产品形态设计及快速成型方法实验教程2015版

产品形态设计及快速成型方法实验教程李明主编二〇一四年七月1实验一产品形态设计及快速成型方法介绍一、实验任务掌握产品形态的基本概念、基本理论和基本的产品形态设计技能，从感性和理性两个方面培养学生对产品形态的想象能力、认知能力及创造能力。逐步让学生掌握产品形态设计中相关的技术结构知识，了解产品形态的功能作用、产品形态的审美价值和产品形态的语义。培养学生综合思维的能力、平衡协调的能力、分析问题和解决问题的能力及空间想象能力，通过学习不断提高学生的设计素质，为进一步学习后续的设计专业课打下基础。掌握产品形态设计及快速成型制造技术的工作原理；进一步理解快速成型制造的方法；加深对快速成型技术的理解和认识；熟悉快速成型技术的基本流程。二、实验目的及训练要点通过本实验的学习，使学生掌握产品形态设计和快速成型的基本概念，逐步让学生了解产品形态设计和快速成型中相关的技术结构知识，了解产品形态的功能作用、产品形态的审美价值和产品形态的语义。通过整个实验演示过程逐渐强化学生综合思维的能力、平衡协调的能力、分析问题和解决问题的能力及空间想象能力，提高学生的设计素质，为进一步学习后续的设计专业课打下基础。三、实验原理（一）快速成型技术简介快速成型技术(RapidPrototyping，快速成型，简称RP技术)是20世纪80年代后期发展起来的，被认为是近年来制造技术领域的一次重大突破，其对制造业的影响可与数控技术的出现相媲美。RP系统综合了机械工程、CAD、数控技术，激光技术及材料科学技术，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想物化为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而可以对产品设计进行快速评价、修改及功能试验，有效地缩短了产品的研发周期。四、实验设备、仪器、工具及资料1.计算机、投影仪，或电视机、VCD影碟机。2.MEM300-II快速成型系统，Up!3D打印机。3.ABS丝状材料；整形工具。五、实验内容及步骤本实验通过了解MEM300-II快速成型机的工作原理及快速成型过程，全面掌握使用该成型机进行产品快速成型的方法及过程。实验步骤如下：1.快速成型技术简介2MEM，熔融挤压成形（类似于美国FDM工艺），是RPM家族中的后起之秀。该工艺将丝状热熔型材料（ABS、PC）通过液化器熔化，而后挤压喷出并堆积一个层片，然后将第二个层片用同样的方法加工，并与前一个层面熔结在一起，如此层层堆积而获得一个三维实体。2.熟悉3D打印技术3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。1实验二产品的形态设计（Rhino部分）一、实验任务利用Rhino软件进行三维实体建模。二、实验目的及训练要点通过本实验的学习，使学生了解并掌握Rhino软件建模和渲染工具面板的应用，提高学生提取生活中的形象在计算机中绘制三维效果图的能力。通过具体实例使学生熟练应用该软件。三、实验原理本实验主要通过运用Rhino软件当中主工具栏1、2的子工具按钮中的多种命令来实现产品设计的三维建模过程。例如旋转曲线成形（revolve）的命令、布尔运算（boolean）、两轨成形（sweep2rails）、沿一条曲线阵列物体（arrayalongcurve）等多种命令。从而实现产品的三维效果。四、实验设备、仪器、工具及资料微型计算机及相关软件（Rhino3.0）实验中用到的参考资料：北京洪恩教育科技有限公司编著，巧夺天工——犀牛Rhino3产品模型设计，天津电子出版社，2004年2月第一次印刷及其他相关书目。五、实验内容及步骤以螺丝刀为例在Rhino3中进行三维建模。实验步骤如下：1.刀柄的制作a)制作木柄b)制作刀体与木柄连接的金属包块c)制作金属包块与刀体相接的圆柱形金属销子2.刀体的制作a)绘制放样曲线b)绘制放样截面c)放样形成曲面d)封盖3.渲染出图2图2-1渲染图4.将所设计的零件转化为Stl格式文件。六、实验报告要求写出使用Rhino软件进行产品形态设计的实验步骤，上交Rhino源文件。七、思考题1.放样成形与两轨成形的相同点与不同点。2.通过以上用到的工具按钮命令还可以实现哪些产品设计的三维建模。(侯力莉)1实验三产品的形态设计（Pro/E部分）一Pro/E系统简单操作一、实验任务利用Pro/E软件进行简单操作及命令的练习。二、实验目的及训练要点通过该实验，使学生初步掌握Pro/Engineer软件系统的组成和各功能模块即简单的操作，并熟悉其工作界面和简单的命令。三、实验原理Pro/Engineer是美国PTC公司推出的基于特征造型的参数化设计（ParametricDesign）系统。本次实验中涉及到的Pro/E的基本操作有：长方体绘制、鼠标的操作、长方体修改、工作目录建立、文件名称特点、文件管理和文件的存储。四、实验设备、仪器、工具及资料微型计算机及相关软件（Pro/ENGINEERWildfire5.0）实验过程中可以参考以下资料：1.钟日铭等编著.Pro/ENGINEERWildfire5.0从入门到精通（第二版）.北京：机械工业出版社,2013.2.唐俊编著.Pro/ENGINEER中文野火版应用教程.北京：清华大学出版社,2004.五、实验内容及步骤1.绘制一个长为100，宽为40，高为20的简单长方体，熟悉Pro/E软件的功能，并以自己名字的汉语拼音＋序号命名存储在硬盘中，如可命名文件名为wangyi001；2.使用鼠标操作，从各个角度观察刚才绘制的长方体，同时对长方体进行缩放、平移及旋转操作。3.对绘制好的长方体，进行修改制作成符合要求的长方体。4.建立工作目录从菜单栏中选择“文件/设置工作目录”命令，出现“选取工作目录”对话框，可选择其中已有的文件夹或新建文件夹作为新的工作目录，设置工作目录便于统一管理属于同一项目的模型文件。5.文件名称特点Pro/E软件对于模型文件的保存与其他一般常见的文件保存不同，对于模型文件来说，采用多版本存储方式，即每存盘一次，产生一个新文件，而以前的文件仍旧保留。2假如在建立了工作目录后再次作一遍长方体模型，文件名还是采用默认的PRT00l，做完模型后，连续存盘三次，退出Pro/E，找到刚才的工作目录，你会看到，这里有三个模型文件，分别为PRT001.PRT.1、PRT001.PRT.2、PRT001.PRT.3，这就是Pro/E软件采用多版本管理文件的特点。Pro/E软件采用多版本管理的文件主要包括以下类型：*.sec草图文件*.prt零件文件*.asm装配文件*.drw二维工程图文件trail.txt操作历程文件*.inf信息文件6.文件管理Pro/E软件可打开指定(含当前)目录下的任意零件、装配等文件，也可通过配置文件目录管理指定搜索路径来打开大型装配。Pro/E软件的文件管理含内存文件管理和硬盘文件管理两部分，对文件的打开、读取遵照内存优先硬盘的原则。文件在内存的存储是自动的，但对文件存储于硬盘必须执行存盘命令。7.文件的存储分别使用【保存】、【保存副本】、【备份】命令进行文件的存储，掌握各自区别。六、思考题1.在Pro/E软件中，常见文件类型及对应的扩展名是什么？2.在Pro/E软件中，【拭除】与【删除】命令有何区别？二Pro/E零件设计一、实验任务利用Pro/E软件进行典型零件的三维建模。二、实验目的及训练要点通过该实验，使学生掌握Pro/E的零件设计模块的功能、命令，进行零件设计的方法和步骤。三、实验原理本实验主要通过运用Pro/E软件中的基准特征（基准平面）、基础特征（拉伸特征、旋转特征）、工程特征（孔、圆角）等特征创建典型的零件。四、实验设备、仪器、工具及资料微型计算机及相关软件（Pro/ENGINEERWildfire5.0）3实验过程中可以参考以下资料：1.钟日铭等编著.Pro/ENGINEERWildfire5.0从入门到精通（第二版）.北京：机械工业出版社,2013.2.唐俊编著.Pro/ENGINEER中文野火版应用教程.北京：清华大学出版社,2004.五、实验内容及步骤1.双击桌面快捷图标，启动Pro/E软件；2.在Pro/E软件中创建零件文件；3.从图2-1中选择两个模型进行其三维模型的创建；4.将所设计的零件转化为Stl格式文件；5.进行文件的保存。图2-1各种零件造型六、思考题1.利用旋转特征创建模型时需要注意哪些问题？2.在Pro/E软件中，有哪几种类型的倒圆角特征？（编者：许小侠）4实验四产品快速成型的前处理一、实验任务使用快速成型机制作产品模型的前期准备工作。二、实验目的及训练要点掌握快速成型制造技术的工作原理；进一步理解快速成型制造的方法；加深对快速成型技术的理解和认识；熟悉快速成型技术的基本流程；熟练掌握快速成型前处理的操作步骤。三、实验原理在数控系统的控制下，快速成形机中的成形头(激光头或喷头)按照分层切片处理得到的截面轮廓及一定的算法在X．Y平面内作轨迹运动，切割纸或固化液态树脂、烧结粉末材料，或喷射粘结剂、热熔材料，从而获得具有一定厚度的某一层截面轮廓的制件。每层截面轮廓成形之后，快速成形机就将下一层材料送至(或铺设在)已成形的轮廓表面上，然后进行新一层截面轮廓的成形，从而将一层层的截面轮廓制件逐步叠合在一起，最终形成三维的产品原型。四、实验设备、仪器、工具及资料1.MEM300-II快速成型系统。2.ABS丝状材料。五、实验内容及步骤（一）成形准备工作准备工作包括数控初始化及预热1.打开电源打开专用计算机、接通总电源按钮，按下照明，温控、散热按钮。注意事项：(1)应该保证电源为单相220V（200～240V，50/60Hz）。(2)每次开机前请检查电源系统是否正常。2.材料及成形室预热按下温控、散热按钮，系统将以50℃为一升温梯度，将成型材料逐步升温至220℃；以10℃为一升温梯度，将成型室温度逐步升温至55℃。注意事项：(1)升温时应注意散热风扇是否正常。(2)成型室升温时应打开散热开关，否则成型室不加温。注：温控系统在升温过程中或造型过程中“断电”，应在5分钟后重新打开温控按钮！此时其主电源开关和散热开关应处于打开状态。3.数控初始化5打开计算机，运行Cark控制软件，读出需要造型加工的CLI文件。打开数控按钮，在“造型”菜单下单击“数控系统初始化”菜单。注意事项：(1)尽量少开关数控按钮。关闭数控按钮后，应至少间隔1分钟后才能再次打开数控按钮。(2)一定要先启动计算机，再按下数控按钮。(3)开关数控按钮后一定要进行数控系统初始化。4.挤丝确保材料温度到达指定的220℃后，打开喷头按钮，选择菜单“造型控制面板”，弹出控制面板对话框后，在喷头区域按下“喷丝”，按钮（参见图4-7），观察喷头出丝的情况，并持续出丝一段时间。喷头中已经老化的丝材吐完后，观察新吐出的ABS丝是否光滑；如果不光滑，查看成型材料温度或对丝材进行除湿处理。喷头正常出丝后，按下“停止”按钮，系统将关闭喷头停止送丝。图4-7控制面板5.工作台水平校准选择菜单“造型控制面板”，调出控制面板（参见图4-7）。(1)使用“工作台”区域左侧的箭头，调节工作台高度，使喷嘴与工作底板间的距离大于调平量块的高度。(2)点击XY扫描区域，使喷头运动到工作台的中前部。(3)将调平量块放到工作台上，喷头附近。(4)点击“工作台”区域右侧的箭头将工作台运动速度降低，点击左侧的箭头调节工作台的高度，使喷嘴与调平量块上表面的高度差为0（此步骤需慢慢调节高度，防止量块撞击喷头）。(5)点击XY扫描区域，使喷头运动到工作台左后部。6(6)将调平量块放到喷头附近，调节工作台左侧调平螺母，使喷嘴与量块之间的距离也为0。(7)点击XY扫描区域，