【正文】 形成綜合制造工藝廣泛采用計算機控制、適應控制、在線檢測與誤差補償技術，以減小人的因素影響，保證加工質量?！簟? 微量切削機理◆◆ 特種加工與復合加工方法應用越來越多傳統(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。適用于批量生產用于批量生產 。 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，生產出第二代工作母機，再用此工作母機加工工件。于單件、小批生產。適用，加工出所需工件。超精密加工技術的概念超精密加工技術的概念 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 卡尺加工設備 測量儀器精密車床磨床百分尺比較儀坐標鏜床坐標磨床氣動測微儀光學比較儀金剛石車床精密磨床光學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）電化學加工 電解加工、蝕刻、化學機械拋光力學加工 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 化學鍍、化學氣相沉積電化學 電鍍、電鑄熱熔化 真空蒸鍍、熔化鍍化學 氧化、氮化、活性化學反映電化學 陽極氧化熱熔化 摻雜、滲碳、燒結、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 化學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。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)代制造技術中的一個重要組成部分。 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 ” 應該為每個個體的人設計和制造，快速原型能夠提供個性服務，成形任意復雜的形狀； 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，為信息直接轉換成物理實現(xiàn)提供最快的方式。 　五、生物制造和生長成形? 生物制造是將生物技術、生物醫(yī)學和制造科學相互結合從而解決人類的健康保健問題。功能強大的 RPM軟件的開發(fā) 隨著 RPM技術的不斷發(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）方法的應用軟件尤顯重要。總之，智能化是 RPM技術發(fā)展的必然趨勢。適當引入人工智能（ AI）和專家系統(tǒng)，自動選擇出最佳的工藝參數(shù)。? 以材料科學、有機化學等為基礎，研究開發(fā)性能相當甚至超過金屬材料的復合材料、陶瓷材料，與醫(yī)學、生物學結合開發(fā)具有活性的生物材料，用快速原型技術制造人體內臟器官或四肢以輔助醫(yī)療診斷和外科手術等都已成為 RPM發(fā)展方向。RP技術在醫(yī)學領域中的應用技術在醫(yī)學領域中的應用 RPM技術的應用技術的應用 79 RPM技術的應用技術的應用 （三）模型制造醫(yī)學模型藝術模型建筑模型80 RPM技術的應用技術的應用 ◆◆ 實例實例 1：： CT掃描股骨模型掃描股骨模型81 RPM技術的應用技術的應用 ◆◆ 實例實例 2：藝術模型：藝術模型快速原型制造技術發(fā)展趨勢快速原型制造技術發(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技術的智能化、桌面化和網絡化四、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、纖細尼龍、尼龍復合物 (NylonComposite)、聚碳酸脂 (Polycarbonate)、金屬粉末、覆膜陶瓷粉等。近幾年國內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。以 CT掃描或掃描或 MRI磁共振數(shù)據(jù)為基礎，利用磁共振數(shù)據(jù)為基礎，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技術制作的人體假肢還能與結合部位技術制作的人體假肢還能與結合部位實現(xiàn)最大程度的吻合，從而縮短手術時間，減少術后并發(fā)實現(xiàn)最大程度的吻合，從而縮短手術時間，減少術后并發(fā)癥。人體的骨骼和內部器官具有極其復雜的結構，要真實地復制人體的骨骼和內部器官具有極其復雜的結構，要真實地復制人體內部的器官構造，反應病變特征，快速成形幾乎是唯一人體內部的器官構造，反應病變特征，快速成形幾乎是唯一的方法。高，成型尺寸也受到較大地限制。但在模具高精度，降低成本方面具有很大潛力。216。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技術直接制造技術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性能、尺寸精度和表面質量。 快速模具制造（快速模具制造（ Rapid Tooling， RT）） RPM技術的應用技術的應用 216。類。216。RT技術與傳統(tǒng)模具制造技術相比，可節(jié)省技術與傳統(tǒng)模具制造技術相比，可節(jié)省 1／／ 3的時間和成的時間和成本。RT技術無需數(shù)控銑削，無需電火花加工，無需任何專用工技術無需數(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)原型可把復雜的工具和型腔制造出來。一般來說采用一般來說采用 RPM快速產品開發(fā)技術，可減少產品開發(fā)成快速產品開發(fā)技術，可減少產品開發(fā)成本本 30～～ 70% ，減少開發(fā)時間，減少開發(fā)時間 50% 。正確性、造型合理性、可裝配和干涉等進行具體的檢驗。上的設計變?yōu)榭蛇M一步評估的實物。FDM系統(tǒng)組成—— 主要包括噴頭、送絲機構、運動機構、加熱成形室、工作臺五部分熔融沉積造型設備（ MEM250Ⅱ ）1加熱噴頭；2X掃描機構；3絲盤；4送絲機構；5Y掃描機構；6框架；7工作平臺；8成形室 65216。缺點是物的泄漏。 典型的典型的 RPM工藝方法工藝方法63 典型的典型的 RPM工藝方法工藝方法216。其后工作臺下降一個切片厚度再沉積固化出另一新的薄層，如此一層層成形且相個切片厚度再沉積固化出另一新的薄層，如此一層層成形且相互粘結便堆積出三維實體制件。工作原理：將熱熔性絲材由供絲機構送至噴頭，并在噴頭中被工作原理：將熱熔性絲材由供絲機構送至噴頭，并在噴頭中被加熱至臨界半流動狀態(tài)，噴頭底部有一噴嘴供熔融的材料以一加熱至臨界半流動狀態(tài)，噴頭底部有一噴嘴供熔融的材料以一定的壓力擠出，噴頭按零件截面輪廓信息移動，在移動過程中定的壓力擠出，噴頭按零件截面輪廓信息移動，在移動過程中所噴出的半流動材料沉積固化為一個薄層。作臺等五個部分組成，而噴頭是結構最復雜的部分。 216。 典型的典型的 RPM工藝方法工藝方法59 典型的典型的 RPM工藝方法工藝方法SLS工藝原理圖1CO2激光束； 2掃描鏡； 3 CO2激光器； 4粉末； 5平整滾筒AFS－ 300型選擇性激光燒結主機結構示意圖1激光室；2鋪粉機構；3供料缸；4加熱燈；5成形料缸；6排塵裝置；7滾珠絲桿螺母機構；8料粉回收箱該系統(tǒng)北京隆源自動成型系統(tǒng)有限公司研制選擇性激光燒結機光路系統(tǒng)1指示器；2光束合成器； 4反射鏡；5擴束鏡；6聚焦鏡；7掃描器62熔融沉積成形熔融沉積成形 (Fused Deposition Modeling， FDM) 216。 缺點缺點 是成形速度較慢，成形精度和表面質量較差。優(yōu)點優(yōu)點 是可以采用金屬、陶瓷、塑料、復合材料等多種材料是可以采用金屬、陶瓷、塑料、復合材料等多種材料，且材料利用率高；不需要支撐，故可制作形狀復雜的零，且材料利用率高；不需要支撐，故可制作形狀復雜的零件。件。當一層燒結完畢后，是可對后一層進行支撐的松散粉末。216。年首先研制出來的，同年獲美國專利。lX、 Y軸； 2熱壓系統(tǒng)； 3測高裝置； 4收紙輥；5Z軸； 6送紙輥； 7工作平臺； 8激光頭LOM應用舉例5758選擇性激光燒結（選擇性激光燒結（ Selective Laser Sintering， SLS））216。 55 典型的典型的 RPM工藝方法工藝方法疊層實體制造工藝 —— 系統(tǒng)組成下圖所示為清華大學企業(yè)集團下屬的高科技企業(yè)生產的 SSM800疊層實體制造設備。形。優(yōu)點：材料適應性強；只需切割零件輪廓線，成形厚壁零件的優(yōu)點：材料適應性強；只需切割零件輪廓線，成形厚壁零件的速度較快，易于制造大型零件；不需要支撐；工藝過程中不存速度較快，易于制造大型零件；不需要支撐；工藝過程中不存在材料相變，成形后的成形無內應力，因此不易引起翅曲變在材料相變，成形后的成形無內應力，因此不易引起翅曲變形。后固化工序是采用很強的紫外光源使剛剛成形的原型件充分固化，這一工序可以在紫外烘干箱中進行。 典型的典型的 RPM工藝方法工藝方法 典型的典型的 RPM工藝方法工藝方法? 原型制作完畢，需進行剝離，以便去除廢料和支撐結構，有時還需進行后固化、修補、打磨、拋光、表面涂覆、表面強化處理等，這些工序統(tǒng)稱為 后處理 。零件。如此反復直至零件的所有截面粘接、切割完，得到分層制造的實體直至零件的所有截面粘接、切割完，得到分層制造的實體零件。工作原理：它以單面事先涂有工作原理：它以單面事先涂有 熱溶膠熱溶膠 的紙、金屬箔、塑料的紙、金屬箔、塑料膜、陶瓷膜等片材為原料，激光按切片軟件截取的分層輪膜、陶瓷膜等片材為原料，激光按切片軟件截取的分層輪廓信息切割工作臺上的片材，熱壓輥熱壓片材，使之與下廓信息切割工作臺上的片材，熱壓輥熱壓片材，使之與下面已成形的工件粘接；激光在剛粘接的新層上切割出零件面已成形的工件粘接；激光在剛粘接的新層上切割出零件截面輪廓和工件外框，并在截面輪廓與外框之間多余的區(qū)截面輪廓和工件外框，并在截面輪廓與外框之間多余的區(qū)域內切割出后處理時便于剝離的網格；激光切割完成一層域內切割出后處理時便于剝離的網格；激光切割完成一層的截面后的截面后 ，5253工作臺帶動已成形的工件下降一個片材厚度，與帶狀片材工作臺帶動已成形的工件下降一個片材厚度，與帶狀片材分離；送料機構轉動收料輥和送料輥，帶動料帶移動，使分離；送料機構轉動收料輥和送料輥，帶動料帶移動，使新層移到加工區(qū)域，熱壓輥熱壓，工件的層數(shù)增加一層，新層移到加工區(qū)域，熱壓輥熱壓，工件的層數(shù)增加一層，高度增加一個料厚；再在新層上進行激光切割。種之多。目前基于年獲得美國專利。 典型的典型的 RPM工藝方法工藝方法49 典型的典型的 RPM工藝方法工藝方法激光快速成型機 SLA250最大加工尺寸 250mm250mm250mm 產 地品牌： 美國 3D Systems 可使用材料： SL5220光敏 樹 脂 最小 層 厚： 5051層合實體制造層合實體制造 （（ LOM））216。但制件韌性較差，設備投資較大，需要支撐，液態(tài)樹脂有一定的毒性。成型時間時間 3～～ 5h。制件結構左右的制造精度，制件結構清晰且表面光滑，適合制作清晰且表面光滑，適合制作 結構復雜和精細結構復雜和精細 的制件。 216。重復此過程，并層層相互粘結堆積出一個三維固體制件。一層固化完畢后，工作臺下移一個切片厚度，使新一層液態(tài)樹脂覆蓋在已固化層的下移一個切片厚度，使新一層液態(tài)樹脂覆蓋在已固化層的上面，再進行第二層固化。控制激光束按切片軟件截取的層面輪廓信息對液態(tài)光敏樹脂逐點掃描，被掃描區(qū)的液態(tài)樹脂發(fā)生聚息對液態(tài)光敏樹脂逐點掃描，被掃描區(qū)的液態(tài)樹脂發(fā)生聚合反應形成一薄層的固態(tài)實體。它使用液態(tài)光敏樹脂為成形材料，采用激光器，利用脂為成形材料，采用激光器，利用 光固化原理光固化原理 一層層掃描一層層掃描液態(tài)樹脂成形。立體光刻又稱立體光刻又稱 光敏液相固化成形光敏液相固化成形 ，是由，是由 Cahries Hull于于1984年提出并獲美國專利，年提出并獲美國專利， 1988年美國年美國 3D Systems公司推公司推出世界上第一臺商品化樣機出世界上第一臺商品化樣機 SLA4243CONCEPTDESIGNINGDATA COLLECTIONDATAPROCE