弯曲模3D打印快速制造技术研究.doc

1、弯曲模3D打印快速制造技术研究摘要：3D打印技术是指通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术。作为一种综合性应用技术，其综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量。据统计，工业产品的70%80% 要靠模具生产，模具已成为当代工业生产的重要工艺装备。随着经济全球化的发展，企业间竞争的进一步加剧，多品种、小批量将成为主要的生产模式。本文分析了冲压模具的传统制造工艺和3D打印快速制造技术在模具制造中各自的优缺点，应用3D打印设备打出了一套弯曲模具的主要零件，并对打印过程中影响零件质量各种因素进行了分析研究。关键词：3D打印技术

2、，模具，快速成型Study on rapid manufacturingbending die 3DprintAbstract: The 3D printing technology is refers through the continual physical level superimposition, the cascade increase material produces the three dimensional entity. As one comprehensive application technology, it synthesized the numeral mod

3、eling technology, the mechanical and electrical control technology, the information technology, the materials science and chemistry and so on many aspect front technical knowledges, has the very high technology content.Statistics have indicated, the industry product 70%-80% must depend on the mold p

4、roduction, the mold has become the present age industrial production the important craft equipment. Along with the economical globalization development, the further aggravating which the enterprise competes, the multi-varieties, the small batch will become the main production pattern. This paper ana

5、lyzes the traditionalmanufacturing process and3D printing stamping diemanufacturingtechnology in mouldmanufacturingintheir respective advantages and disadvantages, and application of 3Dprinting equipment played a major part of the bending die, and the influence ofvarious factorsin the process ofprin

6、tingquality of the partswere investigated.Key words: The 3D printing technology, Mold, RapidPrototypingManufacturing 目 录1 绪 论11.1 弯曲模的概念及工作原理21.2 快速成型技术的早期发展31.3 快速成型技术的优越性42 3D打印快速成型制造工艺62.1 引言62.2 立体光刻成型（Stereo Lithography Apparatus，SLA）62.2.1 立体光刻成型的基本原理62.2.2 立体光刻成型的特点72.2.3 立体光刻成型的材料82.3 分层实体制造

7、（Laminated Object Manufacturing, LOM)82.3.1 分层实体制造的基本原理82.3.1 分层实体制造的特点92.3.1 分层实体制造的材料102.4 激光选区烧结工艺（Selective Laser Sintering,SLS）102.4.1 激光选区烧结的原理102.4.2 激光选区烧结的特点122.4.3 用于激光选区烧结的材料122.5 熔融沉积成型（Fused Deposition Modeling，FDM）132.5.1 熔融沉积成型的原理132.5.2 熔融沉积成型的特点142.5.3 熔融沉积成型的材料143 快速模具制造工艺163.1 引言1

8、63.2 典型快速成形工艺方法 163.3.1直接制造金属模具 173.3.2 间接制造金属模具 174 快速成型技术的数据准备与处理214.1 引言214.2 三维模型的构建214.2.1 产品设计214.2.2 逆向反求工程224.3 使用软件介绍234.3.1.Pro/Engineer 软 件234.3.2.Pro/Engineer 软件的部分指令和应用244.4 相关的数据文件275 弯曲模具的3D打印制造285.1 弯曲模的结构285.2 3D打印熔融快速成型的工作原理325.3 3D打印的材料335.4 采用3D打印的工艺过程335.5 3D打印技术制造模具的优点34结 论36参

9、考 文 献37致 谢391 绪 论模具是在外力作用下使坯料成为有特定形状和尺寸的制件的工具。广泛用于冲裁、模锻、冷镦、挤压、粉末冶金件压制、压力铸造，以及工程塑料、橡胶、陶瓷等制品的压塑或注塑的成形加工中。模具具有特定的轮廓或内腔形状，应用具有刃口的轮廓形状可以使坯料按轮廓线形状发生分离(冲裁)。应用内腔形状可使坯料获得相应的立体形状。模具一般包括动模和定模(或凸模和凹模)两个部分，二者可分可合。分开时取出制件，合拢时使坯料注入模具型腔成形。模具是精密工具，形状复杂，承受坯料的胀力，对结构强度、刚度、表面硬度、表面粗糙度和加工精度都有较高要求，模具生产的发展水平是机械制造水平的重要标志之一。模

10、具是现代工业生产中使用极为广泛的工艺装备，在某些产品（如塑料件）的批量化成形加工中，模具成形甚至是唯一的加工工艺。模具在成形工艺中对成形件尺寸、形状精度和内在质量具有重要作用。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程 度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具生产技术水平的髙低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益和产品的开发能力。传统的模具制造要用到车、铣、刨、钻、磨、电火花等加工方法，才能得到所需的模具形状和尺寸。要设计和制造出一副合格的模具,往往需要经过由设计、加工到试模的多次反复，因此模具制作成本高、周期长,而且精

11、度不易保证，有时甚至造成模具的报废。20世纪80年代以来，随着市场竞争的日趋加剧，要求企业必须能快速响应市场和用户的需求，促使工业产品的生产模式由传统的大、中批量向具有灵活、易变性和快速反应能力的中、小批量转变。在这种条件下，传统的模具制造方法由于其自身固有的生产周期长、投入风险高、产品改进困难等缺点，在一定程度上成为企业在市场竞争中发挥活力的制约因素。从20世纪90年代开始，市场环境发生了巨大变化。一方面表现为消费需求者求日益主体化、个性化和多样化；另一方面则是产品制造商们都着眼于全球市场的激烈竞争。面对市场，不但要迅速地设计出符合人们消费需求的产品，而且还必须很快地生产制造出来，抢占市场。

12、随着计算机技术的迅速普及和CAD/CAM技术的广泛应用，产品从设计造型到制造都有了很大发展，而且产品的开发周期、生产周期、更新周期越来越短。20世纪开始，企业的发展战略已经60年代如何做得更多、70年代如何做得更便宜、80 年代如何做得更好发展到90年代的如何做得更快。因此，面对一个迅速变化且无法预料的买方市场，以往传统的大批量生产模式对市场的响应就显得越来越迟缓与被动。快速响应市场需求，已成为制造业发展的重要走向。为此，近年来工业化国家一直在不遗余力地开发先进的制造技术以提高制造工业的发展水平，计算机、微电子、信息、自动化、新材料和现代化企业管理技术的发展日新月异，产生了一批新的制造技术和制

13、造模式，制造工程与科学取得了前所未有的成就。快速成型（也称快速原型）制造技术（Rapid Prototyping Manufacturing）就是在这种背景下逐步形成并得以发展的。它借助计算机、激光、精密传动和数控等现代手段，将计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）集成于一体，根据在计算机上构造的三维模型，能在很短时间内直接制造产品样品，无须传统的机械加工机床和模具。该项技术创立了产品开发的新模式，使设计师以前所未有的直观方式体会设计的感觉，感性而迅速地验证和检查所设计的产品结构和外形，从而使设计工作进入了一种全新的境界，改善了设计过程中的人机交流，缩短了产品开发的周期，加快了产品

14、更新换代的速度，降低了企业投资新产品的风险，加强了企业引导消费的力度。快速成型技术制作的样品可用于新产品的评价，也可用于制造硅橡胶模；具和熔模铸造模具等，从而批量地生产塑料及金属零件。用这种方法制造样; 品较传统法的显著优点是，制造周期大大缩短（由几周、几个月缩短为若干个小时、成本大大降低）。而以RP&M原型作母模来翻制模具的快速模具制造技术（Rapid Tooling, RT），进一步发挥了快速成型制造技术的优越性，可在短期内迅速推出满足用户需求的一定批量的产品，大幅度降低了新产品开发研制的成本和投资风险，缩短了新产品研制和投放市场的周期，在小批量、多品种、改型快的现代制造模式下具有强劲的发

15、展势头。模具制造是制约我国汽车、家电、轻工等行业发展的瓶颈和关键，随着快速成型软硬件设备与快速成型材料的不断发展和完善，快速原型件的强度和精度得到不断的提高，快速成型技术已经逐渐地深入到快速模具制造领域，基于快速成型方法制造各类简易经济快速模具已成为RP&M应用的热点问题。1.1 弯曲模的概念及工作原理弯曲是根据零件形状的需要，通过模具和压力机把毛坯弯成一定角度，一定形状工件的冲压工艺方法。弯曲是冲压的基本工序之一，在冲压生产中占有很大的比重。根据弯曲成形所用的模具及设备的不同，弯曲的方法可以分为压弯、拉弯、折弯、滚弯等。但最常见的是在压力机上进行压弯。弯曲成形工艺在工业生产中的应用：应用相当广泛，如汽车上很多履盖件，小汽车的柜架构件，摩托车上把柄，脚支架，单车上的支架构件，把柄，小的如门扣，夹子（铁夹）等。弯曲的基本原理：以V形板料弯曲件的弯曲变形为例进行说明。其过程为：(1) 凸模运动接触板料（毛坯）由于凸,凹模不同的接触点力作用而产生弯短矩，在弯矩作用下发生弹性变形，产生弯曲。(2) 随