快速成型工藝過(guò)程設(shè)計(jì)

1、廣州學(xué)院2014/2015學(xué)年第一學(xué)期快速成型課程大作業(yè)報(bào)告夜光杯零件的設(shè)計(jì)及快速成型工藝過(guò)程設(shè)計(jì)院（系）機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)機(jī)械工程及其自動(dòng)化班級(jí)學(xué)生姓名指導(dǎo)老師成績(jī)：（教師填寫）2014年12月2日課程大作業(yè)任務(wù)書茲發(fā)給12級(jí)機(jī)械6班學(xué)生許奕楷課程大作業(yè)任務(wù)書,內(nèi)容如下：設(shè)計(jì)題目：夜光杯零件的設(shè)計(jì)及快速成型工藝過(guò)程設(shè)計(jì)應(yīng)完成的項(xiàng)目：闡述集成逆向工程系統(tǒng)組成，逆向工程與快速成型的關(guān)系;闡述各種快速成型的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)及將來(lái)發(fā)展趨勢(shì);詳細(xì)闡述FDM快速成型原理，針對(duì)FDM快速成型方式完成快速成型的前處理部分：建模、網(wǎng)格劃分；完成部分參數(shù)的設(shè)置，并說(shuō)明參數(shù)選擇理由。3.參考資料以及說(shuō)明:(1)孫維峰，快

2、速成型RP的原理方法及應(yīng)用M.機(jī)電技術(shù).2008(2)李紅莉，王丹.逆向工程與快速成型技術(shù)的綜合應(yīng)用M.應(yīng)用研究2008(3)趙萍，蔣華，周芝庭.熔融沉積快速成型工藝的原理及過(guò)程J.機(jī)械制造與研究2003(4)宋天虎我國(guó)快速成形-制造技術(shù)的發(fā)展與展望J.機(jī)械工程學(xué)會(huì)會(huì)訊,2001(5)王秀峰，羅宏杰.快速原型制造技術(shù)M.北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,20014.本任務(wù)書于2014年11月12日發(fā)出，應(yīng)于2014年12月5日前完成,然后進(jìn)行考評(píng)。指導(dǎo)教師.簽發(fā)年月日考核評(píng)語(yǔ):考核總評(píng)成績(jī):指導(dǎo)教師簽字:年摘要一、逆向工程與快速成型1集成逆向工程系統(tǒng)及其組成2逆向工程與快速成型的關(guān)系1.2.1概念2.2

3、關(guān)系二、各種快速成型的優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)1光固化成型（SLA）技術(shù)2.1SLA技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)2.2.2SLA技術(shù)的缺點(diǎn)2.2.3SLA技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)2選擇性激光燒結(jié)成型（SLS）技術(shù)2.2.1SLS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)2.2.2SLS技術(shù)的缺點(diǎn)2.2.3SLS技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)3熔絲堆積成型（FDM）技術(shù)2.3.1FDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)2.3.2FDM技術(shù)的缺點(diǎn)2.3.3FDM技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)4分層實(shí)體成型（LOM）技術(shù)2.4.1LOM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)2.4.2LOM技術(shù)的不足2.4.3LOM技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)5三維打印成型（3DP）技術(shù)2.5.13DP技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)2.5.23DP技術(shù)的缺點(diǎn)2.5.33DP技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)三、零件設(shè)計(jì)

4、及快速成型工藝過(guò)程設(shè)計(jì)1FDM技術(shù)的概念及原理3.2FDM工藝過(guò)程 3針對(duì)FDM快速成型方式完成快速成型的前處理部分3.3.1建模3.2網(wǎng)格劃分3.4FDM工藝參數(shù)的設(shè)置4.1分層設(shè)置4.2支撐設(shè)置4.3輪廓填充設(shè)置4.4支撐填充設(shè)置3.4.5基底設(shè)置參考文獻(xiàn)快速成型技術(shù)是20世紀(jì)90年代迅速發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)制造技術(shù)，是服務(wù)于制造業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)的一種關(guān)鍵技術(shù)。快速成型技術(shù)是集CAD/CAM技術(shù)、激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、精密伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及新材料技術(shù)為一體，由CAD模型直接驅(qū)動(dòng)的可快速制造出任意復(fù)雜形狀三位物理實(shí)體的技術(shù)總稱。本論文闡述了集成逆向工程系統(tǒng)組成，逆向工程與快速成型的關(guān)系以及簡(jiǎn)單介

5、紹了各種快速成型技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，并以夜光杯零件為主題，針對(duì)FDM快速成型方式對(duì)夜光杯進(jìn)行零件設(shè)計(jì)及快速成型工藝過(guò)程設(shè)計(jì)，將該快速成型技術(shù)過(guò)程完整展現(xiàn)。通過(guò)本論文，可以加深我們對(duì)快速成型類型以及工藝了解，同時(shí)對(duì)快速成型的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)有深刻的認(rèn)識(shí)。關(guān)鍵詞：快速成型技術(shù)集成逆向工程系統(tǒng)逆向工程與快速成型的關(guān)系快速成型技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)夜光杯零件FDM快速成型一、逆向工程與快速成型11集成逆向工程系統(tǒng)及其組成集成逆向工程系統(tǒng)是在RP技術(shù)中引進(jìn)RE相關(guān)技術(shù)，形成一個(gè)快速設(shè)計(jì)、快速制造與快速檢測(cè)的閉環(huán)反饋系統(tǒng)，能有效地發(fā)揮RP技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。目前，大多數(shù)RP技術(shù)系統(tǒng)都有相關(guān)的RE工程系統(tǒng)。我們可

6、以將集成的RE、RP系統(tǒng)分為三個(gè)子系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、模型重構(gòu)子系統(tǒng)和產(chǎn)品三維快速制造子系統(tǒng)。其組成有：（1）數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)包括實(shí)物或模型的三維測(cè)量、模型分析、建模方案的訂制、三維數(shù)據(jù)的預(yù)處理等內(nèi)容。實(shí)物的三維數(shù)據(jù)處理是通過(guò)特定的三維測(cè)量設(shè)備及相關(guān)測(cè)量方法，獲取實(shí)物或模型表面離散點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行曲面的編輯與修改等工作。（2）模型重構(gòu)子系統(tǒng)在建模時(shí)需將三維數(shù)據(jù)模型導(dǎo)入RP設(shè)備識(shí)別的文件后,再對(duì)其進(jìn)行模型的轉(zhuǎn)換優(yōu)化、再設(shè)計(jì)與模型的校驗(yàn)等工作，使得該數(shù)據(jù)在模型重建和CAD/CAE/CAM系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)一共享，達(dá)到模型重建模塊與CAD/CAM系統(tǒng)的無(wú)縫集成。（3）產(chǎn)品三

7、維快速制造子系統(tǒng)產(chǎn)品的研發(fā)離不開CAD系統(tǒng)，主要制造模式有以下三種；首先進(jìn)行二維圖的設(shè)計(jì)，再選擇不同組合加工與制造方式，此方式即原來(lái)的傳統(tǒng)產(chǎn)品制造方式；通過(guò)CAM加工完成，此方式主要是利用數(shù)控加工完成產(chǎn)品的制作，主要用于模具產(chǎn)品或具有復(fù)雜外形的產(chǎn)品；由RP設(shè)備快速制作成產(chǎn)品制作，此鐘方式一般用于模型的檢驗(yàn)和評(píng)估或最終產(chǎn)品的制作。1.2逆向工程與快速成型的關(guān)系1.2.1概念逆向工程（又稱逆向技術(shù)、反求工程），是一種產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)再現(xiàn)過(guò)程，即對(duì)一項(xiàng)目標(biāo)產(chǎn)品進(jìn)行逆向分析及研究，從而演繹并得出該產(chǎn)品的處理流程、組織結(jié)構(gòu)、功能特性及技術(shù)規(guī)格等設(shè)計(jì)要素，以制作出功能相近，但又不完全一樣的產(chǎn)品。逆向工程簡(jiǎn)單說(shuō)

8、就是對(duì)實(shí)物復(fù)制和再設(shè)計(jì)的過(guò)程。其主要目的是在不能輕易獲得必要的生產(chǎn)信息的情況下，直接從成品分析，推導(dǎo)出產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原理。而快速成型（RP）技術(shù)是為制造業(yè)企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)服務(wù)的一項(xiàng)關(guān)鍵共性技術(shù)，對(duì)促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力有積極的推動(dòng)作用。自該技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)在發(fā)達(dá)國(guó)家的制造業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，并由此產(chǎn)生一個(gè)新興的技術(shù)領(lǐng)域。1.2.2關(guān)系逆向工程與快速成型技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)的重要組成部分，講著兩個(gè)單元技術(shù)集成為一個(gè)產(chǎn)品快速開發(fā)糸統(tǒng)時(shí)，就得到了一個(gè)最佳的集成技術(shù)模型。逆向工程與快速成型技術(shù)的集成，是快速開發(fā)新產(chǎn)品的先進(jìn)制造技術(shù)，它比由新概念設(shè)計(jì)輸入到柔性制造糸統(tǒng)輸出的正向糸

9、統(tǒng)路徑短，更快捷，因而對(duì)市場(chǎng)的響應(yīng)能力更強(qiáng)，尤其對(duì)于發(fā)展中國(guó)家是一種十分重要的新產(chǎn)品開發(fā)手段。一個(gè)與快速成型技術(shù)完全匹配的逆向工程糸統(tǒng)應(yīng)具有以下的特點(diǎn)：測(cè)量速度快，精度高；能測(cè)量?jī)?nèi)外輪廓，最好不要破壞零件；能把測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAD模型；具有吧CAD模型文件轉(zhuǎn)換成STL文件的功能，并能直接切片；能自動(dòng)化測(cè)量，且成本低。工業(yè)CT是一種無(wú)損測(cè)量方法，對(duì)于許多不能使用破壞性測(cè)量的對(duì)象，是一種理想的補(bǔ)充?？梢云诖罱K代替層切法和其他方法，實(shí)現(xiàn)無(wú)損壞、高精度的逆向工程測(cè)量。二、各種快速成型的優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)2.1光固化成型(SLA)技術(shù)SLA技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)尺寸精度咼；表面質(zhì)量較好；系統(tǒng)分辨率較高；可以直接制

10、作面向熔模精密鑄造的具有空中的結(jié)構(gòu)的消失模。SLA技術(shù)的缺點(diǎn)成型制件外形尺寸穩(wěn)定性較差；需要設(shè)計(jì)模型的支持結(jié)構(gòu)；SLA設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)的成本較高；可使用SLA材料種類較少；液態(tài)樹脂材料具有氣味和毒性；成型制件需要二次固化；SLA成型件不便進(jìn)行機(jī)械加工。SLA技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)光固化快速成型技術(shù)發(fā)展到今天已經(jīng)比較成熟，各種新的成型工藝不斷涌現(xiàn)。該技術(shù)自問(wèn)世以來(lái)在快速制造領(lǐng)域發(fā)揮了巨大作用，已成為工程界關(guān)注的焦點(diǎn)。光固化原型的制作精度和成型材料的性能成本，一直是該技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。目前，很多研究者通過(guò)對(duì)成型參數(shù)、成型方式、材料固化等方面分析各種影響成型精度的因素，提出了很多提高光固化原型的制作精度的方

11、法，如掃描線重疊區(qū)域固化工藝、改進(jìn)的二次曝光法、研究開發(fā)用CAD原始數(shù)據(jù)直接切片法、在制件加工之前對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化等，這些工藝方法都可以減小零件的變形、降低殘余應(yīng)力，提高原型的制作精度。此外，SLA所用的材料為液態(tài)光敏樹脂，其性能的好壞直接影響到成型零件的強(qiáng)度、韌性等重要指標(biāo)，進(jìn)而影響到SLA技術(shù)的應(yīng)用前景。2.2選擇性激光燒結(jié)成型（SLS）技術(shù)SLS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)（1）可采用多種材料；（2）制造工藝比較簡(jiǎn)單；（3）精度咼；（4）無(wú)需設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)；（5）材料利用率高；（6）工件翹曲變形。SLS技術(shù)的缺點(diǎn)（1）耗時(shí)（2）后處理過(guò)程較為復(fù)雜（3）燒結(jié)過(guò)程中有異味（4）設(shè)備價(jià)格較高SLS技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

12、近十幾年來(lái)SLS技術(shù)得到了飛速發(fā)展，獲得了良好的應(yīng)用效果，但作為一項(xiàng)新興制造技術(shù)，尚處于一個(gè)不斷發(fā)展、不斷完善的過(guò)程之中。目前,SLS技術(shù)還有很大的發(fā)展空間：成形工藝和設(shè)備的開發(fā)與改進(jìn)，以提高成型件的表面質(zhì)量、尺寸精度和機(jī)械性能；新材料成型機(jī)理、成型性的研究與開發(fā)，為SLS提供具有良好綜合性能的燒結(jié)粉末材料及形成快速成型材料的商品化；探索SLS技術(shù)與傳統(tǒng)加工、特種加工等技術(shù)相結(jié)合的多種加工手段的綜合工藝，為快速模具、工具制造提供新的技術(shù)手段；后處理工藝的優(yōu)化。利用SLS雖可直接成型金屬零件，但成型件的機(jī)械性能和熱學(xué)性能還不能很好滿足直接使用的要求，經(jīng)后處理后可明顯得到改善，但對(duì)尺寸精度有所影響

13、，這就需要優(yōu)化設(shè)計(jì)現(xiàn)有的后處理工藝以提高綜合質(zhì)量。隨著SLS技術(shù)的發(fā)展，新工藝、新材料的不斷出現(xiàn)，勢(shì)必會(huì)對(duì)未來(lái)的實(shí)際零件制造產(chǎn)生重大影響，對(duì)制造業(yè)產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。2.3熔絲堆積成型（FDM）技術(shù)FDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)（1）成型材料廣泛（2）成本相對(duì)較低后處理簡(jiǎn)單可直接用于失蠟鑄造能成型任意復(fù)雜外形曲面模型制造可直接制作出彩色的模型制件特別適合用于制造醫(yī)用模型FDM技術(shù)的缺點(diǎn)只適合制造中、小型模型制造成型件的表面有較明顯的一層層條紋縱向方向的強(qiáng)度比較弱成型速度較慢FDM技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)材料性能的研究一直是FDM技術(shù)的研究重點(diǎn)，近年來(lái)研制出PC,PC/ABS,PPSF等材料，其強(qiáng)度已經(jīng)接近或超過(guò)普通注

14、塑零件，能在某些特定場(chǎng)合進(jìn)行試用、維修、暫時(shí)替換等。今年來(lái)許多公司都在進(jìn)行金屬材料的研究工作，這也是當(dāng)年快速原型領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。隨著FDM材料性能和工藝水平的進(jìn)一步提高，相信會(huì)有更多的FDM原型制件在各種場(chǎng)合下直接使用。2.4分層實(shí)體成型(LOM)技術(shù)LOM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)原型制件精度高原型制件具有較高的硬度和良好的力學(xué)性能成型速度較快無(wú)需另外設(shè)計(jì)和制作支撐結(jié)構(gòu)廢料和余料容易剝離，且無(wú)需后固化處理原材料便宜，制作成本低LOM技術(shù)的不足不能直接制作塑料原型原型的彈性、抗拉強(qiáng)度差模型制件須進(jìn)行防潮后處理模型制件須進(jìn)行必要的后處理LOM技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)LOM技術(shù)是一種具有廣泛應(yīng)用前景的、正在不斷完善的高新技

15、術(shù)，已經(jīng)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造方面發(fā)揮重要作用。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日漸激烈，該技術(shù)將會(huì)被越來(lái)越多的企業(yè)采用，對(duì)企業(yè)的發(fā)展將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，并講給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，LOM技術(shù)作為多學(xué)科交叉的專業(yè)技術(shù)，其本身的發(fā)展也將推動(dòng)相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2.5三維打印成型（3DP）技術(shù)3DP技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)（1）易于操作，工藝過(guò)程較為清潔（2）可使用多種粉末材料，也可采用各種彩色的粘結(jié)劑（3）不需支撐（4）成型速度快（5）不需激光器，設(shè)備價(jià)格低廉3DP技術(shù)的缺點(diǎn)（1）精度和表面粗糙度不太理想，不適合構(gòu)建結(jié)構(gòu)復(fù)雜和細(xì)節(jié)較多的薄型制件（2）粘結(jié)劑的粘結(jié)能力有限，原型的強(qiáng)度較低，只能做概念型模型（3）原材料價(jià)格

16、（粉末、粘結(jié)劑）昂貴3DP技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)（1）體積小型化、桌面化（2）軟件集成化CAD/CAPP/RP體化（3）操作簡(jiǎn)單化、網(wǎng)絡(luò)化可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化制作，實(shí)現(xiàn)立體傳真功能（4）材料多元化從傳統(tǒng)均質(zhì)材料到非均質(zhì)才材料三、零件設(shè)計(jì)及快速成型工藝過(guò)程設(shè)計(jì)FDM技術(shù)的概念及原理熔絲堆積成型（FDM）技術(shù)，也稱為熔融沉積制造、熔融擠出成型技術(shù)。它是利用熱塑性材料的熱熔性、粘結(jié)性等特點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)控制下進(jìn)行層層堆積疊加，最終形成所需產(chǎn)品或模型。熔融沉淀制造也稱熔融擠出成型，是繼光固化快速成型和分層實(shí)體制造后的另一種應(yīng)用比較廣泛的快速成型方法。其原理如下：快速成型機(jī)的加熱噴頭受計(jì)算機(jī)控制，根據(jù)水平分層數(shù)據(jù)作xy平面

17、運(yùn)動(dòng)。絲材由送絲機(jī)構(gòu)送至噴頭，經(jīng)過(guò)加熱、熔化，從噴頭擠出粘結(jié)到工作臺(tái)面，然后快速冷卻并凝固。每一層截面完成后，工作臺(tái)下降一層的高度，再繼續(xù)進(jìn)行下一層的造型。如此重復(fù)，直至完成整個(gè)實(shí)體的造型。每層的厚度根據(jù)噴頭擠絲的直徑大小確定。FDM工藝關(guān)鍵是保持熔融的成型材料剛好在凝固點(diǎn)之上，通?？刂圃诒饶厅c(diǎn)高1C左右。目前，最常用的熔絲線材主要是ABS、人造橡膠、鑄蠟和聚酯熱塑性塑料等。FDM工藝過(guò)程：（1）設(shè)計(jì)三維CAD；利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)出三維CAD模型。三維CAD模型的近似處理；產(chǎn)品上有許多不規(guī)則的曲面，在加工前必須對(duì)模型的這些曲面進(jìn)行近似處理。對(duì)STL文件進(jìn)行分層處理由于快速成型是將模型

18、按照一層層截面加工，累加而成的。所以必須將STL格式的三維CAD模型轉(zhuǎn)化為快速成型制造系統(tǒng)可接受的層片模型。支撐制作；由于FDM的工藝特點(diǎn)，系統(tǒng)必須對(duì)產(chǎn)品三維CAD模型做支撐處理。支撐還有一個(gè)重要的目的:建立基礎(chǔ)層。在工作平臺(tái)和原型的底層之間建立緩沖層，使原型制作完成后便于剝離工作平臺(tái)。此外，基礎(chǔ)支撐還可以給制造過(guò)程提供一個(gè)基準(zhǔn)面。所以FDM造型的關(guān)鍵一步是制作支撐。實(shí)體制作；在支撐的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)體的造型，自下而上層層疊加形成三維實(shí)體，這樣可以保證實(shí)體造型的精度和品質(zhì)。后處理；快速成型的后處理主要是對(duì)原型進(jìn)行表面處理。去除實(shí)體的支撐部分，對(duì)部分實(shí)體表面進(jìn)行處理，使原型精度、表面粗糙度等達(dá)到要求

19、。3.3針對(duì)FDM快速成型方式完成快速成型的前處理部分3.3.1建模3.3.2網(wǎng)格劃分3.4FDM工藝參數(shù)的設(shè)置3.4.1分層設(shè)置（1）分成厚度為0.25mm。理由：常用的參數(shù)設(shè)置，加快制造的速度，縮短時(shí)間。（2）內(nèi)輪廓補(bǔ)償為0.2mm，外輪廓補(bǔ)償為0.3mm。理由：材料收縮性的特性，需對(duì)理論分層輪廓進(jìn)行不同的補(bǔ)償值的設(shè)置，以達(dá)到精度的要求。3.4.2支撐設(shè)置（1）優(yōu)化角度為45。理由：設(shè)置為45能夠起到更好的支撐作用。（2）實(shí)體間距為0.4mm。理由：避免支撐和實(shí)體過(guò)度粘結(jié)，影響支撐剝離。3.4.3輪廓填充設(shè)置（1）填充角度為0。理由：填充方向與平臺(tái)X軸線的夾角為0,所以選擇填充角選為0。（2）填充間距為0.5mm。理由：填充線之間的距離，缺省值為0.4mm，選擇比缺省值大一點(diǎn)為0.5mm。（3）偏移層數(shù)為2層。理由：等距偏移的層數(shù)缺省值為2層，常用值設(shè)置，對(duì)模型的成型有較好的效果；（4）偏移間距為0.4mm。理由：等距偏移線之間的距離缺省值為0.4mm，故選擇其數(shù)值與之相同。3.4.4支撐