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  • 快速成型技术的原理总结起来

    【工作总结范文】 bf88必发网 2017-07-12本文已影响

    篇一:快速成型技术的原理

    快速成型技术的原理、工艺过程及技术特点:

    1 快速成型介绍

    RP技术简介

    快速原型制造技术,又叫快速成形技术,(简称RP技术); 英文:RAPID PROTOTYPING(简称RP技术),或

    RAPID PROTOTYPING MANUFACTUREING,简称RPM。

    快速成型(RP)技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术,是为制造业企业新产品开发服务的一项关键共性技术, 对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。自该技术问世以来,已经在发达国家的制造业中得到了广泛应用,并由此产生一个新兴的技术领域。

    RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同,成形原理和系统特点也各有不同。但是,其基本原理都是一样的,那就是"分层制造,逐层叠加", 类似于数学上的积分过程。形象地讲,快速成形系统就像是一台"立体打印机"。

    RP技术的优越性显而易见:它可以在无需准备任何模具、刀具和工装卡具的情况下,直接接受产品设计(CAD)数据,快速制造出新产品的样件、模具或模型。因此,RP技术的推广应用可以大大缩短新产品开发周期、降低开发成本、提高开发质量。由传统的"去除法"到今天的"增长法",由有模制造到无模制造,这就是RP技术对制造

    业产生的革命性意义。

    2、它具体是如何成形出来的呢?

    形象地比喻: 快速成形系统相当于一台"立体打印机"。

    快速成型属于离散/堆积成型。它从成型原理上提出一个全新的思维模式维模型,即将计算机上制作的零件三维模型,进行网格化处理并存储,对其进行分层处理,得到各层截面的二维轮廓信息,按照这些轮廓信息自动生成加工路径,由成型头在控制系统的控制下,选择性地固化或切割一层层的成型材料,形成各个截面轮廓薄片,并逐步顺序叠加成三维坯件.然后进行坯件的后处理,形成零件。 快速成型的工艺过程具体如下:

    l )产品三维模型的构建。由于 RP 系统是由三维 CAD 模型直接驱动,因此首先要构建所加工工件的三维CAD 模型。该三维CAD模型可以利用计算机辅助设计软件(如Pro/E , I-DEAS , Solid Works , UG 等)直接构建,也可以将已有产品的二维图样进行转换而形成三维模型,或对产品实体进行激光扫描、 CT 断层扫描,得到点云数据,然后利用反求工程的方法来构造三维模型。

    2 )三维模型的近似处理。由于产品往往有一些不规则的自由曲面,加工前要对模型进行近似处理,以方便后续的数据处理工作。由于STL格式文件格式简单、实用,目前已经成为快速成型领域的准标准

    接口文件。它是用一系列的小三角形平面来逼近原来的模型,每个小三角形用 3 个顶点坐标和一个法向量来描述,三角形的大小可以根据精度要求进行选择。 STL 文件有二进制码和 ASCll 码两种输出形式,二进制码输出形式所占的空间比 ASCII 码输出形式的文件所占用的空间小得多,但ASCII码输出形式可以阅读和检查。典型的CAD 软件都带有转换和输出 STL 格式文件的功能。

    3 )三维模型的切片处理。根据被加工模型的特征选择合适的加工方向,在成型高度方向上用一系列一定间隔的平面切割近似后的模型,以便提取截面的轮廓信息。间隔一般取0.05mm~0.5mm, 常用 0.1mm 。间隔越小,成型精度越高,但成型时间也越长,效率就越低,反之则精度低,但效率高。

    4 )成型加工。根据切片处理的截面轮廓,在计算机控制下,相应的成型头(激光头或喷头)按各截面轮廓信息做扫描运动,在工作台上一层一层地堆积材料,然后将各层相粘结,最终得到原型产品。 5 )成型零件的后处理。从成型系统里取出成型件,进行打磨、抛光、涂挂,或放在高温炉中进行后烧结,进一步提高其强度。

    快速成型特术具有以下几个重要特征:

    l )可以制造任意复杂的三维几何实体。由于采用离散/堆积成型的原理.它将一个十分复杂的三维制造过程简化为二维过程的叠加,可实现对任意复杂形状零件的加工。越是复杂的零件越能显示出 RP 技

    术的优越性此外, RP 技术特别适合于复杂型腔、复杂型面等传统方法难以制造甚至无法制造的零件。

    2 )快速性。通过对一个 CAD 模型的修改或重组就可获得一个新零件的设计和加工信息。从几个小时到几十个小时就可制造出零件,具有快速制造的突出特点。

    3 )高度柔性。无需任何专用夹具或工具即可完成复杂的制造过程,快速制造工模具、原型或零件

    4 )快速成型技术实现了机械工程学科多年来追求的两大先进目标.即材料的提取(气、液固相)过程与制造过程一体化和设计(CAD )与制造( CAM )一体化

    5 )与反求工程( Reverse Engineering)、CAD 技术、网络技术、虚拟现实等相结合,成为产品决速开发的有力工具。

    因此,快速成型技术在制造领域中起着越来越重要的作用,并将对制造业产生重要影响。

    快速成型技术的分类:

    快速成型技术根据成型方法可分为两类:基于激光及其他光源的成型技术(Laser Technology),例如:光固化成型(SLA )、分层实体制造(LOM)、选域激光粉末烧结(SLS)、形状沉积成型(SDM)等;基于喷射的成型技术(Jetting Technoloy),例如:熔融沉积成型(FDM)、三维印刷( 3DP )、多相喷射沉积( MJD )。下面对其中比较成熟的

    工艺作简单的介绍。

    1、SLA(Stereolithogrphy Apparatus)工艺 SLA 工艺也称光造型或立体光刻,由Charles Hul 于 1984 年获美国专利。 1988 年美国 3D System公司推出商品化样机SLA-I,这是世界上第一台快速成型机。SLA 各型成型机机占据着 RP 设备市场的较大份额。

    SLA 技术是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态材料在一定波长和强度的紫外光照射下能迅速发生光聚合反应,分子量急剧增大,材料也就从液态转变成固态。

    SLA工作原理:液槽中盛满液态光固化树脂激光束在偏转镜作用下,能在液态表而上扫描,扫描的轨迹及光线的有无均由计算机控制,光点打到的地方,液体就固化。成型开始时,工作平台在液面下一个确定的深度.聚焦后的光斑在液面上按计算机的指令逐点扫描,即逐点固化。当一层扫描完成后.未被照射的地方仍是液态树脂。然后升降台带动平台下降一层高度,已成型的层面上又布满一层树脂,刮板将粘度较大的树脂液面刮平,然后再进行下一层的扫描,新周化的一层牢周地粘在前一层上,如此重复直到整个零件制造完毕,得到一个三维实体模型。

    SLA 方法是目前快速成型技术领域中研究得最多的方法.也是技术上最为成熟的方法。 SLA 工艺成型的零件精度较高,加工精度一般可达到 0.1 mm ,原材料利用率近 100 %。但这种方法也有白身的局限性,比如需要支撑、树脂收缩导致精度下降、光固化树脂有一定的毒性等。

    篇二:快速成型技术复习小结

    快速成型技术复习小结

    1.快速成型:简称RP,即将计算机辅助设计CAD\计算机辅助制造CAM\计算机数字控制CNC、激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术集于一体,依据计算机上构成的工件三维设计模型,对其进行分层切片,得到各层截面的二维轮廓信息,快速成型机的成形头按照这些轮廓信息在控制系统的控制下,选择性地固化或切割一层层的成形材料,形成各个截面轮廓,并逐步顺序叠加成三维工件。

    2. 快速成形技术全过程步骤:a.前处理b.分层叠加成型c.后处理

    快速成形制造流程:CAD模型→面型化处理→分层→层信息处理→层准备→层制造→层粘接→实体模型

    3. 什么是快速模具制造技术?该技术有何特点?

    快速模具制造就是以快速成形技术制造的快速成型零件为母模,采用直接或间接的方法实现硅胶模、金属模、陶瓷模等模具的快速制造从而形成新产品的小批量制造,降低新产品的开发成本。特点:制模周期短、工艺简单、易于推广,制模成本低,精度和寿命都能满足特定的功能需要,综合经济效益好,特别适用于新产品开发试制、工艺验证和功能验证以及多品种小批量生产。

    4. 快速成形与传统制造方法的区别?

    传统方法根据零件成形过程分为两大类:一类是以成型过程中材料减少为特征,通过各种方法将零件毛胚上多余材料去除,即材料去除法,二类是材料的质量在成型过程中基本保持不变,成型过程主要是材料的转移和毛胚形状的改变即材料转移法,但此类方法生产周期长速度慢。快速成型技术可以以最快的速度、最低的成本和最好的品质将新产品迅速投放市场。

    5. 目前比较成熟的快速成型技术有哪几种?它们的成型原理上分别是什么?

    液态光固化聚合物选择性固化成形简称SLA,粉末材料选择性烧结成形简称SLS,薄型材料选择性切割成形简称LOM,丝状材料选择性熔覆成形简称FDM

    ⑦SLA原理:1利用计算机控制下的紫外激光,按预定零件各分层截面的轮廓为轨迹逐点扫描,使被扫描区的光敏树脂薄层产生光聚合反应,从而形成零件的一个薄层截面;2当一层固化完毕,移动升降台,在原先固化的树脂表面上再敷上一层新的液态树脂,刮刀刮去多余的树脂;3激光束对新一层树脂进行扫描固化,使新固化的一层牢固地粘合在前一层上;4重复2、3步,至整个零件原型制造完毕。『或

    SLA是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这(转 载 于:wWw.CDfdS.cOM bf88必发 范文 网:快速成型技术的原理总结起来)种液态材料在一定波长(λ=325nm)和功率(P=30mW)的紫外光照射下能迅速发生光聚合反应,分子量急剧增大,材料也从液态转变成固态』

    ⑦SLS原理: 1在先开始加工之前,先将充有氮气的工作室升温,温度保持在粉末的熔点之下;2成型时,送料筒上升,铺粉滚筒移动,先在工作台上铺一层粉末材料;3激光束在计算机控制下,按照截面轮廓对实心部分所在的粉末进行烧结,使粉末融化并相互黏结,继而形成一层固体轮廓,未经烧结的粉末仍留在原处,作为下一层粉末的支撑;4第一层烧结完成后,工作台下降一截面层的高度,再铺上一层粉末,进行下一层烧结,如此循环,直至完成整个三维模型

    FDM原理:加热喷头正在计算机的控制下,可根据界面轮廓的信息作X—Y平面运动和高度Z方向的运动丝状热塑性材料由供丝机构送至喷头,并在喷头中加热至熔融态,然后被选择性涂覆在工作台上,快速冷却后形成界面轮廓。一层截面完成后,喷头上升一截面层的高度在进行下一层的涂覆,如此循环,最终形成三维产品。

    LOM:LOM快速成形系统由计算机原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、数控系统、模型取出装置和机架等组成。计算机用于接受和存储工件的三维模型沿模型的成型方向截取一系列的截面轮廓信息发出控制指令原材料存储及送进机构将存于其中的原材料。热黏压机构将一层层成形材料粘合在一起。可升降工作台支撑正在成型的工件并在每层成形完毕之后,降低一个材料厚度以便送进、粘合和切割新的一层成形材料。数控系统执行计算机发出的指令,使材料逐步送至工作台的上方,然后粘合、切割,最终形成三维工件。

    6. 哪些成形方法需要支撑材料?为什么?

    SLA、FDM需要制作支撑,LOM、SLS不需要制作支撑。原因:在SLA成形过程中为了确保制件的每一部分可靠固定,同时减少制件的翘曲变形,仅靠调整制件参数远不能达到目的,必须设计并在加工中制作一些柱状或筋状的支撑结构;LOM:工件外框与截面轮廓间的多余材料在加工中起到支撑作用,故不需支撑材料;SLS:未烧结的松散粉末可以作为自然支撑,故不需要支撑材料。

    7. 光固化快速成形(SLA)有那几种形式的支撑?

    a.角板支撑b.投射特征边支撑c.单臂板支撑d.臂板结构支撑e.柱形支撑

    8. 常用的快速成形技术所用的成形材料分别是什么?分别有什么要求?

    SLA:材料为光固化树脂。要求:a.成形材料易于固化,且成形后具有一定的粘接强度b.成形材料的粘度不能太高,以保证加工层平整并减少液体流平时间c.成形材料本身的热影响区小,收缩应力小d.成形材料对光有一定的透过深度,以获得具有一定固化深度的曾片。 SLS:材料为所有受热后能相互粘结的粉末材料或表面覆有热塑(固)性黏结剂的粉末。要求:a.具有良好的烧结成形性能,即无需特殊工艺即可快速精确地成形原理b.对直接用作功能零件或模具的原型,其力学性能和物理性能要满足使用要求c.当原型间接使用时,要有利于快速、方便的后续处理和加工工艺。

    LOM:薄层材料多为纸材,黏结剂一般多为热熔胶。对纸材要求:a.抗湿性b.良好的浸润性c.收缩率小d.一定的抗拉强度e.剥离性能好f.易打磨g.稳定性好。对热熔胶的要求:a.良好的热熔冷固性b.在反复熔化-固化条件下,具有较好的物理化学稳定性c.熔融状态下与纸材具有良好的涂挂性与涂匀性d.与纸具有足够的粘结强度e.良好的废料分离性能

    FDM:材料为丝状热塑性材料。材料要求:a.黏度低b.熔融温度低c.黏结性要好d.收缩率对温度不能太敏感

    9.这四种快速成形技术的优缺点分别是什么?

    SLA优点:技术成熟应用广泛,成形速度快精度高,能量低。缺点:工艺复杂,需要支撑结构,材料种类有限,激光器寿命短原材料价格高。

    SLS优点:不需要支撑结构,材料利用率高,选用的材料的力学性能比较好,材料价格便宜,无气味。缺点:能量高,表面粗糙,成形原型疏松多孔,对某些材料需要单独处理。

    LOM优点:对实心部分大的物体成形速度快,支撑结构自动的包含在层面制造中,低的内应力和扭曲,同一物体中可包含多种材料和颜色。缺点:能量高,对内部空腔中的支撑物需要清理,材料利用率低,废料剥离困难,可能发生翘曲

    FDM优点:成形速度快,材料利用率高,能量低,物体中可包含多种材料和颜色。缺点:表面光洁度低,粗糙。选用材料仅限于低熔点的材料。

    TDP优点:材料选用广泛,可以制造陶瓷模具,用于金属铸造,支撑结构自动包含在层面制造中,能量低。缺点:表面粗糙,精度低,需处理(去湿或预加热到一定温度)

    10. 主要快速成形系统选用原则:A:成形件的用途(a检查并核实形状、尺寸用的样品b性能考核用的样品c模具d小批量和特殊复杂

    零件的直接生产e新材料的研究)B:成形件的形状C:成形件的尺寸大小D成本(a设备购置成本b设备运行成本c人工成本)E技术服务(a保修期b软件的升级换代c技术研发力量)F用户环境

    11. 快速成形的全处理主要包括:CAD三维模型的构建、CAD三维模型STL格式化以及三维模型的切片处理等

    12. 构造三维模型的主要方法:a应用计算机三维设计软件,根据产品的要求设计三维模型b应用计算机三维设计软件,将已有产品的二维三视图转换为三维模型c防制产品时,应用反求设备和反求软件,得到产品的三维模型d利用网络将用户设计好的三维模型直接传输到快速成形工作站

    13.在快速成型的前处理阶段为什么要把三维模型转化为STL文件格式?STL格式文件的规则和常见错误有哪些?

    由于产品上有一些不规则的自由曲面,为方便的获得曲面每部分的坐标信息,加工前必须对其进行近似处理,此近似处理的三维模型文件即为STL格式文件

    规则:a共顶点规则b取向规则c取值规则d合法实体规则

    常见错误:a出现违反共顶点规则的三角形b出现违反取向规则的三角形c出现错误的裂缝或孔洞d三角形过多或过少e微小特征遗漏或出错

    14. 前处理环节选择零件的成形方向应注意哪些问题?

    a成形方向对工件品质的影响b成形方向对材料成本的影响c成形方向对制作时间的影响

    15. 快速成形中的主要切片形式有哪些?其中那种切片形式精度最高?为什么?

    a STL切片b 容错切片c适应性切片d直接适应性切片e直接切片。 直接切片形式精度最高。因为a能减少快速成形的前处理时间b可避免STL格式文件的检查和纠错过程c可降低模型文件的规模d能直接采用RP数控系统的曲线插补功能,从而可提高工件的表面质量e能提高制件的精度

    16. 快速成形的后处理主要有哪些工序?

    a剥离b修补、打磨、抛光c表面涂覆

    17.零件成形方法:去除成形、受迫成形、堆积成形、生长成形

    18.激光固化的基本过程:制造数据的获取;层准备;层固化;层层堆积;后处理

    19.光固化成形材料分类:自由基光固化树脂;阳离子光固化树脂;混杂型光固化树脂

    20.LOM快速成形:由计算机、原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、数控系统、模型取出装置和机架等组成。LOM快速成形机主要参数:激光切割速度;加热辊温度与压力;激光能量;切碎网格尺寸。LOM后处理:废料去除、后置处理

    21.常用的扫描机:坐标测量机;激光扫描机;零件断层扫描机;CT;磁共振成像

    22.快速成形表面涂覆:喷刷涂料;电化学沉积;无电化学沉积;物理蒸发沉积;电化学沉积和物理蒸发沉积的综合

    23.快速成形精度包括软件和硬件两部分。软件部分指模型数据的处理精度;硬件部分指成型设备的各项精度。 成形件的精度:尺寸精度、形位精度、表面质量。

    24. 产生零件误差的因素分析:1数据处理产生的误差(①面型化处理造成的误差②分层切片时产生的误差)2成形加工产生的误差(①层准备时产生的误差②层制造与层叠加产生的误差③后处理不当产生的误差) 成形加工包括层准备、层制造、层叠加

    希望以上这些可以对您的学习有所帮助,但是由于水平有限以及其他方面的因素,文本里面一定还存在不尽人意的地方和错误,恳请读者斟酌参考。

    小编 2013.5.5

    篇三:浅谈快速成型技术

    浅谈快速成型技术

    【摘 要】快速成型技术是一种集合计算机、数控、材料、激光等多学科技术于一体的全新制造技术。文章简单介绍了快速成型技术的发展状况、分类、特点及应用,并对几种典型的快速成型工艺进行了比较。

    【关键词】快速成型;发展状况;应用领域

    快速成型技术(Rapid Prototyping,简称RP)是二十世纪八十年代末九十年代初兴起并迅速发展起来的新的先进制造技术,是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维物理实体的技术总称。

    1. 快速成型机技术的发展状况

    快速成型技术从产生到现在虽然只有十几年的时间,但发展十分迅速。目前的快速成型技术与以前相比,在目标、用途、设备和工艺等方面都有了很大的变化和提高,主要体现在:以制作概念原型、制作功能测试的原型为主,制作小批量生产的模具或制造大批量生产模具的母模,向不同用途相对独立地发展[1];向大型或微型制造发展;结合各种应用要求,依赖新的成型材料特点,不断开发新的成型工艺;通过改进快速成型机的结构和控制系统,提高成型的速度、控制精度和可靠性;优化数据处理技术,开发新的模型切片方法,提高快速成型件的尺寸精度和表面质量;开发专用快速成型设备,降低设备运行成本。

    2. 快速成型技术的分类

    快速成型技术根据成型方法可分为两类:基于激光及其他光源的成型技术和基于喷射的成型技术,下面对其中几种比较成熟的快速成型工艺作简单介绍:

    (1)光固化成型

    光固化成型技术的工作原理是以光敏脂为原料,计算机控制扫描的轨迹及光线,光点打到的地方,成型开始时,工作平台在液面下一个确定的深度.聚焦后的光斑在液面上按计算机的指令逐点扫描,即逐点固化[2]。当一层扫描完成后.升降台带动平台下降一层高度,已成型的层面上又布满一层树脂,刮板将粘度较大的树脂液面刮平,然后再进行下一层的扫描,新周化的一层牢周地粘在前一层上,如此重复直到整个零件制造完毕,得到一个三维实体模型。

    (2)选择性激光粉末烧结

    选择性激光粉末烧结的工作原理是将材料粉末铺洒在已成型零件的上表面,并刮平,用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面,材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起,得到零件的截面,并与下面已成型的部分连接[3]。当一层截面烧结完后,铺上新的一层材料粉末,有选择地烧结下层截面。

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