机械设计第五章课件

第五章快速成型设备,快速成型设备的研究与开发是快速成型制造技术的重要部分，各种快速成型设备可以说是相应的快速成型技术方法以及相关材料等研究成果的集中体现，快速成型设备系统的先进程度是衡量快速成型技术发展水平的标志。随着1988年3DSystems公司推出第一台快速成型商品化设备SLA250以来，世界范围内相继推出了和快速成型方法对应的多种商品化设备和实验室阶段的设备。和快速成型技术方法一样，目前，商品化比较成熟的设备系统有光固化成型设备系统、叠层实体制造设备系统、熔融沉积制造设备系统以及选择性激光烧结成型系统等。上述这些比较成熟的商品化设备系统的销售量平均以50左右的速度在逐年递增，标志着快速成型技术的应用正处于繁荣发展的阶段。,概述,一、光固化快速成型制造设备,20世纪70年代末到80年代初期，美国3M公司的AlanJ.Hebert(1978)、日本的小玉秀男(1980)、美国UVP公司的CharlesW.Hull(1982)和日本的丸谷洋二(1983)，在不同的地点各自独立地提出了RP的概念，即利用连续层的选区固化产生三维实体的新思想。CharlesHull在UVP的继续支持下，完成了一个能自动建造零件的称之为SLA-1的完整系统。同年，CharlesHull和UVP的股东们一起建立了3DSystems公司，并于1988年首次推出SLA-250机型，如图所示。,目前，研究光固化成型设备的单位有美国的3DSystems公司、Aaroflex公司，德国的EOS公司、Fz轴升降机构；走纸机构；激光系统。,2电气控制(1)硬件控制原理控制系统主要由数控和温控两部分组成，同时兼有一些辅助系统，例如测高、断纸检测等。如图所示。,在系统中PC总线的586工控机通过数控卡对完成平面扫描的x、Y电机和工作台升降的z电机进行控制，另外数控卡发出的控制信号在多路转换器通过工控机IO发出的转换控制信号进行选通，分别去控制送纸电机和激光器控制系统。计算机通过12位AD卡进行测高控制。同时使用计数卡上的计数功能用作断纸检测控制。运动控制卡：美国公司的PMAC为PC总线卡式4轴伺服电机控制器，主要完成对x、Y、z及走纸等轴的运动控制。计算机将预先产生的Nc代码通过Pc总线传送给运动控制卡后，由该卡对扫描、升降等运动进行实时控制。,AD卡：Pc6330提供8路12位A/D转换口，主要用于接受并转换位移传感器的测量值。温控卡：FUJI温控表是一种内置CPU的智能温度控制表,用于控制温度单元的温度。计数卡：PCL836计数卡提供1路计数器接口，主要用于接受并转换断纸检测编码器的测量值。,(2)各主要单元电气控制原理1)x、Y、Z运动单元SSM800的x、Y、z运动单元用美国公司的运动控制卡PMAC的其中三轴控制，其中x和Y运动单元由伺服控制器、AC伺服驱动器、AC伺服电机和传动导向机构四部分构成，电机上有编码器反馈，属于半闭环控制系统。z运动单元由步进控制器(Acc8D转换)、Dc步进驱动器、步进电机和传动导向机构四部分构成，开环控制系统。PMAC为4轴伺服电机控制器。接口板实际上可以认为也是其中一部分，其上可连出伺服控制信号反馈信号，限位开关信号等，Acc8D为vF(伏频)转换卡,其上产生控制步进电机的脉冲信号。传动与导向机构采用滚珠丝杠和滑动导轨，具有较高的精度和刚度。计算机根据分层路径信息，按PNAC代码集产生控制代码，然后通过Pc总线将NC代码化给PMAC，控制卡本身具有数据存储能力，因此每次既可以只传一条命令，也可传一组命令(如命令文件)。,2)辅助运动单元辅助运动单元用运动控制卡的第四轴控制，为了切换不同的运动控制，用电子开关进行切换控制，其中走纸运动单元由步进控制器(Acc8D转换)、Dc步进驱动器、步进电机和传动导向机构四部分构成开环控制系统。激光控制采用了激光功率和扫描速度匹配的原则。3)温度单元温度单元由温控器、传感器、加热元件和加热电源组成。用来控制热压板温度。PUJI温控表是一种内置CPU智能温度控制器具有PID自整定功能。测量精度在1以内。采用的输入类型为PT100热电阻，输出类型为固态继电器.4)计数单元计数单元由计数卡、编码器和相应接口电路组成，对于监控计算机来说，计数单元相当于计算机的一个外设，相应地占用几个地址端口。5)AD单元AD单元由AD卡、放大器和位移传感器电路组成，对于监控计算机来说，A/D单元也相当于计算机的一个外设，相应地占用几个地址端口.,控制软件操作界面,CLI窗口，Nc窗口，调试窗口,1CLI窗口CLI模型，设定参数，坐标变换等功能。浏览CLI模型；CLI模型2D显示时，PAGEDOWN,PAGEUP两键用来放大，缩小模型。上、下、左、右四键可以在CLI窗口中平移CLI模型。在CLI窗口中按住鼠标左键，然后拖动,也可平移CLI模型。CLI窗口中有两个标尺条用来显示CLI模型的坐标。用户可以在CLI显示设置中设定是否显示该标尺。窗口底部显示总层数和当前层数。,(1)文件菜单,(2)实用工具菜单,(3)参数设置菜单,1）设备参数设置如果是第一次运行该软件，用户应根据设备的参数填写该对话框中的各选项。对话框中各参数的意义如下：指指定轴在PMnc卡上的电机号。：指各轴的脉冲比例，表示多少个编码器脉冲等于指定轴的1mm位移。：该选项设定xY轴是否使用软限位，一般均应使用，后面的参数为正负限位的值应根据电机的安装情况确定。：该选项为电机是否要用IO量来控制其的选通。：设定PMAC卡的IO地址。：设定有关圆卡的参数。：IO卡的IO地址。：不用。,2)工艺参数设置,运动速度设定该工艺中激光头运动速度，单位为mm/s。轮廓：设定扫描轮病时的运动速度。网格：设定扫描网格时的运动速度。边框：设定扫描边框时的运动速度。空程：设定非扫描路径段的运动速度。网格功率比例：以扫描轮廓运动速度为1进行比例设置，从而改变激光切割的功率和速度比率。边框功率比例：同上。,路径参数加速时间：设定激光头运动路径中的加减速时间，单位为ms。最大夹角：设定该工艺中可以连续运动的两条直线段之间角度的最大变化值。,工作台参数运动速度：工作台的运动速度，单位为mm/s。下降距离：每加工完成一层后，工作台下降的距离,热压参数走纸距离：即每层加工所需送料长度(如图430)。走纸速度：送纸的速度，单位为mm/s。热压速度：热压扳压过的速度单位为mm/s。胶纸厚度：实测纸厚因整值，缺省设置为0.1mm,激光功率匹配最大功率：缺省设置为35W。匹配速度：缺省设置为600mm/s。,基底层数：自动加工的基底层数网格间距：基底的网格间距,其他参数测高零位读数：工作台零位时测高传感器读数。纸卷半径：每次重装新纸卷后需实测其半径。,(1)查看菜单查看菜单，缺省情况下主工具栏和状态栏已被选中。点击测高器读数项弹出对话框，显示当前测高传感器读数。(2)数控系统菜单在Nc窗口中，造型的第一步就是初始化数控系统，然后应按照工艺要求一步步进行操作，造型过程中应严格按操作步骤进行，以免造成事故。,1)数控初始化,2)温控上电,3)工作台初始化,4）载入PMAC文件,5)控制面板,6)控制面板2,弹出控制面板图，在大的矩形区域内，鼠标左键点击其中任意一点，激光头运动别相应位置。对话框右侧的滚动条控制z轴的升降。拖动滚动条上的小方块可以设定z轴的运动速度，共有10,20,30,40mm/s、四档。点击滚动条上、下侧的小三角，可以让Z轴以当前速度运动0.005s。如果按住该三角不放、则Z轴作连续运动。,7)造型,(3)程序文件菜单,(4)制造基础层菜单制造基础层菜单如图44l所示。以完成基础层中单独一层进行加工。热压：进行热压。切边框；切割别原型的边框。走纸热压：走纸，然后进行热压。分段切纸：工艺上分段切纸。,3调试窗口本窗口为熟悉PMAC数控卡和控制系统的用户调试设备所提供的PMAC命令发送窗门。在本窗口中，用户可以直接向数控卡发送可接受的任何命令并回显PMAC卡的返回字符串。,SSM800制造系统的工艺过程,1)做好加工准备，手工打好基底，工作台初始化，工作台下降送纸收纸，使新的纸带移到工件上方,2)工作台往上升,同时热压板移到工件上方,3)热压板来回碾压新层，特最上面的一层纸带与下面的工件粘接起来，添加一层新层；,4)测高，系统根据工作台停止的位量，测出工件的高度，并反馈回计算机,5)生成当前层数控文件，计算机根据当前零件的加工高度，计算出三维形体模型的交截面,6）将数控文件输入到控制系统中，控制C02激光沿截面轮廓切割。激光的功率设置在只能切透一层材料的功率值上。轮廓外面的材料用激光切成方形的网格，以便在工艺完成后分离,7)工作台向下移动，使刚切割的新层与纸带分离,操作注意事项及故障分析,1设置电机I变量,(1)电路检查,(2)检查I变量,2设备调整,()激光调整,1)同轴光路的调整,C02激光不可见，所以在调整飞行光路以前需要用HeNe激光指示，C02激光通过半透半反镜完全透射，调整HeNe激光使其通过全反镜反射到半透半反镜，再次反射后与C02激光完全重合而成为同轴光路。,2)飞行光路的调整,同轴光路调整完毕后，可以关闭C02激光，仅以HeNe激光指示飞行光路，调整其余全反镜，最终使光斑位于聚焦镜正中，并保证X/Y轴运动时光斑位置保持不变。,3)功率检测,光路调整完毕后，用功率计测量激光在每面镜片上的损失，若发现损失过大就应更换镜片或重新调整光路。,为防止振动或人为原因使镜片偏转，在确认光路不做调整的情况下，可用红油漆或厌氧胶紧固调整螺钉。,4)固定,(2)三个平面的调整,对聚焦平面、热压平面、测高平面的调整合称为三个平面的调整，其结果将对切缝宽度、纸的粘联情况、测高传感器的使用寿命产生直接影响。,(3)软件调整,1)确定原点；2)使能正负限位；3)调整电机编码器读数；4)设定程序文件；,5)修改拖挂热压板程序。,3常见问题及解决方法,(1)z向高度不准确1）检查连轴器是否有松动;2)检查测高传感器读数，用干分表测量平台下降量，用以校对传感器;3)检查电机脉冲比例设置。,(2)激光切割产生抖动1)检查光路是否有松动，镜片松动后会在运动时产生振动，导致光路左右偏转，反映在切缝上则为抖动。2)可能是电机参数变化导致了运动性能的改变。联系技术支持人员，检查交流伺服电机的参数设置(在驱动器内)，参数如发生变化青对电机重新作PID调节。,(3)激光失控1)检查激光的各部分电路连接是否正常；2)检查激光电源控制器选择开关是否拨在ANV档；3)供激光24v电源是否正常；4)检查数控卡I5变量是否为2，PLC和PLCC程序是否装载入系统，系统是否初始化；5)检查激光GATE开关是否正常，能否在高低电平两个状态间切换。数控卡IO接口的M4控制GATE的高低电乎；6)检查数控卡到激光控制器的ANV输出是否正常。将I400设为0，关闭所有PLC和PLCC程序，将数控卡IO接口的M3设为1，将数控卡M402分别设为0，16000，32000测量数控卡到激光控制器的ANV口是否有0v，5v，10v左右的输出电压。若没有先检查电路是否有断路，再改变数整卡IO接口的M3连接的继电器的常开常闭状态；7)若以上都没有问题，改变数控卡IO接口的M4连接的继电器的常开常闭状态。,4安全与维护,以机床行业标准设计制造的SSM800制造系统，其维护完全道照一般的数控机床标准。,(1)设备对环境的要求,(2)运转安全措施,(3)激光及光路系统的安全和维护,(4)电源,(5)润滑和清洁,三、选择性激光烧结快速成型制造设备,研究选择性激光烧结（SLS）设备工艺的单位有美国的DTM公司、3DSystems公司、德国的EOS公司以及国内的北京隆源公司和华中科技大学等。1986年，美国Texas大学的研究生C.Deckard提出了选择性激光烧结（SLS）的思想，稍后组建了DTM公司，于1992年推出SLS成型机。DTM公司于1992年、1996年和1999年先后推出了Sinterstation2000、2500和2500Plus机型，如图所示。其中2500Plus机型的成体积比过去增加了10%，同时通过对加热系统的优化，减少了辅助时间，提高了成型速度。,DTM公司的Sinterstation2500机型,DTM公司的Sinterstation2500Plus机型,华中科技大学的HRPS-III激光粉末烧结系统,华中科技大学的HRPS-III激光粉末烧结系统的特点：,扫描系统采用国际著名公司的振镜式动态聚焦系统，具有高速度（最大扫描速度为4m/s）和高精度（激光定位精度小于50m）的特点；激光器采用美国CO2激光器，具有稳定性好、可靠性高、模式好、寿命长、功率稳定、可更换气体、性能价格比高等特点，并配以全封闭恒温水循环冷却系统；新型送粉系统（专利）可使烧结辅助时间大大减少；排烟除尘系统能及时充分地排除烟尘，防止烟尘对烧结过程和工作环境的影响；全封闭式的工作腔结构，可防止粉尘和高温对设备关键元器件的影响。,华中科技大学的HRPS-III激光粉末烧结系统的特点：,独自开发的功能强大的HRPS2002软件，具有易于操作的友好图形用户界面，开放式的模块化结构，国际标准输入输出接口，具有以下功能：,切片模块：具有HRPS-STL(基于STL文件)和HRPS-PDSLice（基于直接切片文件，由用户选用）两种模块；,数据处理：具有STL文件识别及重新编码，容错及数据过滤切片，STL文件可视化，原型制作实时动态仿真等功能；,工艺规划：具有多种材料烧结工艺模块（包括烧结参数、扫描方式和成型方向等）；,安全监控：设备和烧结过程故障自动诊断，故障自动停机保护。,AFS-450成型系统(北京隆源自动成型公司),成型过程控制,14,RP成型过程控制界面,15,AFS300激光快速成型机,AFS300是实现SLS工艺的国产设备，它以粉末材料为原料，在每层的加工中，控制激光的点扫描对粉末进行选区烧结，以逐层累加的方式实现三维实体的加工成型。该激光成型机由机械系统、光学系统和计算机控制系统组成。机械系统和光学系统在计算机控制系统的控制下协调工作、自动地完成制件的加工成型。,AFS300激光快速成型机,设备结构简介,1机械结构,机械结构主要由机架、工作平台、铺粉机构、两个活塞缸、集料箱、加热灯和通风除尘装置组成。,(1)机架为方钢框架式结构，用于支撑设备的其他部分。机架下安有4个地脚螺栓，用于调整设备的水平；同时安有4个脚轮，以便搬运。,(2)工作平台用于安装铺粉机构和活塞缸，同时作为它们的安装基面。,(3)铺粉机构的作用是不断提供成型用的粉料并将粉铺平，它由两根直线密封式导轨、双轴步进电机、联铀器、滚轮小车(滚轮支架)、滚轮、滚轮步进电机、滚轮传动机构、刮粉片和小车面罩组成。,(4)两个活塞缸其中一个用于储备成型粉料和供料，称为料缸；另一个用于成型烧结，称为缸(又称零件缸)。两缸结构相同，主要由缸体、活塞、密封圈、精密滚珠丝杠、步进电机等组成。,(5)集料箱用于收集成型过程中多铺的粉料和卸料。每次铺粉过程料缸活塞的上升高度均高于成型缸的下降位移，成型缸铺满粉后多余的粉料通过下料口落入集料箱。,(6)加热灯的作用是将成型缸表面的粉末均匀加热，一方面可以节省激光能量，另一方面减少成型过程中由于受热不均匀产生的变形。,(7)通风除尘机构由风机、通风管路和滤尘箱组成，它的作用是排除工作过程中产生的粉尘和烟雾。,成型机的运动部件两个活塞缸中的活塞通过精密滚珠丝杠做上下往复运动，滚轮小车通过两根直线导轨做直线往复运动，滚轮沿着推粉方向做反时针转动。这些运动部件均由步进电机驱动和精确定位。直线导轨和该珠丝枉上均装有限位开关，使运动限制在行程之内。,2光学系统,成型机的基本工艺过程是激光束对粉末材料的选区烧结，激光束的精密控制是成型的关键.成型机的光路系统如图所示。,AFS300主机结构示意图,1-机架；2-激光室；3-导轨；4-工作平台；5-集料盒；6-铺粉机构；7-通分到；8-料缸；9-加热灯；10-成型钢；11-排尘装置；12-封板；13-丝杠；14-插板；15-集料箱；16-脚轮17-地脚螺栓；18-刮板,光路的主要组成部件有：激光器、反射镜、扩束聚焦系统、扫描器、光束合成器、指示光源。,激光器激光器系统采用美国公司生产的485型C02激光器，最大输出功率为50W.该激光器是全金属射频激励型结构，其特点是结构紧凑，输出稳定，可靠性高，易于控制。,激光的控制分为输出功率大小的控制和开关的控制，控制信号为5KHZ的TTL电平的方波。将控制信号与一门控信号相与后加在激光器上，通过门信号控制激光的开关。,当门控传导为1时，有激光输出，平均功率由控制信号的占空比决定。当门控信导为0时，无激光输出。激光器在工作过程中有很大一部分能量变成热能，因而要通水冷却，水温应在18至25。激光器的冷却水由一台循环水制冷机提供。,反射镜反射镜为20mm的镀金反射镜，它的作用是将激光导入扩束聚焦系统。反设镜架上装有两个调整螺钉，可以调整反射镜的水平角和俯仰角，使光束恰好位于扫描器反射镜的中央。,扩束聚焦系统为了能得到较小的聚焦光斑，让光束先扩束，再聚焦。这样能使光斑更细。扩束聚焦系统由扩束镜、聚焦镜l和聚焦镜2以及镜筒组成。这三片镜子装在一个同心性很好的镜筒上，适当调整三者之间的相对位置，可使光束恰好聚焦在加工表面。,扫描器扫描器由两个相互垂直的反射镜组成。每个反射镜有一个振动电机驱动，激光束先入射到x镜，从x镜反射到Y镜，再由Y镜反射到加工表面，电机驱动反射镜振动，同时激光束在有效视场内扫描。,x镜和Y镜分别驱使光点在x方向和Y方向扫描扫描角度通过微机接口进行数控，这样可使光点精密定位在视场内任一位置。扫描振镜的全扫描角(光学角)为40，视场的线性范围要由扫描半径确定，光点的定位精度可达全视场的165535。,指示光源由于加工用的激光束是不可见光，这样不便子调试和操作。用一个可见光束与激光束会并在一起，可在调试时清晰看见激光光路，便于各光学元件的定心和调整。,光束合成器光束合成器通过特殊的镀膜技术，具有对激光束高透，对指示光高反的特性因面可将两束光合成为一束，从此后，在光路中有两束光在同一条路径上传输，指示光的位置指着激光束的位置。,3控制系统,成型机的控制系统是一个由计算机控制的开环系统。其基本过程是由计算机先控制铺粉机构，将烧结粉末均匀地铺在烧结面上，然后控制激光器和扫描器，使激光束在烧结面上扫描，尔后烧结面下降一段微小距离，完成一次烧结过程。不断重复上述过程完成逐层叠加。,铺粉装置含有四台步进电机，计算机通过其内部的AT6400卡及外部附卡对各步进电机驱动器进行控制，其中两台用于料缸和成型缸活塞的上下运动，第三台用于带动铺粉小车水平运动，第四台用于铺粉小车的滚轮转动。电机驱动器配有专用电源，为检测、限制各部件的运动，系统对前三台电机控制的运动部件各安装了两个检测开关，检测信息由AT5400卡处理。,为保证烧结条件，可设定激光功率和原料加热功率。系统中还包括照明、通风、激光指示光等辅助装置。各部件的供电控制是由显示器右侧的键盘板及功率开关插件完成,键盘板内含单片机，可与计算机通讯，键盘板面板如图472所示。左上部两数码管用于激光器功率设定。当激光器被打开后，可通过这两数码管下部的按键调整激光器的输出功率，显示值为激光器满功率的百分比。右上部两数码管用于原料热湿功率控制，当加热器被打开后，可通过这两数码管下部的按链调整加热器的功率，显示值为加热器满功率的百分比。,键盘板中下部的八个按键分别用于向各用电部件供电的控制，每按一次，对应的指示灯状态改变一次，亮表示打开，灭表示关闭，其中，激光器按键必须在冷却器被打开时才能有效，当激光器加热器被关闭时，其设定值也自动回零。当各按键均被关闭或只有加热器，指示光，照明被打开，控制拒顶部的工作状态灯均为红，表示处于非工作状态。当激光器、冷却器、扫描器、电机、通风之中只要有打开的，工作状态灯为红绿，表示处于持机状态。当上述五键均打开，工作状态灯为绿，表示处于正常工作状态。,计算机可通过串口对键盘板进行操作，可直接设置激光、加热参数、各镶状态还可实现自动关机。,控制面板,当计算机死饥或单次烧结时间超过8min，键盘板将自动关闭加热装置，若是烧结时间超长引起的，当系统再进行下一循环时，加热器功率仍按原设定值开始工作。当系统出现异常，可按下键盘板上方的红色蘑菇头应急按钮，系统将全部断电。整个系统安装于标难工业控制柜内。,控制软件操作界面,1软件功能,控制软件实现成型机的系统监控和成型零件加工数据的处理，控制成型机系统完成零件的自动成型。控制程序是操作人员与成型机之间的主要人机界面，完成的主要控制功能包括；,(1)实现可动机构的联动或独立控制；(2)成型零件加工参数的设定(包括零件在零件缸中的位量，激光束的扫描速度，起始层数和结束层数)；(3)一缸多件；(4)摸拟显示(5)自动烧结成型；(6)实时控制和自动关机(与单片机配合完成)；(7)成型零件与零件缸自动对中；(8)扫描方式变换。控制软件接收的输人数据文件是AFS自动成型系统专用数据文件:*.AFI,它由切片软件提供。软件通过井口输出激光扫描器所需的专用数据。,2软件的菜单系统,软件由下拉菜单、背景菜单和热键提示组成,(1)下拉菜单,下拉菜单由File,Parameters,Process,Manual四项主菜单组成.,(2)背景菜单,背景菜单包括：PartInformation，MotorStatus，RunTimeStatus等。,PartInformation窗口中包含有13个重要的参数，当打开一个数据文件后，这些参数将有相应的数据。菜单中的各项内容如下表46所示。,MotorStatus此窗口显示4个机械装置的运动位置和是否处于极限位置。,RunTimeStatus此窗口动态显示每一层的扫描矢量数，零件数和当前的加工层数.屏幕最下方的状态条动态显示加工完成的层数与总层数的百分比。,(3)操作热键,可以实现零件缸、料缸、铺粉机构和铺粉滚轮的单独控制和联动控制。,3控制软件的使用方法,(1)打开文件,(2)参数设置,(3)过程控制,模拟显示,成型加工,每层重复次数,起始层数，结束层数，加工运行参数,(4)可动机构的分项人工控制,工艺过程及操作步骤,1工艺参数AFS激光快速成型的工艺参数包括：CAD三维造型STL输出精度、切片参数(切片厚度、扫描间距、扫描方式)和成型烧结参数。,(1)STL精度STL文件是CAD软件和切片软件的接口数据文件。各个CAD软件对STL精度的量化不尽相同，用户应仔细参阅CAD软件的说明书选择合适的精度值。如果STL的精度是以三角形面对曲面间的最大弦高表示,建议此值取0.1-0.01之间。如果STL精度不够，成型实体的表面会有明显的三角形特征，如果精度超出成型精度则没有实际意义，相反造成STL文件过大,数据处理困难。,(2)切片参数切片过程需要控制的参数包括零件放置方向、切片厚度、扫描间距和扫描方式。,零件放置方向的确定可依据以下原则：1)尽量使尺寸精度要求高的面位于xY平面。2)避免成型过程产生大的应力变形，即不要使大的薄平面或悬臂结构位于x-y面3)尽量使大尺寸的面位于下部。4)成型层数尽量小。5)尽量使长铀位于Y方向(即推粉方向)。,切片厚度取决于成型件的精度要求、最大烧结厚度和最小成型层厚，切片厚度一般取01-025mm，切层薄，成型效率低，易于变形；切层太厚没有精度意义，成型件的强度差。,扫描间距指相邻二次激光扫描线的距离。一般取01-025mm之间，扫描间距小，x、Y方向的分辨率高，但间距过小(如小于12烧结宽度)，则没有实际意义，反而影响烧结质量并加大热应力；扫描间距大，分辨率变差，成型强度低，如果扫描间距大于烧结宽度，则不能烧结。对于薄壁结构，应选较小的值；反之，可选较大值。，,切片软件设有四个扫描方式；X方向扫描；Y方向扫描；x、Y方向相邻两层扫描方向旋转90。x、Y相邻四层每层扫描方向旋转卯。扫描方式决定了每层的矢量数，并影响成型过程的应力分布。一般对于有对称结构的零件，应采用x、Y两方向扫描，这样应力分布相对均匀，变形小；对于有长轴结构的零件，可使扫描方向沿着长度方向，这样矢量数小，成型效率高。,(3)成型烧结参数扫描速度、激光功率、预热温度、铺粉参数等,扫描速度和激光功率是一对紧密相联的参数。它们决定了单位时间内对材料的作用强度，对于一种烧结材料，扫描速度与激光功率具有一一对应的关系。扫描速度快必然要求激光功率高，反之较弱的激光功率只能用慢的扫描速度。,扫描速度和激光功率的调整，一般应先调整扫描速度，因为它直接影响成型精度、成型效率和热变形。扫描速度慢，扫描精度高，但成型时间长，扫描平面的热不均性加大，易于变形。扫描速度若过快，扫描精度恶化，要求激光提供较高的功率。所以扫描速度取适当的中间值。,激光功率直接影响烧结质量。在SLS过程中，激光的作用是利用其高密度的能量使粉体颗粒在瞬间经过熔化、凝固等物理过程成伴随着固体反应等化学过程烧结或粘结在一起。,不同的材料，在扫描边度和其他条件相同的情况下所需的激光能量是不同的。因为粉体的光吸收性、热扩散性、熔点不同。如果材科的光吸性系数、热扩散系数高、熔点低，在相同激光能量的作用下，所形成的烧结宽度和烧结深度就大。所以激光功率的调整必须充分考虑材科特性。,成型缸上部装有一辅助热源，对粉体表面预热。预热的作用和目的在于减小成型过程的变形和激光能量。,铺粉参数包括铺粉小车的运动速度，滚轮轮缘线速度，料缸和成型缸活塞的升降步长。,2成型机的操作,(1)开机操作,(2)成型操作,(3)停机取件,(4)更换原料,3成型件的后处理,(1)原型件的后处理,1）刷浸树脂。用毛刷均匀地将原型件刷浸专用树脂23遍，以均匀浸透为度。2)在洁净、干燥、通风的环境下放置23h，使树脂初步固化。3)将原型件放置在烘干箱内，将烘干箱内的温度调至6070，保温4-6h4)对于采用分割加工的大尺寸的原型件用树脂胶将其粘接成整体。5)用100400砂纸将原型件表面处理至要求的粗糙度。6)对于有颜色要求的原型件，可对原型件表面作喷漆处理。,(2)铸造蜡型的后处理,1)浸蜡。将工业石蜡加热熔化，温度控制在70左右，将成型件慢慢地浸入蜡液中，待气泡减少至基本消失，将成型件取出、冷却。2)对于采用分割加工的大尺寸的蜡型，将拼合面加热至熔融状态，然后贴合，施压，使共粘合为整体。3)用热吹风机将蜡型表面加热至微熔，用拇指将蜡型表面的加工痕迹抹平，提高表面光滑度。4)粘接铸造浇道及浇口。,注意事项及故障分析,1注意事项(1)光学系统的调整与维护,(2)控制系统的维护,2故障分析与处理,四、熔融沉积快速成型制造设备,研究熔融沉积制造（FDM）设备工艺的单位主要有美国的Stratasys公司、MedModeler公司以及国内的清华大学等。Stratasys公司的SLS技术在国际市场上所占比例最大。ScottCrump在1988年提出了熔融沉积（FDM）的思想，并于1991年开发了第一台商业机型。Stratasys公司于1993年开发出第一台FDM1650（台面为250mm250mm250mm）机型，如图所示。,Stratasys公司的FDM-1650机型,Stratasys公司又先后推出了FDM2000、FDM3000和FDM8000机型，其中FDM8000的台面达457mm457mm610mm。引人注目的是1998年Stratasys公司推出的FDM-Quantum机型，最大成型体积为600mm500mm600mm，如图所示。由于采用了挤出头磁浮定位系统，可在同一时间独立控制两个挤出头，因此其成型速度为过去的5倍。Stratasys公司1998年与MedModeler公司合作开发了专用于一些医院和医学研究单位的MedModeler机型，使用ABS材料，并于1999年推出可使用聚脂热塑性塑料的Genisys型改进机型GenisysXs，其成体积达305mm203mm203mm，如图所示。,Stratasys公司的FDM-Quantum机型,Stratasys公司的FDM-GenisysXs机型,国内清华大学研制的熔融挤压沉积成型(MeltedExtrusionModeling-MEM)也有其独特的特点，MEM机型重于特殊的喷嘴和设备的开发，成卷轴状的丝质原材料是通过加热喷头挤出，原型在一个垂直上下移动的底座上逐层制造出来。该设备采用先进的喷嘴设计（包括丝质材料加热、挤出、输入和控制），起停补偿和超前控制，保证了熔化材料的堆积精度；采用了先进的、独特的悬挂式装置，因而机床具有良好的吸振性能，扫描精度也大大提高，性能可靠，稳定性好；由于未采用激光，运行费用在所有的RP设备中是较低的；该设备无噪音，对环境无污染。,MEM250熔融挤压成型机,设备结构简介,1机械结构1)设备框架；2)X、Y扫描机构；3)z轴升降机构；4)喷头、送丝系统,2电气控制(1)硬件控制原理控制系统主要由两部分组成，即数控和温控。在系统中PC总线的586工控机通过数控卡对完成平面扫描的x、Y电机和工作台升降的z电机进行控制，数控卡发出的控制信号也控制喷头的步进电机和送丝电机。,(1)运动控制卡即数控卡)：美国公司的刚PMAC为Pc总线卡式4轴伺服电机控制器完成对x、Y、z、田头的步进电机等轴的运动控制。计算机将设备控制系统采用两级分布式结构，上位机为工业控制计算机，下位机为控制器各自完成特定的单元控制。上位机通过Pc总线与下位各控制器相连。,预先产生的Nc代码通过PC总线传送给运动控制卡后，由该卡对扫描、升降等运动进行实时控制。x、Y、z运动单元用美国某公司的运动控制卡PMAc的其中三轴控制，其中x和Y运动单元由伺服控制器、Ac伺服驱动器、Ac伺服电机和传动导向机构四部分构成，电机上有编码器反馈，属于半闭环控制系统。z运动单元由步进控制器(Acc8D转换)，Dc步进驱动器、步进电机和传动导向机构四部分构成，开环控制系统。,(2)温控卡：FUJI温控表用于控制温度单元的温度,(2)各主要单元电气控制原理,1)x、Y、z运动单元X、Y、z运动单元用美国公司的运动控制卡PMAc的其中三轴控制，其中x和Y运动单元由伺服控制器、Ac伺服驱动器、Ac伺服电机和传动导向机构四部分构成，电机上有编码器反馈，属于半闭环控制系统。Z运动单元由步进控制器(Acc8D转换)、Dc步进驱动器、步进电机和传动导向机构四部分构成，开环控制系统。PMAc为4轴伺服电机控制器。接口扳可以认为也是其一部分，其上可连出伺服控制信号，反馈信号，限位开关信号等。Acc8D为vF(伏/频)转换卡，其上产生控制步进电机的脉冲信号。传动与导向机构采用滚珠丝杠和滑动导轨具有较高的精度和刚度。计算机根据分层路径信息，按PMAC代码集产生控制代码，然后通过Pc总线格Nc代码传给PMAc，控制卡本身具有数据存储能力，因此每次既可以只传一条命令，也可传一组命令(如命令文件)。,2)辅助单元辅助运动单元用运动控制卡的第四轴控制，为了切换不同的运动控制，用电子开关来进行切换控制，其中走纸运动单元由步进控制器(Acc8D转换)、Dc步进驱动器、步进电机和传动导向机构四部分构成，开环控制系统，喷头控制采用了出丝和扫拙速度匹配的原则。,3)温控单元温控单元由温控器、传感器、加热元件和加热电源组成。用来控制热压板温度。FUJI温控表是一种内置cN智能温度控制器具有PID自整定功能。测量精度在1以内。采用的输入类型为PT100热电阻，输出类型为固态继电器。,CLI窗口，NC窗口，调试窗口,控制软件,1CLI窗口主要有CLI模型，设定参数，坐标变换等功能。浏览CLI模型；2D显示时Pagedown,Pageup两键用来放大、缩小模型上、下、左、右四键可以在CLI窗口中平移CLI模型。在CLI窗口中按住鼠标左键，然后拖动，也可平移CLI模型。,CLI窗口中有两个标尺条，用来显示CLI模型的坐标。用户可以在CLI显示设置中设定是否显示该标尺。,窗口底部显示总层数和当前层数。(1)文件菜单,(2)实用工具菜单1)平移和缩放,2)显示设置,3)参数设置对话框,1设备参数设置,2工艺参数设置,a运动参数设定该工艺中喷头运动速度轮廓：设定扫描轮廓时的运动速度。网掐：设定扫描网格时的运动速度。支撑：设定扫描支撑时的运动速度。空程：设定非扫描路径段的运动速度。,b喷头参数喷头速度：喷头送丝速度层厚：层与层之间的距离,c基底参数层数：自动加工的从基地层数网格间距：基底的网格间距,d路径参数加速时间：设定喷头运动路径中的加减速时间，单位为毫秒。最大夹角：设定该工艺中可以连续运动的两条直线段之间角度的最大变化值,e工作台参数运动速度：工作台的运动速度下降距离：加上完成一层后，工作台下降的距离,f喷头延时参数开肩延时：喷头滞后开启的时间，单位为毫秒。关闭延时：喷头提前关闭的时间单位为毫秒。,g其他参数测高零位：工作台零位时测高传感器读数。,2NC窗口,NC窗口主要有造型，设备初始化等功能。,(1)数控系统菜单,1)数控初始化,2)载人PMAC文件,3)控制面板,4)造型对话框,(2)程序文件菜单,(3)调试窗口,MEM-250-的操作说明,1接通总电源前，应关闭送丝电源。,2打开计算机，调入FDM控制系统,读入相应的CLI文件，打开CLI窗口.,3按下温控按钮，此时成型材料温控表上显示成型材料的温度。,4用窗口一NC窗口调出NC窗口,5利用数控系统一控制面板2调出,6利用数控系统一数控初始化菜单将数控系统初始化,五、三维喷涂粘结设备,三维喷涂粘接快速原型技术作为喷射成形技术之一，具有快捷、适用材料广等许多独特的优点。该项技术是继SLA、LOM、SLS和FDM四种应用最为广泛的快速原型工艺技术后发展前景最为看好的一项快速原型技术。目前，该项技术由MIT研究取得成功后已经转让给ExtrudeHone、Soligen、SpecificSurfaceCoporation、TDKCoporation、Therics以及ZCoporation等6家公司。已经开发出来的部分商品化设备机型有3DSystems公司的3D-Printer系列、ZCorp公司的Z系列、Solidscape公司（原SandersPrototypeInc.）的T系列等。,ZCorp公司的Z310快速原型设备,ZCorp公司的Z510快速原型设备,Mira.美瑞3D快速成型机,PROJETCPX3500（plus）特色优点:1、采用100%全蜡材料建造模型，可直接用于珠宝首饰失蜡铸造工艺2、采用立体喷蜡打印技术，精度高，Z层最高精度可达16u3、建造产品表面光滑，适用于精密铸造加工4、打印模式有高精度和超高精度两种可选5、支撑蜡材料去除容易方便，无需手工操作6、工作平台大，且产品可堆叠放置，可长时间无人值班运行7、直接导入STL、SLC格式文件就可进行建造加工8、生产速度快，操作简单容易，操作人员只需经过简单培训即可9、结构紧凑、整洁美观，适合办公室环境操作,PROJETCPX3500（plus）,技术规格参数设备尺寸及重量SizeandWeight73712571504mm(29.049.559.2英寸)(W*D*R)净重254kg(560Ib)净成型尺寸-PartsSizeHD模式：298185203mm(11.757.38英寸)XHD模式：127178152mm(576英寸)操作系统及数据格式-OperatingsystemsanddataformatsWindowsXPProfessionalSTL,SLC可以接入10/100M网络接口,PRINT3D操作说明,建模载入加工,建模载入加工,建模软件：SolidWorksPro/EAutoCADUG(不能有错误)另存为.stl格式,建模载入加工,1.打开软件。（打开软件前要插入加密锁）,2.初始化软件。,建模载入加工,建模载入加工,3.载入模型。,建模载入加工,卸载模型,载入多个模型,4.调整模型。,建模载入加工,建模载入加工,建模载入加工,选择N3精细,将填充间隔改为3,工作台高度为默认值，不要改变,支撑,支撑,支撑,注意：每次加工完，如果不关机，继续新的加工，要恢复就绪状态。,加工范围：223mm262mm315mm过大的形体需要进行拆分，用丙酮作为胶剂粘接。2.不同表面的成型质量不同，上表面好于下表面，水平面好于垂直面，垂直面好于斜面。选择重要的表面作为上表面。水平方向精度好于垂直方向的精度，水平面上的圆孔、立柱质量精度最好，垂直面上的较差。如果有较小直径（小于10mm）的立柱、内孔等特征，尽量选择垂直方向成型。水平方向的强度高于垂直方向的强度。如果需要保证强度，选择强度要求高的方向为水平方向。4.模型表面有平面时，以平行和垂直于大部分平面的方向摆放。减少支撑面积，降低支撑高度。避免出现投影面积小，高度高的支撑面出现。,补充内容,SPS250M激光快速成型机(医学用机),2010年新款，SLA设备，高精度低价格，配合铸造树脂，适合制作首饰等精巧样件或手板。特点：外观线条流畅，小巧玲珑，性价比极高，成型精度高，适合制作精巧样件或手板原理：采用材料累加成型原理，由CAD数据直接控制激光扫描光敏树脂，快速精确的制造出任意几何形状的产品，无需考虑其复杂程度，真正实现无模制造。具有成型速度快、成型精度高、表面质量好，处理简单省时等优点成型过程：技术参数：激光扫描速度：6m/s激光光斑直径：0.2mm成型体积：250mm250mm100mm加工精度：0.1mm（L100mm）or0.1%（L100mm）加工层厚：0.05mm0.2mm最大成型速度:60g/h设备体积:1265mm815mm1705mm数据接口:STL,SPS250J激光快速成型机(珠宝手机眼镜),3D打印出不可能之物！真实3D模型实现埃歇尔画作2012-9-29,Technion以色列著名的理工学院的研究者已经用他们自己的Objet3D打印机把不可思议的埃歇尔画作重新打造为真实有形的3D模型。特别吸引人的是3D打印的观景楼，于1958年5月作为2D画作面世。在他的原始画作中，埃歇尔画了一个由一些柱子支撑的矩形三层楼，第一眼看去，画作似乎很合理。而仔细查看后人们可以发现那些前面的柱子似乎在支撑顶层楼的后部，而后面的柱子又貌似在支撑前部这很显然是矛盾的。而现在，您可以看到这个悖论是如何在“真实的”3D世界中得到解答的它巧妙地利用了观看者视角的转变,3D打印机助您创造新型机器人2012-9-29,新兴科学软机器人学直到目前，机器人仍然外观坚硬，材质比人体软组织强硬无数倍。因而机器人在通常的形态上与人类没有丝毫相似之处。PeterWalters和DavidMcGoran是比利斯托西英格兰大学的两名研究员，他们正努力改变这一局面他们在大学微型印刷研究中心3D打印实验室工作，创造出与章鱼或水母触角活动和功能最为相似的“人工肌肉”，人工肌肉材质为形态记忆合金材料（生物金属），此材料经电流加热后会收缩。生物金属线内置于3D打印的触角手臂，受刺激后，这种手臂会在多个方向活动。,3D打印机助您创造新型机器人2012-9-29,照片中的触角由objet打印机制成世界上唯一能通过3D技术在同一个结构中打印刚性和类似橡胶材料的唯一技术。通过Objet打印的部件是蓝色的部分。这些事实上是由ObjetTangoPlus透明类似橡胶的材料，这种材料在3D打印和清洁后染制过。,3D打印机助您创造新型机器人2012-9-29,使用3D打印和生物金属取得了进展，可能距离使用多材料3D打印创造出真实的工作智能机器人将不再遥远。使用这样的系统可以使设计师将刚性3D打印骨骼和关节无缝连接到灵活的3D打印制成的软组织上-通过生物金属伸进和肌腱提供动力，精确地嵌在复杂分支旁道内部。,混合材料3D打印的人体关节，使用刚性和橡胶类材料。弗吉尼亚理工大学的一名学生发明了一种无缝无胶结构。,黑衣人3里的3D打印武器2012-9-30,Moddler是一家旧金山的3D打印定制商店。利用自家ObjetEden5003D打印机，为黑衣人电影第三部设计一系列独特的未来式手枪模型,黑衣人3里的3D打印武器2012-9-30,从ObjetConnex3D打印机直接打印的一整架贝瑞塔手枪（支撑材料仍附着在模型上）,黑衣人3里的3D打印武器2012-9-30,从ObjetConnex3D打印机直接打印的一整架贝瑞塔手枪（支撑材料仍附着在模型上）,黑衣人3里的3D打印武器2012-9-30,用清晰透明及刚性黑色材料打印的多