快速成型完成

1、 材料成型综合实验报告学 校： 上海工程技术大学 学 院： 材料工程学院 学 号： 姓 名： 陆雁潮 指导老师： 刘淑梅 董万鹏 完成时间： 2014年1月3日 实验二 快速成型（RP）技术3D印刷产品原型制造一 实验目的 1 掌握利用3D印刷快速成型技术制造产品原型的方法； 2 利用3D印刷和FDM快速成型技术制作一个产品原型；3 了解快速成型技术及其应用；4 了解3D印刷和FDM快速成型机基本结构及操作原理；5 了解快速成型技术在模具设计与制造中的应用； 二 快速成型技术简介： 何谓3D打印技术?3D打印专业术语叫做增材制造，是一种根据三维数据模型累加材料制造实体零件的方法，通常是一层一层

2、的叠加，与其相对应的是去除加工。它是以三维的数据模型为基础，首先在计算机中设计一个数字化的模型，这个模型是立体的实物，比如一条轮船，然后把这个物体用计算机的特殊软件分割成很多很小的单元，先做成二维的，把二维的累积在一起就成三维的了。 3D 乃立体之意，是相对于只有长和宽的平面（2D）而言。“Three Dimensions” 是其英文全称，翻译成中文则是三维，即长、宽、高。3D 打印技术是添加剂制造技术的一种形式，是指通过连续的叠加物理层，每层逐步增加材料来生成三维立体的技术。换言之，就是将一项设计物品首先转化为三维数据，然后采用分层加工、迭加成形，即通过逐层增加材料来“打印”成3D 实体。由

3、此不难看出，3D 打印技术的工作原理与传统的材料加工技术完全不同，一个是“ 减材制造”，一个是“ 增材制造”，因此3D 打印技术是“增材制造”的主要实现形式1。更重要的是，3D 打印技术是一种思维的突破。其工作流程是通过计算机构思其加工物品的式样和效果并传输其图形数据到特定的打印设备，用特制的材料通过增材制造的方式生产产品。作为一种综合性应用技术，3D 打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量2。而且，3D 打印技术具有研制周期缩短、仿真效果佳、效率提高较快，个性化强等优点，因此有着广泛的应用前景，在工业制造、文化创意和数码娱乐

4、、航空航天与国防军工、生物医疗、消费品设计和制造、建筑工程、教育以及个性化定制等方面均有其应用的价值，市场前景也相当广泛。它是将计算机辅助设计（CAD）、反求工程（RE）、计算机辅助制造（CAM）、计算机数字控制（CNC）、激光、精密伺服技术和新材料等先进技术集于一体。可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。它的工作原理是：根据在计算机上构成的工件的三维模型，对其进行分层切片，得到各层截面的二维轮廓，按照这些轮廓，成型头有选择性地作用于一层的成型材料，形成各个截面的轮廓，并逐步顺序叠

5、加成三维工件。虽然快速成型技术问世不长, 但由于它对制造业带来的巨大效益使得这一技术的应用日益广泛。快速原型制造按成形材料及技术不同发展了立体光刻造型法(SL ) , 粉末烧结法(SLS) , 熔化凝结法(FDM ) , 薄层材料制造法(LOM ) , 三维印刷法(3DP) , 逐层固化法(SGC)等成型方法。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技术具有下列特点：快速性：从CAD 设计到原型零件制成, 一般只需几个小时至几十个小时,

6、 速 度比传统的成形方法快得多, 尤其适合于新产品的开发与管理。设计制造一体化落后的CAPP：一直是实现设计制造一体化的较难克服的个障碍,而对于快速成形来说, 由于采用了离散堆积的加工工艺,CAPP 已不再是难点,CAD 和CAM 能够很好地结合。自由成形制造:自由的含义有两个:一是指可以根据零件的形状, 无需专用工具的限制而自由地成形, 可以大大缩短新产品的试制时间;二是指不受零件形状复杂程度限制。高度柔性:仅需改变CAD 模型, 重新调整和设置参数即可生产出不同形状的零件模型。材料的广泛性：快速成形技术(Rapid Prototyping Technology)可以制造树脂类、塑料类原型,

7、 还可以制造出纸类、石蜡类、复合材料以及金属材料和陶瓷材料的原型。三 实验设备 图2-1 3D打印机UPrint and uPrint Plus 3D打印机一台；UG NX软件；铲刀、钳子等工具；四 实验步骤：实验过程两人为一小组，通过UG NX软件设计零件，厚度保持在50mm以下，壁厚保持在1.5mm以上。1.产品介绍我们的作品是玩具车轮胎，是玩具车的重要组成部分。2.建模过程选择制造钥匙为生产零件，如图2-2所示 图 2-23.前置处理前置处理通常包括数据转换（输出STL格式文件）、工艺处理（如增加支撑、确定零件的摆放方式）、切片操作等。有些零件由于成型的需要，在零件中需增加一些辅助结构，

8、这些辅助结构既可以在CAD软件中完成，也可以在切片软件中完成，有些设备需要讲STL格式的文件转换成G代码，将其存在SD卡里面。4.成品图五 思考题：1. STL格式 STL = Standard Template Library，标准模板库，惠普实验室开发的一系列软件的统称。它是由Alexander Stepanov、Meng Lee和David R Musser在惠普实验室工作时所开发出来的。这可能是一个历史上最令人兴奋的工具的最无聊的术语。从根本上说，STL是一些“容器”的集合，这些“容器”有list,vector,set,map等，STL也是算法和其他一些组件的集合。这里的“容器”和算法

9、的集合指的是世界上很多聪明人很多年的杰作。 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。ASCII码格式的STL文件逐行给出三角面片的几何信息，每一行以1个或2个关键字开头。在STL文件中的三角面片的信息单元 facet 是一个带矢量方向的三角面片，STL三维模型就是由一系列这样的三角面片构成。整个STL文件的首行给出了文件路径及文件名。在一个 STL文件中，每一个facet由7 行数据组成，facet normal 是三角面片指向实体外部的法矢量坐标，outer loop 说明随后的3行数据分别是三角面片的3个顶点坐标，3顶点沿指向实体外

10、部的法矢量方向逆时针排列。12.RE技术 到目前为止，逆向工程还没有一个统一的定义，但是目前人们较认可的观点是：逆向工程是根据现有的模型或参考零件，用测量设备获取零件表面上各点的三维坐标值，再应用测量数据建立产品的CAD模型，完成产品的概念设计。是以现代设计理论、方法、技术为基础,运用各种专业人员的工程设计经验,知识和创新思维,对已有的产品进行解剖,分析,重构和再创造的一门技术。它通过实物或原型，用扫描设备将实物的数据获取，然后导入反求软件进行还原数据与修改，再用CAD对其进行修改创新以及分析，最后通过快速成型设备将产品制造出来。3.RE、RP技术与模具设计与制造的关系 RE(Reverse

11、Engineering)逆向工程技术与RP(Rapid Prototyping)快速成型技术是20世纪设计与制造领域里带有革命性意义的新方法新技术,它们的产生高度集成了各项最先进的技术,从根本上改革了传统的设计与制造思想,极大地促进制造业生产力的发展。基于逆向工程和快速原型技术的快速模具制造技术就是在寻求快速制造模具的新方法 的要求下发展起来的一种极具生命力的先进制造技术，它的工艺流程为对零件测量获得坐标数据，并造型得到CAD模型，然后对模型离散化后输入快速原型机进行快速原型加工，最后以RP件作母模来制作快速模具。4.FDM技术为什么适用于3D印刷工艺？答：因为FDM技术制造系统成型速度快、精

12、度高，能成型精细结构。可用于办公环境，没有毒气或化学物质的危险；工艺干净、简单、易于操作且不产生垃圾；可快速构建瓶状或中空零件；原材料以卷轴线的形式提供，易于搬运和快速更换；材料利用率高，无需其它辅助材料，运行成本相对较低。可选用多种材料。如可染色的ABS和医用ABS，浇铸用蜡和人造橡胶。成型工件韧性好、强度高，不但可以作外形测试，而且可以用于装配、冲击、腐蚀等测试。不采用激光发生器，所以维护简单，价格合理，性价比最高。 5. 试验中遇到的问题及解决办法由于塑件需按一定比例缩小，在缩小尺寸过程中，材料边缘由于本身尺寸较小，缩小后较薄（约为0.5mm），难以成形，再考虑后决定适当增大边缘尺寸防止

13、破裂等制造困难。转换格式过程基本由同学代劳，故无太大困难。整个绘制过程中基本也没有什么问题，就在打开文件是遇上了版本过低其他电脑打不开文件的情况，最后在新版本下重新绘制解决了此问题。八. 心得体会 通过一周的实验，也通过自己动手做实验，让我接触到了课本上学习到的东西，比如3D打印机、硬度测试仪、液压机、挤压模具等的使用方法。由于实验对于动手能力要求较大，所以在实验中要加强自己的动手能力。在做实验的过程中还把以前学过的知识复习了一遍，例如UG的使用方法和有关挤压成型的知识实验中都有学习到。在做实验前,一定要将课本上的知识吃透,因为这是做实验的基础,否则,在老师讲解时就会听不懂,这将使做实验时的难度加大,浪费做实验的宝贵时间