快速成形技术实训教案

1、快速成形技术实训教案一、教学目的及要求： 1掌握快速成形的基本理论;2了解快速成形工艺过程及特点；3掌握快速成形设备操作方法；二、教学重点：1快速成形理论；2快速成形工艺过程及应用的领域；3分层及成形工艺参数对原型件的影响；三、教学难点：分层及成形工艺参数对原型件的影响.四、教学内容：1速成形的基本理论：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，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

2、叠加成三维坯件然后进行坯件的后处理，形成零件。2快速成形工艺过程及特点：1） 工艺过程：（1）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

3、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0.0

4、5mm0.5mm， 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（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，或放在高温炉中进行后烧结，进一步提高其强度。成型过程示意图2）特点：（1）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

5、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

6、制造业产生重要影响。3. 快速成形分类：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 （Stereo Lithography Apparatus）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

7、较高，加工精度一般可达到 0.1 mm ，原材料利用率近 100 。但这种方法也有自身的局限性，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。2）LOM（Laminated Object Manufacturing）工艺LOM工艺称叠层实体制造或分层实体制造，采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等。LOM 工艺只需在片材上切割出零件截面的轮廓，而不用扫描整个截面。因此成型厚壁零件的速度较快，易于制造大型零件。工艺过程中不存在材料相变，因此不易引起翘曲变形。工件外框与截面轮廓之间的多余材料在加工中起到了支撑作用，所以 LOM 工艺无需加支撑。缺点是材料浪费严重，表面质量差。3）SLS工艺

8、的特点是材料适应面广，不仅能制造塑料零件，还能制造陶瓷、蜡等材料的零件，特别是可以制造金属零件。这使SLS工艺颇具吸引力。SLS工艺无需加支撑，因为没有烧结的粉末起到了支撑的作用。4）3DP (Three Dimension Printing）工艺三维印刷工艺是美国麻省理工学院E-manual Sachs等人研制的。已被美国的Soligen公司以DSPC（Direct Shell Production Casting）名义商品化，用以制造铸造用的陶瓷壳体和型芯。3DP 工艺与SLS工艺类似，采用粉末材料成型，如陶瓷粉末、金属粉末。所不同的是材料粉末不是通过烧结连结起来的，而是通过喷头用粘结剂（如硅胶）将零件的截面“印刷”在材料粉来上面。用粘结剂粘接的零件强度较低，还须后处理。先烧掉粘结剂，然后在高温下渗人金属，使零件致密化，提高强度。5）FDM （Fused Depostion Modeling）工艺 熔融沉积制造（ FDM ）工艺由美国学者Scott Crump于 1988 年研制成功。 FDM 的材料一般是热塑性材料，如蜡、 ABS 、尼龙等。以丝状供料。材料在喷头内被加热