快速成型实验

浙江科技学院快速成型实验报告课程名称：快速成型实验学院：机械与汽车工程学院专业班级：姓名：实验地点：指导老师：2014年10月28日一、实验目的随着社会需求和科学技术的发展，市场竞争越来越激烈，产品更新周期越来越短，因而要求设计者不但能根据市场的要求很快地设计出新产品，而且能在尽可能短的时间内制造出产品的样品，进行必要的性能测试，征求用户的意见并进行必要的修改，最后形成能投放市场的定型产品。用传统的方法制造样品，需采用多种加工机床，以及相应的工具和模具，既费时、成本又高，周期往往长达几星期至几个月，大型复杂设计所费的工时甚至以年为计算，完全不能适应市场日新月异的变化。为克服上述问题，近几年来出现了快速成型技术和相应的快速制模技术。通过实验要求学生熟悉计算机设计的三维图形直接制取模型的方法，掌握快速成型机制模型的过程及技巧。同事要求学生掌握模型后处理的方法，掌握模型制作的整个过程及技巧。了解快速成型机的工作原理，操作方法和步骤。掌握co2激光器切割的工作原理和设备组成二、实验原理快速成型(RapidPrototyping,RP)技术是20世纪80年代问世的一门新兴制造技术，自问世以来，得到了迅速的发展。由于RP技术可以使数据模型转化为物理模型，并能有效地提高新产品的设计质量，缩短新产品开发周期，提高企业的市场竞争力，因而受到越来越多领域的关注，被一些学者誉为敏捷制造技术的使能技术之一。RP技术的基本工作过程。RP技术是由CAD模型直接驱动的快速制造复杂形状三维物理实体技术的总称。其基本过程是：1.首先设计出所需零件的计算机三维模型，并按照通用的格式存储；2.据工艺要求选择成形方向（Ｚ方向），然后按照一定的规则将该模型离散为一系列有序的单元，通常将其按一定厚度进行离散(习惯称为分层)，把原来的三维ＣＡＤ模型变成一系列的层片；3.再根据每个层片的轮廓信息,输入加工参数，自动生成数控代码；4.最后由成形机成形一系列层片并自动将它们联接起来，得到一个三维物理实体。这样就将一个物理实体复杂的三维加工转变成一系列二维层片的加工，因此大大降低了加工难度。由于不需要专用的刀具和夹具，使得成形过程的难度与待成形的物理实体的复杂程度无关，而且越复杂的零件越能体现此工艺的优势。目前快速成形技术包括一切由ＣＡＤ直接驱动的成形过程。传统的加工方法又称为“去除”法：部分去除大于工作件的毛坯上的材料，而得到工件。快速成形技术彻底摆脱了传统的方法，也不同于传统的受迫成形（在模腔内成形），如铸、锻、挤压成形等，而采用全新的“增长”加工法即：用一层层的小毛坯逐步叠加成大工件，将复杂的三维加工分解成简单的二维加工组合。因此，它不必采用传统的加工机和工模具，只需要传统加工方法的30-50%的工时和20-35%的成本，就能直接制造产品或模具。三、实验设备、仪器和实验材料1.HRP-B快速成型机2.雕刻刀3.502胶水4.砂纸5.热熔树脂涂覆纸6.内六角扳手HRP-B快速成型机的简介HRP-IIB快速成型机有三部分组成：数控系统、精密数控机械系统、激光器及冷却系统。1)数控系统：他由高可靠性工业计算机、性能可靠的各种控制模块、电动驱动单元、高精度的传感器组成，配以HRP2004软件。其功能用于三维图形数据处理，加工过程的实时控制及模拟。HRP2004软件还具有STL文件识别及重新编码，容错及数据过滤切片技术，变网格划分技术，系统故障诊断，故障自动停机，STL文件可视化，及具有图形旋转、平移、缩放等功能。2)精密数控机械系统（主机）：它由伺服驱动的激光扫描单元、可升降工作台、送收料装置、热压层叠装置、通风排尘装置、机身及机壳等装置组成。它主要完成系统的加工传动功能。激光X-Y扫描单元采用交流伺服驱动和滚珠丝杆传动，升降工作台为4柱导向和双滚珠丝杆传动，保证了系统的高精、高速和平稳传动。3)激光器及冷却系统：激光器由二氧化碳激光管，激光电源，控制器及外光路组成，他能提供加工所需能量。冷却装置由可调恒温水冷却器及外管路组成，用于冷却激光器，以提高激光能量稳定性。图3.1HRP-B快速成型机HRP-B快速成型机主要性能参数。1)主机外型尺寸：1470mmX1100mmX1250mm2)主机重量：700kg3)电源：50HZ,220V,10A4)最大成型空间：450mmX350mmX350mm5)激光器：输出功率：50watts光斑直径：0.1~0.2mm6)切割速度：500mm/s7)成型材料：涂敷有热熔胶的纸，厚约0.1mm8)接口：STL格式数据文件9)输入方式：网络光盘U盘或软件10)成型精度：+-0.1mm用快速成型系统直接制造产品，一般只需传统加工方法30%~50%的成本。这种样品与最终产品相比，虽然在材质上有所差别，但在形状及尺寸方面几乎完全相同，而且有较好的机械精度和机械强度，经过适当的表面处理（如表面喷涂）后，看起来与真实产品一模一样。因此，他可供设计者和用户进行直观检测，评判和优比，可用来摄制产品照片，并可迅速反复修改和制造，直到最大限度的满足用户要求。四、实验步骤、方法及注意事项步骤一：通过三维软件设计及绘制实体造型本实验注重的是制作过程，所以设计及绘制实体造型本人将粗略带过。本次实验设计的模型是少女的侧面像如图2。我们可先用CATIA等三维软件绘制模型，保存为STL文件。图4.1少女的侧面像步骤二：材料叠层快速成型系统结构及实体制作过程1.熟悉HRP-IIB快速成型系统的组成和结构。2.接通电源，启动计算机，运行HRP2004程序。3.在【制造】下拉菜单中点击【打开强电】，设备强电启动，同时制冷器开始制冷。然后再点击【制造】下拉菜单中【打开加热器】，加热器开始加热升温，设置加热参数。4.通过磁盘，光盘，U盘或网格将准备加工的STL文件调入计算机中。在HR2004系统中打开此文件5.对图形作预处理。6.设置加工参数7.点击【制造】下拉菜单中【回零】项，系统各轴回到各自的起点位置。8.做成型件的基底，根据成型件的需要性质做不同的基底。作基底前先要清理实验台，保证试验台清洁。9.在工作台上固定一张白纸，待加热器、制冷器达到设定值，点击【制造】下拉菜单中的【制造】，出现对话框，点击框中的“切外框”钮，X-Y激光扫描单元在纸上扫描出模型外框的最大轮廓线，做好标记，在最大轮廓线内部粘上双面胶带（如图右下图）。胶带上再粘满一层成型用纸（与胶带接触的纸面不能涂胶），然后点击对话框中的“切外框”钮，除去激光切割轮廓外多余的白纸和双面胶带。选择对话框中的“调试”按钮，弹出调试对话框，在加热辊点动框中，按向左、向右钮使加热辊来回滚压工作台面4~6次，使台面预热，最后关闭调试对话框。10.装上成型用纸，将纸穿引至工作台面并铺好，在制造对话框中，单击“基底”按钮，系统进行一次基底制造。按此法重复做4~6层，使不在基底范围内的纸不沾工作台面即可（如图3）图4.2基底11.在【制造】对话框中，单击“回零”按钮，使系统回零。再设置制造对话框中的编辑框，在“从：”后输入起始高度，起始高度设置为比所要做的模型的开始高度低0.03~0.05mm。在“到”后输入终止高度。最后单击“连续制造”按钮，即可开始全自动制造。如图4是在切割模型的外轮廓。图4.3切割外轮廓当随着纸不断的叠加，升降台会不断的下降，此时切割的图片会在不断的变化。以下一系列图可以看出切割层数和轮廓的变化。图4.4刚切时图层显示图4.5刚切时的切割图图4.6切到第一层模型图层图4.7第一层模型图层的切割图图4.8刚切到侧脸的图层显示图4.9切到侧脸时的切割图图4.10切最后一层的图层显示图4.11最后一层切割图12.模型做完后，系统自动停机。13.点击【制造】下拉菜单中【关闭加热器】和【关闭强电】。退出HRP2004系统，关闭计算机，关闭总电源。14.待模型冷却后，方可从工作台上取下。并做搞好设备清洁卫生。图4.12清洁卫生图步骤三：成型件的后处理1.废料剥离。首先用雕刻刀将长方体下部的基底剥离，根据模型情况将准备先剥的面（正面或反面）朝上且将长方形平面中心向外（注意不要将四周的边框先剥离）、从上往下将废料逐渐剥离。在剥到突变网格处要小心，对细小处、薄壁处要仔细，一旦模型被刻刀弄破、分离要及时用502胶水粘牢。剥离工作要求操作人员熟悉模型实体形状，操作仔细，小心自己的手不要被刻刀划破，用力不要过猛以免模型被损坏。以下是我们剥离的过程：图4.13剥离粘着物图4.14剥离侧脸图图4.15剥离台阶图图4.16剥离后效果图2.模型剥离出来后，先检查一遍模型是否完整齐全牢固，将一些破损、分离、变形处用502胶水固定、整形。尤其对模型的一些细小处、Z轴方向凹凸曲面顶点处要确定模型应已完整将废料剥离干净，否则要进一步修整。3.对经过初步修整过的模型用砂纸进行打磨。主要是为了消除一些残存的纸片、曲面Z轴方向的台阶以及一些激光切割焦痕（对一些不上色的模型需尽量消除焦痕）。4.将打磨过的模型清理干净，用502胶水内外涂一遍，以增加模型的牢度及防止模型受潮变形。图4.17涂胶水图5.再用砂纸对模型进行打磨，要求模型表面平整、打毛，以便上色牢固。若模型表面平整度很差或尺寸相差较多，可用石膏填补，再打磨。图4.18处理好的最终模型图五、快速成型件实验结束语通过本次的快速成型件的设计与制作实验，我学到了不少知识，受益匪浅，通过自己亲手刮纸，打磨模型，从最初的一个纸板逐渐初具模样到最后的完全成型，已经基本了解并学会了怎么把一个复杂的零件通过快速成型技术加工出来，而且这种成型技术相比较其他的制作模具的技术相比较成本更低，加工周期更短，有时候只需几个小时就可以成型，灵活性更高，只要把模型通过绘图软件绘出就可以方便的导入机器中进行加工，为以后涉及这方面的加工增长了了解度，便于以后自己对各种产品的设计加工。