快速成型技术与试题

试卷

一、填空题

1.快速成型技术是由计算机帮助设计及制造技术、逆向工程技术、分层制造技术SFF、材料去除成形MPR、材料增加成形MAP技术等若干先进技术集成的;

2.快速成型技术的主要优点包括成本低，制造速度快环保节能适用于新产品开发和单间零件生产等.光固化树脂成型SLA的成型效率主要与扫描速度扫描间隙激光功率等因素有关.快速成型技术的英文名称为RapidPrototypingManufacturingRPM其目前也被称为3D打印增材制造;.选择性激光烧结成型工艺SLS可成型的材料包括塑料，陶逸，金属等;.选择性激光烧结成型工艺SLS工艺参数主要包括分层厚度扫描速度体积成型率聚焦光斑直径等;.快速成型过程总体上分为三个步骤，包括数据前处理分层叠加成型自由成型，后处理;.快速成型技术的特点主要包括原型的复制性、互换性高加工周期短，成本低高度技术集成等:.快速成型技术的将来进展趋势包括开发性能好的快速成型材料改善快速成形系统的牢靠性提高其生产率和制作大件力量，优化设施结构开发新的成形能源快速成形方法和工艺的改进和创新提高网络化服务的讨论力度，实现远程掌握等;.光固化快速成型工艺中，其中前处理施加支撑工艺需要添加支撑结构支撑结构的主要作用是防止翘曲变形作为支撑保证外形;

二、术语解释

1.STL数据模型是由3DSYSTEMS公司于1988年制定的一个接口合同，是一种为快速原型制造技术服务的三维图形文件格式STL文件由多个三角形面片的定义组成，每个三角形面片的定义包括三角形各个定点的三维坐标及三角形面片的法矢量stl文件是在计算机图形应用系统中，用于表示三角形网格的一种文件格式它的文件格式特别简洁，应用很广泛STL是最多快速原型系统所应用的标准文件类型STL是用三角网格来表现3DCAD模型STL只能用来表示封闭的面或者体，stl文件有两种一种是ASCII明码格式，另一种是二进制格式.快速成型精度包括哪几部分原型的精度一般包括外形精度，尺寸精度和表面精度，即光固化成型件在外形、尺寸和表面相互位置三个方面与设计要求的符合程度外形误差主要有翘曲、扭曲变形、椭圆度误差及局部缺陷等；尺寸误差是指成型件与CAD模型相比，在x、y、z三个方向上尺寸相差值；表而精度主要包括由叠层累加产生的台阶误差及表面粗糙度等.阶梯误差由于快速成型技术的成型原理是逐层叠加成型，因此不行避开地会产生台阶效应，使得零件的表面只是原CAD模型表面的一个阶梯近似除水平和垂直表面外，导致原型产生外形和尺寸上的误差.摆放方位摆放方位是指成型零件的成型的第一层与最终一层的选择，影响到成型零件的表面质量与后续支撑的施加.三维打印快速成型（3DP）三维打印快速成型工艺是以某种喷头作为成型源，其运动方式与喷墨打印机的打印头类似，在台面上做X-Y平面运动，所不同的是喷头喷出的不是传统喷墨打印机的墨水，而是粘结剂、熔融材料或光敏材料等，基于快速成型技术基本的积累建筑模式，实现原型的快速制作依据使用材料或固化方式不同，3DP快速成型技术可分为粉末材料三维喷涂粘结成型、熔融材料喷墨三维打印成型两大类工艺6翘曲变形光固化成型工艺中，液态光敏树脂在固化过程中都会发生收缩，收缩会在公件内产生内应力，沿层厚从正在固化的层表面对下，随固化程度不同，层内应力呈梯度分布在层与层之间，新固化层收缩时要受到层间粘合力限制层内应力和层间应力的合力作用致使工件产生翘曲变形

三、简答题快速成型方法主要包括哪几种（写出5种），这几种方法的英文全称及缩写是什么？全部的快速成型工艺方法都是一层一层地制造零件，区分是制造每一层的方法和材料不同而已

①SLA光固化成型法StereoLithographyApparatus将激光聚焦到液态材料如光固化树脂表面依据CAD模型令其有规律的固化由点到线，由线到面完成一个层面的制造，然后升降平台移动一个层片厚度的距离重新掩盖一层液体材料，再重复建层，由此叠加完成一个三维实体的制造

②FDM熔融沉积成型FusedDepositionModeling将热熔性材料通过加热器溶化，挤压喷出并积累一个层面，同样的方法造出其次个层面并与前一层溶化在一起，层层积累可以获得三维实体

③LOM分层实体制造LaminatedObjectManufacturing采纳激光或刀具对箔材进行切割从而获得一个层面通过升降平台的移动和箔材的送给，可以切割出新的层面并用粘结剂与原层面粘结，层层迭加获得三维实体

④SLS选择性激光烧结SelectingLaserSintering首先将粉末预热到稍低于其熔点的温度，然后在刮平棍子的作用下将粉末铺平；激光束在计算机掌握下依据分层截面信息进行有选择地烧结，一层完成后进行下层烧结，全部烧结完后去掉多余的粉末就可以得到一烧结好的零件

⑤3DP三维打印技术Three-DimensionalPrinting三维打印的工作原理类似喷墨打印机，故名三维打印，不过喷墨打印机是把墨水打印到纸上，而三维打印是把粘结剂、液态的蜡、塑料或树脂通过喷射粘结剂或挤出的方式实现层层积累形成三维实体这项技术不需要激光叙述从CAD模型到快速成型获得实体零件的整个过程一般分为前处理，原型制作以及后处理三个过程前处理主要是对原型的CAD模型进行数据转换（生成STL数据文件），确定摆放方位，施加支撑以及切片分层（依据设定的分层厚度沿着高度方向进行切片，生成所需的SLC格式的层片数据文件）原型制作是在专用的快速成型设施上进行的，依据不同的工艺需要对系统设施有不一样的操作后处理主要是对半成品的处理.，首先是清洗除去零件表面的剩余材料，然后是去除修整原型的支撑，最终是依据不同的精度要求对零件进行加工熔融沉积快速成型过程中确定摆放方位的作用是什么？双喷头熔融沉积快速成型工艺的突出优势是什么？摆放方位影响到成型零件的表面质量与后续支撑的施加在高度方向上，正确的摆放方位可以减小阶梯误差，同时可以得到最合适，最简洁拆卸的支撑结构双喷头的好处在于成型速度快，同时可以使用两种成型材料简述快速成型技术产业面临的挑战，并请谈一谈目前快速成型技术与传统制造业（如数控机床等）的关系1）材料问题.目前快速成型技术中成型材料的成型性能大多不太抱负，成型件的物理性能不能满足功能性、半功能性冬件的要求，必需借助于后处理或二次开发才能生产出令人满足的产品由于材料技术开发的特地性，一般快速成型材料的价格都比较贵，造成生产成本提高2）昂扬的设施价格快速成型技术是综合计算机、激光、新材料、CAD/CAM集成等技术而形成的一种全新的制造技术，是高科技的产物，技术含量较高，所以目前快速成型设施的价格较贵，限制了快速成型技术的推广应用3）功能单一现有快速成型机的成型系统都只能进行一种工艺成型，而且大多数只能用一种或少数几种材料成型这主要是由于快速成型技术的专利爱护问题，各厂家只能生产自己开发的快速成型工艺成型设施，随着技术的进步，这种爱护体制已成为快速成型技术集成的障碍4）成型精度和质量问题由于快速成型的成型工艺进展还不完善，特殊是对快速成型软件技术的讨论还不成熟，目前快速成型零件的精度及表面质量大多不能满足工程直接使用的需要，不能作为功能性零件，只能作原型使用为提高成型件的精度和表面质量，必需改进成型工艺和快速成型软件5）应用问题虽然快速成型技术在航空航天、汽车、机械、电子、电器、医学、玩具、建筑、艺术品等很多领域都已获得了广泛应用，但大多仅作为原型件进行新产品开发及功能测试等，如何生产出能直接使用的零件是快速成型技术面临的一个重要问题随着快速成型技的进一步推广应用，直接零件制造是快速成型技术进展的必定趋势6）软件问题随着快速成型技术的不断进展，快速成型技术的软件问题越来越突出，快速成型软件系统不但是实现离散/积累成型的重要环节，对成型速度，成型精度，零件表面质量等方面都有很大影响，软件问题已成为快速成型技术进展的关键问题与传统的制造过程相比，采纳快速成型和快速制模技术后，可以将产品试制和批量生产的模具预备工作并行作业，明显缩短新产品设计和试制周期，并节约产品开发费用但是快速成型技术普遍需要借助传统加工工艺来后处理实现产品的性能熔融沉积快速成型工艺在加工前需要对数据处理，数据处理主要包括哪些步骤？数据处理CAD建模，并生成STL格式数据文件分层，分层后的层片包括三个部分，分别为原型的轮廓部分、内部填充部分和支撑部分）层面处理成型加工逐层积累，生成实体，后处理依据STL文件推断成型过程，由计算机设计出支撑结构并生成支撑，然后对STL文件分层切片，最终依据每一层的填充路径将信息输给成型系统完成成形

3.6请分别用1・2句话简要叙述5种（SLAFDMLOMSLS3DP）快速成型工艺的基本原理

四、推断题.快速成型技术制造的零件的表面质量超过了传统的加工方法（x）.快速成型技术目前采纳的数据是STL格式（＜）.熔融沉积快速成型工艺可以同时成型两种或以上材料

（4）.针对所以的快速成型工艺，层厚越小，成型零件精度越低（x）.针对CAD数据处理过程中，切片软件的精度过低，可能遗失两相邻切片层之间的小特征结构（如窄槽、小助片）（〈）.L0M工艺对原型进行表面涂覆处理可以提高强度和改进抗湿性W）.金属零件直接熔化成型工艺需要较高激光功率（密度）熔化金属粉末

（4）.STL数据中小三角形数量越少，则成型件的精度越高（x）

五、基于以下材料回答问题.从2022年5月份开头，快速成型技术（3D打印）在媒体的宣扬下变得很热，来自北京航空航天高校的王华明教授谈了他对快速成型技术的一些看法“我认为这种技术的确带有一种变革性的，短流程、低成本、数字化，高性能的制备构建制造一体化的技术，对构建的制造是重要的，尤其是这种技术一部分高性能难加工构建技术的革命”“我觉得它的潜力应当也是很大的，它是一匹千里马，增材制造（快速成型技术）和传统制造也是一样，每一种技术都有各自的优势，并不是取代传统制造技术，但是有很多的确趋势很有用武之地说道3D打印与第三次工业革命的关系，我觉得第一，它绝不是划等号，至多是作为第三次工业革命的元素或者是组成部分其实第三次工业革命已经在发生，我觉得增材制造（快速成型技术）需要提前、需要创新，也需要理性”通过阅读上述王华明教授对快速成型技术的评价，结合您对快速成型技术优缺点的了解，请谈一谈快速成型技术与传统制造技术的关系，并分析将来快速成型技术的可能进展方向有哪些？快速成型技术与传统成形方式的区分快速原型技术成形机理和工艺掌握与传统成形方式有很大差别，主要表现在

（1）RP加工不是一般意义上的模具或刀具而是采用光、热、电等物理手段实现材料的转移或积累；

（2）原型是通过积累不断增大，其力学性能不但取决于成型材料本身，而且与成型中所施加的能量大小及施加方式有亲密关系，故在成型工艺掌握方面，需要对多个坐标进行精确的动态掌握；

（3）能量在成型物理过程中是一个极为关键的因素，在以往的去除成形和受迫成形中，能量是被动地供应的，一般无须对加工能量进行精确的猜测与掌握，而在离散、积累类型的RP中，单元体制造中能量是主动供应的，需要精确地猜测与掌握，对成型中的能量形式、强度、分布、供应方式以及变化等进行有效的掌握，从而经由单元体的制造而完成成型

（1）大力改善现行快速成型制作机的制作精度、牢靠性和制作力量，提高生产效率，缩短制作周期尤其是提高成型件的表面质量、力学和物理性能，为进一步进行模具加工和功能试验供应平台

（2）随着成型工艺的进步和应用的扩展，其概念渐渐从快速成型向快速制造转变，从概念模型向批量定制转变，成型设施也向概念型、生产型和专用型三个方向分化

（3）开发性能更好的快速成型材料材料的性能既要利于原型加工，又要具有较好的后续加工性能，还要满足对强度和刚度等不同的要求

（4）提高RP系统的加工速度和开拓并行制造的工艺方法目前即使是最快的快速成型机也难以完成象注塑和压铸成型的快速大批量生产将来的快速成型机需要向快速和多材料的制造系统进展，以便可以直接面对产品制造

（5）开发直写技术直写技术对于材料单元有着精确的掌握力量，开发直写技术，是快速RP技术的材料范围扩大到细胞等活性材料领域，

（6）开发用于快速成型的RPM软件这些软件有快速高精度直接切片软件，快速造型制造和后续应用过程中的精度补偿软件，考虑快速成型原型制造和后续应用的CAD等

（7）开发新的成型能源目前大多数成型机都是以激光作为能源，而激光系统的价格和修理费用昂贵，并且传输效率较低这方面也需要得到改善和进展RPM与CAD、CAM、CAPP、CAE以及高精度自动测量、逆向工程的集成一体化该项技术可以大大提高新产品的第一次投入市场就特别胜利的可能性，也可以快速实现反求工程

（9）研制新的快速成型方法和工艺除了目前SLA、LOM、SLS、FDM外，直接金属成型工艺将是以后的进展焦点

（10）提高网络化服务，进行远程掌握，实现全球化异地协同合作快速成型与快速制模复习题

1、快速成型制造工艺的全过程包括哪三个阶段？简述每个阶段的内容答

（1）前处理三维模型的构造、三维模型的近似处理、模型成形方向的选择和三维模型的切片处理

（2）分层叠加成形截面轮廓的制作与截面轮廓的叠合

（3）后处理工件的剥离、后固化、修补、打磨、抛光和表面强化

2、光固化成型工艺过程原理图，请回答光固化成型工艺定义及过程答定义SLA以光敏树脂为原料通过计算机掌握紫外激光使其凝固成型原理液槽中盛满液态光敏树脂，激光器发出的紫外激光束在掌握系统的掌握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，使被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层一层固化完毕后，工作台下移一个层厚的距离，在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平，然后进行下一层的扫描加工，新固化的一层坚固地粘结在前一层上，重复直至整个零件制造完毕过程前处理CAD三维造型，数据转换、摆放方位确定、施加支撑和切片分层原型制作光固化成型后处理剥离，去除废料和支撑结构

4、选择性激光烧结过程原理图，请回答选择性激光烧结定义及过程定义SLS采用粉末材料，在激光照耀下烧结的原理，在计算机掌握下层层积累成形原理铺粉辐将一层粉末材料平铺在已成形零件的上表面，并加热至恰好低于该粉末烧结点的某•温度掌握系统掌握激光束依据该层的截面轮廓在粉层上扫描，使粉末的温度升至熔化点，进行烧结并与下面已成形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，铺料*昆又在上面铺上一层匀称密实的粉末，进行新一层截面的烧结，直至完成整个模型过程前处理CAD造型，数据转换叠层加T粉层激光烧结叠加后处理渗蜡或渗树脂

5、叠层实体制造过程原理图，请回答叠层实体制造定义及过程LOM原理工作台上制作基底，工作台下降，送纸滚筒送进一个步距的纸材，工作台回升，热压滚筒滚压背面涂有热熔胶的纸材，将当前迭层与原来制作好的迭层或基底粘贴在一起，切片软件依据模型当前层面的轮廓掌握激光器进行层面切割，逐层制作，当全部迭层制作完毕，再将多余废料去除过程前处理STL文件切片处理分层叠加设置工艺参数，基底制作，原型制作后处理:余料去除，表面质量处理，提高强硬度处理

6、熔融沉积快速过程原理图，请回答熔融沉枳快速定义及过程定义FDM将丝状的热熔性材料加热熔化，通过带有一个微细喷嘴的喷头挤喷出来原理喷头可沿着X轴方向移动，而工作台则沿Y轴方向移动假如热熔性材料的温度始终稍高于固化温度，而成型部分的温度稍低于固化温度，就能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个层的厚度，再连续熔喷沉积，直至完成整个实体造型过程前处理建立三维模型，切片处理叠层加工丝材加热熔融，逐层积累成形，成形三维实体后处理剥离支撑材料，制作后处理

7、基于RP的快速模具制造方法一般分为哪两大类，分别举例说明其制造过程直接法选择性激光烧结（SLS法）

①预备模具的三维CAD数据模型；

②激光快速成形一一在粉末颗粒外面包覆粘接剂，制成覆膜金属采用快速成形机激光加热让覆膜金属熔化，使得金属颗粒之间相互粘接，完成第一个层面的加工

③逐层铺粉一一逐层烧结最终制造出三维实体的实物

④去粉一一用毛刷轻轻去除多余的粉末

⑤去粘接剂一一在快速成形机内成形后，接着就是脱脂（去粘接剂）的后处理，温度大概在500*Co

⑥烧结在粘接剂去除后，温度进一步上升，达到700C以上烧结，以提高工件的强度

⑦高温渗金属一一使得制件表面质量提高，同时填充由于粘接剂的蒸发而留下的空隙

⑧冷却一一最终冷却的产品就是注塑模间接法硅橡胶制模法以原型为样件，将液体硅胶依据快速成形母模的分型线依次浇铸等到固化好后，再去掉母模，形成硅橡胶模

9、LOM原材料有哪些以及对其要求？薄型材料（纸、塑料）、粘接剂（胶）以及涂布工艺•1）纸的要求

（1）抗湿好

（2）良好的侵润性⑶抗拉强度好

（4）收缩率小⑸剥离性好■2）胶的要求⑴良好的热熔稳定性；

（2）物理和化学稳定性；⑶有好的涂挂性及黏结性；

（4）有足够的黏结强度；

（5）良好的废料剥离分别性能

10、RP技术在前处理阶段主要工作有哪些？三维模型的构造、三维模型的近似处理、模型成形方向的选择和三维模型的切片处理

11、SLS工艺制备金属产品的过程？间接一SLS原型件（“绿件”）的制作二粉末烧结件（“褐件〃）的制作三金属溶渗后处理CAD模型，分层切片，激光烧结，快速制造原型零件，二次烧结，三次烧结，金属熔渗，金属件直接CAD模型，分层切片，激光烧结，快速制造原型零件，金属件

12、快速成形技术的概念答基于离散-积累成形原理，使用RP技术采用快速成型设施及自下而上分层积累的工艺，由CAD模型直接驱动，形成3D实体的技术

13、逆向工程是什么？以产品及设施的实物、软件或影像等作为讨论对象，反求出初始的设计意图，包括外形、材料、工艺、强度等诸多方面

14、STL格式文件及其规章STL数据格式的实质是用很多细小的空间三角形面来靠近还原CAD实体模型，STL文件记载了组成STL实体模型的全部三角形面，它有二进制和文本文件两种形式

（1）取向规章STL文件中的每个小三角形面都是由三条边组成的，而且具有方向性

（2）点点规规每个三角形必需也只能跟与它相邻的三角形共享两个点

（3）取值规章STL文件中全部的顶点坐标必需是正的，零和负数是错的

（4）合法实体规章STL文件不得违反合法实体规章

17、快速成形的主要切片形式STL切片和直接切片

19、四种常用快速成形方式及其所用的成形材料光固化成型光敏树脂1）、固化快2）、不需要加热就能固化3）、可以很简洁制成液态形态4）、可以实现自动化操作选择性激光烧结粉末材料（金属粉末或非金属粉末）叠层实体制造薄型材料（纸、塑料）、粘接剂（胶）以及涂布工艺

（1）抗湿好⑵良好的侵润性⑶抗拉强度好⑷收缩率小⑸剥离性好熔融沉积热塑性材料如塑料、尼龙、橡胶、蜡等

（1）粘度低，流淌性好

（2）熔融温度低

（3）收缩率小

（4）粘接性高

20、几种快速成形工艺中常用激光器的类型光固化成型氮一镉激光器，氧离子激光器，紫外激光选择性激光烧结SLS CO2激光器叠层实体成形82激光器

21、LOM涂布工艺提高原型的性能和便于表面打磨，对原型进行表面涂覆环氧树脂表面涂覆的好处有

（1）提高强度；

（2）提高耐热性；

（3）改进抗湿性；

（4）延长原型的寿命；

（5）易于表面打磨等处理；

（6）经涂覆处理后，原型可更好地用于装配和功能检验实现良好的密封，提高原型的强度和抗热抗湿性涂布工艺包括涂布外形和涂布厚度.涂布外形指采纳匀称涂布和不匀称涂布，涂布厚度指在纸上涂多少厚度的胶

22、TDP工艺的结构、原理

23、快速成形方向的选择主要考虑哪些因素模型的成型方向对工件品质尺寸精度、表面粗糙度、强度等、材料成本和制作时间产生很大的影响不易掌握工件Z方向的翘曲变形等缘由，工件的X-Y方向的尺寸精度比Z方向的更易保证，应当将精度要求较高的轮廓尽可能放置在X-Y平面

24、硅胶模及其制作方法以原型为样件，将液体硅胶依据快速成形母模的分型线依次浇铸，等到固化好后，再去掉母模，形成硅橡胶模前处理，分型面、模框制作，导入硅胶，真空脱泡，分开硅胶模，取出原型，硅胶模合模，计算，真空浇注，取出零件，去除浇冒口

25、如图所示，图中零件为塑料零件，请采用你所学快速制造模具学问，设计出能生产该零件的快速模具，写出该快速模具制造的工艺过程硅胶模首先制作母样然后在母样的一端粘接上浇口材料将硅胶与固化剂进行混合搅拌，放到真空机内预排气把硅胶将围框内的母样全部沉没，并保证浇注上平面处型腔也有足够的壁厚，尽量抽去混入硅胶模具中的空气、固化后，将硅胶模具从浇注框中取出沿浇口处将硅胶模切开，形成两块半模，并取出母型将两半模对合在一起即成为一副硅胶模具打开硅胶模具，对型腔清洗然后将两半模对合，并在两边垫上垫板后将硅胶模紧固在一起对树脂和固化剂进行计量，置于真空装置中进行抽气再进行混合搅拌插上漏斗，将混合料在真空中浇入硅胶模中在停止减压排气作业后，由室内大气压将树脂挤入型腔中然后等待其在室温下完全固化从硅胶取出塑件后，去除浇口废料进行精加工SLA成形系统由激光器、X-Y运动装置、液槽、升降台、刮刀和掌握软件组成SLA250LOM激光器，热压棍，可升降工作台，数字掌握系统和数字软件LOM-1015SLS成形机主要由激光烧结系统、粉末供应系统、升温系统、可升降工作台、和计算机掌握系统组成Sinterstation2000FDM硬件系统，软件系统，供料系统FDM1650快速制模方法有软模softtooling、过渡模具bridgetooling和硬模hardtoolingSLSSis优点可直接制作金属制品，可采纳多种材料，制造工艺比较简洁，无需支撑结构，材料采用率高缺点原型表面粗糙，烧结过程挥发异味，需要比较简单的帮助工艺Lom优点较高的硬度和较好的机械性能，无须后固化处理，无须设计和制作支撑结构成本低，靠性高，寿命长，废料易剥离缺点不能直接制作塑料工件，工件易吸湿膨胀，工件的抗拉强度和弹性不够好，工件表面有台阶纹Fdm优点构造原理和操作简洁，成本低，平安无毒，可以直接用于失蜡铸造，可以成型任意简单程度的零件，翘曲变形小，原材料采用率高，且材料寿命长，去除简洁缺点成型件的表面有较明显的条纹沿成型轴垂直方向的强度比较弱需要设计与制作支撑结构成型时间较长原材料价格昂贵。