材料成形及控制工程專業(yè)核心課程華中科技大學材料成形裝備及自動化

EquipmentandAutomationofMaterialsProcessEAMP

材料成形裝備及自動化

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2目錄第一章

緒

論（2學時）

第二章金屬液態(tài)成形裝備及自動化（10學時）

第三章

金屬塑性成形裝備及自動化（10學時）第四章

金屬連接成形裝備及自動化（10學時）第五章

高分子材料成形設備及自動化（2學時）

第六章

快速成形裝備及控制（6學時）第七章

其它材料成形裝備（4學時）第八章熱處理工業(yè)爐及其控制（2學時）第九章材料加工中的環(huán)境保護裝備（2學時）6.1概述6.2三維模型及數(shù)據(jù)處理6.3液態(tài)樹脂光固化成形6.4激光選區(qū)燒結(jié)/熔化成形6.5熔絲沉積成形6.6微滴噴射成形6.7薄材疊層成形第六章

快速成形裝備及控制EAMP

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36.1節(jié)目錄§6.1.1增材制造技術(shù)概念§6.1.2增材制造技術(shù)發(fā)展歷程§6.1.3增材制造技術(shù)特點§6.1.4增材制造的工藝種類、材料§6.1.5增材制造技術(shù)的發(fā)展趨勢EAMP

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46.1.1增材制造技術(shù)概念制造技術(shù)分類減材制造切削加工等切削機床粉、液、絲等增材制造制造裝備？？？？？？？？？等材制造鑄造、鍛造等鍛造機等千年百年30年EAMP

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53D打印制造技術(shù)是增材制造技術(shù)的俗稱。增材制造（AdditiveManufacturing，AM）技術(shù)是依據(jù)三維CAD設計數(shù)據(jù)，采用離散材料（液體、粉末、絲、片等）逐層累加原理制造實體零件的數(shù)字化制造技術(shù)。相對于傳統(tǒng)的材料去除（如切削等）技術(shù)，增材制造是一種自下而上材料累加的制造工藝，在加工方式上有本質(zhì)區(qū)別。學術(shù)界又稱增量制造、增材制造、快速原型、快速制造。CAD模型堆積成形產(chǎn)品6.1.1增材制造技術(shù)概念EAMP

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66.1.2增材制造技術(shù)的發(fā)展歷程蒸汽時代18世紀60年代——19世紀40年代蒸汽機的發(fā)明電氣時代19世紀70年代——20世紀初電的發(fā)明信息化時代20世紀40年代——至今計算機、航空等本次新工業(yè)革命以數(shù)字化、智能化為主題，提升工業(yè)技術(shù)水平！EAMP

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7增材制造技術(shù)的核心思想最早起源于美國。早在1892年，美國一項專利提出利用分層制造法構(gòu)成立體地形圖。隨著計算機技術(shù)、激光技術(shù)和新材料技術(shù)的發(fā)展，1987、1988、1989、1992、1993年，美國分別發(fā)明了光固化（SLA）、分層實體制造（LOM）、激光選區(qū)燒結(jié)（SLS）、熔融沉積制造（FDM）以及三維打印（3DP）五種經(jīng)典增材制造工藝。1950-1980思想萌芽1980-1990工藝裝備1990-2000快速原型制造2000-至今零部件制造階段一階段四階段三階段二6.1.2增材制造技術(shù)的發(fā)展歷程EAMP

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81986年1993年1995年2005年2010年CharlesHull開發(fā)出第一臺商用3D印打印機麻省理工學院獲3D打印技術(shù)專利美國Zcorp公司從麻省理工學院獲唯一授權(quán)，開始開發(fā)3D打印機市場上首臺高清晰彩色3D打印機被美國研制成功世界上第一輛由3D打印機打印而成的汽車Urbee問世首臺高清晰彩色3D打印機6.1.2增材制造技術(shù)的發(fā)展歷程EAMP

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9巴黎時裝周服裝世界上最小3D打印機首例人體安裝金屬下頜骨3D打印足球鞋3D打印牙齒矯正3D打印機人造耳朵2011年2012年6.1.2增材制造技術(shù)的發(fā)展歷程EAMP

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10當前，新一輪世界科技革命正在孕育，以增材制造技術(shù)（俗稱3D打?。橹匾淼男鹿I(yè)革命初見端倪。增材制造技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)融合發(fā)展將對未來制造業(yè)產(chǎn)生重要影響。歐美發(fā)達國家密切關注這一最新動向，加緊戰(zhàn)略部署，推動增材制造技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化。6.1.2增材制造技術(shù)的發(fā)展歷程EAMP

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11美國在國際金融危機爆發(fā)后，將發(fā)展3D打印技術(shù)作為重振制造業(yè)的第一個政府科技計劃：

2011年，美國總統(tǒng)奧巴馬宣布向3D打印產(chǎn)業(yè)支出5億美元，以提升美國在制造業(yè)上的領先地位；2013年，奧巴馬在國情咨文中表示，將建立一個包含15個制造創(chuàng)新中心的全國性網(wǎng)絡，研究包括3D打印在內(nèi)的各項新興技術(shù)；美國有三家公司上市（ExOne、Stratasys和3DSystem公司）6.1.2增材制造技術(shù)的發(fā)展歷程EAMP

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12歐盟國家認識到3D打印技術(shù)對工業(yè)乃至整個國家發(fā)展的重要作用及巨大潛力，紛紛加大支持力度：德國成立3D打印研究中心（DMRC）英國建成四個3D打印研究中心法國成立3D打印協(xié)會（AFPR）《經(jīng)濟學人》認為3D打印將推動第三次工業(yè)革命6.1.2增材制造技術(shù)的發(fā)展歷程EAMP

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13中國從中央到地方都非常重視3D打印技術(shù)，將其作為一項戰(zhàn)略技術(shù)！

習主席2013年7月習主席在武漢光谷考察時指出“3D打印技術(shù)很有前途，必須加快產(chǎn)業(yè)化”；科技部、工信部、工程院組織多次3D打印研討會，近兩年在國家863、國家科技支撐計劃、04專項中立項；2014年，3D打印被廣東省、湖北省、上海市、深圳市列入各級科技計劃項目指南；北京、陜西、廣東、湖北、湖南、江蘇等地相繼成立3D打印研發(fā)與工程中心。6.1.2增材制造技術(shù)的發(fā)展歷程EAMP

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14北航LENS裝備華科大SLS裝備

西交大SLA裝備

清華FDM裝備我國3D打印技術(shù)主要依托于若干高校和研究單位，在國家項目資助下開展自主研制，形成了系列技術(shù)及裝備。西安交通大學研發(fā)了光固化技術(shù)及裝備清華大學研發(fā)了熔絲沉積技術(shù)及裝備華中科技大學研發(fā)了選擇性激光燒結(jié)技術(shù)及裝備北京航空航天大學、西北工業(yè)大學研發(fā)了LENS技術(shù)及裝備6.1.2增材制造技術(shù)的發(fā)展歷程EAMP

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15顏永年1988年開始接觸3D打印，中國3D打印第一人生物制造北京市重點實驗室，熔融沉積技術(shù)、電子束融化技術(shù)、生物打印技術(shù)王華明2012年獲“國家技術(shù)發(fā)明一等獎”，2015年評上工程院院士主要研究高性能金屬構(gòu)件激光增材制造，應用于航空航天領域盧秉恒中國3D打印領域第一位院士主要研究高分子材料光固化3D打印技術(shù)及裝備史玉升建立粉末材料激光快速成形技術(shù)的學術(shù)體系及集成系統(tǒng)材料成形與模具技術(shù)國家重點實驗室，快速成形技術(shù)與裝備、三維測量技術(shù)等黃衛(wèi)東1995年開始接觸金屬3D打印凝固技術(shù)國家重點實驗室，研究金屬材料激光成形直接制造技術(shù)6.1.2增材制造技術(shù)的發(fā)展歷程EAMP

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北京航空航天大學已實現(xiàn)30余種激光成形結(jié)構(gòu)件在軍機、C919客機等多個型號上的裝機驗證和應用。6.1.2增材制造技術(shù)的發(fā)展歷程EAMP

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華中科技大學研究成果在一汽、二汽、航空航天等重要企業(yè)中獲得應用。東風汽車公司發(fā)動機缸蓋砂芯609.91×230.90×143.46沈陽鑄造所大型熔模847.92×185.46×229.90

6.1.2增材制造技術(shù)的發(fā)展歷程EAMP

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186.1.3增材制造技術(shù)特點可將三維加工變?yōu)槎S平面加工，大大降低制造復雜度原理上，計算機上設計出模型，都可以無需刀具、模具及復雜工藝條件下快速將“設計”變?yōu)椤艾F(xiàn)實”制造過程與零件的結(jié)構(gòu)復雜度無關，可實現(xiàn)“自由制造”如自由曲面葉片、復雜內(nèi)流道、一些內(nèi)部鏤空的結(jié)構(gòu)等。優(yōu)點1：適合復雜結(jié)構(gòu)的快速制造設計試驗工藝準備制造縮短周期設計工藝準備制造EAMP

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19與傳統(tǒng)工藝相比，靈活性具有優(yōu)勢；從設計到制造，中間環(huán)節(jié)少、工藝流程短，特別適合珠寶、人體器官、文藝創(chuàng)意等個性化定制；對小批量生產(chǎn)、產(chǎn)品定制之前進行驗證性制造，可極大降低加工成本和周期。優(yōu)點2：適合個性化定制6.1.3增材制造技術(shù)特點EAMP

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20相比于減材制造，提高了材料利用率，減少了廢棄副產(chǎn)品；不需集中的、固定的制造車間，具有分布式生產(chǎn)的特點；能夠在數(shù)小時內(nèi)成形，使設計人員到開發(fā)人員從平面圖到實體的飛躍；能夠打印組裝好了成品，降低組裝成本。實現(xiàn)零件減重制造特殊優(yōu)化結(jié)構(gòu)6.1.3增材制造技術(shù)特點EAMP

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21缺點1：打印材料受到限制3D打印技術(shù)的局限主要體現(xiàn)在材料商，目前，主要是塑料、樹脂、石膏、陶瓷、砂和金屬等。要對已有的材料的工藝——結(jié)構(gòu)——特性等關系進行深入研究，明確其優(yōu)點和限制，還需開發(fā)新的測試工藝和方法，擴展可用材料的范圍。缺點2：精度、質(zhì)量較低3D打印固有原理及發(fā)展還不完善，打印精度（包括尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度）、物理性能（如強度、剛度、耐疲勞性）及化學性能等大多不能滿足工程實際的使用要求，不能作為功能性零件。由于采用“分層制造、層層疊加”的原理，層與層之間的結(jié)合再緊密，也無法和傳統(tǒng)模具整體澆鑄而成的零件相媲美。6.1.3增材制造技術(shù)特點EAMP

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22缺點3：成本較高、工時較長用于打印材料研發(fā)難度大、用量不大等原因，導致制造成本較高、效率較低。主要用于新產(chǎn)品研發(fā)，不能取代傳統(tǒng)制造業(yè)，在未來制造業(yè)發(fā)展中，“減材制造”仍是主流。缺點4：規(guī)?；a(chǎn)不具備優(yōu)勢尚不具備取代傳統(tǒng)制造業(yè)的條件，在大批量、規(guī)模化制造等方面，高效、低成本的傳統(tǒng)減材制造法更勝一籌。目前尚且不具備直接生產(chǎn)像汽車這樣復雜的混合材料產(chǎn)品。6.1.3增材制造技術(shù)特點EAMP

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236.1.4增材制造的工藝種類、材料工藝方法代表性公司材料用途SLA光固化成形3DSystems（美國）光敏聚合物模型制造、零部件直接制造3DP三維噴印成形Objet（以色列）3DSystems（美國）聚合物、砂、陶瓷、金屬模型制造、零部件直接制造FDM熔融沉積成形Stratasys（美國）聚合物模型制造、零部件直接制造SLS/SLM/激光選擇性EOS（德國）3DSystems（美國）聚合物、砂、陶瓷、金屬模型制造、零部件直接制造LOM疊層實體Fabrisonic（美國）紙、金屬、陶瓷模型制造、零部件直接制造EAMP

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246.1.5增材制造的發(fā)展趨勢隨著材料、工藝方法和成形裝備的發(fā)展，3D制造已從快速原型和工藝輔助等間接制造向金屬、陶瓷、復合材料等零部件直接制造轉(zhuǎn)變。美國AeroMet公司使用激光成形技術(shù)制造的次承力結(jié)構(gòu)件在F/A-18戰(zhàn)斗機上實現(xiàn)了裝機驗證。EAMP

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253D打印制造技術(shù)在國內(nèi)外的航空、航天、汽車、模具等行業(yè)的零部件中得到了廣泛應用。3D打印制造的注塑模具溫度分布合理，減少翹曲變形注塑周期減少42.5%，增加產(chǎn)能70%每年節(jié)省24,000歐元使用3D打印制造的熔模進行鑄造獲得的大型薄壁鈦合金零部件6.1.5增材制造的發(fā)展趨勢EAMP

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263D打印制造技術(shù)與生物技術(shù)融合，形成生物制造技術(shù)，被廣泛用于牙齒、骨骼等“人體零部件”的修復或植入中。

3D打印義齒已用于人體，并有專用裝備

3D打印口腔修復體，已得到臨床應用

3D打印人體膝關節(jié)金屬修復體，有專業(yè)服務公司

3D打印金屬顱骨修復體，已獲臨床應用6.1.5增材制造的發(fā)展趨勢EAMP

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27與電子制造技術(shù)交叉融合：3D打印技術(shù)與電子制造技術(shù)相融合，形成全印制電子制造技術(shù)，可以廣泛應用于有機發(fā)光二極管、薄膜太陽能電池、無芯片RFID標簽、柔性顯示器等產(chǎn)品的打印制造過程中。電子電路多層柔性PCB無芯片RFID標簽有機薄膜光伏器件有機發(fā)光顯示OLED6.1.5增材制造的發(fā)展趨勢EAMP

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28藝術(shù)、建筑、文化、工業(yè)設計等尼龍3D打印自行車中國龍藝術(shù)品馬球--倫敦奧運禮品大雁塔發(fā)電站水庫大壩模型阿爾卡特手機外殼6.1.5增材制造的發(fā)展趨勢EAMP

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29創(chuàng)新性教育行業(yè)等6.1.5增材制造的發(fā)展趨勢EAMP

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30讓孩子獨立操作3D打印過程，在學習中培養(yǎng)獨立觀察能力、空間思維能力、審美能力、自主設計能力、建模能力、實操3D打印機的能力，真正成為一名真正的小創(chuàng)客。6.1.5增材制造的發(fā)展趨勢EAMP

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31思考與判斷名詞解釋：增材制造、3D打印。簡述增材制造的工藝原理及特點。簡述增材制造的主要工藝種類。簡述增材制造的技術(shù)發(fā)展趨勢。EAMP

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326.1概述6.2三維模型及數(shù)據(jù)處理6.3液態(tài)樹脂光固化成形6.4激光選區(qū)燒結(jié)/熔化成形6.5熔絲沉積成形6.6微滴噴射成形6.7薄材疊層成形第六章

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336.2節(jié)目錄§6.2.1STL模型發(fā)展歷史§6.2.2STL文件格式及拓撲優(yōu)化§6.2.3STL模型切片§6.2.4填充算法§6.2.5支撐結(jié)構(gòu)§6.2.6AMF文件格式§6.2.7其他數(shù)據(jù)格式EAMP

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346.2.1

STL模型發(fā)展歷史STL（Stereolithography,光固化立體造型）是一種利用三角面片表達三維實體表面模型的文件格式，由美國3Dsystem公司于1988年制定，在工業(yè)界被廣泛應用。目前，幾乎所有的增材制造系統(tǒng)和大部分CAE系統(tǒng)都采用STL文件作為數(shù)據(jù)交換格式。大多CAD軟件都可以導出STL文件格式，但不能對STL文件編輯處理?？删庉嬓圆罡飨到y(tǒng)采用自行開發(fā)的軟件，對STL處理算法不同，使得數(shù)據(jù)處理中間文件無法共享。EAMP

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35STL模型實例EAMP

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366.2.2STL文件格式及拓撲優(yōu)化STL文件描述的是一種空間封閉的、有界的、正則的、包含點、線、面幾何信息，能夠完整表達實體表面信息。二進制(Binary)文本（ASCII）兩種格式模型名稱三角面片數(shù)三個頂點坐標值每個三角形法矢量均包含二進制格式文件小，是文本格式的1/5，讀入處理快文本格式閱讀改動方便，信息表達直觀EAMP

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37共頂點規(guī)則右手規(guī)則取值規(guī)則充滿規(guī)則每相鄰的兩個三角形面片只能共用2個頂點三個頂點次序沿指向模型外部的法向量方向呈逆時針排列每個三角形面片頂點的坐標值必須為正值，不存在零和負值二維模型表面上必須布滿三角形面片，不能有空缺6.2.2STL文件格式及拓撲優(yōu)化EAMP

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38STL文件的數(shù)據(jù)量非常大。一個較復雜的實體模型一般有幾萬甚至幾十萬個三角形面片構(gòu)成。保存著大量的重復頂點，產(chǎn)生冗余。在讀取文件時必須去除冗余數(shù)據(jù)，建立各數(shù)據(jù)間的拓撲關系。其描述的特征形狀：體body、面face、邊edge、頂點point。體，可找到其所包含的所有面、邊、頂點；面，可找到其三個鄰面、三條邊、三個頂點；邊，可找到所屬的兩個面和包含的兩個頂點；點，找到它所屬的多個邊和多個面。6.2.2STL文件格式及拓撲優(yōu)化EAMP

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39Classbody#定義體類結(jié)構(gòu){public：Carray<Point*，Point*>m_arrPoint；#定義點數(shù)組Carray<Edge*，Edge*>m_arrEdge；#定義邊數(shù)組Carray<Face**，F(xiàn)ace*>m_arrFace；#定義面數(shù)組}；ClassFace#定義面結(jié)構(gòu)}；publicCList<int，int>NearFaces；#定義最近的面數(shù)組intIncludePoints[3]；#定義包含的三個頂點的數(shù)組CList<int，int>IncludeEdge8；#定義包含的三個邊的數(shù)組}；6.2.2STL文件格式及拓撲優(yōu)化EAMP

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40ClassEdge#定義邊結(jié)構(gòu){public：intIncludePoints[2]；#定義包含的兩個端點intBelongFaces[2]；#定義所屬的相鄰的兩個面信息…}；C1assNewPoint#定義點類結(jié)構(gòu){public：doublex，y，z；#定義坐標信息intPointIndex；#定義點的索引信息public：booloperator==(constNewPoint＆p)；#重載相等符號booloperator<(constNewPoint＆p)；#重載小于符號}；6.2.2STL文件格式及拓撲優(yōu)化EAMP

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41STL文件的圖形錯誤1、無效法矢2、重疊三角形6.2.2STL文件格式及拓撲優(yōu)化EAMP

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42STL文件的圖形錯誤3、裂縫5、非正則圖形4、漏洞6.2.2STL文件格式及拓撲優(yōu)化EAMP

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43STL文件圖形錯誤實例（法矢錯誤和裂縫）裂縫法矢錯誤EAMP

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44STL文件圖形錯誤實例（漏洞）EAMP

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45STL數(shù)據(jù)格式優(yōu)缺點和改進格式1、其他文件格式：IGES、STEP、HPGL、CLI、SLC等；2、常用的三維設計軟件：Pro/E、UG、CATIA、Solidworks等；3、快速成形領域常用的第三方三維軟件：比利時Materialize公司MagicsRP4、歷史原因、格式簡單、通用性使STL文件格式成為快速成形領域的文件標準；5、嘗試新的標準：與現(xiàn)有STL格式的“兼容性”；文件尺寸；平臺無關，適應新的快速成形需求，比如彩色信息。EAMP

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466.2.3

STL模型切片分層切片是增材制造中對STL模型最主要的處理步驟之一。過程：判斷某一高度方向上切平面與STL三角面片的位置關系，若相交求出交線段，所有交線段有序連接起來即可獲得切片輪廓數(shù)據(jù)。但大部分面片可能不與切平面相交，遍歷所有三角形面片造成大量無用計算時間，故需要對STL模型進行預處理，再進行分層切片?；趲缀瓮負湫畔⒌姆謱忧衅谌切蚊嫫恢眯畔⒌姆謱忧衅赟TL網(wǎng)格模型幾何連續(xù)性的分層切片EAMP

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47基于幾何拓撲信息的分層切片基于STL網(wǎng)格模型幾何連續(xù)性的分層切片基于三角形面片位置信息的分層切片①三角面片分層方向跨距越大，與之相交的切平面越多；②按Z軸分層，離初始位置越遠，求得切片時機越靠后；6.2.3

STL模型切片EAMP

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486.2.3

STL模型切片EAMP

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496.2.3

STL模型切片EAMP

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506.2.3

STL模型切片EAMP

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516.2.4填充算法對STL模型分層得到的截面輪廓環(huán)進行填充是增材制造數(shù)據(jù)處理的關鍵！“線段式”掃描路徑：方向平行路徑、輪廓平行路徑。方向平行路徑（Z字路徑）輪廓平行路徑（等距環(huán)）EAMP

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52逐行掃描方式優(yōu)點：沿短邊方向掃描時，相鄰兩次掃描間隔時間短，溫度衰減慢，相鄰掃描路徑溫差小，前一次掃描相當于對后一次掃描粉末預熱。降低了金屬熔化時溫度梯度、減小內(nèi)應力、減小翹曲變形。缺點：掃描方式單一，單一方向上的每條掃描路徑收縮方向相同，容易集中收縮應力；尺寸精度不一致，兩方向收縮量不同；組織均勻性差，影響整體機械性。6.2.4填充算法EAMP

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53分區(qū)域偏置掃描方式優(yōu)點：將多邊形剖分成一個個凸多邊形，掃描線更短，收縮變形更?。辉趻呙柰苟噙呅蔚倪吔绮粧呙?，在同一層內(nèi)應力減小，變形減?。粧呙杈€算法簡單，易實現(xiàn)。在內(nèi)外輪廓附近一定區(qū)域內(nèi)偏置。偏置后的得到的新輪廓采取分區(qū)域算法，使分得的區(qū)域都是凸多邊形，最后在分得的幾個凸多邊形分別進行偏置掃描填充。6.2.4填充算法EAMP

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54變掃描矢上分塊變向掃描方式（棋盤掃描）避免了逐行掃描中路徑方向單一、尺寸精度不一致的不利，保證每一區(qū)域都短邊掃描但若以每一小方塊為基本單元看，若切片形狀細長容易出現(xiàn)X、Y方向單元數(shù)不一致。單元間沒有任何應力和約束，在接縫處易出現(xiàn)裂紋把掃描區(qū)域預先劃分若干小方塊，尺寸大小相同。每個小方塊單獨熔化成形后，再轉(zhuǎn)移至其他小方塊掃描，直到所有小方塊掃描完成。所有小方塊掃描順序一般非有序選取。6.2.4填充算法EAMP

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55分塊掃描實例EAMP

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56螺旋掃描方式各向同性，大量降低翹曲變形，提高零件成形精度，無需頻繁開關，成形效率高，機械性好。生成Voronoi圖后，可在接近線性時間內(nèi)生成首尾相連、不需多余環(huán)檢查和求交處理的輪廓偏置線。對分區(qū)掃描方式的進一步優(yōu)化；路徑生成的關鍵是求得首尾相連無交叉重疊的輪廓偏置線（可通過直接偏置法、基于Voronoi圖生成偏置線法）。6.2.4填充算法EAMP

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57環(huán)形掃描方式在任一個切矢量上，金屬熔池引起的收縮內(nèi)應力分散在圓弧路徑方向上，減小該方向翹曲變形。與逐行掃描相比，在某一固定矢量方向距離最短，提高切片輪廓的精度。在切片輪廓區(qū)域內(nèi)，給定的半徑沿圓弧路徑掃描，以固定角速度作圓周運動，且線速度不變，方向（圓周的切矢量）不斷改變。環(huán)形掃描路徑應力方向6.2.4填充算法EAMP

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58不同工藝加工路徑方法LOM（薄材疊層）：由于采用激光切割的原理，主要生成模型的輪廓，以及可適合剝離多余部分的網(wǎng)格線。找出與Z平面相交的所有邊，并設置未處理標志。SLS（選擇性激光燒結(jié)）：采用激光掃描線熔化粉末，需要生成填充實體區(qū)域的柵格線。SLA（光固化成形）、FDM（熔絲成形）：除了要生成填充實體區(qū)域的柵格線外，還需要額外的支撐。3DP（噴印成形）：采用類似噴墨打印機噴頭方式，所以輸出為圖形數(shù)據(jù)。EAMP

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59獨立第三方RP軟件：Magics比利時MaterialiseN.V.公司，是當今最具影響力的第三方RP軟件；STL文件的顯示、測量、編輯、糾錯以及切片；布爾預算，包括模型的拼接、切割等；模型的鏤空及三維偏執(zhí)；為STL模型添加FDM、SLA等需要的支撐。不同工藝加工路徑方法EAMP

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606.2.5支撐結(jié)構(gòu)支撐結(jié)構(gòu)包括3種：柱狀支撐塊狀支撐網(wǎng)狀支撐未成形的輪廓超出鄰接已成形輪廓范圍，將形成“懸空”結(jié)構(gòu)。懸空結(jié)構(gòu)區(qū)域下面沒有支撐，離散材料堆積難以成形。針對懸空結(jié)構(gòu)需要人為添加輔助工藝結(jié)構(gòu)即支撐結(jié)構(gòu)，以克服其難成形的問題。EAMP

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61柱狀支撐主要用于SLM成形過程中；承接下一層粉末，保證粉末完全熔化，防止出現(xiàn)坍塌；抑制成形過程中由于受熱及冷卻產(chǎn)生應力收縮，保證制件的應力平衡；連接上方新成形部分，防止發(fā)生移動或翻轉(zhuǎn)。6.2.5支撐結(jié)構(gòu)EAMP

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62塊體支撐FDM采用雙噴頭或單噴頭形式，兩者加工方式存在不同，但成形后必須手動去除支撐才得到零件，支撐的加工關系到零件的加工成敗、加工時間、表面質(zhì)量等；FDM中，擠出的絲受到噴嘴下端面和已堆積層的約束，同時在填充方向還受到已堆積絲的拉伸作用；擠出的絲是具有一定寬度的扁平形狀。塊狀截面形狀6.2.5支撐結(jié)構(gòu)EAMP

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63網(wǎng)格支撐主要用于SLA成形中；要求：①能夠?qū)⒅萍冶鄄课恢纹饋?；②支撐與制件共同構(gòu)成的結(jié)構(gòu)要易于液態(tài)樹脂流出；③支撐盡可能少，易于去除；鋸齒與實體是點接觸，由于刮板運動，應設計一個嵌入深度，使得鋸齒與實體線接觸，利于加工。網(wǎng)格支撐結(jié)構(gòu)6.2.5支撐結(jié)構(gòu)EAMP

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64FDM（熔絲沉積成形）6.2.5支撐結(jié)構(gòu)EAMP

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65SLA（光固化成形）6.2.5支撐結(jié)構(gòu)EAMP

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666.2.6

AMF文件格式AMF（AdditiveManufacturingFile）格式基于XML語言文件格式，彌補了STL文件無法儲存顏色的缺陷。一個AMF模型可以代表一個對象，或是一個結(jié)構(gòu)中的多個對象。標準的AMF文件包含對象、材料、紋理、結(jié)構(gòu)關系、元數(shù)據(jù)等5個頂級元素。一個完整的AMF需至少包含一個頂級元素。元素名稱含義object定義模型的體積或者增材制造用到的材料體積material定義一種或多種增材制造用到的材料texture定義模型顏色或貼圖紋理constellation定義模型的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)關系metadata定義模型其他信息EAMP

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676.2.7其他數(shù)據(jù)格式OBJ文件格式不僅適用于主流3D軟件模型間的互導，也可用于CAD系統(tǒng)。但缺少對任意屬性和群組的擴充性，只能轉(zhuǎn)換幾何對象信息和紋理貼圖信息。包含每個頂點的位置、每個紋理坐標頂點的UV位置、頂點法線、面定義。支持用幾種不同插值的高階曲面，如泰勒和B樣條曲線。PLY文件格式PolygonFileFormat，用于儲存立體掃描結(jié)構(gòu)的三維數(shù)值，可儲存顏色、透明度、表面法向量、材質(zhì)坐標與資料可信度等信息，可對多邊形的正反面設定不同的屬性。EAMP

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68思考與判斷什么是STL模型？分為哪兩種格式？有什么優(yōu)缺點？STL文件的拓撲關系？建立拓撲模型有何意義？STL文件有哪些錯誤類型？STL模型切片的目的是什么？主要算法有哪些？為什么對STL模型分層得到的截面進行填充？有哪些算法？支撐結(jié)構(gòu)有哪些類型？各有什么特點？EAMP

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69華中科技大學材料學院材料成形及控制工程專業(yè)核心課程華中科技大學精品課及責任教授課程材料成形裝備及自動化

EquipmentandAutomationofMaterialsProcess2024-2025學年第二學期EAMP

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71目錄第一章

緒

論（2學時）

第二章金屬液態(tài)成形裝備及自動化（10學時）

第三章

金屬塑性成形裝備及自動化（10學時）第四章

金屬連接成形裝備及自動化（10學時）第五章

高分子材料成形設備及自動化（2學時）

第六章

快速成形裝備及控制（6學時）第七章

其它材料成形裝備（4學時）第八章熱處理工業(yè)爐及其控制（2學時）第九章材料加工中的環(huán)境保護裝備（2學時）6.1概述6.2三維模型及數(shù)據(jù)處理6.3液態(tài)樹脂光固化成形6.4激光選區(qū)燒結(jié)/熔化成形6.5熔絲沉積成形6.6微滴噴射成形6.7薄材疊層成形第六章

快速成形裝備及控制EAMP

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726.3節(jié)目錄§6.3.1光固化成形技術(shù)發(fā)展歷史§6.3.2光固化成形工藝原理§6.3.3光固化成形系統(tǒng)及工藝§6.3.4光固化成形精度§6.3.5光固化成形設備§6.3.6光固化成形典型應用EAMP

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736.3.1光固化成形技術(shù)發(fā)展歷史1984年美國Uvp公司Hull開發(fā)SLA（Stereo-LithographyApparatus,SLA）技術(shù)，1986年獲得專利；創(chuàng)立世界第一家增材制造公司3DSystems，于1988年推出第一臺商業(yè)SLA250；1990年德國EOS公司出售第一臺SLA設備;2001年日本德島大學研發(fā)出基于飛秒激光的SLA技術(shù)，實現(xiàn)微米級復雜三維增材制造；2011年奧地利維也納技術(shù)大學研制最小的SLA機，僅有牛奶盒大?。?016年意大利solido3D公司開發(fā)手機LED屏幕DLP光固化打印機，精度0.042mm。國內(nèi)：西安交大上世紀九十年代研發(fā)SLA技術(shù)；上海聯(lián)泰科技有限公司生產(chǎn)銷售SLA設備；近期出現(xiàn)一大批研發(fā)桌面級光固化（DLP）設備的微小企業(yè)。EAMP

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746.3.2光固化成形工藝原理光固化法Stereolithographyapparatus（SLA）

利用光能的化學和熱作用使液態(tài)樹脂材料固化，控制光能的形狀逐層固化樹脂，堆積成形出所需的三維實體零件。光照的方式圖2.1三種曝光方式EAMP

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75采用掩模技術(shù)的光固化成形方式

光固化樹脂是一種透明、粘性的光敏液體。當光照射到該液體上時，被照射的部分由于發(fā)生聚合反應而固化。圖所示是將紫外光通過一個遮光掩模照射到樹脂表面,使該樹脂接受面曝光。6.3.2光固化成形工藝原理EAMP

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76采用激光束的光固化成形方式圖所示的方式是用掃描頭將激光束掃描到樹脂表面使之曝光。液體樹脂被照射部分發(fā)生固化，成形為所需形狀的一層，然后用同樣方式在該層面上再進行新一層截面輪廓的輻照、固化，依此類推，從而將一層層的截面輪廓逐步疊合在一起，最終形成三維原型。6.3.2光固化成形工藝原理EAMP

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77高能光束掃描方式

控制掃描頭使高能光束（如紫外激光等）在樹脂表面選擇性曝光。“X-Y”平面運動方式系統(tǒng)光學器件少、成本低，且易于實現(xiàn)大幅面成形，但

成形速度較慢。振鏡方式利用反射鏡偏轉(zhuǎn)實現(xiàn)光束的直線運動，速度快，但成本較第一種

方式貴，且掃描范圍受限。圖2.2掃描原理6.3.2光固化成形工藝原理EAMP

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78振鏡掃描系統(tǒng)EAMP

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79光固化成形系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖1-反光鏡2-光闌3-反光鏡4-動態(tài)聚焦鏡5-聚焦鏡6-振鏡7-激光束8-光固化樹脂9-工作臺10-涂敷板系統(tǒng)組成：激光器、光路系統(tǒng)、掃描照射系統(tǒng)、固化成形系統(tǒng)光源波長：325-355nm紫外光激光器：He-CO激光器、亞離子激光器、YAG激光器、YVO4激光器等輻照方式：XY掃描儀、振鏡掃描（1）成形系統(tǒng)的組成及其工藝流程6.3.3光固化成形系統(tǒng)及工藝EAMP

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80

光固化成形過程EAMP

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81（2）成形過程光固化成形的全過程一般分為前處理、分層疊加成形、后處理三個主要步驟。（1）前處理：三維模型構(gòu)造、成形方向選擇、切片、生成支撐結(jié)構(gòu)。（2）分層疊加成形：生成路徑逐層疊加固化成形。（3）后處理：去除支撐結(jié)構(gòu)、后固化、表面打磨。6.3.3光固化成形系統(tǒng)及工藝EAMP

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82（1）影響精度的因素

光固化成形過程中影響制件精度的最主要環(huán)節(jié)有：造型及工藝軟件、成形過程及材料、后處理過程。影響最大的是液態(tài)光敏樹脂的固化收縮，其次是層間的臺階效應。軟件造成的誤差1)數(shù)字模型近似誤差

增材制造中通用STL格式的用無數(shù)三角面片逼近三維曲面的實體模型，造成曲面的近似誤差。三角面片近似曲面過程6.3.4光固化成形精度EAMP

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83（1）影響精度的因素軟件造成的誤差2)分層切片誤差成形前模型需要沿Z軸方向進行切片分層，由此曲面沿Z軸方向會形成臺階效應。降低分層的厚度可以減小臺階效應造成的誤差，目前最小的分層厚度可達到0.025mm。3)掃描路徑誤差掃描設備很難設定掃描路線，一般用許多短線段來近似表示曲線，就會產(chǎn)生掃描誤差。如果誤差超過了容許范圍，可以加入插補點使路徑逼近曲線，減少掃描路徑的近似誤差。用短線段近似曲線6.3.4光固化成形精度EAMP

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84（1）影響精度的因素成形過程造成的誤差1)激光束的影響激光器和振鏡掃描頭會出現(xiàn)零飄或增溢飄移現(xiàn)象，造成掃描坐標系統(tǒng)偏移；振鏡掃描頭結(jié)構(gòu)本身造成原理性的掃描路徑枕形誤差，振鏡掃描頭安裝誤差造成的掃描誤差；激光器功率不穩(wěn)定，使被照射的樹脂接受的曝光量不均勻。2)樹脂固化收縮的影響光固化成形時，光敏樹脂的固化收縮會使成形件發(fā)生變形，即在水平方向和垂直方向發(fā)生收縮變形。樹脂固化成形過程發(fā)生翹曲變形6.3.4光固化成形精度EAMP

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85（1）影響精度的因素成形過程造成的誤差3)形狀多余增長在成形件形狀的下部，樹脂固化深度超量，使成形形狀超出設計的輪廓。

解決方法有兩種：一是采用軟件檢測數(shù)字模型下部的特征，并通過修改模型的數(shù)據(jù)對其有可能向下多余增長的部分，進行向上補償；二是對于精度要求高的部分，可以在成形前將模型旋轉(zhuǎn)一個角度，使該部分處于不會出現(xiàn)多余增長的垂直方向。成形件出現(xiàn)多余增長現(xiàn)象示意圖6.3.4光固化成形精度EAMP

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86（2）衡量精度的標準光固化成形精度標準測試結(jié)構(gòu)圖1990年，北美光固化成形技術(shù)應用組織發(fā)明了一種可以檢測增材制造整體精度的標準測試件，稱之為user-part，如圖所示。3DSystems公司借助該方法不斷地應用于優(yōu)化成形方法的研究、提高精度和加工性能。該標準特性：(1)在X、Y軸上的尺寸足夠大，以至可以表述光固化成形機的承物臺邊緣和中間所有部分的精度；(2)具有大、中、小三種不同類型的數(shù)據(jù)；(3)用內(nèi)、外兩個尺寸來衡量線性補償是否合適；(4)在Z軸方向的尺寸上很小，可減少測量時間；(5)很大程度上減少了材料的損耗；(6)各尺寸數(shù)據(jù)很容易用綜合測量儀測量得到；(7)將平面、圓角、方孔、平面區(qū)域和截面厚度都表示了出來。6.3.4光固化成形精度EAMP

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87（3）標準測試件的測量光固化成形精度標準測試方式示意圖測試翹曲量模型示意圖user-part制件可能缺乏幾何多樣性，但應用該制件得到了相當多的基礎數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)已經(jīng)成為研究和進一步開發(fā)的公用標準。制件的中間部分被粘接在工作臺上，目的是測試懸出端由于變形導致的與工作臺之間距離的變化。6.3.4光固化成形精度EAMP

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88（4）提高精度的方法可以從四大方面提高制件的精度：（1）樹脂材料：最好采用高強度、低粘度、小收縮率的樹脂；（2）硬件方面：使用較細的激光束；（3）軟件方面：優(yōu)化掃描路徑及分層方式；（4）制造工藝：協(xié)調(diào)優(yōu)化材料、硬件、軟件等以增強整個光固化系統(tǒng)的精度，采用合適的層厚、掃描方式等。6.3.4光固化成形精度EAMP

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896.3.5光固化成形設備光固化成形設備組成結(jié)構(gòu)圖

光固化成形系統(tǒng)設備包括激光及振鏡系統(tǒng)，平臺升降系統(tǒng)，儲液箱及樹脂處理系統(tǒng)，樹脂鋪展系統(tǒng)，控制系統(tǒng)。EAMP

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90光路系統(tǒng)EAMP

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91反射鏡反射鏡光闌激光器振鏡掃描器聚焦鏡液槽光敏樹脂制件升降臺光固化成形系統(tǒng)刮板涂敷系統(tǒng)EAMP

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93工作過程EAMP

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94工作臺升起EAMP

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953Dsystem公司的光固化成形設備Vipersi2SLA3500SLA7000EAMP

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96華中科技大學開發(fā)的光固化設備EAMP

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976.3.6光固化成形典型應用目前SLA主要應用在新產(chǎn)品開發(fā)設計檢驗、市場預測、航空航天、汽車制造、電子電信、民用器具、玩具、工程測試（應力分析，風道等）、裝配測試、模具制造、醫(yī)學、生物制造工程、美學等方面。戒指工藝品光固化增材制造光固化技術(shù)制造模型輔助外科手術(shù)案例根據(jù)需求采用SLA技術(shù)打印出的戒指原模，產(chǎn)品的設計不受工藝水平限制，易實現(xiàn)小批量個性化生產(chǎn)，且更新速度加快。利用光敏樹脂固化制造的連體嬰兒頭顱模型，復原其血管分布狀況，為手術(shù)的進行起到了關鍵作用。EAMP

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98在通訊行業(yè)的應用EAMP

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99在電子行業(yè)的應用EAMP

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100在電子行業(yè)的應用EAMP

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101概念設計EAMP

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102電氣產(chǎn)品EAMP

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103功能件、體育器材EAMP

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104模型EAMP

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105模型EAMP

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106模型EAMP

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1071.5mm模型EAMP

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108創(chuàng)傷治療的應用EAMP

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109用于快速制模EAMP

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110直接制作注塑模具EAMP

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111思考與判斷名詞解釋：光敏樹脂、光固化。影響SLA成形零件精度的因素有哪些？歸納SLA設備的系統(tǒng)組成及其作用。SLA技術(shù)適合哪些領域應用？EAMP

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1126.1概述6.2三維模型及數(shù)據(jù)處理6.3液態(tài)樹脂光固化成形6.4激光選區(qū)燒結(jié)/熔化成形6.5熔絲沉積成形6.6微滴噴射成形6.7薄材疊層成形第六章

快速成形裝備及控制EAMP

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1136.4節(jié)目錄§6.4.1激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)發(fā)展歷史§6.4.2激光選區(qū)燒結(jié)工藝原理§6.4.3激光選區(qū)燒結(jié)系統(tǒng)組成及功能§6.4.4激光選區(qū)燒結(jié)成形設備§6.4.5激光選區(qū)燒結(jié)典型應用§6.4.6激光選區(qū)熔化技術(shù)發(fā)展歷史§6.4.7激光選區(qū)熔化工藝原理§6.4.8激光選區(qū)熔化系統(tǒng)組成及功能§6.4.9激光選區(qū)熔化成形設備§6.4.10激光選區(qū)熔化典型應用EAMP

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1146.4.1激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)發(fā)展歷史1986年美國Texas大學的研究生CarlDeckard發(fā)明SLS（SelectiveLaserSintering）技術(shù)，1986年研制出樣機，并獲得專利；1992年美國DTM公司推出Sinterstation2000系列商品化SLS成形機；1994年德國EOS公司推出了三個系列的SLS成形機，EOSINTP用于燒結(jié)熱塑性塑料粉末；EOSINTM用于金屬粉末的直接燒結(jié)；EOSINTS用于直接燒結(jié)樹脂砂。1996年、1998年美國DTM公司推出了改進的SLS成形機Sinterstation2500和Sinterstation2500plus，同時開發(fā)出多種燒結(jié)材料。國內(nèi)：1995年北京隆源公司研制成功第一臺國產(chǎn)化激光增材制造設備；華中科技大學生產(chǎn)出了HRPS系列的SLS設備；還有南京航空航天大學、中北大學、湖南華曙高科等其他單位也在研究。EAMP

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1156.4.2激光選區(qū)燒結(jié)工藝原理激光選區(qū)燒結(jié)（selectivelasersintering，SLS）技術(shù)利用高能束激光逐層掃描粉末，將離散粉末燒結(jié)成體，實現(xiàn)復雜三維實體制造。SLS成形原理圖1）設計建造零件CAD模型：三維建?；蚶梅辞蠓ǐ@得零件信息；2）將模型轉(zhuǎn)化為STL文件；3）將STL文件進行橫截面切片（z方向）分割；4）激光根據(jù)零件截面信息逐層燒結(jié)粉末，分層制造零件；5）對零件進行清粉等處理。EAMP

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116鋪粉振鏡掃描頭激光器擴束聚焦鏡6.4.2激光選區(qū)燒結(jié)工藝原理EAMP

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117去掉未燒結(jié)的粉6.4.2激光選區(qū)燒結(jié)工藝原理EAMP

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118無定形聚合物的激光燒結(jié)結(jié)構(gòu)模型①②②①燒結(jié)前的粉體

燒結(jié)后粉體間的融合與嚙合

（①融合，②嚙合）EAMP

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119實際燒結(jié)狀況PC材料制件的SEM照片100μm燒結(jié)前的粉體

粉體燒結(jié)后EAMP

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120ABS材料的制件激光燒結(jié)功率為7.5W時的SEM照片（a）上表面（b）側(cè)表面EAMP

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121燒結(jié)模型（a）良好的燒結(jié)模型(b)過度的燒結(jié)模型EAMP

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122掃描間距對成形的影響(a)掃描間距過大（b）掃描間距適中EAMP

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123（c）掃描間距過小掃描間距對成形的影響EAMP

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124(b)長邊異側(cè)(e)向內(nèi)循環(huán)(f)向外循環(huán)(d)光柵掃描(c)短邊方向(a)長邊同側(cè)掃描軌跡對成形的影響EAMP

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125滲入樹脂或蠟滲入樹脂處理EAMP

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126滲入樹脂處理PC材料燒結(jié)件滲入樹脂后的燒結(jié)件EAMP

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127ABS粉末材料燒結(jié)件滲入樹脂后的燒結(jié)件滲入樹脂處理EAMP

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128玻璃微球與PA1010粉末復合的燒結(jié)GB與PA復合粉末材料燒結(jié)件拉伸斷口的SEM照片(a)×900(b)×2000EAMP

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129玻璃微球粉末復合的燒結(jié)件曲面燒結(jié)件彈性燒結(jié)件EAMP

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1306.4.3激光選區(qū)燒結(jié)系統(tǒng)組成及功能SLS的系統(tǒng)組成主要包括CO2激光器、振鏡掃描系統(tǒng)、粉末傳送系統(tǒng)、成形腔、氣體保護系統(tǒng)和預熱系統(tǒng)等。（1）CO2激光器SLS設備采用CO2激光器，波長為10600nm，激光束光斑直徑為0.4mm，功率一般為50-100W。主要的工作物質(zhì)由CO?，N2，He三種氣體組成。CO?激光器的激發(fā)條件：放電管中，通常輸入幾十毫安或幾百毫安的直流電流。（2）振鏡掃描系統(tǒng)SLS振鏡掃描系統(tǒng)與LOM激光振鏡掃描系統(tǒng)類似，由X-Y光學掃描頭，電子驅(qū)動放大器和光學反射鏡片組成。電腦控制器提供的信號通過驅(qū)動放大電路驅(qū)動光學掃描頭，從而在X-Y平面控制激光束的偏轉(zhuǎn)。EAMP

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131（3）粉末傳送系統(tǒng)SLS設備中，送粉通常采用兩種方式，一種是粉缸送粉方式，即通過送粉缸的升降完成粉末的供給；另一種是上落粉方式，即將粉末置于機器上方的容器內(nèi)，通過粉末的自由下落完成的粉末的供給。鋪粉系統(tǒng)也有鋪粉輥和刮刀兩種方式。（4）成形腔激光進行粉末成形的封閉腔體，主要由工作缸和送粉缸等組成，缸體可以沿Z軸上下移動。兩種不同的粉末傳送系統(tǒng)成形腔結(jié)構(gòu)圖6.4.3激光選區(qū)燒結(jié)系統(tǒng)組成及功能EAMP

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132（5）氣體保護系統(tǒng)在成形前通入成形腔內(nèi)的惰性氣體（一般為N2或Ar），可以減少成形材料的氧化降解，促進工作臺面溫度場的均勻性。（6）預熱系統(tǒng)在SLS成形過程中，工作缸中的粉末通常要被預熱系統(tǒng)加熱到一定溫度（聚合物的玻璃化溫度）。該溫度下材料燒結(jié)收縮率低，不宜變形；使燒結(jié)產(chǎn)生的收縮應力盡快松弛，從而減小翹曲變形。

預熱溫度過高粉末被燒結(jié)結(jié)塊，粉末顆粒發(fā)生黏結(jié)、失去流動性，造成鋪粉困難；預熱溫度過低容易發(fā)生翹曲變形。一般在玻璃化溫度，熔點以下20度左右。預熱系統(tǒng)一般在成型腔頂部按照紅外輻射加熱，包括加熱管、非接觸式溫度檢測系統(tǒng)以及溫控系統(tǒng)等部件。6.4.3激光選區(qū)燒結(jié)系統(tǒng)組成及功能EAMP

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1336.4.4激光選區(qū)燒結(jié)成形設備國外：美國3DSystems公司

主要提供SPro系列SLS設備。采用了可移除制造模塊和組合粉末收集系統(tǒng)，提高制造的可操作性和智能化程度。德國EOS公司設備包括P型和S型多系列SLS設備。其中，P型SLS設備主要用于成形尼龍等高性能塑料零件；新研發(fā)的P800型SLS設備，可提供超過200℃的穩(wěn)定預熱環(huán)境，能直接成形耐高溫高強度PEEK塑料，成為世界上唯一可成形該類材料的SLS設備。國內(nèi)：北京隆源自動成形系統(tǒng)有限公司，專門生產(chǎn)基于SLS設備。目前，最大成形空間達0.7m×0.7m。華中科技大學陸續(xù)推出SLS設備，在大尺寸SLS方面具有世界領先水平，最大成形臺面接近兩米。EAMP

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1346.4.4激光選區(qū)燒結(jié)成形設備EAMP

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135上落粉型快速成形機EAMP

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1366.4.4激光選區(qū)燒結(jié)成形設備EAMP

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137采用進口激光器采用國產(chǎn)激光器6.4.4激光選區(qū)燒結(jié)成形設備EAMP

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138超大范圍工作場預熱溫度均勻四激光協(xié)同掃描、高精度拼接滿幅面多點視覺測量自動校正實時劃分多個激光器的工作區(qū)域為寧波伏爾肯科技股份技有限公司定制的大型陶瓷SLS裝備-HKC17030

“四激光、四振鏡、全球最大臺面”陶瓷激光選區(qū)燒結(jié)增材制造裝備KC17030，成形尺寸可達到1700×1700×600mm陶瓷SLS專用裝備EAMP

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139HKC17030工作視頻陶瓷SLS專用裝備EAMP

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1406.4.5激光選區(qū)燒結(jié)典型應用SLS成形的砂型及其鑄件鑄造砂型（芯）成形SLS成形的熔模及其鑄件2.鑄造熔模的成形SLS技術(shù)可實現(xiàn)鑄型（芯）的整體制造，不僅簡化了分離模塊的過程，鑄件的精度也得到提高。SLS技術(shù)可快速制造幾乎任意復雜形狀鑄件的熔模。EAMP

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141用覆膜砂直接燒結(jié)的砂模、型芯和澆鑄的鑄件。6.4.5激光選區(qū)燒結(jié)典型應用EAMP

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142砂芯快速成形EAMP

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143蠟件EAMP

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144蠟件EAMP

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145蠟件EAMP

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1463.高分子功能零件的成形SLS成形尼龍零件經(jīng)后處理增強后處理的SLS功能零件用于SLS成形的材料主要是熱塑性高分子及其復合材料。直接制造是指通過SLS成形的高分子制件具有較高的強度，可直接用作塑料功能件。典型晶態(tài)高分子包括尼龍-12、聚丙烯等。間接制造是指通過SLS成形的高分子制件強度較低，需要浸滲樹脂等后處理工藝來提高其力學性能，從而用作強度要求不高的塑料功能件。非晶態(tài)高分子包括聚苯乙烯、聚碳酸酯等。6.4.5激光選區(qū)燒結(jié)典型應用EAMP

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147高分子粉末燒結(jié)塑料件EAMP

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148SLS制件EAMP

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149SLS制件EAMP

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1504.生物制造SLS技術(shù)制備PVA三維正交周期多孔結(jié)構(gòu)四面體支架SLS技術(shù)可制備結(jié)構(gòu)、力學性能可控的三維通孔組織支架及個性化的生物植入體，實現(xiàn)對孔隙率、孔型、孔徑及外形結(jié)構(gòu)的有效控制，適于對生物高分子進行燒結(jié)成形，制造個性化醫(yī)用植入體和組織工程支架。

適用于SLS技術(shù)的生物高分子主要為合成高分子材料，包括左旋聚乳酸（PLLA)、聚己內(nèi)酯（PCL)、聚醚醚酮（PEEK)、聚乙烯醇（PVA)等，并多與生物活性陶瓷材料，如羥基磷灰石（hydroxyapatite,HAp)）或β-磷酸三鈣（β-tricalciumphosphate），以獲得良好的生物活性。6.4.5激光選區(qū)燒結(jié)典型應用EAMP

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1516.4.6激光選區(qū)熔化技術(shù)發(fā)展歷史1995年德國Fraunhofer激光技術(shù)研究所深入的探索了激光完全熔化金屬粉末的成形;首次提出了SLM（SelectiveLaserMelting）技術(shù)；德國EOS公司制造了第一臺設備；2000年光纖激光器成熟的制造并引入SLM設備中；2003年英國MCP集團管轄的德國MCP-HEK分公司Realizer推出SLM-50;世界上第一臺應用光纖激光器的SLM設備;國內(nèi)：華中科技大學、華南理工大學、西北工業(yè)大學和北京航空制造研究所等。EAMP

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1526.4.7激光選區(qū)熔化工藝原理激光選區(qū)熔化成形基本原理示意圖EAMP

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1536.4.8激光選區(qū)熔化系統(tǒng)構(gòu)成及功能成型腔：工作臺、送鋪粉機構(gòu)、氣體凈化系統(tǒng)激光器：光纖激光（單模）、波長1060nm，激光光斑10-50微米，功率100-1000W光路傳輸系統(tǒng)：擴束鏡、振鏡、聚焦系統(tǒng)、保護鏡控制系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)EAMP

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1546.4.9激光選區(qū)熔化成形設備電氣控制EAMP

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155德國EOS公司M290型SLM設備，成形臺面達到250mm華中科技大學自主開發(fā)的SLM設備，可實現(xiàn)磁場輔助成形6.4.9激光選區(qū)熔化成形設備EAMP

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156德國EOS公司M400型四激光SLM設備，成形臺面達到300mm雙激光SLM掃描成形中6.4.9激光選區(qū)熔化成形設備EAMP

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1576.4.10激光選區(qū)熔化典型應用（1）輕量化結(jié)構(gòu)（2）

個性化植入體（3）

隨形水道模具（4）

復雜整體結(jié)構(gòu)（5）

免組裝結(jié)構(gòu)EAMP

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158（1）輕量化結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)工藝制造多孔結(jié)構(gòu)SLM制造CoCr合金多孔結(jié)構(gòu)6.4.10激光選區(qū)熔化典型應用EAMP

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159（1）輕量化結(jié)構(gòu)SLM制造的復雜空間多孔零件SLM成形多孔輕量化結(jié)構(gòu)的材料主要有鈦合金、不銹鋼、鈷鉻合金及純鈦等，根據(jù)材料的不同，SLM的最優(yōu)成形工藝也有所變化。6.4.10激光選區(qū)熔化典型應用EAMP

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