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第三章 快速成型材料与设备


快速成型技术及应用
张汪年 zwn2003@126.com

上次课内容回顾
1、FDM原理; 原理; 原理 2、 FDM设备组成和个组成的作用; 设备组成和个组成的作用; 、 设备组成和个组成的作用 3、 FDM成型过程; 成型过程; 、 成型过程 4、 FDM成型精度及控制方法; 成型精度及控制方法; 、 成型精度及控制方法 5、 F

DM原材料有哪些及对其要求; 原材料有哪些及对其要求; 、 原材料有哪些及对其要求 6、 FDM成型特点。 成型特点。 、 成型特点

第三章 快速成型材料及设备 第一节、 第一节、快速成型材料 第二节、 第二节、快速成型设备

第一节、 第一节、快速成型材料
快速成型材料有金属、陶瓷、塑料等材料, 快速成型材料有金属、陶瓷、塑料等材料,从形 金属 等材料 态上有液态材料、薄层材料 粉末材料以及 液态材料 材料、 材料以及丝状 态上有液态材料、薄层材料、粉末材料以及丝状 材料等。 材料等。

对材料总体性能要求: 对材料总体性能要求: 1、适应逐层累加方式的快速成型建造模式; 、适应逐层累加方式的快速成型建造模式; 2、能快速实现层内建造和层间连接; 、能快速实现层内建造和层间连接; 3、原形的精度和尺寸稳定; 、原形的精度和尺寸稳定; 4、原形的力学性能满足实际要求; 、原形的力学性能满足实际要求; 5、对环境无污染。 、对环境无污染。

一、光固化快速成型(SLA)材料 光固化快速成型( )
1、光固化快速成型材料特点: 、光固化快速成型材料特点: 光固化快速成型的材料为液态树脂, 光固化快速成型的材料为液态树脂,或称为液态 液态树脂 光敏树脂,其具有以下特点: 光敏树脂,其具有以下特点: 1)、固化快,可以在几秒钟固化; )、固化快,可以在几秒钟固化; )、固化快 2)、不需要加热就能固化; 2)、不需要加热就能固化; )、不需要加热就能固化 3)、可以很容易制成液态形态; )、可以很容易制成液态形态; )、可以很容易制成液态形态 4)、可以实现自动化操作,提高生产效率。 )、可以实现自动化操作 )、可以实现自动化操作,提高生产效率。

2、光固化成型材料的组成 、 光敏树脂主要有齐聚物、光引发剂、稀释剂组成。 光敏树脂主要有齐聚物、光引发剂、稀释剂组成。 齐聚物 组成 齐聚物是光民树脂的主体, 齐聚物是光民树脂的主体,是一种含有不饱和官能团 是光民树脂的主体 的基料,它的末段有可聚合的活性基团, 的基料,它的末段有可聚合的活性基团,一旦有活性 就可以继续聚合长大,一经聚合, 种,就可以继续聚合长大,一经聚合,相对质量上升 极快,变成固体。 极快,变成固体。 光引发剂是激发光敏树脂交联反应的特殊基团, 光引发剂是激发光敏树脂交联反应的特殊基团,当受到 是激发光敏树脂交联反应的特殊基团 光子作用时,会变成高度活性的自由基团, 光子作用时,会变成高度活性的自由基团,作用于高分 子聚合物,使其产生交联反应,有线状变成网状, 子聚合物,使其产生交联反应,有线状变成网状,从而 实现固化。 实现固化。 稀释剂是一种功能性单体,可以调节齐聚物的粘度, 稀释剂是一种功能性单体,可以调节齐聚物的粘度,也 是一种功能性单体 参加聚合反应。 参加聚合反应。

二、叠层实体快速成型(LOM)材料 叠层实体快速成型( )
1、叠层实体材料组成: 、叠层实体材料组成: 叠层实体材料有薄型材料(纸、塑料)、粘接剂 叠层实体材料有薄型材料( 塑料)、粘接剂 薄型材料 )、 以及涂布工艺 涂布工艺。 (胶)以及涂布工艺。

2、叠层实体材料的要求: 、叠层实体材料的要求: 1)纸的要求: ) 的要求: (1)抗湿好 保证不会因时间长而吸水 从而保证热压 抗湿好,保证不会因时间长而吸水 抗湿好 保证不会因时间长而吸水,从而保证热压 过程中不会因为水分的损失而产生变形 (2)良好的侵润性 保证良好的涂胶能力 良好的侵润性,保证良好的涂胶能力 良好的侵润性 (3)抗拉强度好 保证在加工过程中不被拉断 抗拉强度好,保证在加工过程中不被拉断 抗拉强度好 (4)收缩率小 保证热压过程中不会因为水分的损失 收缩率小,保证热压过程中不会因为水分的损失 收缩率小 而产生变形 (5)剥离性好 容易打磨 稳定性好 剥离性好,容易打磨 剥离性好 容易打磨,稳定性好

2)胶的要求: ) 的要求:

(1)良好的热熔稳定性; 良好的热熔稳定性; 良好的热熔稳定性 (2)在反复的热熔 固化条件下 具备好的物 在反复的热熔-固化条件下 在反复的热熔 固化条件下,具备好的物 化学稳定性; 理和化学稳定性 理和化学稳定性; (3)熔融状态下与纸具有好的涂挂性及黏结 熔融状态下与纸具有好的涂挂性及黏结 熔融状态下与纸具有好的 性; (4)与纸具有足够的黏结强度; 与纸具有足够的黏结强度 与纸具有足够的黏结强度; (5)良好的废料剥离分离性能。 良好的废料剥离分离性能 良好的废料剥离分离性能。

2)涂布工艺 )

涂布工艺包括涂布形状和涂布厚度 涂布工艺包括涂布形状和涂布厚度. 涂布形状 涂布形状指采用均匀涂布和不均匀涂布,均匀涂布采 涂布形状指采用均匀涂布和不均匀涂布 均匀涂布采 用狭缝刮板涂布,不均匀涂布有条纹式和颗粒式 不均匀涂布有条纹式和颗粒式.一 用狭缝刮板涂布 不均匀涂布有条纹式和颗粒式 一 般讲,不均匀涂布可以减少应力集中 但设备很贵. 不均匀涂布可以减少应力集中,但设备很贵 般讲 不均匀涂布可以减少应力集中 但设备很贵 涂布厚度指在纸上涂多少厚度的胶,选择原则是保证 涂布厚度指在纸上涂多少厚度的胶 选择原则是保证 可靠的黏结性的前提下,尽可能少涂 一减少变形,溢 尽可能少涂,一减少变形 可靠的黏结性的前提下,尽可能少涂,一减少变形,溢 胶和错位. 胶和错位

三、熔融沉积快速成型(FDM)材料 熔融沉积快速成型( )

熔融沉积快速成型( 熔融沉积快速成型(FDM)材料 )
熔融沉积快速成型材料主要在于热喷头喷出材料 时要求既保持一定的形状又有良好的粘接性能 形状又有良好的粘接性能。 时要求既保持一定的形状又有良好的粘接性能。 材料的要求: 材料的要求: (1)材料的粘度要求,粘度低,流动性好,阻 )材料的粘度要求,粘度低,流动性好, 力小,有利于材料的顺利挤出; 力小,有利于材料的顺利挤出; (2)材料熔融温度要求,熔融温度低可以在很 )材料熔融温度要求, 低的温度下挤出,有利于提高喷头的寿命; 低的温度下挤出,有利于提高喷头的寿命; (3)收缩率小,成型后工件变形小,提高精度; )收缩率小,成型后工件变形小,提高精度; (4)粘接性越高,成型后工件的强度越高。 )粘接性越高,成型后工件的强度越高。

四、选择性激光烧结(SLS)快速成型材料 选择性激光烧结( )

选择性激光烧结( 选择性激光烧结(SLS)快速成型材料 ) 可用于SLS技术的材料包括:尼龙粉、覆 技术的材料包括:尼龙粉、 可用于 技术的材料包括 裹尼龙的玻璃粉、聚碳酸脂粉、聚酰胺粉、 裹尼龙的玻璃粉、聚碳酸脂粉、聚酰胺粉、 蜡粉、金属粉( 蜡粉、金属粉(成型后常须进行再烧结及 渗铜处理)、覆裹热凝树脂的细沙、 )、覆裹热凝树脂的细沙 渗铜处理)、覆裹热凝树脂的细沙、覆蜡 陶瓷粉和复蜡金属粉等。 陶瓷粉和复蜡金属粉等。 要求:容易制备成粉末;熔点低。 要求:容易制备成粉末;熔点低。

第二节 快速成型制造设备 一、光固化快速成型(SLA)制造设备 光固化快速成型( )

二、光固化快速成型(SLA)装置组成 光固化快速成型( ) SLA成形系统由激光器、X-Y运动装置、 成形系统由激光器、 - 运动装置 运动装置、 成形系统由激光器 液槽、升降台、刮刀和控制软件组成。 液槽、升降台、刮刀和控制软件组成。
1.激光器作用:产生激光; 激光器作用:产生激光; 激光器作用

2.液槽作用:盛放光敏树脂; 液槽作用:盛放光敏树脂; 液槽作用 3.升降台作用:控制成形工件的升降; 升降台作用: 升降台作用 控制成形工件的升降; 4.刮刀作用:保证新一层树脂迅速、均匀的涂 刮刀作用: 刮刀作用 保证新一层树脂迅速、 覆在已固化的层上,保证每一层厚度均匀; 覆在已固化的层上,保证每一层厚度均匀; 5 数字控制系统和数字软件作用: 控制激光器、 数字控制系统和数字软件作用: 控制激光器、 激光束扫描装置、升降台、刮刀的运动。 激光束扫描装置、升降台、刮刀的运动。

叠层实体快速成型( 二.叠层实体快速成型(LOM)制造设备 叠层实体快速成型 )

LOM成形系统的组成: 成形系统的组成: 成形系统的组成 LOM成形系统由计算机及控制软件、原材料 成形系统由计算机及控制软件、 成形系统由计算机及控制软件 存储及送料机构、热碾压机构、 存储及送料机构、热碾压机构、激光切割系 可升降工作台、数控系统、 统、可升降工作台、数控系统、模型取出装 置和机架组成。 置和机架组成。

1、激光器的作用:切割作用; 、激光器的作用:切割作用; 2、热压棍作用:给胶提供能量和施加压力, 、热压棍作用:给胶提供能量和施加压力, 提高工件成型后的强度; 提高工件成型后的强度; 3、可升降工作台作用:控制成形工件的升 、可升降工作台作用: 降; 4、数字控制系统和数字软件作用: 控制 、数字控制系统和数字软件作用: 激光器扫描装置、升降台、热压棍的运动。 激光器扫描装置、升降台、热压棍的运动。

三、熔融沉积快速成型(FDM)设备 熔融沉积快速成型( ) 1.硬件系统 硬件系统 硬件系统由机械系统和控制系统组成。 硬件系统由机械系统和控制系统组成。 2.软件系统 软件系统 软件系统由几何建模和信息处理组成。 软件系统由几何建模和信息处理组成。 3.供料系统 供料系统 由马达驱动主动辊,带动从动棍, 由马达驱动主动辊,带动从动棍,通过 导向套从而将丝料送入成形喷头。 导向套从而将丝料送入成形喷头。

四、激光粉末烧结快速成型(SLS)设备组成 激光粉末烧结快速成型( )

SLS成形机主要由激光烧结系统、粉末供 成形机主要由激光烧结系统、 成形机主要由激光烧结系统 给系统、升温系统、可升降工作台、 给系统、升温系统、可升降工作台、和计 算机控制系统组成。 算机控制系统组成。

1.激光器作用:加热作用; 激光器作用:加热作用; 激光器作用 2 .粉末供给系统:主要设备为铺料小车, 粉末供给系统: 粉末供给系统 主要设备为铺料小车, 起到运输粉末材料和使每层材料平整; 起到运输粉末材料和使每层材料平整; 3 .升温系统,在预热时加热粉末材料; 升温系统, 升温系统 在预热时加热粉末材料; 4 .可升降工作台:控制成形工件的升降; 可升降工作台: 可升降工作台 控制成形工件的升降; 5 .计算机控制系统:控制激光器扫描装置、 计算机控制系统: 计算机控制系统 控制激光器扫描装置、 升降台、 升降台、铺料小车的运动

本次课内容小结
1、快速成型的原材料及对原材料的要求; 、快速成型的原材料及对原材料的要求; 2、快速成型的设备组成及个组成的作用 、


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