1、 落料拉伸复合模3D打印快速制造技术研究 摘要：3D打印快速成型技术是一门新兴技术,具有很大的潜力。3D打印快速成形技术指在不需要任何刀具、模具、工装的情况下，根据产品的三维CAD设计数据，利用快速成形设备及自上而下分层堆积的工艺，快速准确地制造出产品原型的一项新技术。本文在介绍三维快速成型打印技术的发展历程以及三维打印产业未来的发展前景、三维打印快速成型技术的工作原理、制造工艺流程及特点的基础上,分析了三维快速成型打印技术在模具制造方面的应用以及跟传统模具制造工艺的不同。用3D打印设备打印了一套落料拉伸复合模模具,并展望了3D打印技术的未来发展趋势。关键词 ：3D打印，快速成型，模具Blan
2、king tensile composite mould 3 d printing rapid manufacturing technology researchAbstract:3 d printing rapid prototyping technology is a new technology, has great potential for 3 d printing rapid prototyping technology refers to the dont need any tool mold tooling, according to the product 3 d CAD d
3、esign data, using the rapid prototyping equipment and top-down layer technology, rapidly and accurately produce a prototype of a new technology This paper introduces the development of three dimensional printing rapid prototyping technology and 3 d printing industrys future development prospect The
4、working principle of three dimensional printing rapid prototyping technology manufacturing technological process and characteristics, on the basis of analysis of the three dimensional printing rapid prototyping technology in mould manufacturing applications and different with the traditional die man
5、ufacturing technology In addition to understand the working principle of the three coordinate measuring instrument and operation method, using 3 d printing equipment to print a set of blanking stretching.Key words: 3 d printing, rapid prototyping, mold 目 录1 前言11.1 3D打印技术简介11.2 3D打印技术及产业国内外发展现状21.3 3
6、D打印产业的未来发展前景31.4 3D打印技术未来发展的主要趋势41.5 3D打印技术在模具方面的应用52 3D打印快速制造技术62.1 3D打印快速成型工作原理62.2 3D打印快速成型适用材料62.3 3D打印快速成型制造工艺流程72.4 3D打印快速成型工艺参数73 冲压模具的传统制造工艺与现代快速制造工艺比较103.1 冲压模具的传统工艺103.2 冲压模具的快速成型工艺103.3 比较传统制造工艺和现代快速制造工艺的优缺点114 落料拉伸复合模134.1 模具结构134.2 工作过程145 3D打印技术生产落料拉伸复合模155.1 设备、主要参数、打印过程155.2 使用材料165.
7、3 模具的主要零部件165.4 影响零件质量的主要工艺参数215.4 零件在打印过程中会出现翘曲变形问题，分析产生这些问题的原因以及解决方法216 三坐标测量仪236.1 三坐标测量仪的简介236.2 三坐标测量仪的结构介绍236.3 三坐标测量仪的工作原理246.4 三坐标测量仪的使用方法246.5 应用领域25结论27参考文献28致谢30 III1前言3D打印技术正开始走入我们的生活。近期,3D打印技术受到国内外新闻媒体和社会公众的热切关注和追捧，被认为是最近20年来世界制造技术领域的一次重大突破破，它将与其他数字化生产模式一起推动实现新的工业革命。快速成形技术指在不需要任何刀具、模具、工
8、装的情况下，根据产品的三维CAD设计数据，利用快速成形设备及自上而下分层堆积的工艺，快速准确地制造出产品原型的一项新技术。由于工艺上的革命性变革，该技术彻底突破了传统加工工艺的束缚，可方便地加工空间复杂曲面及各种复杂结构，可以在短时间内将设计转化为可供实用的产品原型。该工艺可用来进行产品设计验证、功能检测、装配检测及新产品展示，甚至可以直接作为零件使用。不仅大大减少了设计周期，而且有效降低了新产品开发风险。该技术还可为一些有前景的应用机械解决工艺难题，并可带动相关技术如激光、电控、计算机技术、检测技术及新材料、新工艺的发展。由于该技术在加速设计、沟通设计与制造及迅速形成生产能力等方面可以给企业
9、带来无与伦比的竞争力，因而出现伊始，就受到了工业界的广泛重视。但是，传统制造业所擅长的批量化规模化生产、精益化生产，恰恰是3D打印技术的短腿1。比较来看，3D打印技术擅长的解决个性化、复杂化、高难度的生产技术，而传统制造业则擅长的是批量化和规模化。彼此之间优劣态势正好形成互补关系，而不是谁替代谁的问题。3D打印技术相对传统制造技术来讲的确是一次重大的技术革命，用“颠覆”传统制造技术来形容也不过分，能够解决传统制造所不能解决的技术难题，能够为传统制造业的创新发展注入新鲜动力。任何一项新兴技术必须产业化，才能得到快速成熟和完善。3D打印技术在过去30多年的发展过程中，已经在航空航天、汽车、生物医学
10、等领域广泛应用，目前已经具备了产业化的基础和条件。我们应该为3D打印技术产业化积极创造条件，使3D打印技术能够与传统制造业更紧密的结合。1.1 3D打印技术简介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，与传统的去除材料加工技术不同，因此又称为添加制造（AM，Additive Manufacturing）。作为一种综合性应用技术，3D打印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。3D打印机是3D打印的核心装备。它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系
11、统和成型环境等子系统组成。此外，新型打印材料、打印工艺、设计与控制软件等2。目前，3D打印技术主要被应用于产品原型、模具制造以及艺术创作、珠宝制作等领域，替代这些领域传统依赖的精细加工工艺。3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。1.2 3D打印技术及产业国内外发展现状3D打印国际竞争和发展势头强劲。作为战略性新兴产业，有专家认为3D打印技术正在重塑全球制造业竞争格局，美国、德国等发达国家高度重视并积极推广3D打印。行业巨头加速崛起，竞争格局初步形成。在此领域具有较强技术实力的企业或研发团队有美国3D Systems和Stratasys两家公司、英国的Reprap公司等。在全球3D打
12、印机行业，美国的产品占据了绝大多数市场份额，许多世界500强企业都是它的客户。3D Systems公司是全世界最大快速成型开发公司，它奠定了在3D打印领域的龙头地位。当前，行业巨头正在加速崛起，3D Systems公司于2011年11月收购了3D打印技术发明者和专利拥有者，更加巩固了其强大的实力3。目前世界上一些国家已实现利用3D打印技术打印出汽车、飞机、手机、枪支人体器官和假肢等。商业模式逐步成熟，产业链初具雏形。主要应用于产品设计、快速模具制造、医学和航空航天等领域，其中消费电子、汽车、医疗分别占20.3%、19.5%和15.1%。在欧美发达国家，3D打印技术已经初步形成了成功的商用模式。
13、如在消费电子业、航空业和汽车制造业等领域，3D打印技术可以以较低的成本、较高的效率生产小批量的定制部件，完成复杂而精细的造型。另外，3D打印技术获得应用的领域是个性化消费品产业4。3D打印中国新兴产业发展的强大动力。3D打印技术处于起步阶段，国外有专家预言中国有望成为最大的增材制造业国家。 自20世纪90年代以来，国内多所高校开展了3D打印技术的自主研发。清华大学在现代成型学理论、分层实体制造、FDM工艺等方面都有一定的科研优势；华中科技大学在分层实体制造工艺方面有优势，并已推出了HRP系列成型机和成型材料；西安交通大学自主研制了三维打印机喷头，并开发了光固化成型系统及相应成型材料，成型精度达
14、到0.2mm；中国科技大学自行研制了八喷头组合喷射装置，有望在微制造、光电器件领域得到应用。但总体而言，国内3D打印技术研发水平与国外相比还有较大差距5。 目前，国产3D打印机在打印精度、打印速度、打印尺寸和软件支持等方面还难以满足商用的需求，技术水平有待进一步提升。在服务领域，我国东部发达城市已普遍有企业应用进口3D打印设备开展了商业化的快速成型服务，其服务范围涉及到模具制作、样品制作、辅助设计、文物复原等多个领域。与内地相比，我国港台地区3D打印技术引入起步较早，应用更为广泛，但港台主要着重于技术应用，而非自主研发。1.3 3D打印产业的未来发展前景根据国际快速制造行业权威报告Wohler
15、s Report 2011发布的调查结果，全球3D打印产业产值在19882010年间保持着26.2%的年均增长速度。报告预期，3D打印产业未来仍将持续较快地增长，到2016年，包含设备制造和服务在内的产业总产值将达到31亿美元，2020年将达到52亿美元5。 但3D打印技术要进一步扩展其产业应用空间，目前仍面临着多方面的瓶颈和挑战：一是成本方面，现有3D打印机造价仍普遍较为昂贵，给其进一步普及应用带来了困难。二是打印材料方面，目前3D打印的成型材料多采用化学聚合物，选择的局限性较大，成型品的物理特性较差，而且安全方面也存在一定隐患。三是精度、速度和效率方面，目前3D打印成品的精度还不尽人意，打印效率还远不适应大规模生产的需求，而且受打印机工作原理的限制，打印精度与速度之间存在严重冲突。四是产业环境方面，3D打印技术的普及将使产品更容易被复制和扩散，制造业面对的盗版风险大增，现有知识产权保护机制难以适应产业未来发展的需求。Gartner公司2011年发布的最新技术发展展望报告判断：3D打印技术目前正在进入概念炒作的高峰阶段，其技术还有待充分成熟，主流市场也有
