《快速成形技術(shù)》實驗指導(dǎo)書

1、實 驗 須 知實驗課是整個學(xué)習(xí)過程的一個重要環(huán)節(jié), 通過實驗可以提高學(xué)生分析問題和解決問 題的能力,使學(xué)生掌握基本的實驗方法與操作技能。一.實驗?zāi)康?.加深理解和鞏固課堂教學(xué)的基本知識。2.培養(yǎng)正確的科學(xué)實驗方法,培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W(xué)工作作風(fēng)。3.能獨立操作和獨立完成實驗任務(wù),提高在實驗中分析問題和解決問題的能力。 二.實驗任務(wù)1.學(xué)習(xí)利用 Pro/E設(shè)計三維零件2.掌握 STL 文件的生成方法和精度確定。3.掌握切片加工軟件的應(yīng)用。4.了解 LOM 快速成形機的基本結(jié)構(gòu)及加工原理。5.學(xué)習(xí) LOM 快速成形機的基本操作及應(yīng)急處理。6.了解紙基快速原型的后處理過程。三.實驗前的準備實驗?zāi)芊耥樌M行并

2、收到預(yù)期效果,對實驗的預(yù)習(xí)準備是非常重要的。因此,學(xué)生 應(yīng)在每次實驗課之前認真閱讀實驗指導(dǎo)書,并復(fù)習(xí)教材中的相關(guān)內(nèi)容。明確實驗?zāi)康摹?實驗內(nèi)容、實驗原理、實驗方法、步驟以及實驗的注意事項。四.實驗課的進行1.學(xué)生進入實驗室后要嚴格遵守實驗室的規(guī)章制度和安全操作規(guī)程。2.認真聽取實驗指導(dǎo)教師對實驗的介紹。3.觀察實驗中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象,記錄實驗數(shù)據(jù)。4.實驗結(jié)束后,計算機應(yīng)正常退出、斷電,快速成型機應(yīng)按照要求的程序斷電。清理 實驗現(xiàn)場后方可離開實驗室。五.實驗報告試驗報告是對實驗工作的總結(jié),應(yīng)簡明地將實驗結(jié)果完整、真實地表達出來。試驗 報告要求文理通順,字跡端正、清晰,分析合理,結(jié)論正確,討論中肯

3、。試驗報告應(yīng)包括以下內(nèi)容:1.實驗名稱、系別、專業(yè)、年級班次、實驗者及同組人姓名、實驗日期。2.實驗?zāi)康?.主要實驗內(nèi)容及結(jié)果。4.對實驗結(jié)果進行分行、討論,回答實驗指導(dǎo)書中提出的問題。實驗一 快速原型建模及前置處理一.實驗?zāi)康?.學(xué)習(xí)用三維零件設(shè)計軟件,進行零件的三維設(shè)計。2.掌握 STL 文件的生成方法和精度確定,了解估算加工時間軟件的應(yīng)用。二.實驗內(nèi)容1.設(shè)計三維數(shù)字模型1參照給出的工程圖設(shè)計零件的三維實體造型。 2學(xué)生自行設(shè)計三維數(shù)字模型,要求:高 15mm,長 /寬 130mm。2.生成 HRP 系統(tǒng)所接受的 STL 文件。3.用 HRP 軟件核查 STL 文件的正確性:三維 CAD

4、 實體模型通過 CAD 造型軟件轉(zhuǎn)化成三角形面化的數(shù)據(jù)模型。 HRP 系統(tǒng) 可通過網(wǎng)絡(luò)或軟盤接收 STL 文件。開機完成后,通過菜單的 【 文件 】 讀取 STL 文件, 并顯示在屏幕實體視圖框中,如果模型顯示有錯誤,請退出 HRP2001軟件,用修正軟 件自動修正,然后再讀入,直到系統(tǒng)不提示有錯誤為止。4.調(diào)整精度觀察加工時間的變化。5.通過【設(shè)置】下拉菜單中的實體變換菜單,將實體模型進行適當?shù)男D(zhuǎn),以選 取理想的加工方位。加工方位確定后,利用【文件】下拉菜單的另存為或保存項存取該模型,以作為即將用于加工的數(shù)據(jù)模型。三.討論題1. 為什么需要對三維模型進行近似處理?2.快速成形之前為什么必須

5、對三維模型進行切片處理?切片處理的基本原理是什么? 切片層厚對成形精度和生產(chǎn)率有何影響?切片層厚與材料厚度有何關(guān)系?3. 用 STL 格式文件來描述一個立方體時,需要多少三角形和坐標值?實驗二 快速原型制作一.實驗?zāi)康?.掌握 LOM 快速成形機的基本原理及紙基快速原型的制作過程。2.了解快速原型的后處理過程。二.實驗內(nèi)容1.了解 LOM 快速成型機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。2.了解并掌握切片與加工軟件的參數(shù)設(shè)置。3.學(xué)習(xí) LOM 快速成型機的操作。4.學(xué)習(xí)紙基快速原型的后處理操作。三.實驗步驟一 開機前的準備工作1.給 X 軸、 Y 軸、 Z 軸、絲桿上潤滑油。2.用清潔劑清除工作臺面上殘渣。3

6、.檢查光學(xué)鏡片是否被污染,若不干凈用鑷子夾帶酒精的脫脂棉輕輕擦鏡片。4.制冷器中的水箱是否水充足,若不夠則補充水進去。5.安裝好準備做模型的卷紙。二 開機操作1.接通市電,打開總電源開關(guān), 。2.打開機床鑰匙開關(guān),按下調(diào)試按鈕,并且啟動計算機。3.計算機啟動完畢后,運行 HRP2001程序,用鼠標點擊菜單中【制造】下拉菜單,先 點擊下拉菜單中【打開強電】 ,強電啟動,同時制冷器開始制冷;然后用鼠標點擊 HRP2001程序菜單中【制造】下拉菜單,再點擊下拉菜單中【打開加熱器】 ,加熱器 開始加熱,根據(jù)材料型號設(shè)置加熱器溫度,然后把加熱輥拉到平臺中間。約 30分鐘 后,數(shù)控柜操作面板上溫度控制器顯

7、示溫度達到設(shè)定值,當制冷器溫度達到設(shè)定值 20以下,即可進行下一步。4.通過磁盤或網(wǎng)絡(luò)將準備加工 STL 文件調(diào)入計算機中5.用鼠標點擊 HRP2001菜單中的 【文件】 下拉菜單, 將 STL 文件調(diào)入 HRP2001系統(tǒng), 至此開機操作完成,即可進行加工零件的預(yù)處理工作,詳見第二部分。三 新模型制作步驟:1.點擊【設(shè)置】菜單,單擊制造設(shè)置項,出現(xiàn)制造設(shè)置對話框,設(shè)置系統(tǒng)的模型 制作參數(shù): 單擊“機器” ,設(shè)置切割速度,平臺速度,送料速度,加熱輥速度,材料進給量,平臺下移,切割精度。 單擊“網(wǎng)格” ,設(shè)置基本網(wǎng)格尺寸, XY 變網(wǎng)格(門限,級別 ,細節(jié)變網(wǎng)格(比值 , Z 變網(wǎng)格(門限 ;

8、單擊“邊框” ,設(shè)置內(nèi)框距實體距離,邊框?qū)挾?邊框倒角。設(shè)置完畢后,單擊“確 定”按鈕。2.選擇工具條的“模擬制造”可進行模擬制造。3.選擇【制造】菜單,開始制造工作。 【制造】菜單中選回零項,系統(tǒng)各軸回到各自的起點位置。 在工作臺上固定一張白紙,點擊【制造】下拉菜單中的制造 ,出現(xiàn)制造對話框, 點擊對話框中的 “切外框” , X Y 掃描單元在紙上掃描出模型的最大輪廓線, 做好標記, 在最大輪廓線內(nèi)部粘上雙面膠帶,再粘上一層大小適當?shù)陌准?(紙上沒有涂膠 ,然后點 擊對話框中的“切外框” ,除去輪廓外多余白紙和雙面膠帶,選擇對話框中的“調(diào)試” 按鈕,彈出調(diào)試對話框,調(diào)節(jié)運動速度,在加熱輥點動

9、框中,按下向左、向右按鈕使加 熱輥來回輥壓工作臺面 46次,使臺面預(yù)熱,最后關(guān)閉調(diào)試對話框。 將紙鋪好,激活【制造】下拉菜單中的制造 ,出現(xiàn)制造對話框,單擊“基底” 按鈕,系統(tǒng)進行一次循環(huán)的基底制造。按此法做 46層,使不在基底范圍內(nèi)的紙不沾 臺面即可。 激活【制造】下拉菜單中的制造 ,出現(xiàn)制造對話框,單擊“回零”按鈕,使系 統(tǒng)回零。然后設(shè)置制造對話框中的編輯框,在“從:”后輸入起始高度,起始高度設(shè)置 為用戶所需要做的模型的開始高度,在“到:”后輸入終止高度,終止高度是模型的高 度。最后單擊“連續(xù)制造”按鈕,即可開始全自動制造。 關(guān)上門,并且把送紙端、收紙端的光電開關(guān)放在適當?shù)奈恢?然后關(guān)閉調(diào)

10、試按鈕。 模型做完,系統(tǒng)自動停止工作。四 未完成模型繼續(xù)制造步驟1.如果前一次啟動的 HRP2001程序的主窗口還沒關(guān)閉,則打開制造對話框,把起始高 度設(shè)成與前一次的設(shè)置值相同,再按連續(xù)制造鍵便可進入全自動制造。2.如果重新啟動 HRP2001程序,則打開制造對話框后,把起始高度設(shè)成物體現(xiàn)在實際 高度,再按下連續(xù)制造鍵便可進入全自動制造。物體的實際高度由用戶在上一次關(guān) 閉 HRP2001程序之前記錄下來。3.如果系統(tǒng)不在零位置,比如 X 或 Y 移動過,則繼續(xù)制造之前必須對系統(tǒng)進行回零操 作。五 關(guān)機1.在全自動制造過程中,如果想停止制造,則可用鼠標單擊正在制造對話框上的“中 止”按鈕,彈出一

11、個對話框,按下“是”按鈕。 (注:記錄當前的高度 2.點擊【制造】下拉菜單中關(guān)閉加熱器和關(guān)閉強電 。3.點擊窗口右上角的關(guān)閉按鈕“ x ”或【文件】中的退出 ,自動退出 HRP2001系統(tǒng), 然后關(guān)閉計算機。依次關(guān)鑰匙開關(guān),再關(guān)閉總電源開關(guān),最后拔掉市電電源。六 系統(tǒng)暫停在全自動制造過程中, 如果想暫時停止制造, 則可用鼠標單擊正在制造對話框上的 “暫停”按鈕,系統(tǒng)切完當前層,自動停下來。暫停后欲繼續(xù)做,點擊正在制造對話框 中的“繼續(xù)”按鈕即可。七 系統(tǒng)警停系統(tǒng)在運行過程中如果因某種原因要立即停機,則按數(shù)控柜操作面板上警停按鈕。 警停后如果加熱輥在模型上,手動使加熱輥離開模型,以免燙壞模型。八

12、 模型的后處理1.模型做完后,系統(tǒng)自動停機。2.待做完的模型冷卻后,方可從工作臺上取下。3.用專門工具小心去掉廢料。4.用木工工具稍作打磨即可。四.討論題1.在 LOM 成形過程中,為什么不必采用專門的支撐結(jié)構(gòu)?它用什么作成形支撐?2.在 LOM 成形過程中,為什么必須將材料的無輪廓區(qū)切割成小方格?如何確定方格尺 寸大小?它對廢料剝離合成形效率有何影響?3.在 LOM 成形過程中,為什么要先熱粘壓材料,然后再切割?4. 在 LOM 成形過程中,為什么要精確測量正在成形的制件實際高度,并且據(jù)此高度對 三維模型進行實時切片?附錄 HRP2001軟件介紹一.概述啟動 HRP2001應(yīng)用程序后,打開一

13、個 STL 文件,將出現(xiàn)如下圖 1所示的主窗口: 圖 1 HRP2001程序主窗口該主窗口主要包括以下子窗口:菜單 它包括【文件】 【顯示】 【設(shè)置】 【制造】 【模擬】 【幫助】 ;工具欄 見圖 2,它的功能與菜單中的一些功能選項相同。 圖 2 HRP2001程序主窗口工具欄視圖窗口 視圖窗口分為三部分:右邊的實體視圖、左上的當前層視圖和左下的疊層視 圖?？刂婆_ 包含了版本號、工件實體視圖、制造過程中的相關(guān)信息。狀態(tài)欄 顯示了實體的長寬高等信息。當鼠標在繪圖窗口時,狀態(tài)欄將跟蹤顯示其二維 坐標。功能窗口 把鼠標置于實體視圖區(qū)域,點擊右鍵,便出現(xiàn)此窗口。該窗口包含了幾個功 能項,如實體變換、制

14、造設(shè)置等,這些功能項在菜單及工具欄上都有,這里不作詳述。二.菜單2.1【文件】用鼠標激活【文件】下拉菜單,屏幕將顯示如下圖 (圖 3 : 圖 3 文件下拉菜單選項打開 打開軟盤或硬盤中所需的 STL 文件。保存 在編輯 STL 文件后,用舊文件名保存文件。另存為 在編輯 STL 文件后,用新文件名保存文件。退出 退出 HRP2001系統(tǒng)返回 windows 環(huán)境。此外, 【文件】下拉菜單還顯示最多為九個最近打開過的 STL 文件。2.2【顯示】用鼠標激活該下拉菜單,將出現(xiàn)如圖 4窗口。工具欄 顯示 /隱藏工具欄。狀態(tài)欄 顯示 /隱藏狀態(tài)欄?？刂婆_ 顯示 /隱藏控制臺?？蛇x擇的 3D 投影方式有

15、:透視投影 、 正交投影 ,一般使用正交投影 。透視投影 可以進行旋轉(zhuǎn)、放縮,一般用來觀察模型的三維造型。正交投影 可以在左邊視圖中顯示截面形狀,在工作中一般選用它。可選擇的 3D 顯示方式有:點網(wǎng)模式 、 框架模式 、 填充模式 ,一般使用填充模 式 。顯示軸線選中后,主視圖中將會在當前層顯示一根軸線,便于觀察。圖 4 顯示下拉菜單2.3【設(shè)置】在制作新模型之前,必須設(shè)置有關(guān)成型過程的一些參數(shù)。用鼠標激活【設(shè)置】下拉 菜單,屏幕將顯示如圖 5所示選項: 圖 5 設(shè)置下拉菜單選項實體變換用于縮放、旋轉(zhuǎn)實體。用鼠標激活系統(tǒng)項,將顯示如圖 6對話框: 圖 6實體變換對話框制造設(shè)置包括機器、網(wǎng)格、邊

16、框、材料、高級五個方面參數(shù)的設(shè)置。機器其各項參數(shù)如圖 7所示: 圖 7 機器相關(guān)參數(shù)切割速度 是指切割時激光頭運動的最大速度,該參數(shù)的最大值不超過 600,一般取 300400。平臺速度 是指平臺在制造時下降和上升的速度,最大為 30,默認值 20。平臺下移 是指平臺在制造是下降和上升的距離,默認為 30。送料速度 是指每疊一層后送紙速度,最大可取 400 mm/s ,常用 200 mm/s 。 材料給進量 是指每次送料時多于被加工零件長度的那部分材料的長度,具體如圖 8所示。圖 8 材料進給示意圖加熱輥速度 該參數(shù)可根據(jù)加工的實際情況確定,以保證層與層之間粘結(jié)牢固。最大 可取 400 mm/

17、s, 一般常用 50100 mm/s網(wǎng)格其各項參數(shù)如圖 9所示: 圖 9 網(wǎng)格相關(guān)參數(shù)基本網(wǎng)格尺寸 該值越大則網(wǎng)格就越稀,相反則越密。該參數(shù)的取值根據(jù)被加工零 件的大小而變。XY 變網(wǎng)格 細窄部分小于門限值后開始進行變網(wǎng)格劃分,劃分次數(shù)就是級別數(shù)。 細節(jié)變網(wǎng)格Z 變網(wǎng)格 上下兩層截面之間邊長劇減、劇增時,用 Z 變網(wǎng)格易于剝離。邊框邊框的各項參數(shù)如圖 10所示: 圖 10 邊框參數(shù)內(nèi)框距實體距離邊框?qū)挾?是指外框與內(nèi)框間的距離。外框倒角 是指外框的圓弧的半徑。 材料材料相關(guān)的參數(shù)如圖 11所示 圖 11 材料相關(guān)參數(shù)Z 突變網(wǎng)格比較層數(shù) 是指劃分突變網(wǎng)格的層數(shù),默認值為 1。 紙寬 是指紙的寬

18、度。紙厚 是指每次紙的厚度。 高級屬高級設(shè)置的參數(shù)如圖 12所示: 圖 12 高級參數(shù)工作區(qū)尺寸 是指工作區(qū)的長寬高尺寸。實體中心位置 是指被加工零件的中心點在工作區(qū)里的位置。加熱輥補償系數(shù) 是指在加熱輥熱壓紙的過程中走的長度不準確時的補償系數(shù), 如果 走的長,可以把這個系數(shù)設(shè)置的小一些,反之把這個系數(shù)設(shè)的大一些。送紙補償系數(shù) 是指送紙電機送紙的長度不準確時的補償系數(shù), 如果送紙送的長, 可 以把這個系數(shù)設(shè)置的小一些,反之把這個系數(shù)設(shè)的大一些。高度補償系數(shù) 是為了防止零件加工后膨脹,在加工過程中把實際高度乘上這個系 數(shù)。切割加速度 是指切割時的激光頭運動加速度。該值一般取 15002000。激

19、光半徑 是指切割用的激光束經(jīng)聚焦后光斑很小,但仍有一定尺寸。在切割模型 的輪廓時會產(chǎn)生一定的尺寸誤差。為此,系統(tǒng)采取補償措施,以使實際切割而成的 輪廓盡可能接近理論輪廓線。通常由制造商設(shè)置。激光能量補償 是指激光能量的縮放系數(shù), 在新激光器剛開始用時, 該系數(shù)可以小一 點,當激光器用久了,能量有所衰減,必須把系數(shù)加大。該系數(shù)的取值范圍在 0.61.5之間。2.4【制造】用鼠標激活該項,將出現(xiàn)如圖 13下拉菜單。該菜單包含:回零 選取該項,將出現(xiàn)如圖 14對話框,輸入回零高度 (回零高度是平臺 上物體的高度再加上 20mm 后按確定,則系統(tǒng)各運動部件都回零。制造 選取該項,則出現(xiàn)如圖 15窗口。打開強電 選取該項,則打開系統(tǒng)強電電源。打開加熱器選取該項,則打開系統(tǒng)加熱器電源。圖 13 制造菜單 圖 14 回零對話框 圖 15制造窗口制造窗口包含:1 連續(xù)制造 按下該按鈕后,機器開始全自動連續(xù)制造。連續(xù)制造必須設(shè)置起始和終止高度。連續(xù)制造后,會出現(xiàn)如圖 19窗口。在該窗口中,有各種連續(xù)制造的信息顯示,還有暫停、中止和設(shè)置等功能鍵。2 單層制造:按下該按鈕后,機器只切割當前一層輪廓。3 切外框:按下該按鈕后,切割一層外框。4 基底:按下該按鈕后,進行一層基底制造。其他如設(shè)置和回零上面已經(jīng)介紹,聯(lián)機按鈕無效。調(diào)試將在下面介紹。單層制造 單層制