快速成型实验

1、浙江科技学院快速成型实验报告课程名称 ：快速成型实验学院：机械与汽车工程学院专业班级 ：姓名：实验地点：指导老师 ：2014年 10月 28日一、实验目的随着社会需求和科学技术的发展， 市场竞争越来越激烈， 产品更新周期越来越短，因而要求设计者不但能根据市场的要求很快地设计出新产品， 而且能在尽可能短的时间内制造出产品的样品， 进行必要的性能测试， 征求用户的意见并进行必要的修改， 最后形成能投放市场的定型产品。 用传统的方法制造样品， 需采用多种加工机床，以及相应的工具和模具，既费时、成本又高，周期往往长达几星期至几个月， 大型复杂设计所费的工时甚至以年为计算， 完全不能适应市场日新月异的变

2、化。 为克服上述问题， 近几年来出现了快速成型技术和相应的快速制模技术。通过实验要求学生熟悉计算机设计的三维图形直接制取模型的方法， 掌握快速成型机制模型的过程及技巧。 同事要求学生掌握模型后处理的方法， 掌握模型制作的整个过程及技巧。了解快速成型机的工作原理，操作方法和步骤。掌握 co2 激光器切割的工作原理和设备组成二、实验原理快速成型 (Rapid Prototyping,RP)技术是 20 世纪 80 年代问世的一门新兴制造技术，自问世以来，得到了迅速的发展。由于 RP技术可以使数据模型转化为物理模型，并能有效地提高新产品的设计质量， 缩短新产品开发周期， 提高企业的市场竞争力，因而受

3、到越来越多领域的关注， 被一些学者誉为敏捷制造技术的使能技术之一。 RP技术的基本工作过程。 RP技术是由 CAD模型直接驱动的快速制造复杂形状三维物理实体技术的总称。其基本过程是：1. 首先设计出所需零件的计算机三维模型，并按照通用的格式存储；2. 据工艺要求选择成形方向（方向） ，然后按照一定的规则将该模型离散为一系列有序的单元， 通常将其按一定厚度进行离散 (习惯称为分层 )，把原来的三维模型变成一系列的层片；3. 再根据每个层片的轮廓信息 ,输入加工参数，自动生成数控代码；4.最后由成形机成形一系列层片并自动将它们联接起来，得到一个三维物理实体。这样就将一个物理实体复杂的三维加工转变成

4、一系列二维层片的加工， 因此大大降低了加工难度。 由于不需要专用的刀具和夹具， 使得成形过程的难度与待成形的物理实体的复杂程度无关， 而且越复杂的零件越能体现此工艺的优势。 目前快速成形技术包括一切由直接驱动的成形过程。传统的加工方法又称为“去除”法：部分去除大于工作件的毛坯上的材料，而得到工件。快速成形技术彻底摆脱了传统的方法， 也不同于传统的受迫成形 （在模腔内成形），如铸、锻、挤压成形等，而采用全新的“增长”加工法即：用一层层的小毛坯逐步叠加成大工件， 将复杂的三维加工分解成简单的二维加工组合。因此，它不必采用传统的加工机和工模具，只需要传统加工方法的 30-50%的工时和 20-35%

5、的成本，就能直接制造产品或模具。三、实验设备、仪器和实验材料1. HRP- B 快速成型机2. 雕刻刀3. 502 胶水4. 砂纸5. 热熔树脂涂覆纸6. 内六角扳手HRP-B 快速成型机的简介HRP-II B 快速成型机有三部分组成：数控系统、精密数控机械系统、激光器及冷却系统。1) 数控系统：他由高可靠性工业计算机、性能可靠的各种控制模块、电动驱动单元、高精度的传感器组成， 配以 HRP2004软件。其功能用于三维图形数据处理，加工过程的实时控制及模拟。 HRP2004软件还具有 STL文件识别及重新编码，容错及数据过滤切片技术，变网格划分技术，系统故障诊断，故障自动停机， STL文件可视

6、化，及具有图形旋转、平移、缩放等功能。2) 精密数控机械系统 （主机）：它由伺服驱动的激光扫描单元、 可升降工作台、送收料装置、热压层叠装置、通风排尘装置、机身及机壳等装置组成。它主要完成系统的加工传动功能。激光 X-Y 扫描单元采用交流伺服驱动和滚珠丝杆传动，升降工作台为 4 柱导向和双滚珠丝杆传动，保证了系统的高精、高速和平稳传动。3) 激光器及冷却系统：激光器由二氧化碳激光管，激光电源，控制器及外光路组成，他能提供加工所需能量。 冷却装置由可调恒温水冷却器及外管路组成，用于冷却激光器，以提高激光能量稳定性。图 3.1 HRP- B 快速成型机HRP-B 快速成型机主要性能参数。1) 主机

7、外型尺寸： 1470mmX1100mmX1250mm2) 主机重量： 700kg3) 电源： 50HZ,220V,10A4) 最大成型空间： 450mmX350mmX350mm5) 激光器：输出功率： 50watts光斑直径： 0.10.2mm6) 切割速度： 500mm/s7) 成型材料：涂敷有热熔胶的纸，厚约 0.1mm8) 接口： STL格式数据文件9) 输入方式：网络 光盘 U 盘或软件10) 成型精度： +-0.1mm用快速成型系统直接制造产品，一般只需传统加工方法30%50%的成本。这种样品与最终产品相比， 虽然在材质上有所差别， 但在形状及尺寸方面几乎完全相同，而且有较好的机械精

8、度和机械强度， 经过适当的表面处理（如表面喷涂）后，看起来与真实产品一模一样。因此，他可供设计者和用户进行直观检测，评判和优比，可用来摄制产品照片， 并可迅速反复修改和制造， 直到最大限度的满足用户要求。四、实验步骤、方法及注意事项步骤一：通过三维软件设计及绘制实体造型本实验注重的是制作过程， 所以设计及绘制实体造型本人将粗略带过。 本次实验设计的模型是少女的侧面像如图 2。我们可先用 CATIA等三维软件绘制模型，保存为 STL文件。图 4.1少女的侧面像步骤二：材料叠层快速成型系统结构及实体制作过程1. 熟悉 HRP-IIB 快速成型系统的组成和结构。2. 接通电源，启动计算机，运行 HR

9、P2004程序。3. 在【制造】下拉菜单中点击【打开强电】 ，设备强电启动，同时制冷器开始制冷。然后再点击【制造】下拉菜单中【打开加热器】 ，加热器开始加热升温，设置加热参数。4. 通过磁盘，光盘， U 盘或网格将准备加工的 STL文件调入计算机中。在HR2004系统中打开此文件5. 对图形作预处理。6. 设置加工参数7. 点击【制造】下拉菜单中【回零】项，系统各轴回到各自的起点位置。8. 做成型件的基底，根据成型件的需要性质做不同的基底。作基底前先要清理实验台，保证试验台清洁。9. 在工作台上固定一张白纸， 待加热器、制冷器达到设定值， 点击【制造】下拉菜单中的【制造】，出现对话框，点击框中

10、的“切外框”钮， X-Y 激光扫描单元在纸上扫描出模型外框的最大轮廓线，做好标记，在最大轮廓线内部粘上双面胶带 （如图右下图）。胶带上再粘满一层成型用纸 （与胶带接触的纸面不能涂胶） ，然后点击对话框中的“切外框”钮，除去激光切割轮廓外多余的白纸和双面胶带。 选择对话框中的 “调试”按钮，弹出调试对话框，在加热辊点动框中，按向左、向右钮使加热辊来回滚压工作台面 46 次，使台面预热，最后关闭调试对话框。10. 装上成型用纸，将纸穿引至工作台面并铺好， 在制造对话框中， 单击“基底”按钮，系统进行一次基底制造。按此法重复做 46 层，使不在基底范围内的纸不沾工作台面即可（如图 3）图 4.2 基

11、底11. 在【制造】对话框中，单击“回零”按钮，使系统回零。再设置制造对话框中的编辑框，在“从： ”后输入起始高度，起始高度设置为比所要做的模型的开始高度低 0.030.05mm。在“到”后输入终止高度。最后单击“连续制造”按钮，即可开始全自动制造。如图4 是 在切割模型的外轮廓。图 4.3 切割外轮廓当随着纸不断的叠加， 升降台会不断的下降， 此时切割的图片会在不断的变化。以下一系列图可以看出切割层数和轮廓的变化。图 4.4 刚切时图层显示图 4.5 刚切时的切割图图 4.6 切到第一层模型图层图 4.7 第一层模型图层的切割图图 4.8 刚切到侧脸的图层显示图 4.9 切到侧脸时的切割图图

12、 4.10 切最后一层的图层显示图 4.11 最后一层切割图12. 模型做完后，系统自动停机。13. 点击【制造】下拉菜单中【关闭加热器】和【关闭强电】 。退出 HRP2004 系统，关闭计算机，关闭总电源。14. 待模型冷却后，方可从工作台上取下。并做搞好设备清洁卫生。图 4.12 清洁卫生图步骤三：成型件的后处理1. 废料剥离。首先用雕刻刀将长方体下部的基底剥离，根据模型情况将准备先剥的面（正面或反面）朝上且将长方形平面中心向外（注意不要将四周的边框先剥离）、从上往下将废料逐渐剥离。 在剥到突变网格处要小心， 对细小处、薄壁处要仔细，一旦模型被刻刀弄破、 分离要及时用 502 胶水粘牢。剥

13、离工作要求操作人员熟悉模型实体形状，操作仔细，小心自己的手不要被刻刀划破，用力不要过猛以免模型被损坏。 以下是我们剥离的过程：图 4.13 剥离粘着物图 4.14 剥离侧脸图图 4.15 剥离台阶图图 4.16 剥离后效果图2. 模型剥离出来后，先检查一遍模型是否完整齐全牢固，将一些破损、分离、变形处用 502 胶水固定、整形。尤其对模型的一些细小处、 Z 轴方向凹凸曲面顶点处要确定模型应已完整将废料剥离干净， 否则要进一步修整。3. 对经过初步修整过的模型用砂纸进行打磨。 主要是为了消除一些残存的纸片、曲面 Z 轴方向的台阶以及一些激光切割焦痕（对一些不上色的模型需尽量消除焦痕）。4. 将打磨过的模型清理干净，用 502 胶水内外涂一遍，以增加模型的牢度及防止模型受潮变形。图 4.17 涂胶水图5. 再用砂纸对模型进行打磨，要求模型表面平整、打毛，以便上色牢固。若模型表面平整度很差或尺寸相差较多，可用石膏填补，再打磨。图 4.18 处理好的最终模型图五、快速成型件实验结束语通过本次的快速成型件的设计