快速成型课程参考资料

《》试卷第10页共10页姓名:姓名:学号:系别:年级专业:(密封线内不答题)……………………密………………封………线……线………_____________________…得分得分一、填空题（共分每题分）1、20世纪80年代末期出现了快速成形技术，它涉及CAD/CAM技术、数据处理技术、材料技术、激光技术和计算机软件技术等，是各种高技术的综合。2、快速成形主要的成形工艺有四种：液态光敏聚合物选择性固化（SLA）、薄型材料选择性切割（LOM）、粉末材料选择性激光烧结（SLS）、丝状材料选择性熔融沉积。3、快速成形技术、数字原型技术和虚拟原型技术一起，都是产品创新和快速开发的重要手段，他们已成为先进制造技术群的重要组成部分。4、快速成形技术彻底摆脱了传统的“去除式”加工法，而采用全新的“添加式”加工法。5、快速成形不必采用传统的加工机床和模具，快速成形建立产品样品或模具的时间和成本中有传统加工方法的10%-30%和20%-35%。6、三维模型的构造，计算机在描述实体时常用的四种方法：构造实体几何法（CSG）、边界表达法（B-rep）、参量表达法、单元表达法。7、模型输出常用的文件格式有多种，常用的有IGES、HPGL、STEP、DXF、STL等。8、IGES是大多数CAD系统采用的一种美国标准，可以支持不同文件格式间的转换。9、HPGL是HP公司开发的一种用来控制自动绘图机的语言格式，它以被广泛地接受，成为一项事项标准。这种表达格式的基本构成是描述图形的矢量，用X和Y坐标来表示矢量的起点和终点，以及绘图笔相应的抬起或放下。一些快速成型系统也用HPGL来驱动它们的成形头。10、STEP是一种正在逐步国际标准化的产品数据交换标准。目前，典型的CAD系统都能输出STEP格式文件，有些快速成形技术的研究者正试图借助STEP格式，不经STL格式的转换，直接对三维CAD模型进行切片处理，以便提高快速成形的精度。11、DXF是用于AutoCAD输出的一种格式12、STL格式是快速成形系统经常采用的一种格式13、常用的扫描机有传统的坐标测量机、激光扫描机、零件断层扫描机、CT扫描机、磁共振扫描机等。14、STL文件格式的规则有：共定点规则、取向规则、取值规则、充满规则。15、迄今为止，在国际市场上出现了很多与逆向工程相关的，主要有Imageware、GeomagicStudio、CopyCAD和RapidForm四大软件。16、GeomagicStudio主要包括Quality、Shape、Wrape、Decimate、Capture五个模块。17、RP扫描填充方式发展到现在，主要有以下几种方式：单向扫描，多向扫描，十字网格扫描，Z字型扫描和沿截面轮廓偏置扫描等。得分二、（共分每题分）得分影响成形精度的主要因素快速成形时，由于要将复杂的三维加工转化为一系列简单的二维加工的叠加，因此成形精度主要取决于二维平面上的加工精度，以及高度方向上的叠加精度。从快速成形本身而言，完全可以将三个方向的运动精度控制在微米级的水平，因而能够达到精度很高的快速制件。1CAD模型的前处理造成的误差2快速成形机的误差3成形过程中的误差（1）材料状态的变化（2）不一致的约束（3）叠层高度的累积误差（4）成形功率控制不当（5）工艺参数不稳定4成形后环境变化引起的误差5制件后处理不当造成的误差丝状材料选择性熔覆成形机的原理图如图所示。这种快速成形系统主要由供丝机构、熔融材料的流道、加热装置、移动喷头、X和Y方向伺服驱动机构、计算机控制系统、软件系统、机体等组成。首先在三维CAD软件里设计零件的实体模型。然后对其分层切片处理，得到一系列截面轮廓数据。加热喷头在计算机的控制下，根据这些截面轮廓信息，做X-Y平面运动和高度Z方向的运动。丝状热塑性材料（如ABS及MABS塑料丝、尼龙丝）由供丝机构送至喷头，并在喷头中加热至熔融态，然后被选择性地涂覆在工作台上的制件基座上，快速冷却后形成截面轮廓。一层成形完成后，喷头上升一截面层高度，在进行下一层的涂覆，如此循环，最终形成三维产品。粉末材料选择性激光烧结成形原理与系统组成它采用50~200W的CO2激光器（或Nd：YAG激光器，波长一般为1.06um，处于近红外波段）和粉末状材料（如尼龙粉、陶瓷或金属与黏结剂的混合粉等），粉粒直径为50~125um。成形时，先在工作台上用滚筒铺上一层粉末材料，并将其加热至略低于它的熔化温度，然后，激光束在计算机的控制下，按照截面轮廓的信息，对制件的实心部分所在的粉末进行扫描，使粉末的温度升至熔化点，于是粉末颗粒交界处熔化，粉末互相黏结，逐步得到各层轮廓。而在非烧结区的粉末仍呈松散状，作为工件和下一层粉末的支撑。一层形成完成后，工作台下降一截面层的高度。再进行下一层的铺料和烧结，如此循环，最终形成三维工件。快速模具制造(RapidTooling,简称RT)技术是用快速成型技术及相应的后续加工来快速制作模具的技术。应用快速模具制造技术制造模具,在最终生产模具开模之前进行新产品试制与小批量生产,可以大大提高产品开发的一次成功率,制造周期仅为原来的1/3～1/10,生产成本仅为原来的1/3～1/5,这些优点使RT技术具有很好的发展条件。由于市场需求旺盛,许多公司都研制出RT新工艺、新设备,并且取得了良好的经济效益。由于这些技术中高新技术的含量高,并且涉及许多科技领域,解决了以前难以解决甚至认为是不可能解决的技术难题,所以得到了广泛的关注。快速模具制造技术在快速成型技术领域中,发展最迅速,产值增长最明显。RP+RT技术提供了一种从模具的CAD模型直接制造模具的新概念和新方法，它将模具的概念设计和加工工艺集成在一个CAD/CAM系统内，为并行工程的应用创造了良好的条件。RT技术采用RP早期、多回路、快速信息反馈的设计与制造方法，结合各种计算机模拟与分析手段，形成了一整套全新的模具设计与制造系统。RT技术能够解决大量传统加工方法（如削加工）难以解决甚至不能解决的问题，可以获得一般切削加工不能获得的复杂形状，可以根据CAD模型无需数控切削加工直接将复杂的型腔面制造出来，使模具制造在提高质量、缩短研制周期、提高制造柔性等方面取得了明星的效果。利用快速成型技术制造快速模具可以分为直接模具制造与间接模具制造两类。主要用于塑料模、冲压模和铸模等。把熔模铸造、喷涂法、陶瓷模法、研模法、电铸法等先进模具制造技术和快速模具制造技术结合起来，就可以快速地制造出各种简易模具和永久性钢模具。直接快速模具制造（RT）指的是利用不同类型的快速成型技术（SLA、SLS、LOM等）直接制造出模具本身，然后进行一些必要的后处理和机加工以获得模具所要求的力学性能、尺寸精度和表面粗糙度。直接快速模具制造方法可制造出树脂模、陶瓷模、金属模等模具。间接快速模具制造是指利用快速成型制造技术首先制作模芯，然后用此模芯复制硬模具（如铸造模具或采用喷涂金属法获得轮廓形状），或者制作母模复制软模具（如硅胶模）等。对于快速成型制造技术得到的原型表面进行特殊处理后代替木模，可直接制造石膏型或陶瓷型，或是由原型经硅橡胶模过渡转换到石膏型或陶瓷型，再由石膏型或陶瓷型浇注出金属模。快速模具的局限性，快速制件制模在许多方面都有限制，包括：（1）模具寿命；（2）精度；（3）表面粗糙度（4）树脂选择（5）模具结构（6）周期（7）零件尺寸目前，快速制模还不能消除上述所有的限制，姓名:姓名:学号:系别:年级专业:(密封线内不答题)……………………密………………封………线……线………1、快速成形的基本原理什么？答：快速成形的基本原理是依据计算机上构成的工件三维设计模型，对其进行分层切片，得到各种截面的二维轮廓。按照这些二维轮廓，成型头选择性地固化一层一层的材料，形成各个截面轮廓，并逐步有序地叠加成三维工件。2、快速成形技术在工业领域中的应用（1）设计图纸校核和产品性能的及时、准确校验（2）制造产品样品（3）转换技术（4）用快速成形系统制作电脉冲机床电极3、快速成形过程（1）前处理。它包括被成形工件的三维模型构造、三维模型的近似处理（STL格式文件的建立）、模型成形方向的选择和模型的分层处理。（2）自由成形。它是快速成形过程中最重要的一个阶段，包括每个二维截面轮廓的制作与各个二维截面的叠合。（3）后处理。它包括工件的剥离、去除支撑、后固化、修补、打磨、抛光和表面强化处理等。4、逆向工程是什么？用扫描机对已有的产品实体进行扫描，可以得到一系列离散点的坐标（点云），再使用有关CAD软件对点云进行处理，即可得到被扫描实体的三维模型，这个过程常称为逆向工程。5、STL格式最初用于美国3DSYSTEM公司生产的SLA快速原型系统，它是目前快速原型系统中最常见的一种文件格式，它将三维CAD模型近似成小三角形平面的组合。这种格式有ASCⅡ和二进制码两种输出形式，二进制码输出形式所占用的文件空间比ASCⅡ码输出形式小得多，但是，ASCⅡ码输出形式可以阅读并能进行直观检查。二进制码输出形式的构成由84个字节组成的题头，其中，前面80个字节用于表示有关文件，作者姓名和注释的信息，最后4个字节用于表示小三角形平面的数目；对于每个小三角形平面，有48个字节用于表示其法向量的X、Y和Z的分量，以及三角形每个顶点的X、Y和Z的坐标，其中，每个坐标用4个字节表示；最后有2个不用的字节。6、STL文件格式的规则1。共定点规则每一个小三角形平面必须与每个相邻的小三角形平面共用两个顶点，也就是说，一个小三角形平面的顶点不能落在相邻的任何一个三角形平面的边上。2取向规则对于每一个小三角形平面，其法向量必须向外，3个顶点连成的矢量方向按右手法则确定，而且，对于相邻的小三角形平面，不能出现取向矛盾。3取值规则每个小三角形平面的顶点坐标值必须是正数，零和负数都是错误的。4充满规则在一维模型的所有表面上，必须布满小三角形平面，不得有任何遗漏。7、由于CAD软件和STL文件格式本身的问题，以及转换过程造成的问题，所产生的STL格式文件难免有少量的缺陷，其中，最常见的有：1出现违反共顶点规则的三角形2出现错误的裂缝或孔洞3三角形过多或过少4微小特征遗漏或出错8、三坐标测量机测量过程工件的找正6点找正法：即“3-2-1”方法对工件进行找正。首先，通过在指定平面上测量三点（1，2，3）或三点以上的点校准基准面；其次，通过测量两点（4，5）或两点以上的点来校准基准轴；最后，再测一点（6）来计算原点。9、液态光敏聚合物选择性固化成形系统液态光敏聚合物选择性固化成形系统由激光器、X-Y运动装置或激光偏转扫描器、光敏液态聚合物、液槽、升降台和控制软件等组成。1光学部分激光器大多采用紫外光式。成形系统用的激光器主要有两种类型10、成形工艺过程液态光敏聚合物选择性固化成形工艺过程包括模型设计、切片、数据准备、建立模型、后固化等1模型设计模型设计是在三维CAD造型软件中完成原型件或工件的几何建模，所构造的三维CAD模型既可以是实体模型，也可以是表面模型。但这些模型应该具有完整的壁厚和内部描述功能，并对模型定向，以便能够在空间方便地确定此模型。CAD模型的输出文件格式大多数为STL格式。有些原型件或零件根据其摆放位置，在建立时需设计支撑。在建立过程中，支撑的作用是支撑工件的悬臂或中空的结构，以便顺利建立。在建立后，支撑应能够方便地去除，因此，在设计支撑时应充分考虑它的结构，在能够稳定支撑的情况下，尽量设计成容易去除的结构形式，如细丝状的网状结构。另外，在建立过程中，光敏树脂有液状固化后形成工件，从而产生体积收缩，造成内应力，最终影响工件的质量和外形尺寸。但液态光敏聚合物选择性固化成形系统所采用的光敏树脂体积收缩率很小，通过软件的补偿使它对工件的质量和外形尺寸的影响很小。2模型切片模型切片是指采用专用的分层软件对CAD模型的STL格式文件进行分层处理，得到每一层截面图形及其有关的网格矢量数据，用于控制激光束的扫描轨迹。模型切片还包括层厚、建立模式、固化深度、扫描速度、网格间距、线宽补偿值，收缩补偿因子的选择与确定。这些参数和建立方式的不同选择，对建立时间和模型精度都有影响，因此要选择合适的参数和建立方式，才能得到理想的工件。3原型建立与后固化处理原型建立是液态光敏树脂逐层固化而形成原型件的过程