第3章3D打印應用于小批量產(chǎn)品的制造13D打印應用于小批量產(chǎn)品制造的優(yōu)勢23D打印應用于零件制造33D打印應用于熔模鑄造43D打印應用于制造產(chǎn)品的模具3D打印應用于小批量產(chǎn)品制造的優(yōu)勢1大批量生產(chǎn)小批量生產(chǎn)概念：生產(chǎn)大批量標準化產(chǎn)品的生產(chǎn)類型生產(chǎn)特點：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，自動化程度高主要途徑：大量生產(chǎn)線，自動化車間或工廠概念：小批量需求的專用產(chǎn)品的生產(chǎn)生產(chǎn)特點：成本偏高、生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)周期過長主要途徑：定制生產(chǎn)塑料軸承3D打印胸腔13D打印應用于小批量產(chǎn)品制造的優(yōu)勢

快速性——直接利用電子模型文件進行打印經(jīng)濟性高

——不需要夾輔具自由性好

——便于產(chǎn)品的設計與改進13D打印應用于小批量產(chǎn)品制造的優(yōu)勢傳統(tǒng)制造過程制造準備時間長準備相應工具、設備、輔具等選擇具體的制作方法、步驟3D打印的優(yōu)勢以塑料件生產(chǎn)為例以打印塑料件為例塑料件生產(chǎn)工藝過程觀看視頻3D打印應用于制造零件23D打印應用于制造零件方法一、直接打印零件二、間接制造零件三維模型3D打印直接打印零件后處理三維模型打印零件制作模具小批量生產(chǎn)零件1、

直接打印零件3D打印風力發(fā)電機概念：用3D打印方法直接成型零件（具有功能的），多為塑料件和金屬件3D打印時尚眼鏡零件成形方法：在SLS設備上，用大功率的激光，直接熔化金屬粉末，直接制作出金屬件SLS成型的薄壁渦輪燃燒室零件3D打印藝術品周恩來像古希臘英雄像3D打印的實例汽車自動變速箱結(jié)構(gòu)驗證復雜的數(shù)學模型3D打印的實例人臉模型供使用的人行橋SLA成形產(chǎn)品蓋子表面質(zhì)量好尺寸精度高SLS燒結(jié)金屬功能件應用領域廣工藝應用多FDM成形插線板制造精細價格合理操作簡單3D打印在工業(yè)上的應用實例序號材料的應用類型優(yōu)點1特殊材料零件主要用于難制造、難加工的復雜形狀的部分陶瓷材料以及其他材料的生產(chǎn)2復雜結(jié)構(gòu)零件用于鏤空、空間扭曲、非規(guī)則幾何形狀等復雜結(jié)構(gòu)的零件3復合類型零部件由幾個零件組成的裝配結(jié)構(gòu)變更為一體化零件4小批量零件制造制造數(shù)量比較少

3D打印技術在零件的應用類型3D打印陶瓷用品節(jié)約成本和節(jié)省時間，在有限的時間內(nèi)快速的開發(fā)出新零件2、

間接制造零件SLS打印的模具的鑲件照片其中的隨行冷卻水路示意圖方法一：3D打印件可直接作為鑄造造型用的模型用SLS燒結(jié)PS材料，成型出曲軸零件，然后用成形件作為木模，去制造澆鑄用的砂型，最后，用傳統(tǒng)的鑄造方法制出金屬曲軸件。3D打印+鑄造生產(chǎn)金屬件的方法

掃描完成圖封裝完成圖Geomagic處理圖點云圖存在問題：點云碎片、空洞點云轉(zhuǎn)化為三角形面片實體存在問題：表面不平整、空洞，標記點痕，油孔，變形的鍵槽成型用SLS設備材料對比PS粉ABS粉PA粉PC粉其成型的收縮率小(僅為0.45%），成型件精度高。玻璃化溫度不高(90℃-100℃，所以預熱溫度較低。材料的老化不嚴重。因吸濕率小，不需要專門的干燥工序。PS從開始熔融流動至開始明顯分解的溫度范圍寬，可摸索最佳參數(shù)。ABS與PS同屬于熱塑性塑料，燒結(jié)性能與聚苯乙烯相近，只是燒結(jié)溫度高20℃左右，成型件強度較高。但燒結(jié)密度不高，成型件也要通過浸樹脂后處理提高強度，才能用做功能件。尼龍為結(jié)晶型聚合物，熔程窄，當溫度達到熔點后迅速熔化，因此在成型時完全熔化，即粉末由固體變成液體再凝固成一體，所以得到的成型件具有較高的強度和密度，接近注塑成型的零件。可以達到注塑成型80%的強度，密度幾乎與注塑成型相等。聚碳酸酯燒結(jié)性能良好，成型件強度高，表面質(zhì)量好且脫模容易，適合于制造形狀復雜、多孔、薄壁鑄件;用來制作要求不高的模型或增強塑料模。但是熔點(225℃-250℃)和熱變形溫度(145℃)都很高。PC的加工困難，加工過程中制件質(zhì)量對含濕量很敏感。

校準SLS打印機的精度第三次打印時，尺寸基本穩(wěn)定在±0.1mm,基本符合實驗要求。我們得出最終的修正系數(shù)為X=1.0131，Y=1.0146，Z=0.9854。修正系數(shù)=(理論值/實際測量值）X原修正系數(shù)

試打印整個曲軸1、加工溫度設置為90℃，加溫層30個，數(shù)量過多，且除第一層外其余每層加溫度溫度均設置為105℃，分層相隔距離近，溫度集中，余粉固化結(jié)塊2、每次激光燒結(jié)范圍在484mm*484mm*0.3mm以內(nèi)才能保證燒結(jié)時效果較好。而整個曲軸尺寸為483.16mm*148.41mm*145.95mm，接近臨界值484mm,，容易崩壞，如圖中紅色標記處。需要進行分模塊打印。失敗原因：打印時間：11小時39分鐘冷卻時間：3小時以上重點：分模原因：1、SLS工作缸尺寸（484mmX484mm)不能直接打印整個曲軸(483mmX148mm)2、鑄造雙箱造型要求問題：1、掃描，geomagic處理獲得的電子模型不能在CAD編輯2、多次在geomagic里運用裁剪，對稱裁剪等方式無法解決分模同軸度和相位問題3、鑄造雙箱合型時打定位釘確定相位方法：1、操作geomagic軟件，在曲頸中心面創(chuàng)建特征平面2、裁剪，封閉相交面，單個保存3、反向保存另一半主要工藝參數(shù)介紹2填充間距相鄰掃描線之間的間距，一般取值為0.15mm5加溫層識別加溫層是打印時每個一定距離給隨后燒結(jié)層次作基礎面的加工層。摸索單個模塊加溫層一般為5-6層較好6加工溫度除加工層外其余切片層的加工溫度。摸索最佳為87℃1分層厚度一般為0.1-0.3mm（摸索最佳為0.2mm）4填充功率激光輸出功率。摸索最佳為18W3填充速度振鏡掃描頭運動的速度，取值范圍為400-6000mm/s。摸索最好為3000mm/s

SLS打印件及后處理在清粉臺上用工具，對著零件三維圖，小心操作問題點：底部平面作為燒結(jié)第一層，清理存在困難，平均每個模塊打印時間：3小時37分鐘左右冷卻時間：2小時以上

曲軸軸頸加工余量添加試驗原因：1、曲軸電子模型不能被CAD編輯,也不能在geomagic軟件上編輯方案一：測量曲軸電子模型尺寸，CAD作圖，軸套式貼合加加工余量結(jié)果：失敗原因：2mm厚的空心圓柱筒打印完難以取出，操作困難方案二：用梳毛筆沾往曲軸模塊上的軸頸涂加蠟液，加工余量約為0.2mm結(jié)果：成功問題：涂抹超過0.2mm將導致局部不均，表面不平整

標準件滲蠟強化測試

長度1長度2長度3長度4厚度a厚度b厚度c厚度d原件Sb199.7199.6200.1199.8620.120.220.120.18滲蠟件Sf199.96199.64200.12199.8620.1520.2420.1220.12收縮比-0.2%-0.15%-0.1%0-0.25%-0.19%-0.09%-0.30%時間：十分鐘溫度：73℃表中收縮比最大為0.3%，誤差在±0.1左右，影響不大

曲軸滲蠟強化操作過程：1、吹走零件上所有浮粉，烘干機預熱模塊，30min,73℃,墊吸蠟紙2、滲蠟，蠟液73℃，標準：時間10min，無氣泡冒出3、烘干機烘干，30分鐘。73℃問題點：1、滲蠟后，零件處于高溫，移動時間有要求，移動極容易破碎，2、只能通過標準件來測試滲蠟工藝參數(shù)對零件尺寸變化的影響失敗樣品用SLS燒結(jié)粉末材料，成型出曲軸零件，然后用成形件作為木模，去制造澆鑄用的砂型，最后，用傳統(tǒng)的鑄造方法制出金屬曲軸件。3D打印件用3D打印件做的沙箱

砂型制作砂形制作的工藝流程:模具定位填砂舂砂扎通氣孔打泥號開箱起模修型插釘開設澆注系統(tǒng)合型鑄造雙箱。附加：澆道，冒口，澆筑口澆筑金屬曲軸1、孕育鐵水，溫度高達1500多℃，加脫氧劑，除渣劑，其他球化藥劑2、澆筑，動作要比較快，防止局部鐵水過快冷卻3、壓鐵，防止冒浮，影響精度

材料化驗抗拉強度Rm/MPa屈服強度Rp0.2/MPa布氏硬度HBW球化率%39719616786（三級）材料牌號抗拉強度Rm/MPa≧屈服強度Rp0.2/MPa≧伸長率A(%)≧布氏硬度HBW≧基體組織QT400-1540025015120-180鐵素體鑄造金屬曲軸件的后處理第一步，機械加工如除飛邊、冒口、澆注口和打磨修整曲軸與澆道接觸面等，第二步，進行噴砂處理，用壓縮空氣將砂粒高速噴到鑄件表面，除去鑄件表面的殘砂、粘砂和氧化皮。第三步，進行為了改善或改變鑄件的原始組織，消除內(nèi)應力，保證鑄件性能，防止鑄件變形和破壞，鑄件清理后，有的需要進行退火熱處理。

總技術路線方法二：用3D打印方法燒結(jié)出鑄造用的砂型+鑄造如圖是德國EOS公司用SLS方法燒結(jié)覆膜砂+鑄造方法制造的發(fā)動機缸體金屬件。還有用3DP方法也可以直接成型出鑄造用砂型。SLS制造的砂芯(上）及金屬鑄件（下）方法三：3D打印消失模+鑄造先用3D打印出零件，然后用消失模方法，在零件表面制作出砂型殼體，用加熱的方法，使3D打印出零件氣化掉，再用該模型去澆鑄激光選區(qū)燒結(jié)原型與精密鑄造結(jié)合得到的鋁合金汽車零部件用SLS燒結(jié)PS材料成型出零件，再用消失模+低壓鑄造的方法，制作的鋁合金外殼件3D打印應用于熔模鑄造3熔模鑄造：在由易熔材料制成的模樣上涂敷耐火材料形成型殼，熔出模樣，注入液態(tài)金屬冷卻后，獲得鑄件的方法王子午鼎云紋銅禁3.13D打印熔模制造的工藝：融入3D打印技術熔模設計制造熔模型殼制造澆注金屬脫殼與清理制造壓型傳統(tǒng)熔模制造看視頻3D打印用于制造熔模：3D打印技術制造熔模有兩種方法直接成形熔模實體：用SLS、FDM方法，使用粉末蠟材料，直接燒結(jié)出融模模型適用范圍：一般用于數(shù)件或數(shù)十件精鑄件的生產(chǎn)制造熔模模具：用3D打印技術成形出一個其內(nèi)腔為融模模型的成形件，通過對其進行后處理，表面增強、耐熱涂層處理后，用其來制作融模模型適用范圍：數(shù)百件及以上的批量熔模鑄件生產(chǎn)時進氣歧管材料準備制殼熔失熔模焙燒型殼1324黏結(jié)劑

石英剛玉（氧化鋁）撒用料混合配置耐火涂料清除雜質(zhì)、水分增加強度型殼制造步驟：

硅溶膠

硅酸乙酯

水玻璃1）熱水法

2）水蒸氣法1）涂掛涂料2）撒砂3）型殼層的硬化觀看視頻FDM、SLSSLALOM材料：蠟特點：熔失熔模后材料可回收再次使用。材料：新型樹脂特點：需對其外表面進行處理方可使用材料：紙?zhí)攸c：不需要熔失熔模，焙燒后需對型殼進行清潔粉末燒結(jié)蠟模及其鑄造的鋁合金零件3D打印——蠟樹脂—飾品樹脂—飾品3.23D打印方法在熔模鑄造中的應用及舉例都可直接制造融熔模模具3.3熔模制造優(yōu)點1、熔模制造優(yōu)點產(chǎn)品尺寸精度高，表面粗糙度低鑄件機械性能優(yōu)越，綜合工藝成本低材質(zhì)適應廣泛

優(yōu)良的柔性生產(chǎn)性鑄件外表精細2、3D打印應用于熔模制造的優(yōu)勢經(jīng)濟性好實用性好FDM（熔融沉積成型）熔模制造零件3.4熔模制造局限性1、材料性能的影響：原因：材料熱收縮會產(chǎn)生應力變形從而影響成型件的精度；2、分層厚度的影響：原因:成形件表面產(chǎn)生的臺階將隨著分層厚度的變化而變化，從而影響表面質(zhì)量以及加工效率3、掃描方式的影響43D打印用于制造零件的模具1、傳統(tǒng)模具制造審圖——備料——加工——模架加工——模芯加工——電極加工——模具零件加工——檢驗——裝配——飛?！嚹！a(chǎn)1）工藝流程：2）生產(chǎn)優(yōu)點：生產(chǎn)效率好、質(zhì)量好、成本低、節(jié)省能源等；3D打印件用作制造產(chǎn)品的模具

3.1直接制模3.2間接制模3.3金屬噴涂模具技術4.1直接制模1、打印塑料模材料：特殊的塑料；優(yōu)點：強度、耐磨性較高，可承受200℃

左右的高溫。應用范圍：較低溫度下使用的模具，如：試制產(chǎn)品的注塑模和精密鑄造的蠟模成型模具、

消失模鑄造法制造消失模型的模具、

替代砂型鑄造中使用的木模。2、樹脂模使用范圍：可直接作為吸塑模使用；

可以用作形狀、表面復雜的型腔模具。優(yōu)點：復制性好，尺寸精度高分類：（1）SLA工藝打印樹脂模優(yōu)勢——強度、韌性和精度等方面的性能較好（2）SLS工藝打印樹脂模應用——模具成型后，組合在注射模的模座上，用于實際的注射成型SLS燒結(jié)覆膜砂作為模型和砂芯及鑄造出來的金屬零件3、金屬模SLS燒結(jié)金屬粉末成形的具有復雜形狀的模具SLS工藝打印金屬?！饘俜勰┐蠊β始す鉄Y(jié)激光燒結(jié)金屬粉末打印模具后處理工藝流程：應用：可作為注射模、壓鑄模、鍛模使用4.2間接制模樹脂模（1）環(huán)氧樹脂模具體的工藝流程為：打印原型→表面處理→制造?？颉O計分型面→刷脫模劑及膠衣樹脂→澆注模具材料：金屬粉末與環(huán)氧樹脂的混合材料；（2）金屬樹脂模優(yōu)點：強度、耐溫性方面較硅膠模好；優(yōu)點：環(huán)氧樹脂模壽命比硅膠模高；環(huán)氧樹脂塑料模具3.3金屬噴涂模具技術應用領域：注塑模、吹塑模、反應注塑模、吸塑模、澆注模等優(yōu)點：經(jīng)濟有效、生產(chǎn)周期短、頻繁更新的市場產(chǎn)品1、金屬噴涂模具的類型（1）金屬冷噴涂模具技術：使用噴槍將充分霧化的低熔點金屬以一定的速度噴射到產(chǎn)品原型的表面，形成模具的型腔表面，背襯支撐材料后，分離得到精密金屬模具的方法（2）金屬熱噴涂模具技術：將熔化的金屬霧化后，使用噴槍高速噴射沉積在產(chǎn)品原型上，獲得特殊性能的金屬層，背襯支撐材料后，分離得到金屬模具