【正文】 頁 填充外殼，重復(fù)制作直至完成。 2020 年他們開發(fā)一種新的鐵 /尼龍的復(fù)合材料，該材料比其他用于快速制模的金屬 /塑料復(fù)合材料擁有更好的性能 [7]。他們的研究結(jié)論是：以氣壓作為擠壓動力有效可行 ,系統(tǒng)工藝簡單 ,成形材料選擇范圍廣泛 ,可完成傳統(tǒng) FDM的快速設(shè)計任務(wù) ,還可完成制造人工生物活性骨的模型加工。目前，該系統(tǒng)和 使用該系統(tǒng)的制件已經(jīng)制作出來，但是一些工藝參數(shù)（如顆粒度等）還需要進一步優(yōu)化。 新工藝、新材料和新方法的研究 丹麥科技大學(xué)（ Technical University of Denmark）的 Bellini Anna 開發(fā)了一種用于 FDM 設(shè)備的新型擠出系統(tǒng) [5]。根據(jù) Stratasys 技術(shù)報告提供的數(shù)據(jù)，采用 PPSF 材料制造的注塑模具可生產(chǎn) 150 件 POM 零件或者 201 件 PA 零件 [4]。 1999年 Stratasys公司開發(fā)出水溶性支撐材料，有效地解決了復(fù)雜、小型孔中的支撐材料難除或無法去除的難題 [3]。 在 FDM 材料方面，熔絲線材料主要是 ABS、人造橡膠、鑄蠟和聚脂熱塑性塑料。該設(shè)備成形材料廣泛，可成形 PLLA、 PLGA、 PU 等多種人體組織工程用高分子材料。此外，殷華公司近幾年推出了專門用于人體組織工程支架的快速成形設(shè)備Medtiss。北京殷華公司對熔融擠壓噴頭進行了改進，提高了噴頭可靠性。該公司自 2020 年起在年 RP 設(shè)備銷售臺數(shù)上超過美國 3D System 公司，成為世界上最大的 RP 設(shè)備銷售商，目前 Stratasys 公司每年銷售的 RP 設(shè)備占到全球銷售總量的一半左右。該公司成立于 1990 年，總部位于美國明尼蘇達州，擁有 FDM 專利技術(shù)。近年來，美國 3D Systems 公司在 FDM 技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出了多噴頭（ MultiJet Manufacture,MJM）技術(shù)，即使用多個噴頭同時造型， 從而提高了造型速度。 研究 FDM工藝的主要有 Stratasys公司和 Med Modeler公司。 FDM 工藝不使用激光器，其關(guān)鍵技術(shù)在于噴頭，其基本工作原理是：噴頭在計算機控制下作 XY 聯(lián)動掃描以及 Z 向運動，制作材料在噴頭中被加熱并略高于熔點；噴頭在掃描運動中噴出熔融的材料，快速冷卻形成一個加工層，并與上一層連接在一起；這樣層層掃描疊加便形成一個空間實體。這些技術(shù)在很多?？迫顼B外科、神經(jīng)外科、口腔外科、整形外科和頭頸外科等得到了廣泛的應(yīng)用。 在 RP 原型制造出來之后 ,以此原型作為基礎(chǔ) ,采用一次轉(zhuǎn)換或多次轉(zhuǎn)換工藝 ,制造出實際的大批量生產(chǎn)中或產(chǎn)品試制中零件使用的模具 ,稱為間接模技術(shù) ,目前是 RP 技術(shù)最重要的應(yīng)用領(lǐng)域。即使是傳統(tǒng)的快速模具 ,也常常因為模具的設(shè)計與制造中出現(xiàn)的問題無法改正 ,而不能做到真正的“快速”。 2) 在快速模具上的應(yīng)用 由于現(xiàn)代社會產(chǎn)品競爭十分激烈 ,產(chǎn)品快速響應(yīng)市場往往是 競爭制勝的關(guān)鍵 ,所以模具快速制造顯得尤為重要?？焖俪尚图夹g(shù)的出現(xiàn)恰到好處地彌補了產(chǎn)品 CAD 與 CAM 之間的這個縫隙。如下圖所示： 圖 4 Helisys 公司的 LOM 系統(tǒng)裝置原理圖 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 6 頁 共 36 頁 5） 其他工藝：還有許多快速成型工藝已經(jīng)投入商品化，如 三維噴涂粘結(jié)（ Three Dimensional Printing and Gluing, 3DPG）、焊接成型（ Welding Forming, WF）、光屏蔽工藝（ Photo— masking, SGC）、直接殼法（ Direct Shell Production Casting, DSPC）、直 接燒結(jié)技術(shù)、數(shù)碼累積成型、熱致聚合、全息干涉制造、模型熔、彈道微粒制造光束干涉固化等。 LOM 工藝將單面涂有熱溶膠的紙片通過加熱輥加熱粘接在一起，位于上方的激光器按照 CAD 分層模型所獲數(shù)據(jù)，用激光束將紙切割成所制零件的內(nèi)外輪廓．然后新的一層紙再疊加在上面，通過熱壓 裝置和下面已切割層粘合在一起。材料擠壓后堆積出一個層面，然后將第二個層面用同樣的方法制造出來，并與前一個層面熔接在一起，如此層層堆積而獲得一個三維實體。材料在噴頭內(nèi)被加熱融化。一層固 化完畢后，工作臺下移一個層厚的距離，以使在原先固化好的樹脂表面再鋪上一層新的液態(tài)樹脂，刮板將粘度較大的樹脂液面刮平，然后進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)直至整個零件制造完畢，得到一個三維實體原型。如下圖所示： 圖 1 選擇性激光燒結(jié) 原理圖 2） 光固化成型法 (Stereo lithography Apparatus, SLA)工藝 SLA 工藝是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作的。一層完成后再進行下一層，新的一層則與上一層牢固地結(jié)合在一起。 1) 選擇性激光燒結(jié)法 (Selective Laser Sintering, SLS)工藝 SLS 工藝是采用粉末狀材料成型的。 本次畢設(shè)的任務(wù)就是基于各種快速成型技術(shù)中的 FDM 技術(shù)提出來的 快速成型技術(shù)的分類 目前快速成型技術(shù)在“分層制造”思想的基礎(chǔ)上，已出現(xiàn)了數(shù)十種工藝方法，并且新的工藝還在不斷涌現(xiàn)。 以上特點決定了 RP 技術(shù)主要適合于新產(chǎn)品開發(fā)，快速單件及小批量零件制造，復(fù)雜形狀零件的制造，模具與模型設(shè)計與制造，也適合于難加工材料的制造，外形設(shè)計檢查，裝配檢驗和快速反求工程等。 快速成型（ RP）技術(shù)的特點 RP 技術(shù)將一個實體的復(fù)雜的三維加工離散成一系列層片的加工，大大降低了加工難度，具有如下特點： （ 1）成型全過程的快速性，適合現(xiàn)代激烈的產(chǎn)品市場； （ 2）可以制造任意復(fù)雜形狀的三維實體； （ 3）用 CAD 模型直接驅(qū)動，實現(xiàn)設(shè)計與制造高度一體化，其直觀性和易改性為產(chǎn)品的完美設(shè)計提供了優(yōu)良的設(shè)計環(huán)境； （ 4）成型過程無需專用夾具、模具、刀具，既節(jié)省了費用，又縮短了制作周期。 快速成型技術(shù)的基本原理 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 2 頁 共 36 頁 傳統(tǒng)的零件加工過程是先制造毛坯，然后經(jīng)切削加工，從毛坯上去除多余的材料，從而達到設(shè)計所要求的形狀、尺寸和公差，這種方法統(tǒng)稱為材料去除制造。 進入 21 世紀以來，間接快速制模技術(shù)成為 RP 最重要的應(yīng)用領(lǐng)域；生物活性材料快速成形成為 RP 研究中一個新的熱點，快速成形的生物材料進入細胞和大分子層次；RP 技術(shù)的研究重點逐步轉(zhuǎn)移到快速制造（ Rapid Manufacturing） ，主要是直接金屬件的制造 ，快速成形技術(shù)的概念也由快速原型向快速制造轉(zhuǎn)化 [2]。它是一種基于離散堆積成型思想的新型成型技術(shù)，是又 CAD模型直接驅(qū)動的快速完成任意復(fù)雜形狀三維實體零件制造的技術(shù)的總稱。 它于 20 世紀 80 年代后期產(chǎn)生 于美國，很快擴展到日本及歐洲，比喻 20 世紀 90 年代初期引進我國，是近 20 年來制造技術(shù)領(lǐng)域的一項重大突破， 并由此產(chǎn)生一個新興的技術(shù)領(lǐng)域。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 1 頁 共 36 頁 立式加工中心 X、 Y 方向進給系統(tǒng)以及床身的設(shè)計 1 引言 快速成型技術(shù) 的產(chǎn)生和發(fā)展 ． 1 快速成型（ RP）技術(shù)簡介 快速原型 制造技術(shù)，又叫 快速成型技術(shù)， 英文： RAPID PROTOTYPING（簡稱 RP 技術(shù)），RAPID PROTOTYPING MANUFACTURING，簡稱 RPM。 快速 成型（ RP）技術(shù)是 在 90 年代發(fā)展起來的一項 先進制造技術(shù)， 是為制造業(yè)企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)服務(wù)的一項關(guān)鍵共性技術(shù) , 對促進企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品競爭力有積極的推動作用。 它借助計算機、激光、精密傳動、數(shù)控技術(shù)等現(xiàn)代手段，將 CAD 和 CAM 技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、機械工程、電子技術(shù)及激光技術(shù)的技術(shù)集成以實現(xiàn)從零件到三維實體原型制造一體化的系統(tǒng)技術(shù)。 快速成形 （ Rapid Prototyping， RP） 技術(shù)基于離散 /堆積 原理， 采用多種直寫 （ Direct Writing）技術(shù)控制單元材料狀態(tài)，將傳統(tǒng)上相互獨立的材料制備和材料成形過程合，建立了零件成形信息及材料功能信息數(shù)字化到物理實現(xiàn)數(shù)字化之間的直接映射，實現(xiàn)了從材料和零件的設(shè)計思想到物理時間的一體化 [1]。而基于噴射技術(shù)的熔融沉積成型（ Fused Deposition Modeling， FDM）正是當前最活躍使用最廣泛的 RP技術(shù)之一。 快速原型制造技術(shù)徹底擺脫了傳統(tǒng)的“去除”加工法，而基于“材料逐層堆積”的制造理念，將復(fù)雜的三維加工分解為簡單的材料二維添加的組合，它能在 CAD 模型的 直接驅(qū)動下，快速制造任意復(fù)雜形狀的三維實體，是一種全新的制造技術(shù)。 （ 5）技術(shù)的 高度集成性，既是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物，也是對它們的綜合應(yīng)用，帶有鮮明的高新技術(shù) 特征。 快速成型（ RP）技術(shù)的研究背景 自 美國 3D 公司 1988 年推出第一臺商品 SLA 快速成形機以來，已經(jīng)有十幾種不同的成形系統(tǒng)，其中比較成熟的有 UV、 SLA、 SLS、 LOM 和 FDM 等方法。根據(jù)所使用的材料和建造技術(shù)的不同，目前應(yīng)用比較廣泛的方法有選擇性激光燒結(jié)法（ SLS）、光固化成型法（ SLA）、熔融沉積制造法（ FDM）、 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 3 頁 共 36 頁 疊層實體制造法（ LOM）等。用激光束在計算機的控制下有選擇地進行燒結(jié)，被燒 結(jié)部分固化在一起構(gòu)成了零件的實心部分。所有層完成后，去除多余未燒結(jié)的粉末，再經(jīng)過打磨、烘干等后處理，便得到燒結(jié)后的零件。激光束在控制系統(tǒng)的控制下按零件的各分層截面信息在光敏樹脂表面進行逐點掃描，使被掃描區(qū)域的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)而固化，形成零件的一個薄層。如下圖所示 : 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 4 頁 共 36 頁 圖 2 立體 光固化成型 工藝原理圖 3) 熔融沉積制造法 (Fused Deposition Manufacturing, FDM)工藝 FDM 工藝一般采用熱塑性材料。噴頭在計算機的控制下沿零件截面進行填充軌跡運動，同時將融化的材料擠出，材料迅速 固化，并與周圍的材料粘結(jié)。如下圖所示： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 5 頁 共 36 頁 圖 3 熔融沉積制造原理圖 4) 疊層實體制造法 (Laminated Object Manufacturing, LOM)工藝 LOM 工藝采用薄片材料，如紙、塑料薄膜等。激光束再次切割．這樣反復(fù)逐層切割一粘合一切割，直至整個零件模型。 快速成型技術(shù)的應(yīng)用 1） 在產(chǎn)品設(shè)計上的應(yīng)用 一直以來，在 CAD 和 CAM 之間都存在著一個縫隙，即產(chǎn)品的 CAD 總不能在 CAM 之前盡善盡美。正因為如此， RP 模型的早期應(yīng)用主要集中在產(chǎn)品設(shè)計階段的外觀評估、裝配與功能檢驗方面，而且這幾方面的應(yīng)用至今仍然占據(jù)著較大的需求。 傳統(tǒng)模具制造的方法工藝復(fù)雜、時間長、費用高、精度低、壽命短 ,很難完全滿足用戶的要求。因此 ,應(yīng)用 RP 技術(shù)制造快速模具 ,在最終生產(chǎn)模具開模之前進行產(chǎn)品的試制與小批量生產(chǎn) ,可以大大提高產(chǎn)品開發(fā)的一次成功率 ,有效地節(jié)約開發(fā)時間和費用。 3) 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域上的應(yīng)用 RP 技術(shù)已經(jīng)運用于種植體原型、監(jiān)視系統(tǒng)和很多其他醫(yī)療設(shè)備原型的制作，運用生理數(shù)據(jù)采用 SLA、 LOM、 SLS、 FDM 等技術(shù)快速制作物理模型，對想不通過開刀就可觀看病人骨結(jié)構(gòu)的研究人員、種植體設(shè)計師和外科醫(yī)生等能夠提供非常有益的幫助。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 7 頁 共 36 頁 熔融沉積技術(shù) 1． FDM 熔融沉積造型概述 熔融沉積造型（ Fused Deposition Modeling ,FDM） 又稱為融化堆積法，熔融擠出成模（ Melted Extrusion Manufacturing ,MEM） 等 .FDM 工藝由美