造（技術(shù)可分為間接模具制造（ Indirect Rapid Tooling，IRT）與直接模具制造（）與直接模具制造（ Direct Rapid Tooling， DRT）兩大）兩大類。類。 ◆◆ 硅橡膠澆注法硅橡膠澆注法 ；；◆◆ 樹脂澆注法；樹脂澆注法；◆◆ 陶瓷型精鑄法；陶瓷型精鑄法；◆◆ 電鑄法制模電鑄法制模 ；； ◆◆ 噴涂法制模噴涂法制模 。 快速模具制造（快速模具制造（ Rapid Tooling， RT）） RPM技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用 216。間接模具制造間接模具制造 IRT方法有：方法有：73216。直接快速模具制造直接快速模具制造 DRT DRT是指利用是指利用 RPM技術(shù)直接制造技術(shù)直接制造出最終的零件或模具，然后對其進行一些必要的后處理即可出最終的零件或模具，然后對其進行一些必要的后處理即可得到所要求的力學(xué)性能、尺寸精度和表面質(zhì)量。得到所要求的力學(xué)性能、尺寸精度和表面質(zhì)量。216。DRT技術(shù)在縮短制造周期，節(jié)省資源，發(fā)揮材料性能，提技術(shù)在縮短制造周期，節(jié)省資源，發(fā)揮材料性能，提高精度，降低成本方面具有很大潛力。但在模具高精度，降低成本方面具有很大潛力。但在模具 精度和性能精度和性能控制方面比較困難，特殊的后處理設(shè)備和工藝使制造成本提控制方面比較困難，特殊的后處理設(shè)備和工藝使制造成本提高，成型尺寸也受到較大地限制。高，成型尺寸也受到較大地限制。 RPM技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用 （二）模具制造注射模具硅橡膠模樹脂型復(fù)合模沖壓模具消失模陶瓷型精鑄模74 RPM技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用 ◆◆ 實例實例 1：手機外殼橡膠模：手機外殼橡膠模 75 RPM技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用 ◆◆ 實例實例 2：拐頭樹脂型復(fù)合模：拐頭樹脂型復(fù)合模76 RPM技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用 ◆◆ 實例實例 3：電子產(chǎn)品注射模：電子產(chǎn)品注射模7778216。人體的骨骼和內(nèi)部器官具有極其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，要真實地復(fù)制人體的骨骼和內(nèi)部器官具有極其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，要真實地復(fù)制人體內(nèi)部的器官構(gòu)造，反應(yīng)病變特征，快速成形幾乎是唯一人體內(nèi)部的器官構(gòu)造，反應(yīng)病變特征，快速成形幾乎是唯一的方法。以的方法。以 CT掃描或掃描或 MRI磁共振數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用磁共振數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用 RP方法方法快速制作的人體器官實體模型可以幫助醫(yī)生進行診斷和確定快速制作的人體器官實體模型可以幫助醫(yī)生進行診斷和確定治療方案，而且借助治療方案，而且借助 RP技術(shù)制作的人體假肢還能與結(jié)合部位技術(shù)制作的人體假肢還能與結(jié)合部位實現(xiàn)最大程度的吻合，從而縮短手術(shù)時間，減少術(shù)后并發(fā)實現(xiàn)最大程度的吻合，從而縮短手術(shù)時間，減少術(shù)后并發(fā)癥。近幾年國內(nèi)外更是熱衷于研究將癥。近幾年國內(nèi)外更是熱衷于研究將 生物材料生物材料 快速成形為人快速成形為人工器官的課題，其中人工骨的研究已取得可喜的成果。工器官的課題，其中人工骨的研究已取得可喜的成果。RP技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用 RPM技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用 79 RPM技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用 （三）模型制造醫(yī)學(xué)模型藝術(shù)模型建筑模型80 RPM技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用 ◆◆ 實例實例 1：： CT掃描股骨模型掃描股骨模型81 RPM技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用 ◆◆ 實例實例 2：藝術(shù)模型：藝術(shù)模型快速原型制造技術(shù)發(fā)展趨勢快速原型制造技術(shù)發(fā)展趨勢RPM發(fā)展趨勢一、研制更適合于 RPM的新型材料二、面向制造的 RPM三、 RPM技術(shù)的智能化、桌面化和網(wǎng)絡(luò)化四、功能強大的 RPM軟件的開發(fā)五、生物制造和生長成形研制更適合于 RPM的新型材料? 目前商業(yè)化應(yīng)用的成形材料有：丙烯酸基光固化樹脂、環(huán)氧基光固化樹脂、涂覆紙、纖維混紡料、精鑄石蠟、聚脂石蠟、ABS、 MABS、纖細(xì)尼龍、尼龍復(fù)合物 (NylonComposite)、聚碳酸脂 (Polycarbonate)、金屬粉末、覆膜陶瓷粉等。? 用于快速模具制造和功能零件的 材料 還不成熟，強度、精度、性能和壽命方面還達不到使用要求。? 以材料科學(xué)、有機化學(xué)等為基礎(chǔ)，研究開發(fā)性能相當(dāng)甚至超過金屬材料的復(fù)合材料、陶瓷材料，與醫(yī)學(xué)、生物學(xué)結(jié)合開發(fā)具有活性的生物材料，用快速原型技術(shù)制造人體內(nèi)臟器官或四肢以輔助醫(yī)療診斷和外科手術(shù)等都已成為 RPM發(fā)展方向。面向制造的 RPM① 研究新的成形工藝和完善現(xiàn)有的制造工藝② 與傳統(tǒng)的制造工藝結(jié)合，形成快速的產(chǎn)品開發(fā) /制造系統(tǒng)③ 提高制造精度和表面質(zhì)量④ 提高制造速度RPM技術(shù)的智能化、桌面化和網(wǎng)絡(luò)化 研究加工參數(shù)的智能設(shè)定可降低操作人員對經(jīng)驗的依賴，穩(wěn)定加工的質(zhì)量。適當(dāng)引入人工智能（ AI）和專家系統(tǒng)，自動選擇出最佳的工藝參數(shù)。此外智能選擇系統(tǒng)可根據(jù)用戶的需求，綜合考慮各項指標(biāo)，選擇出最適合用戶要求的低成本、短周期、材料適宜的 RPM系統(tǒng)?？傊?，智能化是 RPM技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。? 桌面化? 網(wǎng)絡(luò)化：遠(yuǎn)程設(shè)計和制造，全球協(xié)作。功能強大的 RPM軟件的開發(fā) 隨著 RPM技術(shù)的不斷發(fā)展，軟件所面臨的問題日益突出，特別是 STL文件自身的缺陷和不足，所以開發(fā)一種功能強大且具備 RPM數(shù)據(jù)處理 （分層處理）方法的應(yīng)用軟件尤顯重要。 軟件可以將目前平面等厚的分層方式拓寬為曲面分層、非均勻分層或直接從曲面模型中分層，此外可采用更精確、快速的數(shù)學(xué)算法來提高成形精度。 　五、生物制造和生長成形? 生物制造是將生物技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)和制造科學(xué)相互結(jié)合從而解決人類的健康保健問題。研究的是如何制造能夠改變或復(fù)現(xiàn)生命體或者一部分功能的 “ 生命零件 ” 。 五、生物制造和生長成形? 快速原型非常適合生物制造的要求：? 1） “ 生物零件 ” 應(yīng)該為每個個體的人設(shè)計和制造，快速原型能夠提供個性服務(wù)，成形任意復(fù)雜的形狀； 2） RP能夠直接操縱材料狀態(tài)，使之與物理位置匹配； 3） RP能夠直接操縱數(shù)字化的材料單元，為信息直接轉(zhuǎn)換成物理實現(xiàn)提供最快的方式。先進切削先進切削 技術(shù)技術(shù)89第第 3章章 先進制造工藝先進制造工藝Advanced Manufacturing Process課程課程 “先進制造技術(shù)先進制造技術(shù) ” 先進切削先進切削 技術(shù)技術(shù)Advanced Machining Technology90 概述概述◆◆ 超精密加工技術(shù)是指被加工零件的尺寸精度高于 ，表面粗糙度 Ra在 之間，以及所用機床定位精度的分辨率和重復(fù)性高于 的加工技術(shù)，亦稱之為 亞微米級加工技術(shù) ，且正在向納米級加工技術(shù)發(fā)展。目前，超精密加工從單一的 金剛石車削 ，到現(xiàn)代的 超精密磨削、研磨、拋光 等多種方法的綜合運用，已成為現(xiàn)代制造技術(shù)中的一個重要組成部分。超精密加工技術(shù)主要包括 :超精密加工的機理，超精密加工的設(shè)備制造技術(shù)，超精密加工工具及刃磨技術(shù)，超精密測量技術(shù)和誤差補償技術(shù)，超精密加工工作環(huán)境等。超精密加工技術(shù)的概念超精密加工技術(shù)的概念 超精密加工的發(fā)展超精密加工的發(fā)展91圖 31 精密加工與超精密加工的發(fā)展普通加工精密加工超精密加工超高精密磨床超精密研磨機離子束加工分子對位加工車床 ,銑床 卡尺加工設(shè)備 測量儀器精密車床磨床百分尺比較儀坐標(biāo)鏜床坐標(biāo)磨床氣動測微儀光學(xué)比較儀金剛石車床精密磨床光學(xué)磁尺電子比較儀超精密磨床精密研磨機激光測長儀圓度儀輪廓儀激光高精度測長儀掃描電鏡電子線分析儀加工誤差（μm）1001011021021011031900 1920 1940 1960 1980 2023 年份 概述概述92結(jié)合加工 分類 加工機理 加工方法示例去除加工電物理加工 電火花加工（電火花成形，電火花線切割）電化學(xué)加工 電解加工、蝕刻、化學(xué)機械拋光力學(xué)加工 切削、磨削、研磨、拋光、超聲加工、噴射加工熱蒸發(fā)（擴散、溶解） 電子束加工、激光加工附著加工注入加工化學(xué) 化學(xué)鍍、化學(xué)氣相沉積電化學(xué) 電鍍、電鑄熱熔化 真空蒸鍍、熔化鍍化學(xué) 氧化、氮化、活性化學(xué)反映電化學(xué) 陽極氧化熱熔化 摻雜、滲碳、燒結(jié)、晶體生長力物理 離子注入、離子束外延連續(xù)加工 熱物理 激光焊接、快速成形化學(xué) 化學(xué)粘接變形加工熱流動 精密鍛造、電子束流動加工、激光流動加工粘滯流動 精密鑄造、壓鑄、注塑分子定向 液晶定向表 32 精密與超精密加工分類 概述概述93216。 直接式進化加工直接式進化加工 ：利用低于工件精度的設(shè)備、工具，：利用低于工件精度的設(shè)備、工具，通過通過 工藝手段和特殊工藝裝備工藝手段和特殊工藝裝備 ，加工出所需工件。適用，加工出所需工件。適用于單件、小批生產(chǎn)。于單件、小批生產(chǎn)。216。 間接式進化加工間接式進化加工 ：借助于直接式：借助于直接式 ““ 進化進化 ”” 加工原則，加工原則，生產(chǎn)出第二代工作母機，再用此工作母機加工工件。適生產(chǎn)出第二代工作母機，再用此工作母機加工工件。適用于批量生產(chǎn)用于批量生產(chǎn) 。◆◆ “ 進化 ” 加工原則背吃刀量小于晶粒大小，切削在晶粒內(nèi)進行，與傳統(tǒng)切削機理完全不同。◆◆ 微量切削機理◆◆ 特種加工與復(fù)合加工方法應(yīng)用越來越多傳統(tǒng)切削與磨削方法存在加工精度極限，超越極限需采用新的方法。q 精密與超精密加工特點 概述概述94要達到加工要求，需綜合考慮工件材料、加工方法、加工設(shè)備與工具、測試手段、工作環(huán)境等諸多因素，是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，難度較大。◆◆ 形成綜合制造工藝廣泛采用計算機控制、適應(yīng)控制、在線檢測與誤差補償技術(shù)，以減小人的因素影響，保證加工質(zhì)量?！簟? 與自動化技術(shù)聯(lián)系緊密精密與超精密加工設(shè)備造價高，難成系列。常常針對某一特定產(chǎn)品設(shè)計（如加工直徑 3m射電天文望遠(yuǎn)鏡的超精密車床，加工尺寸小于 1mm微型零件的激光加工設(shè)備）?！簟? 與高新技術(shù)產(chǎn)品緊密結(jié)合◆◆ 加工與檢測一體化精密檢測是精密與超精密加工的必要條件，并常常成為精密與超精密加工的關(guān)鍵。 概述概述金剛石超精密加工技術(shù)金剛石超精密加工技術(shù) 95216。 切削在晶粒內(nèi)進行切削在晶粒內(nèi)進行216。 切削力＞原子結(jié)合力（剪切應(yīng)力達切削力＞原子結(jié)合力（剪切應(yīng)力達 13000 N/ mm2））216。 刀尖處溫度刀尖處溫度 極高極高 ，應(yīng)力極大，普通刀具難以承受，應(yīng)力極大，普通刀具難以承受216。 高速切削高速切削 （與傳統(tǒng)精密切削相反），工件變形小，表層（與傳統(tǒng)精密切削相反），工件變形小，表層高溫不會高溫不會 波及工件內(nèi)層，可獲得高精度和好表面質(zhì)量216。 用于銅、鋁及其合金精密切削（切鐵金屬，由于親合作用于銅、鋁及其合金精密切削（切鐵金屬，由于親合作用，產(chǎn)生用，產(chǎn)生 “碳化磨損碳化磨損 ”，影響刀具壽命和加工質(zhì)量），影響刀具壽命和加工質(zhì)量）216。 加工各種加工各種 紅外光學(xué)紅外光學(xué) 材料如鍺、硅、材料如鍺、硅、 ZnS和和 ZnSe等等216。 加工有機玻璃和各種塑料加工有機玻璃和各種塑料216。 典型產(chǎn)品：光學(xué)反射鏡、射電望遠(yuǎn)鏡主鏡面典型產(chǎn)品：光學(xué)反射鏡、射電望遠(yuǎn)鏡主鏡面 、 大型投影大型投影電視屏幕、電視屏幕、 照像機塑料鏡片、樹脂隱形眼鏡鏡片等◆◆ 應(yīng)用◆ 機理、特點 金剛石超精密加工技術(shù)金剛石超精密加工技術(shù)96★★ 加工設(shè)備