快速成型三次作業(yè)

1、第一次作業(yè)1、 快速成形技術發(fā)展的新動向？答：總的說來快速成型技術將向小批量、高效率、高精度發(fā)展。 快速成型技術經(jīng)過十幾年的發(fā)展，設備與材料兩方面都有了長足的進步。目前由于該技術的成本 高，加以制件的精度、強度和耐久性能還不能滿足用戶的要求，暫時阻礙了RP技術的推廣普 及。此外，近年來CNC切削機床亦在大步向前發(fā)展：一方面，價格大幅度下降；另一方面， 高速、高精度的CNC機床問世，制件時間縮短，精度及表面質量提高。因此，不少企業(yè)使用C NC 切削機床快速制造金屬或非金屬模具及零件，向RP技術提出了新的挑戰(zhàn)。但是，在成形復雜 、中空的零件方面，CNC切削機床是不能取代RP技術的。這種直接從概念設

2、計迅速轉為產(chǎn)品 的設計-生產(chǎn)模式，必然是21世紀中制造技術的主流。隨著技術的進步，RP技術還會大踏步 地向前發(fā)展,并將成為許多設計公司、制造公司、研究機構和教育機構等的基本技術和裝備 。 未來幾年的主要發(fā)展趨勢如下：提高RP系統(tǒng)的速度、控制精度和可靠性優(yōu)化設備結構，選用性能價格 比高、壽命長的元器件，使系統(tǒng)更簡潔，操作更方便，可靠性更高，速度更快。開發(fā)不同檔 次、不同用途的機型亦是RP系統(tǒng)發(fā)展的一個方面，例如：一方面開發(fā)高精度、高性能的機型 ，以滿足對制件尺寸、形狀和表面質量要求更高、或有特殊要求的用戶。另一方面，開發(fā)專 門用于檢驗設計、模擬制品可視化，而對尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度要求不

3、高的概念 機。提高數(shù)據(jù)處理速度和精度研究開發(fā)用CAD原始數(shù)據(jù)直接切片方法， 減少數(shù)據(jù)處理量以及由STL格式轉換過程而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)缺陷和輪廓失真。研究開發(fā)成本低、易成形、變形小、強度高、耐久及無污染的成形材料將現(xiàn)有的材料，特別是功能材料進行改造或預處理，使之適合于RP技術的工藝要求。從RP 的特點出發(fā)，結合各種應用要求，發(fā)展全新的RP材料，特別是復合材料，例如納米材料、非 均質材料、其它方法難以制作的復合材料等。降低RP材料的成本，發(fā)展新的更便宜的材料。 開發(fā)新的成形能源前述的主流成形技術中，SLA、LOM和SLS均以激光作為能源，而激光系統(tǒng)(包括激光器、冷卻器、電源和外光路）的價格及維護費昂貴而

4、傳輸效 率較低，影響制件的成本。新成形能源方面的研究也是RP技術的一個重要方向。研究開發(fā)新的成形方法在過去的十年中，許多研究者開發(fā)出了十幾種 成形方法，基本上都基于立體平面化-離散-堆積的思路。這種方法還存在著許多不足，今后 有可能研究集“堆積”和“切削”于一體的快速成形方法，即 RP與CNC機床和其它傳統(tǒng)的加 工方式相結合，以提高制件的性能和精度，降低生產(chǎn)成本。還可能從RP原理延伸，產(chǎn)生一些 新的快速成形方法。繼續(xù)研究快速制模和快速制造技術一方面研究開發(fā)RP制 件的表面處理技術，提高表面質量和耐久性；另一方面研究開發(fā)與注塑技術、精密鑄造技術 相結合的新途徑和新工藝，快速經(jīng)濟地制造金屬模具、金

5、屬零件和塑料件。應用范圍擴大通過對現(xiàn)有RP系統(tǒng)的改進和新材料的開發(fā)，使之能夠經(jīng) 濟地生產(chǎn)出直接可用的模具、工業(yè)產(chǎn)品和民用消費品；制造出人工器官，用于治療疾病。2 ?？焖俪尚渭夹g的定義和特點？答：快速成型技術簡稱RT技術，概括指由CAD模型直接驅動的快速制造任意復雜形狀三維物理實體的技術總稱。快速成形技術是一種基于離散堆積成形思想的新型成形技術，是集成計算機、數(shù)控、激光和新材料等最新技術而發(fā)展起來的先進的產(chǎn)品研究與開發(fā)技術。其特點如下：1、自由成型制造 自由成型制造也是快速成型技術的另外一個用語。作為快速成型技術的特點之一的自由成型制造的含義有兩個方面：一是指無需要使用工模具而制作原型或零件，由

6、此可以大大縮短新產(chǎn)品的試制周期，并節(jié)省工模具費用；二是指不受形狀復雜程度的限制，能夠制作任何形狀與結構、不同材料復合的原形或零件。2、制造過程快速 從CAD數(shù)?；驅嶓w反求獲得的數(shù)據(jù)到制成原形，一般僅需要數(shù)小時或十幾小時，速度比傳統(tǒng)成型加工方法快的多。該項目技術在新產(chǎn)品開發(fā)中改善了設計過程的人機交流，縮短了產(chǎn)品設計與開發(fā)周期。以快速成型機為母模的快速模具技術，能夠在幾天內(nèi)制作出所需材料的實際產(chǎn)品，而通過傳統(tǒng)的鋼質模具制作產(chǎn)品，至少需要幾個月的時間。該項技術的應用，大大降低了新產(chǎn)品的開發(fā)成本和企業(yè)研制新產(chǎn)品的風險。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，快速成型技術也更加便于遠程制作服務，能使有限的資源得到充分的利用，

7、用戶的需求也可以得到最快的響應。3、添加式和數(shù)字化驅動成型方式 無論哪種快速成型制造工藝，其材料都是通過逐點、逐層以添加的方式累積成型的。無論哪種快速成型制造工藝，也都是通過CAD數(shù)字模型直接或者間接地驅動快速成型設備系統(tǒng)進行制造的。這種通過材料添加來制造原形的加工方式是快速成型技術區(qū)別傳統(tǒng)的機械加工方式的顯著特征。這種由CAD數(shù)字模型直接或者間接地驅動快速成型設備系統(tǒng)的原形制作過程也決定了快速成型的制造快速和自由成型的特征。4、技術高度集成 當落后的計算機輔助工藝規(guī)劃（Computer Aided Process Planning,CAPP）一直無法實現(xiàn)CAD與CAM一體化的時候，快速成型技

8、術的出現(xiàn)較好的填補了CAD與CAM之間的縫隙。新材料、激光應用技術、精密伺候驅動技術、計算機技術以及數(shù)控技術等的高度集成，共同支撐了快速成型技術的實現(xiàn)。5、突出的經(jīng)濟效益 快速成型技術制造原型或零件，無須工模具，也與成型或零件的復雜程度無關，與傳統(tǒng)的機械加工方法相比，其原型或零件本身制作過程的成本顯著降低。此外，由于快速成型在設計可視化、外觀評估、裝配及功能檢驗以及快速模具母模的功用，能夠顯著縮短產(chǎn)品的開發(fā)試制周期，也帶來了顯著的時間效益。也正是因為快速成型技術具有突出的經(jīng)濟效益，才使得該項技術一經(jīng)出現(xiàn)，便得到了制造業(yè)的高度重視和迅速而廣泛的應用。6、廣泛的應用領域 除了制造原型外，該項技術也

9、特別適合于新產(chǎn)品的開發(fā)、單件及小批量零件制造、不規(guī)則或復雜零件制造、模具設計與制造、產(chǎn)品設計的外觀評估和裝配檢驗、快速反求與復制，也適合于難加工材料的制造等。這項技術不僅在制造業(yè)具有廣泛的應用，而且在材料科學與工程、醫(yī)學、文化藝術以及建筑工程等領域也有廣闊的應用前景。3 。快速成形技術在新產(chǎn)品研發(fā)中的應用主要有哪幾方面？答: 1、概念模型可視化新產(chǎn)品開發(fā)的設計階段，雖然可借助設計圖紙和計算機模擬，但并不能展現(xiàn)原型，往往難以做出正確和迅速的評價，設計師可以通過制作樣機模型達到檢驗的目的。傳統(tǒng)的模型制作中主要采用的是手工制作的方法，制作工序復雜，手工制作的樣機模型不僅工期長，而且很難達到外觀和結構

10、設計要求的精確尺寸，因而其檢查外觀及人機設計合理性的功能大打折扣?？焖俪尚驮O備制作的高精度、高品質樣機與傳統(tǒng)的手工模型相比較可以更直觀地以實物的形式把設計師的創(chuàng)意反映出來，方便產(chǎn)品的外觀造型和人機特性評價?，F(xiàn)在的快速成型加工得到的成型件都是單一顏色，顏色主要由材料決定，為了對產(chǎn)品色彩外觀進行評價，有時需要手工涂色，隨著彩色成型技術的發(fā)展，這方面的問題可以解決。人機評價主要包括成型件尺寸及操作宜人性，快速成型可以很好地滿足這方面的要求。2、設計評價通過快速成型制成的樣機和實際產(chǎn)品一樣是可裝配的，所以它能直觀地反映出結構設計合理與否，安裝的難易程度，使結構工程師可以及早發(fā)現(xiàn)和解決問題。由于模具制造

11、的費用一般很高，比較大的模具往往價值數(shù)十萬乃至幾百萬，如果在模具開出后發(fā)現(xiàn)結構不合理或其他問題，其損失可想而知。而應用快速成型技術的樣機制作可以把問題解決在開出模具之前，大大提高了產(chǎn)品開發(fā)的效率。3、與反求工程結合反求工程(Reverse Engineering,RE)也稱逆向工程，就是用一定的測量手段對實物或模型進行測量，然后根據(jù)測量數(shù)據(jù)通過三維幾何建模方法重建實物的CAD數(shù)字模型，從而實現(xiàn)產(chǎn)品設計與制造過程。對于大多數(shù)產(chǎn)品來說，可以在通用的三維CAD軟件上設計出它們的三維模型，但是由于對某些因素，如對功能、工藝、外觀等的考慮，一些零件的形狀十分復雜，很難在CAD軟件上設計出它們的實體模型，

12、在這種情況下，可以通過對模型測量和數(shù)據(jù)處理，獲得三維實體模型。作為一種新產(chǎn)品開發(fā)以及消化、吸收先進技術的重要手段，反求工程和快速成型技術可以勝任消化外來技術成果的要求。對于已存在的實體模型，可以先通過反求工程，獲取模型的三維實體，經(jīng)過對三維模型處理后，使用快速成型技術，實現(xiàn)產(chǎn)品的快速復制，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，大大提高產(chǎn)品的開發(fā)效率。第二次作業(yè)1、 你所知道的快速成形技術的典型成形工藝答：光固化工藝（SL）：SLA 技術是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作的。這種液態(tài)材料在一定波長和強度的紫外光照射下能迅速發(fā)生光聚合反應，分子量急劇增大，材料也就從液態(tài)轉變成固態(tài)。 SLA工作原理：液槽中盛滿液態(tài)光

13、固化樹脂激光束在偏轉鏡作用下，能在液態(tài)表而上掃描，掃描的軌跡及光線的有無均由計算機控制，光點打到的地方，液體就固化。成型開始時，工作平臺在液面下一個確定的深度聚焦后的光斑在液面上按計算機的指令逐點掃描，即逐點固化。當一層掃描完成后未被照射的地方仍是液態(tài)樹脂。然后升降臺帶動平臺下降一層高度，已成型的層面上又布滿一層樹脂，刮板將粘度較大的樹脂液面刮平，然后再進行下一層的掃描，新周化的一層牢周地粘在前一層上，如此重復直到整個零件制造完畢，得到一個三維實體模型。 SLA 方法是目前快速成型技術領域中研究得最多的方法也是技術上最為成熟的方法。 SLA 工藝成型的零件精度較高，加工精度一般可達到 0.1

14、mm ，原材料利用率近 100 。但這種方法也有白身的局限性，比如需要支撐、樹脂收縮導致精度下降、光固化樹脂有一定的毒性等。 以光敏樹脂為原料，通過計算機控制紫外激光使其逐層凝固成型。這種方法能簡捷、全自動地制造出表面質量和尺寸精度較高、幾何形狀較復雜的原型。其優(yōu)點有：1）、成型過程自動化程度高。SL系統(tǒng)非常穩(wěn)定，加工開始后，成型過程可以完全自動化，直至原型制作完成。2)、尺寸精度高。SL原型尺寸精度可以達到0.1cm。3）、優(yōu)良的表面質量。雖然在每層固化時側面及曲面可能出現(xiàn)臺階，但上表面仍可得到玻璃狀的效果。4）可以制作結構復雜、尺寸比較精細的模型。尤其是對于內(nèi)部結構十分復雜、一般切削刀具難

15、以進入的模型，能輕松一次成型。5）可以直接制作面向熔模精密鑄造的具有空中結構的消失型。6）制作的原型可以在一定程度上替代塑料件。工藝過程有：1、前處理。包括CAD三維造型、數(shù)據(jù)轉換、確定擺放方位、施加支撐、切片分層。2、原型制作。3后處理。疊層實體制造工藝（LOM）。多采用紙材，成本低廉，制作精度高，而且制造出來的木質原型具有外在的美感性和一些特殊的品質，因此受到較為廣泛的關注，在產(chǎn)品概念設計可視化、造型設計評估、裝配檢驗、熔模鑄造型芯、砂型鑄造木模、快速模具母模以及直接制模等方面得到了迅速應用。（Laminated Object Manufacturing，LOM）工藝LOM工藝稱疊層實體制

16、造或分層實體制造，由美國Helisys公司的Michael Feygin于 1986 年研制成功。LOM工藝采用薄片材料，如紙、塑料薄膜等。片材表面事先涂覆上一層熱熔膠。加工時，熱壓輥熱壓片材，使之與下面已成型的工件粘接。用CO2激光器在剛粘接的新層上切割出零件截面輪廓和工件外框，并在截面輪廓與外框之間多余的區(qū)域內(nèi)切割出上下對齊的網(wǎng)格。激光切割完成后，工作臺帶動已成型的工件下降，與帶狀片材分離。供料機構轉動收料軸和供料軸，帶動料帶移動，使新層移到加工區(qū)域。工作合上升到加工平面，熱壓輥熱壓，工件的層數(shù)增加一層，高度增加一個料厚。再在新層上切割截面輪廓。如此反復直至零件的所有截面粘接、切割完。最后

17、，去除切碎的多余部分，得到分層制造的實體零件。 LOM 工藝只需在片材上切割出零件截面的輪廓，而不用掃描整個截面。因此成型厚壁零件的速度較快，易于制造大型零件。工藝過程中不存在材料相變，因此不易引起翹曲變形。工件外框與截面輪廓之間的多余材料在加工中起到了支撐作用，所以 LOM 工藝無需加支撐。缺點是材料浪費嚴重，表面質量差。 SLS（Selective Laser Sintering）工藝 SLS工藝稱為選域激光燒結，由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的C.R.Dechard于 1989 年研制成功。 SLS工藝是利用粉末狀材料成型的。將材料粉末鋪灑在已成型零件的上表面，并刮平，用高強度的CO2激光

18、器在剛鋪的新層上掃描出零件截面，材料粉末在高強度的激光照射下被燒結在一起，得到零件的截面，并與下面已成型的部分連接。當一層截面燒結完后，鋪上新的一層材料粉末，有選擇地燒結下層截面。 燒結完成后去掉多余的粉末，再進行打磨、烘干等處理得到零件。 SLS工藝的特點是材料適應面廣，不僅能制造塑料零件，還能制造陶瓷、蠟等材料的零件，特別是可以制造金屬零件。這使SLS工藝頗具吸引力。SLS工藝無需加支撐，因為沒有燒結的粉末起到了支撐的作用。 3DP (Three Dimension Printing）工藝三維印刷工藝是美國麻省理工學院E-manual Sachs等人研制的。已被美國的Soligen公司以D

19、SPC（Direct Shell Production Casting）名義商品化，用以制造鑄造用的陶瓷殼體和型芯。 3DP 工藝與SLS工藝類似，采用粉末材料成型，如陶瓷粉末、金屬粉末。所不同的是材料粉末不是通過燒結連結起來的，而是通過噴頭用粘結劑（如硅膠）將零件的截面“印刷”在材料粉來上面。 用粘結劑粘接的零件強度較低，還須后處理。先燒掉粘結劑，然后在高溫下滲人金屬，使零件致密化，提高強度。 FDM （Fused Depostion Modeling）工藝 熔融沉積制造（ FDM ）工藝由美國學者Scott Crump于 1988 年研制成功。 FDM 的材料一般是熱塑性材料，如蠟、 AB

20、S 、尼龍等。以絲狀供料。材料在噴頭內(nèi)被加熱熔化。噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運動，同時將熔化的材料擠出，材料迅速凝固，并與周圍的材料凝結。 2 、快速成形技術的數(shù)據(jù)準備和處理你都了解了些什么？答：在快速成型技術的數(shù)據(jù)準備和處理。首先，所有的快速成制造方法都是CAD數(shù)字模擬經(jīng)過切片處理后直接驅動的。數(shù)據(jù)準備是指在設計方面一個是直接用CAD繪圖軟件設計三維造型，稱概念設計；另一種方法是通過掃描機對實體掃描復制出三維模型，稱反求工程。得到數(shù)據(jù)后需要轉換成快速成型設備能接受的如STL、SLC、CLI、RPI、LEAF、SIF、等多種格式，這叫數(shù)據(jù)處理?，F(xiàn)在運用最廣的是美國3D Systems公司開發(fā)

21、的STL文件格式。它是通過對CAD實體模型或曲面模型進行表面三角化離散得到的，類似于實體數(shù)據(jù)模型的表面有限元網(wǎng)格劃分。STL遵循以下原則：取向原則、點點原則、取值原則、合法實體原則。第三次作業(yè)1、簡述快速制造技術的種類和方法。答：1、LENS（Laser Engineered Net Shaping）稱為激光近形制造技術，該工藝采用激光熔敷的方法層層堆積金屬成形。 2、DLF (Directed Light Fabrication)稱為直接光制造技術，與LENS技術類似。 3、LAM (Laser Additive Manufacturing) 稱為激光添加制造技術，采用激光去熔化金屬粉末層層

22、堆積成形，采用的激光器為19KW的大功率CO2激光器，成形室的尺寸為3m3m1.2m，可以進行大型零件的毛坯制造。 4、DMD (Direct Metal Deposition)稱為直接金屬沉積技術，與LENS技術類似，具有一套基于視覺的雙反饋控制系統(tǒng)能對熔池進行閉環(huán)控制。 5、DMLS (Direct Metal Laser Sintering) 稱為直接金屬激光燒結工藝，采用不同熔點的幾種金屬粉末，通過SLS工藝制作金屬零部件。 6、SLM (Selective Laser Melting)稱為激光選區(qū)熔化技術，采用單一成分的金屬粉末，其主要特點是金屬粉末在激光輻照下，達到完全熔化，而非局

23、部熔結。 7、EBM（Electron Beam Melting）稱為電子束熔化快速制造技術，利用電子束選區(qū)熔化金屬粉末成形。 8、PCM (Patternless Casting Manufacturing) 工藝稱為無木模鑄造，它采用逐點噴射粘接劑和催化劑即兩次同路徑掃描的方法來實現(xiàn)鑄造用樹脂砂粒間的粘接，完成鑄型制造。 9、LCVD-RP（Rapid Prototyping of Laser-induced Chemical Vapor Deposition）稱為激光氣相化學沉積成形技術，它是最早將氣態(tài)成形材料用于快速成形技術來制作原型零件的工藝。 10、LCLD-RP（Rapid Pr

24、ototyping of Laser-induced Chemical Liquid Deposition）稱為激光液相化學沉積成形技術，利用激光束使液態(tài)的成形材料發(fā)生光電化學反應、熱電化學反應、光分解反應、熱分解反應等，沉積出金屬，并逐層得到三維實體零件。 11、MAPLE DW (Matrix-assisted Pulsed Laser Evaporation Direct Writing)稱為基材輔助脈沖激光蒸發(fā)直寫技術，利用脈沖激光的光壓將附著在“色帶”上的材料質點“打印”到基底上實現(xiàn)微結構的制造。 12、LGDW （Laser-guided Direct Writing）稱為激光引導直寫技術，利用光壓對懸浮的微粒材料的操縱能力（捕獲、輸運和沉積）裝配（制造）具有