快速成型制造技的应用

《快速成型制造技的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《快速成型制造技的应用（47页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、第七章快速成型制造技术的应用 快速成型技术自20年前出现以来，以其显著的时间效益和经济效益得到制造业广泛的关注，并迅速成为世界著名高校和研究机构研究的热点，涌现出了多种快速成型技术方法和相应的商品化设备，出现了专门从事商品化快速成型设备、快速成型与快速模具制造技术支持与服务的公司和机构，极大地促进了快速成型与快速模具制造技术的推广与应用，为机械行业、汽车行业、医疗行业及相关的其它行业带来了显著的效益。 据2001年Wohlers Associates Inc.对14家RP系统制造商和43家RP服务机构的统计，对RP模型需求的行业如图7-1所示，对RP模型需求的目的如图7-2所示。从图7-1可以

2、看出，日用消费品和汽车2大行业对RP的需求占整体需求50以上，而医疗行业的需求增长迅速，其它的学术机构、宇航和军事领域对RP的需求也占有一定的比例。从图7-2可以看出RP模型的主要需求目的和用途。设计可视化、装配检验与功能模型（FitFormFunction）仍然占据着RP模型的主要需求，将近60，而另一主要应用领域就是快速模具母模的需求。 模具工程技术研究中心 METRC7 快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 第一节引言 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 图7-1 对RP模型需求的行业 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术

3、的应用快速成型制造技术的应用 图7-2 对RP模型需求的目的 第二节在产品设计中的应用 现代产品的设计与制造已经依托于计算机软硬件技术和数控技术与装备进行了CAD/CAM的高度集成，显著提高了产品开发的效率和质量。然而，从CAD到CAM一直以来都存在着一个缝隙，即产品的CAD总不能在CAM之前尽善尽美。快速成型技术的出现，恰当好处地弥补了产品CAD与CAM之间的这个缝隙。正因为如此，RP模型的早期应用主要集中在产品设计阶段的外观评估、装配与功能检验方面，而且这几方面的应用至今仍然占据着较大的需求。 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 模具工程技术研究

4、中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 一、概念模型可视化 计算机软硬件技术的发展使传统的图纸式设计走向现代化的三维概念设计。尽管目前造型软件的功能十分强大，但设计出来的概念模型仍然停留在计算机屏幕上，概念模型的可视化是设计人员修改和完善设计十分渴求而又十分必要的。有人比较形象化地形容，快速成型系统相当于一台三维打印机，能够迅速地将CAD概念设计的物理模型非常高精度地“打印”出来。这样，在概念设计阶段，设计者就有了初步设计的物理模型，借助于物理模型，设计者可以比较直观地进行进一步的设计，大大提高了产品设计的效率和可靠性。如设计者可以进行模型的合理分析和模型的观感分析，根

5、据原型或零件评价设计正确与否并可加以改正，如图所示。 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 新产品的开发总是从外形设计开始的，外观是否美观和实用往往决定了该产品是否能够被市场接受。传统的加工方法中，二维工程视图在设计加工和检测方面起着重要作用。其做法是根据设计师的思想，先制作出效果图及手工模型，经决策层评审后再进行后续设计。但由于二维工程视图或三维观感图不够直观，表达效果受到很大限制，而手工制作模型耗时又长，精度较差，修改也困难。 快速成型制造技术能够迅速地将设计师的设计思想变成三维实体模型，既可节省大量的时间，又能精确地体现设计师的设计理念，为产品评

6、审决策工作提供直接、准确的模型，减少了决策工作中的不正确因素。 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 二、设计评价 利用快速成型制造技术制作出的样件能够使用户非常直观地了解尚未投入批量生产的产品外观及其性能并能及时作出评价，使厂方能够根据用户的需求及时改进产品，为产品的销售创造有利条件并避免由于盲目生产可能造成的损失。同时，投标方在工程投标中采用样品，可以直观、全面地提供评价依据，使设计更加完善，为中标创造有利条件。 在产品开发与设计过程中，由于设计手段和其他方面的限制，每一项设计都可能存在着一些人为的设计缺陷。如果未能及早发现，就会影响后续工作，造成

7、不必要的损失，甚至会导致整个设计的失败。使用快速成型制造技术可以将这种人为的影响减少到最低限度。快速成型制造技术由于成型时间短、精度高，可以在设计的同时制造高精度的模型，使设计者能够在设计阶段对产品的整体或局部进行装配和综合评价，从而发现设计上的缺陷与不合理因素，改进设计。 因此，快速成型制造技术的应用可把产品的设计缺陷消失在设计阶段，最终提高产品整体的设计质量。模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 下图给出的是某新型豪华客车用于外观评估的经过喷漆等处理的RP模型，该模型大小为实际尺寸的1/10 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用

8、快速成型制造技术的应用 三、装配校核进行装配校核、干涉检查等对新产品开发，尤其是在有限空间内的复杂、昂贵系统（如卫星、导弹）的可制造性和可装配性检验尤为重要。如果一个产品的零件多而且复杂就需要做总体装配校核。在投产之前，先用快速成型制造技术制作出全部零件原型，进行试安装，验证设计的合理性和安装工艺与装配要求，若发现有缺陷，便可以迅速、方便地进行纠正，使所有问题在投产之前得到解决。下图为某发动机气缸部件中气缸盖改进设计后制作的用于装配检验的LOM模型。 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 四、性能和功能测试 快速原型除了可以进行设计验证和装配校核外，还

9、可以直接用于性能和功能参数试验与相应的研究，如机构运动分析、流动分析、应力分析、流体和空气动力学分析等。 采用快速成型制造技术可严格地按照设计将模型迅速地制造出来进行实验测试，对各种复杂的空间曲面更体现快速成型制造技术的优点。如风扇、风毂等设计的功能检测和性能参数确定，可获得最佳扇叶曲面、最低噪音的结构。如果用传统的方法制造原型，这种测试与比较几乎是不可能的。 下图给出的是为检验凸轮设计能否实现某机构的机械传动而制作的用于传动功能检测的LOM模型。通过装机运转检测，根据反馈的信息进行了数次改进设计，最终获得了能够完全满足运动要求的凸轮结构。 第三节快速模具的母模 快速原型的另一大类应用就是作为

10、翻制快速经济模具的母模，如硅橡胶模具、聚氨酯模具、金属喷涂膜具、环氧树脂模具等软质模具进行单件小批量的试制以及浇注石膏、陶瓷、金属基合成材料、金属等硬质模具进行塑料件或金属制件的批量生产。快速原型用作快速模具的母模是快速成型制造技术经济效益的延伸和另一亮点。 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 （1）硅橡胶模具的母模 硅橡胶软模在小批量制作具有精细花纹和无拔模斜度甚至倒拔模斜度的样件方面具有突出的优越性，几乎所有的RP原型都可以作为硅橡胶模具制作的母模。下图给出的是采用LOM原型翻制硅橡胶模具并进行产品快速制作的例子。 模具工程技术研究中心 METR

11、C7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 （2）砂型铸造的木模 砂型铸造的木模一直以来依靠传统的手工制作，其周期长，精度低。快速成型技术的出现为快速高精度制作砂型铸造的木模提供了良好的手段，尤其是基于CAD设计的复杂形状的木模制作，快速成型技术更显示了其突出的优越性。下图给出的是砂型铸造的产品和通过快速成型技术制作的木模。 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 （3）环氧树脂模具的母模 环氧树脂模具因为成本低廉且制件数量较硅橡胶模具大而适合于小批量产品的试制。环氧树脂模具的制作同样需要RP模型做母模，通过树脂材料及添加材料浇注而成，模具的寿命可

12、以达到数百件，模具的表面质量主要取决于原型母模的表面质量，尺寸精度可以达到0.1mm。下图给出的是环氧树脂模具制作产品的例子。 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 第四节在铸造领域的应用 RP技术出现以来，除了在新产品开发阶段具有较为广泛的需求外，一直在铸造领域有着比较活跃的应用。在典型铸造工艺如熔模铸造等中为单件或小批量铸造产品的制造带来了显著的经济效益。 在铸造生产中，模板、芯盒、压蜡型、压铸模等的制造往往是靠机械加工的办法，有时还需要钳工进行修整，费时耗资，而且精度不高。特别是对于一些形状复杂的薄壁铸件，例如飞机发动机的叶片、船用螺旋浆，汽车、

13、拖拉机的缸体、缸盖等，模具的制造更是一个老大难的问题。虽然一些大型企业的铸造厂也进口了一些数控机床、仿型铣等高级设备，但除了设备价格昂贵之外，模具加工的周期也很长，而且由于没有很好的软件系统支持，机床的编程也很困难。面对今天世界上经济市场的竞争，产品的更新换代日益加快，铸造模具加工的现状很难适应当前的形势。而快速成型制造技术的出现为解决这个问题提供了一条颇具前景的新路。 目前，快速成型技术在铸造中的应用主要有以下3个方面： 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 模具工程技术研究中心 METRC直接浇注铸件 这种方法适用于形状复杂的单件生产，例如航空航天

14、工业中的特铸件，或者是在新产品试制时先做一两个铸件供进一步试验用。具体操作是将RP原型或者用熔模铸造方法制壳浇注铸件，或者用消失模铸造方法直接浇注铸件。 用原型翻制母模后再浇注铸件 对铸件数量需要较多时可以应用这种方法。它是先用硅橡胶方法、石膏型方法等翻制母模，然后制蜡模或直接浇注成铸件。如SLS法所使用的原料为石蜡、尼龙或聚碳酸酯等，用聚碳酸酯材料烧结制成的原型，在许多性能上优于石蜡，可以做许多复杂的高精度件。 美国克莱斯勒公司和通用机器公司应用SLS法减少新型汽车发动机零件的开发费用。克莱斯勒公司用SLS法制成蜡模，生产形状很复杂的汽车进排气管，通用机器公司也用这种方法来制造航天器上的复杂

15、零件。美国的Rorketdyhe公司甚至用蜡和尼龙来做复杂的六缸气缸体模样，然后用熔模铸造的方法生产铸件。 利用原型模样制造模具 这个方面的应用最广泛，可用于铸件的大量生产。 美国福特汽车公司用LOM法制造长685mm的汽车曲轴模样，先分3块做，然后再拼装成砂型铸造用的模板，尺寸精度达到0.13mm。7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 一、熔模铸造 熔模铸造也称为失蜡铸造，是一种可以由几乎所有的合金材料进行净形制造金属制件的精密铸造工艺，尤其适合于具有复杂结构的薄壁件的制造。快速成型技术的出现和发展，为熔模精密铸造消失型的制作提供了速度更快、精度更高、结构更复杂的保障。尤其是3DS

16、ystems公司开发的QuickCast工艺，更加突出了RP技术在熔模铸造领域应用的优越性。 熔模铸造的工艺过程如下： 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 浇注法制作熔模铸造的消失型蜡模，如图所示。 将蜡质的标准浇注系统（浇口和浇道）和蜡型组装， 如图所示。 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 将组装后的蜡型与浇注系统浸入到陶瓷浆中，反复挂砂和干燥形成68mm的硬壳 ，如图所示。 向硬型壳中通入热水或蒸汽，使蜡型熔化并排出，得到空型壳 ， 如图所示。 硬型壳高温焙烧，进一步除去残留的蜡，得到可进行浇注熔化金

17、属的高强度陶瓷硬型壳 ， 如图所示。 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 将陶瓷硬型壳预热至一定温度后，注入熔化金属 ，如图所示。 冷却后，除去陶瓷壳，得到工件和浇注系统，再除去浇注系统，便得到了金属制件 ， 如图所示。 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 美国Sundstrand公司用快速成型件作母模，进行了大量的熔模铸造，取得了明显的效益，如表所示。由表中的数据可见，采用快速成型技术后节省工时4370，节省成本6494。 二、直接模壳铸造 美国麻省理工大学开发了一项基于立体喷墨印刷技术的直接模壳制造(D

18、irect Shell Production CastingDSPC)的铸造技术。这一技术随后授权于Soligen Inc.公司用于金属铸造。DSPC首先利用CAD软件定义所需的型腔，通过加入铸造圆角、消除可待后处理时通过机加工生成的小孔等结构对模型进行检验和修饰，然后根据铸造工艺所需的型腔个数生成多型腔的铸模。DSPC的工艺过程是这样的：首先在成型机的工作台上覆盖一层氧化铝粉，然后将微细的硅胶沿着工件的外廓喷射在这层粉末上；硅胶将氧化铝粉固定在当前层上，并为下一层的氧化铝粉提供粘着层；每一层完成后，工作台就下降一个层的高度，使下一层的粉末继续复敷和粘固；未粘固在模型上的粉末就堆积在模型的周围

19、和空腔内，起着支撑的作用；整个模型完成后，型腔内所充填的粉末必须去除。这项技术现已商业化，它使熔模铸造行业得以直接制造模壳而节省了制造蜡模模具和蜡模本身的成本。 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 第五节在医学领域的应用 现代RP技术在20世纪80年代末期一经出现，很多制造行业即对其表现出浓厚的兴趣。最早采用RP技术的是航空、汽车和医学工业。虽然医学应用仍然只占10%的RP市场，但医学又对RP的应用提出了更高的要求。RP已经运用于种植体原型、监视系统和很多其它医疗设备原型的制作。运用生理数据采用SLA、LOM、SLS、FDM等技术快速制作物理模型，对

20、想不通过开刀就可观看病人骨结构的研究人员、种植体设计师和外科医生等能够提供非常有益的帮助。这些技术在很多专科如颅外科、神经外科、口腔外科、整形外科和头颈外科等得到了广泛应用，帮助外科医生进行手术规划。 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 一、设计和制作可植入假体 快速成型用于种植体设计已经有很长一段时间了，工程师利用CAD软件可以很快地设计一个产品，而RP设备的快速性允许设计师在很短的时间内多次验证并修改其设计，这样就在设计过程中节约了时间和成本。 运用RP技术，设计师可以根据特定病人的CT或MRI数据而不是标准的解剖学几何数据来设计并制作种植体，如

21、图所示。这样极大地减少了种植体设计的出错空间，并且这种适合每个病人解剖结构的种植体确实能设计一个更好的手术结对病人的麻醉时间，还能减少整个手术的费用。 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 从CT数据到骨骼3D数值模型 应用RP模型设计植入体 二、外科手术规划 复杂外科手术往往需要在三维模型上进行演练以确保手术的成功。快速成型技术可满足这种要求。由于有了解剖模型，医生可以有效地与病人沟通，借助于病人自己的解剖模型，医生可以指出关键的区域，从而增加病人的理解。模型增加了病人对治疗的理解，这比晦涩的二维X光照片要好理解得多。模型也能让医生对病人以前的手术经

22、历一目了然。此外，模型还能让医生在手术之前对着模型进行手术规划，如图所示。仅时间节省这一项就使得模型制作在很多复杂手术中显得非常重要和必要。 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 RP模型帮助手术计划 三、颌面修复 目前，美国、澳大利亚、新加坡、日本以及欧洲等许多国家对快速原型在医疗领域的应用非常重视。美国在牙科手术、面部矫正手术方面，新加坡在面部矫正手术方面，澳大利亚在头颅和面部修复手术方面，德国和法国等在头颅和颌骨修复手术方面，都依靠快速原型技术，取得了明显的效果。国内的医疗领域目前也在尝试对快速原型技术进行应用研究，但是，成功的案例还十分少见。模

23、具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 基于CT技术和快速成型技术的人体颌面部缺损修复手术，是快速原型技术在医学领域里比较有价值的临床应用。对患者头部进行螺旋CT扫描，得到最小间距的二维CT数据。通过设定骨骼的灰度阈值，提取CT图像中的骨骼轮廓，得到患者病变区域的头颅模型，如图所示。图像中左侧因肿瘤病变进行了切除。手术的目的就是通过切取病人体内的腿骨修复左侧下颌的缺损。在数据处理时还进行了右侧下颌骨的提取并镜像，用于制作快速原型以辅助手术。模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 将上述处理完毕的数据文件，按要求的格式

24、输入到快速原型系统进行加工制作。下图为具有缺损的患者头颅骨SLA模型、患者小腿骨SLA模型及患者左侧完好的下颌骨模型的镜像颌骨SLA模型。模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 手术的方案是，以对应缺损部位的正常部位的镜像体为参考模型，对从腿部切下的小腿骨进行分割拼凑到缺损部位，然后，用金属植入体进行相应的固定和定位。具体步骤如下： 将颌面部缺损的局部头盖骨原型和对应缺损部位的正常部位的镜像体拼合到一起，如图所示，观察结合部位上下牙齿咬合的程度，如果咬合程度好，就可以定型作为手术规划和演练的目标实体。模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应

25、用快速成型制造技术的应用 将成型钛板支架固定在吻合好的下颌模型上，定型后采用螺钉固定，如图所示。 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 将小腿腓骨SLA模型进行切割拼凑处理，使切割骨的形状与钛板形状吻合，测量每一段小腿腓骨模型的长度并标记对应于整体腓骨的位置，作为手术过程的依据，如图所示。模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 按照上述手术规划和方案，实施下颌骨修复手术，如图所示。四、义耳制作 全耳廓缺损在临床上是一种较为常见的疾病。外耳缺失不仅影响美观，而且听力也大受影响。全耳缺损的修复方法一般有2种：手术和义

26、耳。手术再造耳的外形不够理想，且存在费用高，危险大，周期长，效果不满意等缺点。随着计算机技术的发展，CT图像处理和三维重构技术的迅速发展，伴随着快速成型技术的成熟，两者结合为义耳的制作提供了一种新工艺。模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 在颌面修复领域，义耳赝复体形态制作一直存在仿真程度不高的问题。基于医学CT三维重构技术，进行数据处理，得到义耳及义耳注型模具的三维模型，采用快速成型技术进行义耳注型模具的快速制作。同时对浇注的硅橡胶材料进行配色，再利用快速成型制作的义耳注型模具，进行义耳赝复体的真空注型，便可得到几何形状仿真度比较满意的义耳赝复体。

27、模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 五、心血管模型制作 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 图7-21 左、右心血管的三维结构图7-22 右心血管SLS模型 心血管系统由心脏、动脉、静脉、毛细血管等组成，准确复制心脏、血管、血管瘤、气管等软组织结构可以提供个性化软组织模型，在诊疗、手术和医学教学等领域具有很大的意义。图7-21为由心脏器官CT数据提取

28、出来的右、左半部分心血管的三维结构。 六、生物工程 快速成型技术在生物工程的应用刚刚起步，但也取得了令人可喜的成果。针对骨的具体结构，进行CAD造型，然后利用内部细微结构仿生建模技术及分层制造，常温下用生物可降解材料边分层制造边加入生物活性因子及种子细胞。用快速成型技术制成的细胞载体框架结构来创造一种微环境，以利于细胞的粘附、增殖和功能发挥，以此达到组织工程骨的并行生长，加速材料的降解和成骨过程。此外，有关文献还报道了用一种结合表面活性剂和颗粒模板的称为软平板印刷的方法，来形成有功能的纳米结构，其研究已经达到了分子水平。归纳起来，目前RP模型的医学应用如图所示。 模具工程技术研究中心 METR

29、C7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 医学应用的每一个RP模型都需要原型设备和材料的特殊搭配才能产生预期效果，某种情况可能需要半透明的硬塑料，而另一种情况可能需要软的生物兼容材料。有时需要消毒材料，有时却并不需要。RP医学应用中设备和材料的选择可参考表所示。USP VI级材料是通过安全测试并能消毒的材料。目前只有少数几种RP材料符合这一要求，SLA有一种，FDM有一种，SLS有两种，LOM有几种。表中的另一类材料是可植入材料，目前仍然很弱，将来有望该类材料能够得到迅速增长。3DP与SLS等RP技术在这方面具有较大的优越性。 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快

30、速成型制造技术的应用 从医学图象得到的解剖模型有一系列的要求。有些模型最适合用半透明材料做，有的最适合用不透明材料制作以便更好的观察表面。在大多数情况下，这些模型是在手术之前使用，特定情况下需要把模型消毒用于手术时的参考。 随着生物材料知识的发展，快速成型产品在医学领域的临床应用将不断增长，从骨再生植入到器官置换，应用范围非常广。 目前正在研究的人工骨制作是RP技术非常有前景的一个应用领域，目前有两种制造骨骼植入体的方法。一种方法是采用选择性沉积磷酸钙粉末的工艺来制作多孔的种植体。动物实验表明，这些多孔种植体在新骨生长性能方面表现了优异的性能。经过一定的时间，这些多孔种植体将变成动物骨架的一部

31、分。这些多孔种植体在相对密度为50%时，强度要比原先降低到70MPa。因而他们的用途局限于不承载的部分，如面部和颅骨部分。第二种工艺是用SLS准备碳素模具，熔融的磷酸钙在1100的熔化温度下浇注到模具中。这样得到的全密度玻璃态部件可以通过退火得到半结晶的合成物，抗压强度超过170MPa。这些可用于承载种植体如牙齿，骨头螺钉和脊椎骨。模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 一些RP设备制造商的长期目标是将RP机器放到临床设备中，例如X光部门的一台RP机器可在几个小时内向外科医生提供非常有用的物理解剖模型，这样可让外科医生在很短的时间内作出精确的手术计划。实

32、现这一点的障碍之一是医院缺少熟练的操作人员，除此之外，设备成本，组织机构的增加，材料成本等因素都限制了RP设备直接放在医院这一构想。 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 七、定制骨植入体 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 人体内一共有206块骨头，这些骨头的大小和形状因人而异。在重建、整形外科手术中，如果病人可以经济的定制到通过医用CT扫描的骨植入体是非常有用的。如果可能的话，需要对事故前的受伤部位进行CT扫描，或者使用相应身体的另一侧未受伤骨头的镜像。按照实际尺寸定制的植入体可以减少进行医用培植步骤的过

33、程，降低病人的风险。采用快速原型制造技术制作骨植入体一般采用一种羟基磷灰石（HA）和磷酸盐的玻璃相粉末混合物的聚合材料体系，这种材料与人体具有生物相容性并且可以制作成LOM工艺中的薄层材料。应用LOM工艺制作羟基磷灰石定制骨植入体的流程如图7-24所示。图图7-24 定制骨植入体制造流程图定制骨植入体制造流程图 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 这种复合材料体系包括羟基颗粒和磷酸钙的玻璃相，如图7-25所示。玻璃相的磷酸钙被用做粘合剂，当烧结时，玻璃相熔化，并把羟基磷灰石熔和在一起。适当比例的玻璃添加物使HA烧结工艺在较低温渡下执行，（等于或稍高于

34、玻璃的熔化温度）从而降低了HA损失羟基和分解的趋势。此外，烧结后收缩率也明显低于纯固态烧结的。a) (b)图图7-25 羟基磷灰石定制骨植入体复合材料体系羟基磷灰石定制骨植入体复合材料体系 a) HA颗粒颗粒 b) 磷酸钙的玻璃相磷酸钙的玻璃相 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 陶瓷薄层材料制作工艺如图7-26所示。HA/玻璃相薄层的厚度范围从125m到250m。薄层的微结构如图7-27所示，烧结后由于粘合剂的去除，颗粒显示更为清晰。多数薄层材料会产生一定程度肉眼可见的裂缝。采用LOM工艺对上述制备的薄层材料进行叠加成形，制作出60层的腕骨（大约2

35、5mm6.356mm），如图7-28所示。 图7-26 陶瓷薄层材料制作工艺 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 a) b) 图7-27 陶瓷薄层材料微结构 a) 生羟基磷灰石/玻璃相带 b) 粘合剂烧结后的羟基磷灰石/玻璃相带图7-28 用LOM法制作的陶瓷带的羟基磷灰石/玻璃相腕骨植入体八、PCL多孔支架制作 模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 复杂关节如颚关节的修复与重建对骨组织工程提出了很大的挑战。患者体内对异源体、非生物材料的恶性反应使治疗结果大打折扣，自体移植则要求从患者其他部位移植骨，这将导致

36、患者其他部位的并发症。为此，支架必须与解剖缺陷相吻合，拥有能够承受活体负载的机械性能，加强组织生长，产生具有生物相容性的降解产物。 PCL是一种生物可消溶聚合物，在骨与软骨修复方面具有潜在的应用价值。PCL支架可由多种快速成型技术制得，包括熔融沉积技术、光固化成型技术、精密挤压沉积、三维打印等，而采用SLS技术制作能够容易实现具有多种内部结构与孔隙率的PCL支架。 图7-29a给出的是在UG三维造型软件上设计的圆柱形多孔支架（直径12.7mm，高度25.4mm），图7-29b为Sinterstation 2000TM设备上使用PCL粉末制作SLS支架模型。图7-30给出的是猪颚关节的三维构形及

37、多孔支架设计与SLS模型。模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 a) b)图7-29 PCL多孔支架的设计与制造a) 孔径1.75mm的多孔支架的STL模型 b) 采用SLS工艺制作的PCL支架模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 a) b) c)图7-30 PCL多孔支架在猪颚关节制造中的应用a) 实际猪颚关节 b) PCL支架的STL设计描述 c) SLS模型模具工程技术研究中心 METRC7快速成型制造技术的应用快速成型制造技术的应用 思思 考考 题题1、列举对快速原型需求较多的领域有哪些？2、列举快速原型应用的目的或用途主要有哪些？4、快速原型作为快速模具的母模主要应用于哪几个方面？5、快速原型在铸造领域和医学领域的应用集中在哪几个方面？3、快速原型在产品设计中的应用主要有哪几个方面？