试卷
3.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 4.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
5.
也被称为：3D打印，增材制造；
6.选择性激光烧结成型⼯艺（SLS）可成型的材料包括塑料，陶瓷，⾦属等； 7.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；
8.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；
9.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；
10.快速成型技术的未来发展趋势包括：开发性能好的快速成型材料，改善快速成形系统的可靠性，提⾼其⽣产率和制作⼤件能⼒，优化设备结构，开发新的成形能源，快速成形⽅法和⼯艺的改进和创新，提⾼⽹络化服务的研究⼒度，实现远程控制等；
11.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，作为⽀撑保证形状；
⼆、术语解释
1.STL数据模型
是由3D SYSTEMS 公司于1988 年制定的⼀个，是⼀种为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中，⽤于表⽰三⾓形⽹格的⼀种⽂件格式。它的⽂件格式⾮常简单，应⽤很⼴泛。STL是最多系统所应⽤的标准⽂件。STL是⽤三⾓⽹格来表现3D CAD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。
2.快速成型精度包括哪⼏部分
原型的精度⼀般包括形状精度，尺⼨精度和表⾯精度，即光固化成型件在形状、尺⼨和表⾯相互位置三个⽅⾯与设计要求的符合程度。形状误差主要有：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；表⾯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。
3.阶梯误差
由于快速成型技术的成型原理是逐层叠加成型，因此不可避免地会产⽣台阶效应，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），导致原型产⽣形状和尺⼨上的误差。
4.摆放⽅位
摆放⽅位是指成型零件的成型的第⼀层与最后⼀层的选择，影响到成型零件的表⾯质量与后续⽀撑的施加。
5.三维打印快速成型（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堆积建造模式，实现原型的快速制作。根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向
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
3.1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？
所有的快速成型⼯艺⽅法都是⼀层⼀层地制造零件，区别是制造每⼀层的⽅法和材料不同⽽已
①SLA 光固化成型法Stereo Lithography Apparatus
将激光聚焦到液态材料如光固化树脂表⾯根据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覆盖⼀层液体材料，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Fused Deposition Modeling
将热熔性材料通过加热器融化，挤压喷出并堆积⼀个层⾯，同样的⽅法造出第⼆个层⾯并与前⼀层融化在⼀起，层层堆积可以获得三维实体
③LOM分层实体制造Laminated Object Manufacturing
采⽤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Selecting Laser Sintering
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；激光束在计算机控制下根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-Dimensional Printing
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堆积形成三维实体。这项技术不需要激光。
3.2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（根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备上进⾏的，根据不同的⼯艺需要对系统设备有不⼀样的操作。
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，最后是根据不同的精度要求对零件进⾏加⼯。
3.3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，最容易拆卸的⽀撑结构。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。
3.4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理想，成型件的物理性能不能满⾜功能性、半功能性零件的要求，必须借助于后处理或⼆次开发才能⽣产出令⼈满意的产品。由于材料技术开发的专门性，⼀般快速成型材料的价格都⽐较贵，造成⽣产成本提⾼。
光固化打印机
2)⾼昂的设备价格。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，⽬前快速成型设备的价格较贵，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。这主要是因为快速成型技术的专利保护问题，各⼚家只能⽣产⾃⼰开发的快速成型⼯艺成型设备，随着技术的进步，这种保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发展还不完善，特别是对快速成型软件技术的研究
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，必须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、艺术品等许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发展的必然趋势。
6)软件问题。随着快速成型技术的不断发展，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/堆积成型的重要环节，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发展的关键问题。
与传统的制造过程相⽐，采⽤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准备⼯作并⾏作业，明显缩短新产品设计和试制周期，并节省产品开发费⽤。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。
3.5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：逐层堆积，⽣成实体，后处理
根据STL⽂件判断成型过程，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，最后根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（SLA，FDM，LOM，SLS，3DP）快速成型⼯艺的基本原理
四、判断题
1.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（×）
2.快速成型技术⽬前采⽤的数据是STL格式（√）
3.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（×）
5.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）（√）
6.LOM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（√）
7.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（√）
8.STL数据中⼩三⾓形数量越少，则成型件的精度越⾼（×）
五、基于以下材料回答问题
1.从2015年5⽉份开始，快速成型技术（3D打印）在媒体的宣传下变得很热，来⾃北京航空航天⼤学的王华明教授谈了他对快速成型技术的⼀些看法：
“我认为这种技术确实带有⼀种变⾰性的，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。”
“我觉得它的潜⼒应该也是很⼤的，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，但是有很多确实趋势很有⽤武之地。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，并分析未来快速成型技术的可能发展⽅向有哪些？
快速成型技术与传统成形⽅式的区别快速原型技术成形机理和⼯艺控制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，⽽是利⽤光、热、电等物理⼿段实现材料的转移或堆积；（2）原型是通过堆积不断增⼤，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密切关系，故在成型⼯艺控制⽅⾯，需要对多个坐标进⾏精确的动态控制；（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，能量是被动地供给的，⼀般⽆须对加⼯能量进⾏精确的预测与控制，⽽在离散、堆积类型的RP中，单元体制造中能量是主动供给的，需要准确地预测与控制，对成型中的能量形式、强度、分布、供给⽅式以及变化等进⾏有效的控制，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、可靠性和制作能⼒，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
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