快速成形技術(shù)及其應(yīng)用

前言

　　21世紀(jì)是以知識經(jīng)濟(jì)和信息社會為特征的時代，制造業(yè)面臨信息社會中瞬息萬變的市場對小批量多種產(chǎn)品要求的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在制造業(yè)日趨國際化的狀況下，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和減少開發(fā)新產(chǎn)品投資風(fēng)險，成為企業(yè)賴以生存的關(guān)鍵?？焖俪尚渭夹g(shù)在現(xiàn)代企業(yè)快速制造需求下應(yīng)運(yùn)而生?！　】焖俪尚渭夹g(shù)是國際上20世紀(jì)八九十年代發(fā)展起來的一種新型的制造技術(shù)，也稱為實(shí)體自由制作、桌面加工或疊層加工技術(shù)。它基于離散-堆積增材制造的原理，和常規(guī)的去材加工不同，采用逐層累加制造的方法完成任意復(fù)雜零部件或?qū)嶓w的制作。快速成形技術(shù)的產(chǎn)生，不僅是制造思想的一個重大飛躍，在實(shí)踐上也為加工任意復(fù)雜零件提供了簡捷的制造工藝?！　】焖俪尚渭夹g(shù)自其產(chǎn)生以來，因?yàn)槠渲圃焖枷胨逃械木薮蟀l(fā)展?jié)摿?，近些年來得到了巨大的發(fā)展并在越來越多的領(lǐng)域取得了成功應(yīng)用?！　”緯?章，介紹了目前幾種典型的快速成形工藝方法及其原理，快速成形技術(shù)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，并以選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)為例，介紹了激光快速成形過程的燒結(jié)機(jī)理，各種成形工藝參數(shù)與燒結(jié)質(zhì)量的關(guān)系，同時還介紹了快速成形技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用與近年來快速成形技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其趨勢?！　∪珪煞洞喝A、趙劍峰、董麗華編寫。在編寫過程中，北京隆源自動成形系統(tǒng)有限公司、上海倍爾康生物醫(yī)學(xué)科技有限公司等提供了大量的資料和素材，此外，書中參考了大量文獻(xiàn)資料，在此一并表示衷心的感謝！　　由于編者水平有限，書中難免有錯誤或不妥之處，敬請廣大同仁批評指正，提出寶貴意見以供修改，對此編者不勝感激！

內(nèi)容概要

　　《快速成形技術(shù)及其應(yīng)用》重點(diǎn)介紹了激光選區(qū)燒結(jié)過程中的成形機(jī)理、成形工藝參數(shù)及其對成形質(zhì)量的影響?？焖俪尚渭夹g(shù)作為先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，是CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料技術(shù)、激光技術(shù)等多個學(xué)科領(lǐng)域交叉發(fā)展的制造技術(shù)的飛躍。它根據(jù)零件的三維實(shí)體，采用離散-堆積的制造思想，無須工裝，能快速完成產(chǎn)品原型制作，從而降低產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)周期和成本?？焖俪尚蔚脑砑案鞣N成熟的快速成形技術(shù)，STL數(shù)據(jù)格式及其處理方法，常用成形工程材料，成形工藝，快速成形應(yīng)用領(lǐng)域及其發(fā)展?！　　犊焖俪尚渭夹g(shù)及其應(yīng)用》適合制造工程技術(shù)人員及相關(guān)人員參考。

作者簡介

　　范春華，男，研究生學(xué)歷。2001年，南京航空航天大學(xué)機(jī)械制造及其自動化專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)為上海海事大學(xué)教師。負(fù)責(zé)上海市教委青年基金一項；參與國家自然科學(xué)基金、國防預(yù)研基金等科研項目以及上海市教委曙光計劃項目及其他省部級項目數(shù)項。主要從事激光快速成形相關(guān)技術(shù)研究，發(fā)表論文10余篇，SCI，EI收入數(shù)篇?！　≮w劍峰，男，研究生學(xué)歷，教授。1999年畢業(yè)于南京航空航天大學(xué)機(jī)械制造及其自動化專業(yè)，獲博士學(xué)位?，F(xiàn)任南京航空航天大學(xué)激光快速成形研究中心主任，先后承擔(dān)快速成形技術(shù)領(lǐng)域的國家自然科學(xué)基金、國防“九五”、“十五”預(yù)研基金等科研項目十余項。獲各級科技獎項若干，發(fā)表論文數(shù)十篇，SCI、EI收入10余篇?！　《惾A，女，哈爾濱工業(yè)大學(xué)獲博士學(xué)位，曾在哈爾濱工程大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)博士后流動站從事博士后研究。并得到國家留學(xué)基金委資助分別在加拿大多倫多大學(xué)、McMaster。大學(xué)作訪問學(xué)者。現(xiàn)任上海海事大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。主要從事激光快速成形相關(guān)技術(shù)研究。主持、參加完成國家自然基金、中國博士后基金、教育部留學(xué)回國基金、上海市曙光計劃等科研項目30余項，獲國家科技進(jìn)步二等獎1項、省部級科技進(jìn)步一等獎1項、二等獎2項、三等獎2項，其他獎多項。發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇，其中被SCI、EI、ISTP收錄近30篇，出版著作及教材8部。

書籍目錄

第1章 概述	1.1 快速成形技術(shù)的原理	1.1.1 傳統(tǒng)加工制造模式	1.1.2 快速成形技術(shù)的原理	1.1.3 快速成形技術(shù)的特點(diǎn)	1.2 快速成形技術(shù)的發(fā)展歷程	1.2.1 快速成形技術(shù)的提出	1.2.2 快速成形技術(shù)發(fā)展的技術(shù)背景1.2.3 快速成形服務(wù)的發(fā)展	第2章 數(shù)據(jù)處理技術(shù)	2.1 STL數(shù)據(jù)格式簡介	2.2 STL文件的缺陷	2.3 切片數(shù)據(jù)的生成	2.3.1 切片分層的種類	2.3.2 常用的切片方法	2.4 加工路徑數(shù)據(jù)的生成	2.4.1 常見的掃描方式	2.5 RP常用軟件簡介	2.5.1 RP常用軟件	2.5.2 Magics RP軟件介紹	2.5.3 三維模型的構(gòu)建方法	第3章 快速成形實(shí)現(xiàn)方法	3.1 快速成形基本實(shí)現(xiàn)方法3.1.1 選擇性激光燒結(jié)成形（Selected Laser Sintering，SLS）	3.1.2 光固化成形工藝（Stereo Lithography Apparatus，SLA）	3.1.3 分層實(shí)體成形工藝（Laminated Object Manufacturing，LOM）3.1.4 三維打印成形工藝（Three Dimensional Printing，3DP）	3.1.5 熔融噴絲成形工藝（Fused Deposition Modeling，F(xiàn)DM）	3.1.6 成形工藝比較	3.2 快速成形方法及設(shè)備的發(fā)展3.2.1 成形效率提高工藝	3.2.2 成形新材料工藝	3.2.3 成形精度提高工藝	3.3 直接制造成形系統(tǒng)的發(fā)展	3.3.1 激光直接制造工藝方法	3.3.2 電子束燒結(jié)粉末成形工藝	第4章 快速成形材料	4.1 材料特性對SLS成形工藝的影響	4.1.1 粉末幾何特性對成形燒結(jié)的影響	4.1.2 粉末部分物理特性對成形燒結(jié)的影響	4.2 SLS常用的工程材料	4.3 其他快速成形方法常用的工程材料	4.3.1 SLA常用的工程材料	4.3.2 LOM常用的工程材料	4.3.3 FDM常用的工程材料	第5章 激光選區(qū)燒結(jié)成形機(jī)理	5.1 激光與粉末材料的相互作用機(jī)理5.2 粉末材料的選區(qū)激光燒結(jié)	5.2.1 粉末常規(guī)燒結(jié)過程	5.2.2 粉末激光選區(qū)燒結(jié)致密化機(jī)理5.3 激光燒結(jié)過程中的溫度場	5.3.1 基本傳熱方式	5.3.2 基本導(dǎo)熱能量方程	5.3.3 激光選區(qū)燒結(jié)溫度場分析第6章 激光選區(qū)燒結(jié)成形工藝6.1 激光選區(qū)燒結(jié)成形主要工藝參數(shù)6.2 工藝參數(shù)對成形質(zhì)量的影響6.2.1 切片層厚與表面粗糙度的關(guān)系	6.2.2 工藝參數(shù)與成形精度的關(guān)系	6.2.3 工藝參數(shù)與成形致密度的關(guān)系	6.3 激光選區(qū)燒結(jié)成形后處理工藝	第7章 快速成形技術(shù)的應(yīng)用	7.1 快速成形在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用7.1.1 概念模型可視化	7.1.2 設(shè)計評價	7.1.3 裝配校核	7.1.4 性能和功能測試7.2 快速模具技術(shù)	7.2.1 快速模具技術(shù)的分類7.2.2 硅橡膠模具的制作	7.2.3 粉末金屬澆注模具	7.2.4 樹脂型快速制模技術(shù)7.2.5 陶瓷型快速制模技術(shù)7.2.6 石膏型快速制模技術(shù)7.2.7 快速精密鑄造	7.2.8 直接快速模具制造技術(shù)7.3 生物組織工程及其臨床應(yīng)用	7.3.1 快速成形在醫(yī)療領(lǐng)域的作用	7.3.2 基于快速成形技術(shù)醫(yī)學(xué)模型的制作過程	7.3.3 快速成形在醫(yī)療上的應(yīng)用案例	7.3.4 醫(yī)療應(yīng)用中快速成形方法及材料的選擇第8章 快速成形技術(shù)的發(fā)展	8.1 功能梯度零件的快速成形制造	8.2 快速成形在微型制造的應(yīng)用	參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章 概述　　1.1 快速成形技術(shù)的原理　　快速成形技術(shù)（Rapid Prototyping，RP）最早產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代末到80年代初，是當(dāng)今世界快速發(fā)展的技術(shù)之一。其在制造原理上采用了“增材制造”的加工思想，相比于傳統(tǒng)的加工“去材制造”方法，在制造思想和實(shí)現(xiàn)方法上具有很大的區(qū)別?！　?.1.1 傳統(tǒng)加工制造模式　　按現(xiàn)代制造理論對機(jī)械加工成形方式的劃分，傳統(tǒng)的制造加工方法在成形方式上主要有兩種：切削成形與受迫成形。切削成形又稱去除成形，是將包含零件形狀的毛坯，使用工具通過切削加工的方法去除規(guī)定尺寸以外的部分，得到所要求的零部件。受迫成形又稱凈尺寸成形，是利用材料的可成形性（如塑性等），在特定的外圍約束（加工零件的模具型腔）下將能夠流動的液體材料擠壓成形，或者擠壓固體材料達(dá)到所需的形狀和尺寸。　　它們所包含的主要加工方法如圖1-1所示。　　除圖1-1所示的成形加工方法外，有些特種加工方法如電火花加工、激光切割加工等也屬于切削成形的加工方法，非金屬材料的注塑、擠塑、吹塑、壓延、發(fā)泡等加工方式也都屬于受迫成形的方法。　　受迫成形通過一定的外加壓力，使被加工的材料（通常為具流動性的液體）填充于預(yù)先加工好的型腔，而型腔的制造通常也由切削成形的加工方法完成。因?yàn)榍邢鞒尚蔚募庸し椒ㄊ且环N“去材”成形的加工方法，“去材”的實(shí)現(xiàn)主要通過一定的工具和坯料之間的相對運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)?！　±纾囅骷庸し椒ㄖ饕瓿苫剞D(zhuǎn)體類零件的加工，它是在電機(jī)提供動力的條件下，使得坯料做回轉(zhuǎn)運(yùn)動而車刀按一定的軌跡運(yùn)動，在相對運(yùn)動的過程中將相互干涉的部分去除，實(shí)現(xiàn)切削，如圖1—2所示。　　……

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