第一章概论

 

1、 3D打印技术是增材制造技术的简称，其加工原理是什么？

基于平面离散与堆积原理的成形方法。获得实体的三维CAD模型数据进行平面分层离散化，然后利用专有的CAM制造系统将离散材料逐层累加原理制造实体零件的数字化制造技术。

2、 3D打印主要有哪些方法，各种主要方法的英文及缩写是什么？

①采用光敏树脂材料通过激光照射逐层固化而成型的光固化成型法（SLA）
②采用纸材等薄层材料通过逐层粘结和激光切割而成型的叠层实体制造法（LOM）
③采用粉状材料通过激光选择性烧结逐层固化而成型的选择性激光烧结法（SLS）
④采用熔融材料加热熔化挤压喷射冷却而成型的熔融沉积制造法（FDM）
⑤喷涂喷墨设备（3DP）

3、快速成型是哪些先进技术的集成?

新材料、激光应用技术、精密伺服驱动技术、计算机技术、数控技术

4、快速原型的主要用途有哪些?其显著优势是什么？

主要用途：可用于新产品的外观评估、装配检验及功能检验等，作为样件可直接替代机加工或者其他成形工艺制造的单件或小批量的产品，也可用于硅橡胶模具的母模或熔模铸造的消失型等，从而批量地翻制塑料及金属零件。

显著优势：制造周期大大缩短，成本大大降低。基于快速原型的快速模具制造技术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展势头。

5、快速成型技术发展趋势有哪些?

金属零件的直接快速成型、概念创新与工艺改进、数据优化处理及分层方式的演变、快速成型设备的专用化和大型化、开发性能优越的成型材、成型材料系列化、标准化、喷射成型技术的广泛应用、梯度功能材料的应用、组织工程材料快速成型、开发新的成型能源、拓展新的应用领域、集成化

6、快速成型的特点（非作业）

自由成型制造、制造过程快速、添加式和数字化驱动成型方式、技术高度集成、突出的经济效益、广泛的应用领域

 

第二章光固化快速成型工艺

1、光固化快速成型加工原理。

液槽中盛满液态光敏树脂，氦－镉激光器或氩离子激光器发出的紫外激光束在控制系统的控制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，以使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，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，如此重复直至整个零件制造完毕，得到一个三维实体原型。

2、光固化成型技术的特点(非作业)

优点：成型过程自动化程度高、尺寸精度高、优良的表面质量、可以制作结构十分复杂的模型，尺寸比较精细的模型、可以直接制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失型、制作的原型可以一定程度地替代塑料件

缺点：制件易变形、较脆易断裂性能尚不如常用的工业塑料、设备运转及维护成本较高、使用的材料较少、液态树脂有气味和毒性，并且需要避光保护，以防止提前发生聚合反应，选择时有局限性、需要二次固化

3、用于光固化快速成型的材料为液态光固化树脂，或称液态光敏树脂。

4、光固化成型加工工艺过程主要分为几个阶段，其前处理工艺过程包括哪些基本步骤？

前处理、原型制作和后处理。CAD三维造型、数据转换、确定摆放方位、施加支撑、切片分层

5、影响光固化原型精度的因素有哪些？为提高原型精度，各因素是如何控制的？

1.几何数据处理造成的误差；措施：（1）直接切片（2）自适应分层。

2. 成型过程中材料的固化收缩引起的翘曲变形；措施：（1）成型工艺的改进；（2）树脂配方的改进。

3. 树脂涂层厚度对精度的影响；措施：二次曝光法—多次反复曝光后的固化深度与以多次曝光量之和进行一次曝光的固化深度是等效的。

4. 光学系统对成型精度的影响；措施：（1）光路校正，振镜；（2）光斑校正。

5. 激光扫描方式对成型精度的影响；措施：采用分区扫描方式。

6. 光斑直径大小对成型尺寸的影响；措施：光斑补偿方法。

7. 激光功率、扫描速度、扫描间距产生的误差。措施：首先对扫描固化过程进行理论分析，进而找出各个工艺参数对扫描过程的影响。

 

第三章叠层实体快速成型工艺

1、叠层实体快速原型制造工艺的基本原理。

叠层实体快速原型制造技术由计算机、材料存储及送进机构、热粘压机构、激光切割系统、可升降工作台和数控系统和机架等组成。首先在工作台上制作基底，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，切片软件根据模型当前层面的轮廓控制激光器进行层面切割，逐层制作，当全部迭层制作完毕后，再将多余废料去除，最终形成三维工件原型。

2、叠层实体快速原型制造工艺的特点（非作业）

优点：原材料价格便宜，原型制作成本低；制件尺寸大；无须后固化处理；无须设计和制作支撑结构；废料易剥离；热物性与机械性能好，可实现切削加工；精度高；设备可靠性好，寿命长；操作方便。缺点：不能直接制作塑料工件；工件的抗拉强度和弹性不够好；工件易吸湿膨胀；工件表面有台阶纹，需打磨。

3、当前开发出来的叠层实体快速成型材料主要有几种？其中常用的是什么？

薄层材料:纸、塑料薄膜、金属箔等。粘结剂:热熔胶。制备工艺：涂布工艺；

常用的是涂有热熔胶的纸材。

 

第四章选择性激光烧结成型工艺

 

1、叙述选择性激光烧结快速原型工艺的基本原理。

选择性激光烧结加工过程是采用铺粉辊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一温度，控制系统控制激光束按照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，铺料辊又在上面铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的烧结，如此反复，直至完成整个模型。

 

2、选择性激光烧结工艺的特点有哪些？（非作业）

优点：①可直接制作金属制品；②可采用多种材料；③无需支撑结构；④制造工艺比较简单；⑤材料利用率高。缺点：①原型表面粗糙；②烧结过程挥发异味；③有时需要比较复杂的辅助工艺。

 

3、简述金属粉末材料间接烧结工艺过程。

金属零件间接烧结工艺使用的材料为混合有树脂材料的金属粉末材料，SLS工艺主要实现包裹在金属粉粒表面树脂材料的粘接。其工艺过程如图1所示。由图中可知，整个工艺过程主要分三个阶段：一是SLS原型件（“绿件”）的制作，二是粉末烧结件（“褐件”）的制作，三是金属溶渗后处理。

CAD模型、分层切片、激光烧结（SLS）、RP原件、二次烧结（800o C）、三次烧结（1080o C）、金属熔渗、金属件

 

4、简述金属粉末材料直接融化成形工艺过程。（非作业）

金属零件直接烧结工艺采用的材料是纯粹的金属粉末，是采用SLS工艺中的激光能源对金属粉末直接烧结，使其融化，实现叠层的堆积。CAD模型、分层切片、激光烧结、RP原型零件、金属件。

 

5、高分子粉末材料烧结工艺（非作业）

（1）前处理（2）粉层激光烧结叠加（3）后处理

高分子粉末材料烧结件的后处理工艺主要有渗树脂和渗蜡两种。当原型件主要用于熔模铸造的消失型时，需要进行渗蜡处理。当原型件为了提高强硬性指标时，需要进行渗树脂处理。

聚合物：渗蜡或渗树脂、金属/陶瓷：后烧结，渗金属

 

第五章熔融沉积快速成型工艺

 

1、叙述熔融沉积快速成型工艺的基本原理。（非作业）

熔融沉积是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，如果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，再继续熔喷沉积，直至完成整个实体造型。

 

2、熔融沉积成型工艺的特点（非作业）

优点：系统构造和原理简单，运行维护费用低（无激光器）；原材料无毒，适宜在办公环境安装使用；用蜡成形的零件原型，可以直接用于失蜡铸造；可以成型任意复杂程度的零件；无化学变化，制件的翘曲变形小；原材料利用率高，且材料寿命长；支撑去除简单，无需化学清洗，分离容易；可直接制作彩色原型。

缺点：成型件表面有较明显条纹；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；原材料价格昂贵；需要对整个截面进行扫描涂覆，成形时间较长。

 

3、双喷头熔融沉积快速成型工艺的突出优势是什么？

沉积过程中具有较高的沉积效率，降低模型制作成本，可以灵活地选择具有特殊性能的支撑材料，以便于后处理过程中支撑材料的去除。

  熔融沉积工艺使用的材料分为两部分：一类是成型材料，另一类是支撑材料。FDM工艺对成型材料的要求是熔融温度低、粘度低、粘结性好、收缩率小。FDM 工艺对支撑材料的要求是能够承受一定的高温、与成型材料不浸润、具有水溶性或者酸溶性、具有较低的熔融温度、流动性要特别好等。（水溶性支撑、易剥离性支撑）  

5、熔融沉积快速成型工艺过程：前处理、成型及后处理

前处理：CAD数字建模、载入模型、STL文件校验与修复、确定摆放方位、存储分层文件；后处理：去除支撑、打磨

 

6、熔融沉积快速成型工艺因素分析

（1）材料性能的影响：热收缩、分子取向的收缩

措施：改进材料的配方、设计时考虑收缩量进行尺寸补偿

（2）喷头温度和成型室温度的影响

措施：喷头温度应根据丝材的性质在一定范围内选择，以保证挤出的丝呈熔融流动状态。一般将成型室的温度设定为比挤出丝的熔点温度低1~2℃。

（3）填充速度与挤出速度的交互影响

措施：挤出速度应与填充速度相匹配

（4）分层厚度的影响

措施：兼顾效率和精度确定分层厚度，必要时可通过打磨提高表面质量与精度（5）成型时间的影响

措施：加工时控制好喷嘴的工作温度和每层的成型时间，以获得精度较高的成型件。

（6）扫描方式的影响

措施：可采用复合扫描方式，即外部轮廓用偏执扫描，而内部区域填充用回转扫描，这样既可以提高表面精度，也可简化扫描过程，提高扫描效率。

 

7、气压式熔融沉积快速成型系统工作原理。

被加热到一定温度的低粘性材料，通过空气压缩机提供的压力由喷头挤出，涂覆于工作平台或前一沉积层之上。喷头按当前层的层面几何形状进行扫描堆积，实现逐层沉积凝固。

 

第六章三维打印快速成形及其他快速成型工艺

 

1、依据其使用材料不同及固化方式不同，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。

2、三维喷涂粘结工艺的基本原理是什么？

通过喷头喷涂粘结剂将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。首先按照设定的层厚进行铺粉，然后利用喷嘴按指定路径将液态粘结剂喷在预先铺好的粉层特定区域，之后工作台下降一个层厚的距离，继续进行下一层的铺粉，逐层粘结后去除多余底料便得到所需形状的制件。

3、三维喷涂粘结快速成型工艺的特点（非作业）

优点：成本低、材料广泛、成型速度快、安全性较好、应用范围广。缺点：模型精度和表面粗糙度比较差，零件易变形甚至出现裂纹等，模型强度较低。

第七章基于快速原型的软模快速制造技术（非作业）

1、基于RP的快速模具制造方法一般分为直接法和间接法两大类。直接制模法是直接采用RP技术制作模具。间接制模法指利用RP原型间接地翻制模具。依据材质不同，间接制模法生产出来的模具一般分为软质模具和硬质模具两大类。

2、基于快速原型的软质模具制造方法主要有哪些？

软质模具制造方法主要有硅橡胶浇注法、金属喷涂法、树脂浇注法等。

3、硅橡胶模具有哪些优点？制模用硅橡胶分为哪两类？

硅橡胶模具的优点有：具有良好的柔性和弹性，能够制作结构复杂、花纹精细、无拔模斜度甚至具有倒拔模斜度以及具有深凹槽类的零件，制作周期短，制件质量高。制模用硅橡胶分为缩合型和加成型两类。

4、简述基于RP原型的硅橡胶模具制作工艺流程。

 

 

5、电弧喷涂制模工艺流程大致分为哪几个阶段？

①模型准备②在模型上喷涂金属③制作模具框架④浇注模具的填充材料⑤脱模、后序加工处理

6、简述基于快速原型的环氧树脂模具制作工艺流程。

模型准备→底座制作并固定原型→涂脱模剂→浇注树脂→去除底座并进行另一半模的制作→树脂硬化并脱模→模具修整并组装

7、手工经济型硅橡胶模具制作工艺流程

原型、分型处理、贴黏土或橡皮泥、配石膏浆、石膏造型（背衬）、去黏土、浇注硅橡胶、修型、试制产品。