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目录1

第1章　产品研发-产品成型-快速产品研发1

1.1　新要求-新工艺1

1.1.1 改变产品研发的条件——影响成功的关键因素1

1.1.2　产品研发的重要地位3

1.1.3　成功的关键因素和竞争战略4

1.1.4　关键因素——时间5

1.2.1　产品研发的传统步骤7

1.2　同步工程-并行工程7

1.2.2　新产品研发策略的要求8

1.2.3　同步工程的原理9

1.3 模型11

1.3.1　模型分类11

1.3.2　模型对加快产品研发的影响14

1.4　同步工程要素之一：通过快速原型法制造模型16

1.4.1　快速原型制造模型作为定义数据库的保证16

1.4.2　定义：快速原型-快速工（模）具制造-快速制造17

1.4.3　关系到产品研发阶段的快速原型模型21

2.1　快速原型工艺的基本原理22

第2章　生产制造工艺的特征22

2.2　层片信息产生23

2.2.1　用三维数据记录几何结构24

2.2.1.1　数据流24

2.2.1.2　在计算机里使用三维CAD绘制三维实体模型26

2.2.2　单层几何层片信息的产生33

2.2.3　每一层片上几何层片信息的投影36

2.3　实体层片模型的产生38

2.3.1　液体材料光聚合作用的凝固——立体光刻工艺（SL）39

2.3.2.1 粉末和颗粒的熔融和凝固——激光烧结（LS）46

2.3.2　由固相生成的工艺46

2.3.2.2　薄片切割——层合制造工艺（LLM）50

2.3.2.3 固相之外的熔融和凝固——熔化的层片模型（FLM）51

2.3.2.4　颗粒和黏结剂的粘接——三维印刷52

2.3.3 由气相直接固化生成的工艺——激光化学气体沉淀（LCVD）53

2.3.4　其他工艺54

2.4　产品生产过程的分类55

2.5　快速原理工艺理论上潜在价值的总结评估55

第3章　工业快速原型系统59

3.1　快速原型工艺流程59

3.2　数据技术61

3.3　原型机65

3.3.1.1　机器独特的基本原理66

3.3.1　光聚合-立体光刻（SL）66

3.3.1.2　立体光刻成型（SLA）——3D Systems72

3.3.1.3　STEREOS——EOS公司80

3.3.1.4　立体光刻——Fockele＆Schwarze（F＆S）83

3.3.1.5 固体基础的硬化——Cubital公司85

3.3.1.6　微立体光刻——MicroTEC89

3.3.1.7　立体光刻成型——Envision Technologies91

3.3.1.8　立体光刻成型——PolyJet-Objet93

3.3.2.1　机器特有的基本原理95

3.3.2　激光烧结95

3.3.2.2　选域激光烧结——3D Systems/DTM98

3.3.2.3　激光烧结——EOS105

3.3.2.4　选域激光熔融成型——Fockele ＆ Schwarze110

3.3.2.5　激光造壳，概念激光器112

3.3.3　层片叠合制造（LLM）114

3.3.3.1　特殊设备的基本原理114

3.3.3.2　层合实体制造（LOM）——Cubic Technologies/Helisys118

3.3.3.3　快速原型系统——Kinergy124

3.3.3.4　选域黏着及热压成型（SAHP）——Kirak125

3.3.3.5　JP系统5——Schroff发展公司127

3.3.3.6　层铣工艺（LMP）——Zimmermann129

3.3.3.7　成层概念——Charlyrobot131

3.3.3.8　分层实体制造（SOM）——ERATZ/MEC133

3.3.4 挤出工艺135

3.3.4.1　熔融沉积快速成型（FDM）——Stratasys135

3.3.4.2　多相喷射固化（MJS）——ITP141

3.3.4.3　三维绘图仪——Stratasys143

3.3.4.4　建模系统——Solidscape/Sanders Protoype Inc144

3.3.4.5　多孔喷射成型（MJM）——3D Systems146

3.3.5　三维打印（3DP）工艺148

3.3.5.1　快速原型系统——Z有限公司148

3.3.5.2　快速模具制造系统——ExtrudeHone151

3.3.5.3　直接壳法产品铸造（DSPC）——Soligen153

3.3.6　激光生成155

3.3.6.1　激光工程净成型（LENS）——Optomec156

3.3.7　传统原型工艺和混合工艺158

3.3.7.1　传统工艺：高速切削（HSC）159

3.3.7.2　混合工艺：受控金属堆积（CMB）160

3.3.7.3　快速原型工艺与传统工艺的比较162

3.3.8　快速原型工艺评价概述163

3.3.8.1　模型精度164

3.3.8.2　表面166

3.3.8.3　基准测试和用户反馈168

3.3.8.4　功能原型设备的比较评价：成型室、精度、成型时间169

3.3.8.5　按模型类别分类原型机170

3.3.8.6　发展目标172

3.4　后续工艺173

3.4.1　目标材料塑料173

3.4.2　目标材料金属175

4.1　金属模具制造的主要方法182

第4章　快速模具182

4.2　基于塑料快速原型模型的金属模具184

4.2.1　快速原型模型的精密铸造184

4.2.2　立体光刻模型浇铸184

4.2.2.1　立体光刻的直接应用184

4.2.2.2　立体光刻的间接应用185

4.3　基于塑料快速原型工艺的金属模具188

4.4　基于金属快速原型工艺的金属模具189

4.4.1　多组分金属粉末激光烧结189

4.4.2　单组分金属粉末激光烧结190

4.4.3　激光加工191

4.5 小结和展望192

第5章　应用194

5.1　快速原型在工业品开发中的应用194

5.1.1　例：泵壳194

5.1.2　例：办公室灯具195

5.1.3　例：组合灯座198

5.1.4　例：挖掘机臂模型198

5.1.5　例：LCD投影仪201

5.1.6　例：花瓶的毛细管底202

5.1.7　例：咖啡壶外壳制造203

5.1.8　例：四缸发动机的歧管入口204

5.2　工业产品开发的快速工具制造204

5.2.1　例：涡轮泵壳204

5.2.2　例：双片式电接线盒206

5.2.3　例：注射成型的车前灯调光臂208

5.2.4　例：精密铸造模型的永久模具209

5.3　供计算方法评价用的快速原型制造210

5.3.1　计算方法中使用的模型——通用型210

5.3.2　例：卡车引擎凸轮杆的光弹性应力分析212

5.3.3　例：轿车轮缘稳定性的热弹性应力分析213

5.4　用于医学的快速原型215

5.4.1　解剖模拟模型215

5.4.2　泰勒（特制的）移植件217

5.4.3　医学模型的特性217

5.4.4　例：用于重构截骨的解剖模型219

5.4.5　例：钛金属移植物用于对头盖骨缺陷的填补220

5.5　快速原型在艺术、考古和建筑中的应用223

5.5.1　艺术与设计方面的模型制作223

5.5.2　艺术案例：计算机设计雕塑，Georg Glückman223

5.5.3　设计案例：开瓶器224

5.5.4　考古案例：Teje皇后的头像225

5.5.5　建筑学上的模型构建226

5.5.6　建筑学案例：1992年世界博览会的德国展览馆226

5.5.7　建筑案例：建房设计计划227

第6章　经济方面的形势228

6.1　战略方面的形势228

6.2　操作方面231

6.2.1　建立优化的快速原型工艺过程231

6.2.2　确定快速原型工艺的费用232

6.3　服务235

6.4　自制还是购买236

第7章　快速原型工艺的发展237

7.1　材料研发选择方向237

7.1.1　应用：精密铸造237

7.1.2　应用：系列原料的模拟238

7.2　工艺研发的选择趋势239

7.2.1　各种单组分原料的激光烧结239

7.2.2　粉末床激光烧结——粉末的选域激光再熔融（SLPR）239

7.2.2.1　工艺原理239

7.2.2.2　质量特性240

7.2.2.3　应用举例242

7.2.3　激光生成243

7.2.3.1　工艺流程原理243

7.2.3.2　质量特性246

7.2.3.3　应用举例248

附录251

A1　Siegwart和Singer的经济模型251

A2　快速原型系统和材料的特性及技术数据254

A3　缩写281

参考文献282