快速成型技術(shù)整體介紹

1、一、快速成型技術(shù)整體介紹 快速成型技術(shù)，即Rapid Prototyping（簡稱RP技術(shù)）。 RP技術(shù)是一項(xiàng)20世紀(jì)80年代后期由工業(yè)發(fā)達(dá)國家率先開發(fā)的新技術(shù)，其主要技術(shù)特征是成型的快捷性，能自動(dòng)、快捷、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變成一定功能的產(chǎn)品原型或直接制造零部件，該項(xiàng)技術(shù)不僅能縮短產(chǎn)品研制開發(fā)周期，減少產(chǎn)品研制開發(fā)費(fèi)用，而且對迅速響應(yīng)市場需求，提高企業(yè)核心競爭力具有重要作用。1.1、快速成型技術(shù)的功能作用l 設(shè)計(jì)驗(yàn)證：快速原型作為一種可視化的工具，用于設(shè)計(jì)驗(yàn)證、產(chǎn)品評估，在投入大量的資本進(jìn)行批量生產(chǎn)之前，及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中存在的問題，溝通設(shè)計(jì)者及制造者、消費(fèi)者之間的交流。l 功能測試：使用快速

2、成型技術(shù)制作的原型可直接進(jìn)行裝配檢驗(yàn)、干涉檢查和模擬產(chǎn)品真實(shí)工作情況的一些功能試驗(yàn)，如運(yùn)動(dòng)分析、應(yīng)力分析、流體和空氣動(dòng)力學(xué)分析等,從而迅速完善產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能、相應(yīng)的工藝及所需模具的設(shè)計(jì)。l 可制造性、可裝配性檢驗(yàn)：對于開發(fā)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的新產(chǎn)品(如汽車、飛機(jī)、衛(wèi)星、導(dǎo)彈等),可事先驗(yàn)證零件的可制造性、零件之間的相互關(guān)系以及部件的可裝配性。l 模具制造：通過快速原型與傳統(tǒng)制造工藝相結(jié)合制造模具和金屬零件。比如由快速原型制作真空鑄造件和熔模鑄造件的母模；由快速原型通過電弧噴涂、電鑄制造模具或EDM電極，由快速原型直接制造注塑模等。l 生物醫(yī)療方面的應(yīng)用： 為外科醫(yī)生制作病例模型，制作DNA分子結(jié)構(gòu)模型

3、等。1.2、運(yùn)用快速成型技術(shù)的工作流程圖1.3、快速成型技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車、家電、電動(dòng)工具、醫(yī)療、機(jī)械加工、精密鑄造、航天航空、工藝品制作以及兒童玩具等行業(yè)。1.4、主要快速成型工藝介紹A）光固化立體造型（SLAStereo Lithography Apparatus）該技術(shù)以光敏樹脂為原料，將計(jì)算機(jī)控制下的紫外激光按預(yù)定零件各分層截面的輪廓為軌跡對液態(tài)樹脂逐點(diǎn)掃描，使被掃描區(qū)的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)，從而形成零件的一個(gè)薄層截面。當(dāng)一層固化完畢，移動(dòng)工作臺(tái)，在原先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂以便進(jìn)行下一層掃描固化。新固化的一層牢固地粘合在前一層上，如此重復(fù)直

4、到整個(gè)零件原型制造完畢。B）分層物件制造（LOMLaminated Object Manufacturing）LOM工藝將單面涂有熱溶膠的紙片通過加熱輥加熱粘接在一起，位于上方的激光器按照CAD分層模型所獲數(shù)據(jù)，用激光束將紙切割成所制零件的內(nèi)外輪廓，然后新的一層紙?jiān)侬B加在上面，通過熱壓裝置和下面已切割層粘合在一起，激光束再次切割，這樣反復(fù)逐層切割一粘合一切割至整個(gè)零件模型制作完成。C）造擇性激光燒結(jié)（SLSSe1ected Laser Sintering） 該法采用CO2激光器作能源，目前使用的造型材料多為各種粉未材料。在工作臺(tái)上均勻鋪上一層很?。?00200）的粉未，激光束在計(jì)算機(jī)控制下按照

5、零件分層輪廓有選擇性地進(jìn)行燒結(jié)，一層完成后再進(jìn)行下一層燒結(jié)。全部燒結(jié)完后去掉多余的粉未，再進(jìn)行打磨、烘干等處理便獲得零件。目前，成熟的工藝材料為蠟粉及塑料粉，用金屬粉或陶瓷粉進(jìn)行粘接或燒結(jié)的工藝還正在實(shí)驗(yàn)研究階段。D）熔融沉積造型（FDMFused Deposition Modeling）FDM工藝的關(guān)鍵是保持半流動(dòng)成型材料剛好在熔點(diǎn)之上（通?？刂圃诒热埸c(diǎn)高1左右）。FDM噴頭受CAD分層數(shù)據(jù)控制使半流動(dòng)狀態(tài)的熔絲材料（絲材直徑一般在1.5mm以上）從噴頭中擠壓出來，凝固形成輪廓形狀的薄層。每層厚度范圍在00250762mm，一層疊一層最后形成整個(gè)零件模型。E）三維打印成型（3DP-3 DIM

6、ENSION PRINTER）3DP技術(shù)是麻省理工學(xué)院發(fā)明并申請專利的，由ZCORP公司進(jìn)行商業(yè)化。該項(xiàng)技術(shù)自1994年發(fā)明并逐步走向市場后，在近三四年時(shí)間呈飛速發(fā)展趨勢。該種成型工藝的原理是將粉末由儲(chǔ)存桶送出一定分量，再以滾筒將送出之粉末在加工平臺(tái)上鋪上一層很薄的原料，噴嘴依照3D電腦模型切片后獲得的二維層片信息噴出黏著劑，黏著粉末做完一層，加工平臺(tái)自動(dòng)下降一點(diǎn)，儲(chǔ)存桶上升一點(diǎn)，刮刀由升高了的儲(chǔ)存桶把粉末推至工作平臺(tái)並把粉末推平再噴黏著劑，如此循環(huán)便可得到所要的形狀。常用的ZCorp立體打印材料是石膏粉及淀粉，但亦有其他材料可供選用，如彈性塑料等.更有多種顏色的墨水可供選擇，甚至可更換彩色墨

7、頭，即時(shí)打印出彩色工件。二、FDM快速成型的使用方法21 安裝啟動(dòng)安裝盤內(nèi)的MWSetup.exe 程序，依照軟件提示即可完成軟件安裝。安裝完畢后，系統(tǒng)桌面和開始菜單中會(huì)添加本軟件的快捷方式。22 啟動(dòng)從桌面和開始菜單中的快捷方式都可以啟動(dòng)本軟件。軟件啟動(dòng)后的界面如圖31 所示。圖21 ModelWizard 工作界面ModelWizard 工作界面由三部分構(gòu)成。上部為菜單和工具條，附錄1 為菜單及工具條的功能；左側(cè)為工作區(qū)窗口，有三維模型，二維模型，三維打印機(jī)三個(gè)窗口，顯示STL 模型列表等；右側(cè)為圖形窗口，顯示三維STL 或CLI 模型，以及打印信息。第一次運(yùn)行ModelWizard 需要

8、從三維打印機(jī)/快速成型系統(tǒng)中讀取一些系統(tǒng)設(shè)置。首先連接好三維打印機(jī)/快速成型系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)，然后打開計(jì)算機(jī)和三維打印機(jī)/快速成型系統(tǒng)，啟動(dòng)軟件，選擇菜單中“文件 >三維打印機(jī) >連接”，系統(tǒng)自動(dòng)和三維打印機(jī)/快速成型系統(tǒng)通訊，讀取系統(tǒng)參數(shù)。完成后選擇“文件 >三維打印機(jī) >設(shè)為默認(rèn)打印機(jī)”則可以將三維打印機(jī)/快速成型系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)保存到計(jì)算機(jī)中，以后就不必每次讀取了。23 載入STL 模型STL 格式是快速成形領(lǐng)域的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)，幾乎所有的商用CAD系統(tǒng)都支持該格式，如UG/II，Pro/E，AutoCAD，SolidWorks 等。在CAD 系統(tǒng)或反求系統(tǒng)中獲得零件的三

9、維模型后，就可以將其以STL 格式輸出（輸出方式請參考該CAD 或反求軟件的使用手冊，或查看本手冊的附錄），供快速成形系統(tǒng)使用。STL 模型是三維CAD 模型的表面模型，由許多三角面片組成。輸出為STL 模型時(shí)一般會(huì)有精度損失，請用戶注意。載入STL 模型的方式有多種：選擇菜單“文件 > 載入模型”；在三維模型圖形窗口中使用右鍵菜單，或者三維模型和二位模型列表窗的右鍵菜單中選擇“載入模型”； 或者按快捷鍵“CTRLL”；或者選擇工具條上的“”按鈕。選擇命令后，系統(tǒng)彈出打開文件對話框，選擇一個(gè)STL（或CSM，CLI）文件。ModelWizard 附帶一個(gè)STL 模型目錄，在其安裝目錄下，

10、名為example，里面有一些STL 文件。如果在安裝時(shí)選擇了默認(rèn)路徑，則該目錄應(yīng)為“C:Program FilesModelWizard Example”。如果您的系統(tǒng)中暫時(shí)沒有STL 文件，可以使用這些文件進(jìn)行練習(xí)。選擇一個(gè)或多個(gè)STL 文件后，系統(tǒng)開始讀入STL 模型，并在最下端的狀態(tài)條顯示已讀入的面片數(shù)（Facet）和頂點(diǎn)數(shù)（Vertex）。讀入模型后，系統(tǒng)自動(dòng)更新，顯示STL 模型，如圖23 所示。 圖22 三維模型窗口和列表中的右鍵菜單當(dāng)系統(tǒng)載入STL 和CLI 模型后，會(huì)將其名稱加入左側(cè)的三維模型或二維模型窗口。用戶可以在三維模型窗口內(nèi)選擇STL 模型，也可以用鼠標(biāo)左鍵在圖形窗口選擇STL 模型。圖23 載入多個(gè)STL 模型注意：本軟件中許多操作是針對單個(gè)模型的，所以執(zhí)行這些操作前，必須先選擇一個(gè)模型，做為 當(dāng)前模型 ，當(dāng)前模型會(huì)以系統(tǒng)設(shè)定的特定顏色顯示（該顏色在“查看 > 色彩”命令中設(shè)定）。注意：CSM 文件為壓縮的STL 模型，可以減小STL 文件的大?。ù蠹s為原文件的1/3），方便用戶傳