叠层实体快速成型

1、01职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库铜合金铸件铸造技术课程教案叠层实体快速成型制作人：杨兵兵陕西工业职业技术学院职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库叠层实体快速成型、叠层实体制造工艺的基本原理和特点1.叠层实体快速成型工艺的基本原理由计算机、材料存储及送进机构、热粘压机构、激光切割系统、可升 降工作台和数控系统和机架等组成。首先在工作台上制作基底，工作台下 降，送纸滚筒送进一个步距的纸材，工作台回升，热压滚筒滚压背面涂有 热熔胶的纸材，将当前迭层与原来制作好的迭层或基底粘贴在一起，切片软件根据模型当前层面的轮廓控制激光器进行层面切割，逐层制作，当全部迭层制作完毕后，再将多余废料去除

2、。如图1所示。10铜合金铸件铸造技术课程压滾t枚料滾救图1叠层实体制造技术的原理简图在叠层实体快速成型机上，截面轮廓被切割和叠合后所成的制品如下图所示。其中，所需的工件被废料小方格包围，易y除这些小方格之后，便可得到三维工件。如图2所示。图2截面轮廓及网格废料2.叠层实体快速成型技术的特点优点:原材料价格便宜，原型制作成本低制件尺寸大无须后固化处理无须设计和制作支撑结构废料易剥离热物性与机械性能好，可实现切削加工精度高(8)设备可靠性好，寿命长操作方便缺点:(1) 不能直接制作塑料工件(2) 工件的抗拉强度和弹性不够好（3）工件易吸湿膨胀 （4）表面有台阶纹，需打磨二、叠层实体快速成型的材料和

3、设备1. 叠层实体快速成型材料薄层材料:纸、塑料薄膜、金属箔等粘结剂:热熔胶制备工艺：涂布工艺纸的性能要求：1）抗湿性 2）良好的浸润性3）抗拉强度4）收缩率小5）剥离性能好6）易打磨，表面光滑7）稳定性热熔胶:良好的热熔冷固性（约70100C开始熔化,室温下固化）在反复“熔融-固化”条件下，具有较好的物理化学稳定性。熔融状态下与纸具有较好的涂挂性和涂匀性。与纸具有足够粘结强度。良好的废料分离性能。涂布工艺:涂布工艺有涂布形状和涂布厚度两个方面。涂布形状指的是采用均匀式涂布还是非均匀涂布，非均匀涂布又有多 种形状。均匀式涂布采用狭缝式刮板进行涂布，非均匀涂布有条纹式和颗 粒式。一般来讲，非均匀

4、涂布可以减小应力集中，但涂布设备比较贵。涂 布厚度指的是在纸材上涂多厚的胶，选择涂布厚度的原则是在保证可靠粘 接的情况下，尽可能涂的薄，以减少变形、溢胶和错移。2. 叠层实体快速成型制造设备常见的设备如图36所示。r厂7图3 Helisys公司的LOM-2030机型图4 Solidimension公司开发的SD 300叠层打印机liiH2皆薄艇卷粘结制图5 SD300叠层打印机耗材配件及制作的模型图6 HRP系列薄材叠层快速成型机三、叠层实体快速成型的工艺过程叠层实体快速成型的工艺过程主要分为三个部分：前处理、分层叠加 和后处理。具体的如图7所示。基底制作原型制作STL文件分层&加激光

5、加热切片切碎 切割辗温软件网格 速度度精度尺寸后处理義面质量处理提高强硬S处理图7叠层实体快速成型的工艺过程四、提高叠层实体快速成型制作质量的措施1.叠层实体原型制作误差分析叠层实体原型的制作误差主要包含 CAD模型STL文件输出造成的误 差、切片软件STL文件输入设置造成的误差、成型过程误差以及设备精度 误差等。具体的如图8所示。“DS里STT立件輸出a战的课差I不一牺竦1 1成型功睾控制不当Hffl能尺寸peia不a左1峻舶瓯就XI盧1罠 硼希ftSSS ”商与工柞细S醛图8叠层实体原型制作误差理£后环境飙引略羞 肢形! 卿E I(1) 提高叠层实体原型制作精度的措施(2) 在进

6、行STL转换时，可以根据零件形状的不同复杂程度来定。 在保证成形件形状完整平滑的前提下，尽量避免过高的精度。不同的CAD软件所用的精度范围也不一样，例如Pro/E所选用的范围是0.010.05mm,UG n所选用的范围是0.020.08mm,如果零件细小结构较多可将转换精度设高一些。(3) STL文件输出精度的取值应与相对应的原型制作设备上切片软件的精度相匹配。过大会使切割速度严重减慢，过小会引起轮廓切割的严 重失真。(4) 模型的成型方向对工件品质(尺寸精度、表面粗糙度、强度等)材料成本和制作时间产生很大的影响。应该将精度要求较高的轮廓(例如， 有较高配合精度要求的圆柱、圆孔)，尽可能放置在

7、X-Y平面。(5) 为提咼成形效率，在保证易剥离废料的前提下，应尽可能减小网格线长度，可以根据不同的零件形状来设定。当原型形状比较简单时，可 以将网格尺寸设大一些，提高成型效率；当形状复杂或零件内部有废料时, 可以采用变网格尺寸的方法进行设定，即在零件外部采用大网格划分，零 件内部采用小网格划分。(6) 热湿变形控制：采用新的材料和新的涂胶方法；改进后处理方法;根据制件的热变形规律预先对 CAD模型进行反变形修正；原型制作后的处 理措施：加压下冷却叠层块；充分冷却后剥离；及时进行表面处理(涂覆 增强剂如强力胶、环氧树脂漆或聚氨酯漆等，有助于增加制件的强度和防 潮效果)。3. 原型的吸湿性及涂漆

8、防湿效果试验:从此表可以看出，未经任何处理的叠层块对水分十分敏感，在水中浸泡10min，叠层方向便涨高45mm,增长41%，而且水平方向的尺寸也略有 增长，吸入水分的重量达164g,说明未经处理的LOM原型是无法在水中 进行使用，或者在潮湿环境中不宜存放太久。为此，将叠层块涂上薄层油漆进行防湿处理。从实验结果看，涂漆起到了明显的防湿效果。在相同浸 水时间内，叠层方向仅增长3mm,吸水重量仅4g。当涂刷两层漆后，原型 尺寸已得到稳定控制，防湿效果已十分理想。五、叠层实体制造工艺后处理中的表面涂覆1.表面涂覆的必要性LOM原型经过余料去除后，为了提高原型的性能和便于表面打磨，经 常需要对原型进行表

9、面涂覆处理，表面涂覆的好处有:提咼强度;提高耐热性;改进抗湿性;延长原型的寿命;易于表面打磨等处理;经涂覆处理后，原型可更好地用于装配和功能检验。纸材的最显著缺点是对湿度极其敏感，LOM原型吸湿后叠层方向尺寸 增长，严重时叠层会相互之间脱离。为避免因吸湿而引起的这些后果，在 原型剥离后短期内应迅速进行密封处理。表面涂覆可以实现良好的密封, 而且同时可以提高原型的强度和抗热抗湿性。2.表面涂覆的工艺过程(1)将剥离后的原型表面用砂纸轻轻打磨，如图9所示:轻轻砂磨后的表®原型初始黑面图9剥离后的原型表面100份(2) 按规定比例配备涂覆材料(如双组份环氧树脂的重量比:TCC-630配20份TCC-115N硬化剂)，并混合均匀;(3) 在原型上涂刷一薄层混合后的材料，因材料的粘度较低，材料会很容易浸入纸基的原型中，浸入的深度可以达到1.21.5mm;(4)