先进制造技术课件文字.ppt

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1、第一章 概述,一、先进制造技术的内涵,工业设计是艺术与技术、科学与美学的结合。工业设计与制造技术的发展相辅相成。工业设计依托高水平的制造技术，新技术的涌现促进了设计风格的变化，而工业设计也赋予了技术一种视觉形式，创造了崭新的现代生活方式，并提供了一系列表现现代化确切含义的符号。,二、工业设计与先进制造技术的关系,三、产品开发战略的演变：,60年代:“如何做得更多”。70年代:“如何做得更便宜”。80年代：“如何做得更好”。90年代：“做得更快”。,四、现代工业产品制造技术的发展趋势,“数”“精”“极”“快”“集”“网”“智”“绿”,数字化精密化极端化快速化集成化网络化智能化绿色化,“数”：数字

2、化制造,数字化制造是指将数字化技术用于产品的制造过程，通过信息建模和信息处理来改进制造过程，提高制造效率和产品质量，降低制造成本所涉及的一系列活动的总称。制造信息的数字化，将实现CADCAPPCAMCAE的一体化，使产品向无图纸制造方向发展。,数字化制造,数字化制造使产品设计制造由部分定量、部分经验、定性化逐步转向全面数字定量化，例如，产品信息的数字化表示、制造过程的建模与仿真、数字样机技术、智能数控技术等。,将数字技术用于制造过程，可大大提高制造过程的柔性和加工过程的集成性，从而提高制造过程的质量和效率。三维扫描、CAD、CAE、CAM等的集成。,“精”：精密化制造,精密制造技术是指零件毛坯

3、成形后余量小或无余量、零件毛坯加工后精度达亚微米级的生产技术总称。一般认为：0.1nm-100nm为纳米尺度空间，100nm-1000nm为亚微米体系。,“精”：精密化制造（微纳米级）,20世纪初，超精密加工的误差是10微米，30年代达1微米，50年代达0.1微米，70至80年代达0.01微米，至今达0.001微米，即1纳米。,“极”：极端化制造,极端制造是指在极端条件下，制造极端尺度或极高功能的器件和功能系统，集中表现在微细制造、超精密制造、巨系统制造等方面。在几何形体上，极大、极小、极厚、极薄、极平、极柔、极圆、极方以及奇形怪状；在物理性能上，极高硬度、极高塑性、极大弹性、极大脆性、极强磁

4、性、极强辐射性、极强腐蚀性，奇性怪能。,美国赖斯大学的科学家2005年利用纳米技术制造出了世界上最小汽车。,极端制造（纳米技术）,极端性能 喷墨打印时加热器在十万分之一秒内升温至三百多度，使喷嘴内形成约100大气压。由此从喷嘴中喷出直径为1微米、体积为4微微升（最小墨滴量仅为1.3微微升）的墨滴，速度每秒24000滴每个喷嘴的直径只有1微米，相当于一根头发的1/70。,“智”：智能化制造,所谓智能制造系统是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。,“智”：智能化制造,智能制造技术的宗旨在于通过人与智能机器的合作共事

5、，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动，以实现制造过程的优化。将智能技术注入先进制造技术和产品，可使之具有智慧，能部分代替人的脑力劳动。,“网”：网络化制造,网络化制造是以覆盖全球的计算机网络为基础，通过数字化、信息化技术的引入，实现制造过程相关资源跨地域、跨行业的互通和共享，促进企业间动态、高效的协作互动，形成众多企业共享信息化资源的新机制，达到降低成本，提高效率，增强竞争力的一种制造模式。,网络化制造特点：,(1)制造环境内部的网络化，实现制造过程的集成。（制造、装配、检测等的 集成）(2)制造环境与整个制造企业的网络化，实现制造环境与企业中工程设计、管理信息系统等各子系

6、统的集成。（结构、设计、维修、回收等的集成）(3)企业与企业间的网络化，实现企业间的资源共享、组合与优化利用。(4)通过网络，实现异地制造。,“集”：集成化制造,“集成化”是技术的集成，是管理的集成，是技术与管理的集成。现代的制造技术就是集成的技术，先进制造技术就是制造技术、信息技术、管理科学与有关科学技术的集成。,“快”：敏捷化制造,即指对市场的快速响应，对生产的快速重组，这两个快速必然要求生产模式有高度柔性与高度敏捷性 敏捷制造、动态联盟、快速成型技术、快速模具技术等。,绿色制造,“绿”：绿色制造又称清洁制造，其目标是使产品从设计、生产、运输到报废处理的全过程对环境的负面影响达到最小”.其

7、内涵是产品生命周期的全过程均具有绿色性。,我国改革开放取得巨大成就，保持着世界上最快的经济发展速度，但是仍然沿袭着粗放型的经济增长模式。例如近年我国年GDP约占全世界GDP的4%。但各类资源消费总量约合50亿吨。其中钢铁、煤炭、水泥分别占全世界总消费量的30%、31%和40%。,绿色制造,当今的设计与制造已上升到对人类生存环境的关心，绿色设计与制造将作为新的规范。欧盟报废电子电气设备指令从2005年8月13日正式实施。“指令”要求生产商负责回收、处理进入欧盟市场的废弃机电产品，并在投放市场的产品上加贴回收标志。欧盟将据此对进入当地市场的机电产品额外征收回收费用。欧盟电子电机设备中危害物质禁用指

8、令则要求2006年7月1日以后投放欧盟市场的电器和电子产品不得含有铅、汞、镉等6种有害物质。,绿色设计与制造,回收费让成本涨一成，冰箱最高回收费用为20欧元/件、洗衣机和空调的回收费用为10欧元/件、微波炉的回收费用为5欧元/件、其他小家电的回收费用为1欧元/件。对于当前平均利润不足10%的家电出口企业来说，这就意味着中小家电企业将面临新一轮“洗牌”。如：制造水壶、咖啡壶、面包机等用的含铅焊锡材料只要110120元，但无铅焊锡材料成本则达到250260元。,第二章快速成型技术（也称RP&M技术，即Rapid Prototype Manufac-turing Technology),应掌握的知识

9、：零件成型的方法。快速成型的发展历程。快速成型的特点。光固化技术（SLA）、层状实体制造技术（LOM）的特点、工艺过程和应用。,一、快速成型技术产生的背景 快速成型技术的产生是由于从20世纪末开始，消费需求日益个性化、多样化，产品更新加速，开发周期、生产周期缩短，快速响应市场需求已成为企业的重要走向。市场需要一种更快的方式推出产品原型（样机），RP技术应运而生。,二、快速成型技术的发展,快速成型制造技术20世纪80年代起源于日本，很快发展到美国和西欧。1988年，美国3DSistems公司首次推出了商业化的快速原型制造设备。之后于上世纪90年代逐渐在美国、日本等发达国家普及。,中国于1993年

10、首次发表了快速原型技术的文章，同年于北京首次展出我国自己设计制造的快速原型制造设备。清华大学、西安交大、华中科技大学、北京隆源公司等率先开展了快速原型制造技术的研究与应用工作。,国内快速原型技术发展状况：,三、快速成型方法与其它成型方法的比较,去除成型：以切削加工和特种加工在毛胚上去除多余材 料获得零件。方法有：特点：成型周期长、材料浪费大。,受迫成型：利用材料的塑性，将半固化的流 体材料通过模具或压力的作用成 型零件。方法有：注塑、压铸、吸塑、挤塑等。特点：材料利用率高，但产生变形的能 量消耗较大，内部结构复杂的零 件制造困难。,采用材料添加的方法分层制造零件，能成型复杂零件，材料利用率高。

11、快速成型技术属于添加成型（或增材成型）。,添加成型（增材成型）：,采用“分层制造，逐层叠加”的方法，即将一个复杂的三维实体离散成一系列二维层片的加工，是一种降维制造，极大降低了加工难度，易以成型结构复杂的零件。,快速成型技术的 加工方法：,四 快速成型流程：,借助计算机辅助设计或实体反求方法,机电集成系统,五、快速成型技术的特点,1 制造快速。达到几小时或几十小时一件的速度。开辟了不用刀具、模具生产原型或零件的新途径。加工时间为传统工艺的10-30%。,2 高度柔性。快速成型系统是真正的数字化制造系统,没有工装夹具,系统不做任何改变和调整即可完成不同零件的加工。,3 不受零件形状限制。由于是逐

12、层进行材料堆砌成型，不存在能否脱模的问题，零件制造周期和制造成本与零件的形状和复杂度无关,而只与其净体积有关。,4 可选材料广泛。可采用树脂类、塑料类原料，纸类、石蜡、陶瓷、纤维等。,5 经济效益突出 降低了小比量生产的周期和成本，无刀具、夹具磨损，无振动、噪声、没有或极少下脚料、是较为环保的制造技术。同时减少了对熟练工人的需求。成本为传统工艺的20-35%。,六、快速成型技术的分类,光固化技术（SLA）层状实体制造技术（LOM）选择性激光烧结技术（SLS）熔融沉积制造技术（FDM）三维喷涂粘接技术（3DP）,目前快速成型技术已有数十种方法，新的工艺还在不断涌现，较为成熟和常用的方法有：,（一

13、）光固化成型技术（SLA技术）,也称立体光刻成型，或立体印刷技术，英文名称为Stereo Lithography Apparatus,简称SLA技术。1988年由美国3D Systems公司推出第一台商业化光固化成型机。,光固化成型技术是最早发展起来的快速成型技术，对其研究较多，是快速成型技术中发展最成熟、应用最为广泛的一种工艺方法,较高的成型精度是该技术得以发展的有力保证。SLA所用材料：液态光敏树脂。,1 光固化成型的基本原理和工艺过程：,(1)液槽中剩满液态光敏树脂，激光器发出的紫外光束在控制系统的控制下按零件的各分层截面信息在光敏树脂表面进行逐点扫描.(2)被扫描区域的树脂薄层产生光聚

14、合反应而固化，形成零件的一个薄层。,(3)一层固化后，工作台下移一个层厚的距离，以使在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态光敏树脂，然后刮板将粘度较大的树脂液面刮平，进行下一层的扫描加工，新固化的一层牢固地粘接在前一层上，如此重复直至整个零件制造完毕。,2 光固化技术（SLA）的特点,优点：(1）成型无需刀具、夹具等生产装备；(2）成型精度高，可成型精细结构；(3）可制作任意复杂结构零件；(4）可制作空心零件；(5）成型过程高度自动化；(6）材料利用率100%；,不足：1 成型过程中伴随着物理和化学变化，制件易弯曲，需要支撑。2 设备运转及维护成本较高。液态树脂和激光器的价格较高。3可使用的

15、材料较少。目前可用的材料主要为光敏树脂。,4 液态树脂具有毒性，并且需要避光，选择时有局限性。5需要二次固化.6液态树脂尚不如常用的工业塑料，一般较脆、易断裂，不便机加工。,SLA技术应用,TCL手机造型-装配前,CAD造型,（二）叠(分）层实体制造技术（LOM技术，Laminated Object Manufacturing）,叠(分）层实体制造技术是美国Helisys公司 于1988年研制成功。叠层实体制造技术是按照CAD分层模型用激光束将单面涂有热熔胶的纸、塑料薄膜或复合薄膜切割成欲制轮廓，并一层一层叠加而成所需原型。,LOM技术 工艺过程：,原材料存储及送进机构将原材料逐步送进工作台的

16、上方，热粘压机构将一层层材料粘合在一起。激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线，逐一在工作台上方的材料上切割出轮廓线，并在无轮廓区切割成小方网格以便在成型之后能剔除废料。网格的大小根据被,成型件的形状复杂程度选定，网格越小，越容易剔除废料，但花费的时间越长，否则反之。可升降台支撑成型的工件，并在每层成型之后，降低一个材料厚度（通常为0.10.2mm),以便送进、粘合和切割新的一层材料。数控控制材料的送进，然后粘合、切割，最终形成三维工件原型。,叠层实体制造技术特点,优点：1、原型精度高2、制件能承受200C的高温，有较高的硬度和较好的力学性能，可进行各种切削加工。3、无须后固化处理4、无须设

17、计和制作支撑结构,5、废料易剥离6、可制作尺寸的制件7、原材料价格便宜，制作成本低,叠层实体制造技术特点,缺点：1、不能直接制作塑料工件2、工件（特别是薄壁件）的抗拉强度和弹性不够好。3、工件易吸湿，成型后应尽快进行表面防潮处理。4、工件表面有台阶纹，其高度等于材料的厚度，成型后须进行表面打磨。总之，LOM法最适合成型大中型制件，具有效率高、成本低、速度快等优点。,（三）熔融沉积快速成型技术（FDM）,（Fused Depisition Modeling,简称FDM)熔融沉积快速成型技术是继光固化成型和叠层实体快速成型工艺后的另一种应用比较广泛的快速成型工艺。,原理图,FDM工艺过程,熔融沉积

18、是将丝状的热熔性材料加热融化，通过带有一个微细喷嘴的喷头挤喷出来。喷头可沿X周方向移动，工作台沿Y轴方向移动。如果热熔性材料的温度稍高于固化温度，,而成型部分的温度稍低于固化温度，就能始终保证热熔性材料挤喷出喷嘴后，随即与前一层面熔结在一起。一个层面沉积完成后，工作台按预定的增量下降一层的厚度，再继续熔喷沉积，直至完成整个实体造型。,FDM所用丝材：ABS、医学专用ABSi和MABS（兼具普通ABS树脂机械性能和透明性的高强度塑料）塑料丝、蜡丝、尼龙丝、聚酰胺丝或等。有白、黑、红、绿、蓝等颜色。,清华大学生物制造工程研究所完成制作一个长在老鼠背上、惟妙惟肖的人耳，这是利用熔融沉积制造技术制造的

19、聚氨酯多孔非降解耳软骨支架在老鼠皮下撑起的。这一研究成果如果得到临床应用，可以为众多的“小耳畸形”和外耳损伤患者带来福音。,熔融沉积快速成型技术特点,优点：1、原材料无毒，设备系统可在办公环境中使用。2、成型速度快。不需要SLA中的刮板加工工序。3、用蜡成型的零件原型，可以直接用于熔模铸造。,4、可以成型任意复杂程度的零件，如比较复杂的内腔的零件5、成型中无化学变化，之间的翘曲变形小6、原材料利用率高，材料寿命长。应用：医学、玩具、电子、家电等产品。,熔融沉积快速成型技术特点（续）,缺点：1、成型件表面有明显条纹2、沿成型轴垂直方向的强度比较弱3、需要设计与制作支撑结构4、需要对整个截面进行扫

20、描涂覆，成型时间长5、原材料价格昂贵,（四）选择性激光烧结技术（SLS）,选择性激光烧结工艺（Selective Laser Sintering，简称SLS）SLS工艺是利用粉末材料（金属、陶瓷、石蜡、尼龙、玻璃、聚碳酸酯粉末等）在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下层层堆积成型。SLS的原理与SLA十分相似，主要区别在于所使用的材料。SLA所用材料是液态的紫外光敏可凝固树脂，而SLS则使用粉末的材料。,选择性激光烧结工艺,选择性激光烧结加工过程是采用铺粉辊将一层粉末材料平铺在已成型零件的上表面，并加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度，控制系统控制激光束按照该层的截面轮廓在粉层上扫描，,使粉末

21、的温度升至熔化点，进行烧结并与下面已形成的部分实现粘接。当一层截面烧结完后，工作台下降一个层的厚度，铺粉辊有在上面铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的烧结，直到完成整个模型。工件取出后，经过打磨，便得到所要求的产品。,选择性激光烧结技术特点,优点：1、可采用多种材料。如金属、陶瓷、石蜡、尼龙、聚碳酸脂粉末等2、精度高3、材料利用率高，价格便宜4、无需支撑结构缺点：能量消耗高，原型表面粗糙疏松。,（五）三维喷涂粘接（也称3DP Three Dimensional Printing）,其工作原理类似喷墨打印机。,成型过程：首先铺粉或铺基底薄层，利用喷嘴按指定路径将液态粘结剂喷在预先铺好的粉层或

22、薄层上特定区域，逐层粘结后去除多余底料便得到所需形状制件。也可以直接逐层喷涂陶瓷或其他材料粉浆，硬化后得到所需形状的制件。,材料：ABS原料颜色有若干种，包括白、蓝、黄、黑、红、绿色等颜色。,1,3DP原理图,2,3DP原理图,3,3DP原理图,4,3DP原理图,5,3DP原理图：,3DP原理图,3DP特点：,3DP工艺与SLS工艺类似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金属粉末。所不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来的，而是通过喷头用粘接剂(如硅胶)将零件的截面,“印刷”在材料粉末上面。用粘接剂粘接的零件强度较低，还须后处理。具体工艺过程如下：上一层粘结完毕后，成型缸下降一个距离（等于层厚：约0

23、.05mm）,供粉缸上升一高度，阿推出若干粉末，并被铺粉辊推到成型缸，铺平并被压实。喷头在计算机控制下，,按下一建造截面的成形数据有选择地喷射粘结剂建造层面。铺粉辊铺粉时多余的粉末被集粉装置收集。,如此周而复始地送粉、铺粉和喷射粘结剂，最终完成一个三维粉体的粘结，未被喷射粘结剂的地方为干粉，在成形过程中起支撑作用，且成形结束后，比较容易去除。,六、RP技术存在的问题和发展趋势,1 存在问题 RP技术仍处于幼年时期，多数快速成型系统所制造的实体模型还不能用于实际工作零件，,主要是由于材料及成本的限制。目前RP技术 所面临的主要问题包括：零件的精度、有限的材料、和力学性能。材料与常规的金属和塑料相

24、比较脆弱，有些材料价格昂贵，并对人体有害。,2快速成型技术发展趋势：1）喷射成型技术更加受到重视。原因在于材料应用广泛，运行成本较低。但面临的难题是喷射速度较低。,2）分层方式的演变。由传统的二维分层开始向空间三维曲面分层演变。由平面向曲面演变。RP制件的大型化。生物医学工程的应用。组织器官的再造正成为快速成型的热门研究课题。,3）特殊功能材料的研究，如具有特定电、磁学性能等能满足实际需要的产品。4）组织工程材料快速成型。如生物实体模型材料，有初级体外模型、中级植入体到高级人体器官。,第三章 快速模具成型产品技术 快速模具可以用于制作样机或少批量产品。,一、样机（手板或首板）制作方法,1、样机

25、概念：也称手板或首板（即第一个样板），早在七十年代香港、台湾开始兴起，因早期都用手工制作为主，因而得名“手板”，其实“首板”更为准确，手板是在模具开发前，根据产品外观图纸或结构图纸先做出的一个或几个，用来检查外观的外观手板或结构合理性的功能样板。,2、样机的作用：,1）直观展现设计方案，便于外观评价。2）提供设计验证和性能测试，及时发现设计中存在的缺陷，降低产品开发风险，最大限度地减少模具制造及投产时因配合失调而反复变更带来的不必要的损失。3）可作为展览会、交易会的实物产品，使新产品在开模之前以实物呈现给客户，预测市场需求。,3、按制作方法的样机分类,样机制作方法,RP手板（Rapid Pro

26、totype快速成型方法完成，SLA手板也成激光手板）,CNC手板（以数控加工为主 要手段）,快速模具样机（或称复模手板，由快速模具成型）,手工制作手板,塑胶手板：其原材料为塑胶如ABS、PC、POM、PVC、PMMA（亚克力）、代木等，主要用在如显示器、电话机、家用电器、电子产品、交通工具等一些产品外壳。金属手板：其原材料为铜铁铝钢合金等金属材料，主要是用在产品的强度美观显得产品的活力，如笔记本电脑、手机、MP3播放机、CD机等一些有标志性的产品。,手板,4 按制作所用材料是手板分类,用原材料在CNC上直接加工出符合要求的样件。是以 ABS等其它材料整料经 CNC 数控加工铣切而成。主要设备

27、为数控铣床、精雕机等。常用材料：ABS、压克力、POM（赛钢）、PC、电木 PP，PPS（塑料王），铝合金，铜，镁合金，石膏 整料等。,（1）CNC手板制作,ABS：广泛用于一般产品外壳，具有良好的溶接强度，可施以表面金属化工程，如水电镀、真空蒸发电镀，材料规格有板材、圆棒材等。,Acrylic：俗称压克力，或有机玻璃。透明件制作最佳素材，可施以染色、电镀、喷涂、网板印刷等工艺。,代木（手板代木）：利用特殊之填充剂掺入塑胶当中而形成的，是一种高分子有机复合物，其性质不仅如木头能切、削、铇、铣、钉，更能以CNC等加工机具进行模型等制作。代木既具有较好的强度、塑性、柔韧，不开裂、不变型，也不会象树

28、木一样有木纹、雕刻时起毛。,CNC手板特点：1）CNC加工速度快，样件表面质量较好，尤其是采用质量高、密度好的工程材料加工的样品，具有无可比拟的强度和韧性。经表面喷涂、丝印和电镀工艺以后，可与同开模生产出来的产品媲美，CNC手板愈来愈成为手板制造业的主流。,2）CNC加工技术适用的材料广泛，以满足不同的产品需求。3）价格低廉，经济实惠。,雕刻机加工样机特点：,雕刻机其实是一种小刀具快速铣削的数控钻铣床，主轴转速较高，刀具小，可以加工较精细的手板，如加工细小形状、图案、文字等。,雕刻机加工样件,数控雕刻机有激光雕刻机和机械雕刻机两类。从其应用范围来分，可以将其分为广告雕刻机（主要用于PVC，压克

29、力雕刻），木工雕刻机（主要用于竹，木雕刻），模具雕刻机，玻璃雕刻机，石头雕刻机等。可以说，雕刻机的应用范围非常广泛。,二、快速模具成型产品技术,（一）快速模具概念利用快速原型作母模来翻制模具，并生产实际材料的产品，便产生了基于快速原型的快速模具制造技术（Rapid Tooling 简称RT技术）。,（二）、快速模具制造制作样机特点 运用RT技术突出的特点就是显著的经济效益，与传统的模具加工方法相比，费用和周期约降低1/31/10。运用RT技术突出的特点就是显著的经济效益，与传统的模具加工方法相比，费用和周期约降低1/31/10。,（三）快速模具制造方法：,直接制模法、间接制模法。,直接采用RP

30、技术制作模具，如 SLS技术可直接制作金属模具。（但烧结中材料收缩较大，不易控制，难以快速得到高精度的模具）。,直接制模法：,间接制模法：,软质模具（采用软质材料，如硅橡胶、环氧树脂）。生产制品的数量一般可达50-5000件，上万件仍需钢制模具硬质模具（采用硬质材料）,1、硅橡胶制模技术（也称真空复模技术）,1.1 基本概念：真空复模技术是利用产品原型（如：快速原型件、样件、手板）在真空状态下制作出硅胶模具，并在真空状态下采用PU材料进行浇注，从而克隆出与产品原型相同的复制件。,1 硅橡胶制模具与传统模具的比较：硅橡胶模具具有良好的弹性和柔性，能制作结构复杂、花纹精细、无拔模斜度或倒拔模斜度、

31、以及具有深凹槽的零件，制作周期短，制件质量高，得到广泛应用。传统模具需要多块组成，费用高、周期长。,1.2 硅橡胶制模工艺：,原型表面处理（原型需打磨、防渗、强化处理）制作型框和固定模型硅胶计量、真空脱泡注入硅胶再次脱泡（时间更长）硬化（自行硬化或加温硬化）拆除型框，刀剖开模，取出母模清晰硅橡胶模具。,脱泡目的：抽出硅胶中的气体和封闭于原型空腔中的气体，提高制件的充填能力和致密程度。,硅橡胶制模工艺图：,3 应用硅橡胶模具进行树脂材料注型生产。对于批量不大的注塑件生产，可以采用RP原型快速硅橡胶模具，通过树脂材料的真空注型来实现，这样能缩短产品的制造周期，降低成本，提高效率。,工艺流程如下：清

32、洗硅胶喷离型剂组合胶模树脂计量脱泡混合真空注型硬化取件完成,1.4 硅橡胶模具的特点：,1）硅橡胶具有良好的仿真性、强度和极低的收缩率。用该材料制作模具，简单易行，无需特殊技术和设备，只需数小时在室温下即可完成。,2）硅橡胶模具可重复使用。3）能保持制件原型和产品一定的精密公差，免去铣削和打磨工序。,4）能直接加工形状复杂的零件，由于模具弹性好，对凹凸部分也可直接脱模。且脱模容易。5）大大缩短模具制作周期。模具修改也方便。,4 硅橡胶模具的应用：,可代替金属模具生产蜡模、石膏模、塑料件，乃至低熔点合金如铅、锌、铝合金件等。尤其是对于批量不大的注塑件生产，可以采用RP技术原型快速翻制硅橡胶模具，

33、通过树脂材料的真空注型来实现，能够显著缩短制造时间，降低成本，提高效益。对于没有细筋、小孔的一般零件，采用硅橡胶模具可制作制件50件以上。,1.5 经济型硅橡胶模具制作：,硅橡胶材料的成本较高，占据着硅橡胶模具的大部分成本。经济型硅橡胶模具是一种通过与石膏混合制作硅橡胶模具的方法。,经济型硅橡胶模具制作：,经济型硅橡胶模具制作工艺：,原型分型处理贴粘土或橡皮泥配石膏浆石膏造型去粘土浇注硅橡胶修型试制产品,（二）电弧喷涂快速制模技术,AL、Zn丝,直径约3mm2mm.,电弧喷涂快速制模技术是将两条带电的制模专用金属丝通过导管不断地向前输送，金属丝在前端相交形成电弧，金属丝电弧融化，在压缩空气的作

34、用下，将融化的金属雾化为金属颗粒，并以一定的速度喷射到样模表面上，一层一层地堆积，,1 电弧喷涂快速制模技术,（续前页）形成高密度、高结合度的金属喷涂层，即模具型腔的壳体。以这种金属涂层作为模具的型腔表面，背衬加固并设置相应的钢结构后就形成了简易的快速模具。制模工艺简单，容易掌握，周期短，费用低，周期和费用可降低约60%,2 电弧喷涂快速制模工艺流程图：,3 电弧喷涂模具结构图,树脂砂、环氧树脂、低熔点合金（铋锡合金),（锌、铝、铜合金等）,4 电弧喷涂快速制模技术特点：,1、无论原模的材料是金属、木材或塑料制品，所得到的模具型腔线条轮廓清晰，外形尺寸不变。,2、制模效率高，大大缩短制模周期。

35、3、尺寸大小不受限制。4、使塑料生产线能迅速更改产品的品种。,5、设备投资小，经济效益好，随着加工时间的增加，用此方法加工模具的成本越显著。同其它方法相比，成本可节省220倍。,5 应用,电弧喷涂快速制模技术特别适用于小批量多品种的生产，尤其在市场竞争激烈的情况下，电弧喷涂快速制模技术为产品更新换代提供了一个全新的制模方法和途径。电弧喷涂制模可广泛用于塑料加工中的注塑、吹塑成型、结构发泡等生产工艺，如汽车配件、家具、隔热材料等。,結構法泡件,三 环氧树脂快速模具技术,第四章 逆向工程技术（也称反求工程技术，简称RE技术）,一、逆向工程基本概念,逆向工程是将实物转变为CAD模型相关的数字化技术、

36、几何模型重建技术和产品制造技术的总称.是将已有产品或实物模型转化为工程设计模型和概念模型，在此基础上对已有产品进行解剖、深化和再创造的过程。,逆向工程流程图：,实物或模型数据采集CAD模型重构产品正向工程流程图：概念设计CAD模型产品,传至一般的/系统,加工所需的模具,或者送到快速成型机()将样品制作出来。,现有样品,3数字化测量仪器准确、快速地量取其轮廓坐标。,三维曲面重构、编辑、修改,逆向工程步骤：,正向工程是根据产品的功能和用途首先进行概念设计,然后通过输出产品的设计图纸,编制代码并输入加工设备进行产品加工或者通过快速成型机制作样品。,逆向工程则是从一已经存在的零件或产品模型入手,首先对

37、其进行数字化测量,得到它的轮廓坐标值,然后通过三维曲面重构得到其三维模型，由加工设备或快速成型机进行加工。,二、逆向工程的应用,新零件的设计，主要用于产品的改型或仿型开发。,（2）设计师利用油泥、黏土和木头等材料制作的模型，可以引入逆向工程技术，快速建立三维CAD模型，方便评价产品外形美学效果。,（3）很多物品难以用基本几何来表现与定义，如流线型产品、艺术浮雕及不规则线条等，如果利用通用CAD软件，以正向设计的方式来重建这些物体的CAD模型，在功能、速度及精度方面都将异常困难。这种场合下，必须引入逆向工程，以加速产品设计，降低开发的难度。,（4）逆向工程也广泛用于修复破损的文物、艺术品、或缺乏

38、供应的损坏零件等。,（5）以使用者的身体为原始设计依据的制造，（如头盔、人体原型等）。,（6）其它应用，如医学上的骨头、假肢制造等）。,1 数据测量：又称产品表面数字化，是指通过规特定的测量设备和测量方法，将物体的表面形状转换为离散的几何点坐标数据，再进行复杂曲面的建模、评价、改进和制造，因而高效、高精度地实现样件表面的数据采集，是逆向工程实现的基本，是不可缺少的步骤。,三、逆向工程测量系统,2 数据测量方法分类：,接解式测量,3 接解式测量 在接触式测量方法中，三坐标测量机是应用最广泛的一种测量设备。,接解式测量(触发式测头特点)：触发式测头积较小，适于测量空间狭小的部位；坚固耐用；使用及维

39、修成本较低。,扫描式测头的特点：扫描式测头能高速采集数据，能准确描述形状、轮廓；高密度采点保证了良好的重复性、再现性。,接触式测量（便携式）,便携式三坐标测量机,提供便携式三坐标测量机,（一)接触式测量,在反求工程中,传统的测量方法是采用接触式测量。而三坐标测量机是接触式测量方法中应用最广泛的一种测量设备。,1 三坐标测量机原理：,将被测物体置于三坐标机的测量空间，可获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经计算可求出被测的几何尺寸、形状和位置。,2 接触式测量的特点,优点：（1）接触式探头发展已有几十年，其机械结构及电子系统已相当成熟，有较高的准确性和可靠性。,三坐标测量机,

40、优点：,（2）接触式测量的探头直接接触工件表面，与工件表面的反射特性、颜色及曲率关系不大。,优点：,（3）被测物体固定在三坐标测量机上，并配合测量软件，可快速准确地测量出物体的基本几何形状。,缺点：（1）接触式触发探头是以逐点方式进行测量的，测量速度慢。（2）易于划伤被测零件表面,对某些测头不能触及的表面无法测量等。,（3）为测量基准点而使用特殊的夹具，会导致较高的测量费用，且不同形状的产品要求不同的夹具，成本大大增加。,（4）对三维曲面的测量，因传统接触式触发探头是感应元件，测得的数据是探头的球心位置，要测得物体真实外形，则需要对探头半径进行补偿，可能会导致误差修正的问题。,三坐标测量机的测

41、头：,触头分机械式、光学式、电气式。,机械式触头,触发式触头：主要测量尺寸、间距、位置，特别适用于离散点的测量，和狭小空间的部位。不强调形状误差。,扫描式触头：可高速采集数据，能精确描述形状、轮廓；对于未知曲面的扫描具有优势,双功能(复合式)探头三坐标测量机接触式测量+影象非接触式测量,影象非接触式测量：提高了测量机的应用，使过去用非接触测量的工作得以完成，一些诸如印刷线路板、触发器、垫片或直径小于0.1mm的小孔得以测量。操作者可将检测工件表面放大50倍以上，采用标准或可变换的镜头实现细小工件的测量。,多感应触头坐标测量仪,可配置：触发式扫描式（测量式）激光触头（特别适合于小孔测量）：2D平

42、面尺寸可采用非接触式(CCD)影像作快速测量.,（二）非接解式测量,1 非接解式测量原理：非接触式设备是利用某种与物体表面发生相互作用的物理现象，如光、电磁等，来获取物体表面的三维坐标信息。,在非接解式测量中，以应用光学原理发展起来的测量方法应用最为广泛。由于非接触式测量的测量迅速，且不与工件接触，因而对于柔软质地的零件也能测量等优点，越来越受到重视。,2 非接解式测量分类：,非接解式按其原理不同，又可分为光学式和非光学式。其中光学式应用最为广泛应用的有激光三角形法和结构光法。其它测量还有CT测量法，MRI测量法，超声波法和层析法等。,非接触式测量,激光扫描仪,3 非接触式测量的特点,优点：1

43、、不必考虑探头的半径补偿.2、测量速度比接触式测量快.3、软物体、薄物体、不可接触的高精密件均可测量等.,非接触式测量缺点：,1、测量精度较低。2、由于大多是接收物体表面的反射光或散射光，易受工件表面的颜色、斜率等的影响。3、物体表面粗糙度会影响测量结果等.,数据读取点云预处理（对齐多视点点云，去除噪声点、点云分块）三维模型重构。,逆向工程步骤：,拼合扫描数据，获得最佳效果。对多边形进行清扫、编辑和优化。,1）激光三角法扫描,原理：利用规则几何图形的激光，投影到被测量表面上，形成的反射光点的像被安置在某一空间位置的图象传感器吸收，根据光点在物体上的偏移，由三角几何原理即可测量出被测物体的空间坐

44、标。,激光三角法扫描特点,拥有精度和速度的特点，测量精度可达0.01mm,采样速度可达每秒数万点，是应用广泛的逆向测量方法。,激光三维扫描,2）结构光法扫描,原理：把一定模式的光源投影到被测表面，受被测表面高度的限制，光栅影线发生变形，利用两个镜头获取不同角度的图象，通过解调变形光栅影线，就可以得到被测表面的整幅图象上象素的三维坐标。,结构光法扫描特点：优点：结构光法扫描的测量范围大，速度快、成本低、设备携带方便、受环境影响小,易以操作。被认为是目前三维形状测量中最好的方法之一。,缺点：精度较低，只能测表面曲率变化不大、较平坦的的形体。对于表面变化剧烈的物体，在陡峭处往往会发生相位突变，测量精

45、度大大降低。工件本身的表面色泽、粗糙度也会影响测量精度，为提高精度，需对被测表面涂上“反差增强剂”或喷漆处理，以减少误差。,结构光法扫描的应用,特别适于大型工件的快速测量，广泛应用于汽车、航空、艺术品等领域。,3）工业CT法扫描,原理：它是用X射线对物体进行断层截面扫描，以X射线的衰减系数为依据，重建断层截面图象，根据不同位置的断层图象可建立物体的三维信息。,原理：,是利用照相机技术来获取某些特征的标志点的三维坐标位置。是根据全球卫星定位原理而开发的：即如果在空间的三个（或三个以上）不同位置可以看到同一个点，那么该点就是可以计算出空间位置坐标值的点。,优点：工业CT是目前最先进的非接触测量方法

46、，它可以在不破坏零件的情况下，准确地对物体的内部形状、壁厚，尤其是零件内部结构进行测量，且对零件的材料没有限制。,工业CT法扫描特点：,缺点：获取数据时间长，重建图形计算量大，设备造价高。,4）其它扫描法：,核磁共振法：用磁场来标定人体某层面的位置，后用射频脉冲系列照射，经过处理转化为信号显示。造价昂贵，且对非生物材料不适用。,超声波法：当超声波到达物体是发生回波反射，通过测量回波与零点脉冲的距离获得物体形状精度较低，测量速度较慢，受材料限制较大。,层析法：为破坏性测量将待测物体用专用树脂材料封装，树脂固化后，将其装夹在铣床上，进行微进刀量铣削，再对铣削截面进行数据采样，最后由各个截面组成物体

47、的三维数据,第四章 现代产品常用的表面装饰工艺,一 丝印,1 丝网印刷：被称为万能印刷，现代丝网印刷技术，是利用感光材料通过照相制版的方法制作丝网印版(使丝网印版上图文部分的丝网孔为通孔，而非图文部分的丝网孔被堵住)。,印刷时通过刮板的挤压，使油墨通过图文部分的网孔转移到承印物上，形成与原稿一样的图文。多色图文需多个网板，套印。,2 丝印的工艺过程：,设计图出菲林(Film晒板印花烘干,在曲面上印刷：印刷网板与承印物做纯滚动，刮板静止。,在产品表面上印上不同的LOGO。根据配色方案的要求，调好油墨后放在丝印机的网板上，将网板压在产品上，用刮刀将油漆刮过网板。（人工或机器）,手工丝网印刷工艺,3

48、 丝网印刷的特点：,1）不受承印物大小和形状的限制。一般在平面上进行较多，也能在特殊形状的型物上及凹凸面上进行印刷，曲面印刷时，需根据承印物的形状设计制造专用网框和承印物的支承装置，以保证印刷精度。,2）版面柔软印压小。丝网印版柔软而富有弹性，印压小，所以不仅能在纸张、纺织品等柔软的承印物上进行印刷，而且能在加压容易损坏的玻璃陶瓷器皿上进行印刷。可印物件有：软硬塑料，五金，木器，纸类，玻璃，陶瓷等。,丝网印刷的特点,3）墨层厚覆盖力强。丝网印刷的油墨厚度可达30100m，因此，油墨的遮盖力特别强，可在全黑的纸上作纯白印刷。丝网印刷的墨层厚，印刷的图文立体感强，是其它印刷方式无可比较拟的。4）耐

49、光性能强。,丝网印刷的特点,二 移印（较小面积的印刷）,1 移印：指的是承印物为不规则的异形表面（如仪器、电气零件、玩具等），使用铜或钢凹版，经由硅橡胶铸成半球面形的移印头，以此压向版面将油墨转印至承印物上完成转移印刷的方式。,2 移印工艺：,3移印的特点,移印的主要特点是可对不规则的异形凹凸表面进行印刷，这是采用其他印刷方式很难甚至无法完成的。可实现多色精美印刷。其印刷稳定、持续，即使长时间印刷，印刷精度也不会改变，且省去了干燥程序，可连续多色印刷。,4 应用,移印在小面积、凹凸面的产品上面进行印刷具有非常明显的优势，弥补了网版印刷工艺的不足，广泛用于电子、塑胶、礼品、玩具等产品中，印刷材料

50、广泛，涉及玻璃、塑料、金属等。,三 水转印（水披覆）,1 水转印是利用水的压力和活化剂使水转印载体薄膜上的剥离层溶解转移.一种较环保的印刷。,1)膜的印刷：在高分子薄膜上印上各种不同图案；,2 水转印基本流程：,二)喷底漆：许多材质必须涂上一层附着剂，如金属、陶瓷等，若要转印不同的图案，必须使用不同的底色，如木纹基本使用棕色、咖啡色、土黄色等，石纹基本使用白色等；三)膜的延展：让膜在水面上平放，并待膜伸展平整；,四)活化：以特殊溶剂(活化剂)使转印膜的图案活化成油墨状态；五)转印：利用水压将经活化后的图案印于被印物上；,水转印基本流程：,水转印基本流程：,六)水洗：将被印工件残留的杂质用水洗净