【文章內(nèi)容簡介】 里程碑。(9)遠程制造。隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展，設計和制造人員可以通過各種桌面系統(tǒng)直接控制制造過程，實現(xiàn)設計和制造過程統(tǒng)一協(xié)調(diào)和無人化，實現(xiàn)異地操作與數(shù)據(jù)交換。用戶可以通過網(wǎng)絡將產(chǎn)品的CAD數(shù)據(jù)傳給制造商，制造商可以根據(jù)要求快速地為用戶制造各種制品，從而實現(xiàn)遠程制造。 本論文設計內(nèi)容概述 由于FDM 工藝的特點， FDM 已經(jīng)廣泛地應用于制造行業(yè)。它降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，縮短了生產(chǎn)周期，大大地提高了生產(chǎn)效率，給企業(yè)帶來了較大的經(jīng)濟效益。當前快速成型技術的發(fā)展趨勢是將快速成型與其他先進的設計與制造技術密切結合起來，共同發(fā)展。 本論文圍繞熔融成型機，重點研究了該設備的機械系統(tǒng)，提出一套完整的機械設計方案。大致擬定了熔融成型機機械系統(tǒng)總體設計方案中的機械傳動結構、三軸運動方式以及加熱擠出頭結構，確定了機械結構設計中的幾個關鍵技術問題。以機械設計原理為依據(jù)，結合對FDM整個機械系統(tǒng)的幾大構件制定的設計方案，按照整機設計需求參數(shù)，分別對住運動系統(tǒng)、導向系統(tǒng)、機械結構和包裝造型進行了具體的參數(shù)化結構設計,包括滾珠絲杠的選取以及絲杠的強度和壽命校核；伺服驅(qū)動電機的選用和校核；導向系統(tǒng)的設計和直線導軌的選用。然后按照機身結構設計原則設計并完成了全部零部件的三維實體建模、裝配以及工程圖。2 工藝原理及機械系統(tǒng)總體方案擬定 熔融沉積成型機的工藝原理及過程 熔融沉積造型(FDM)的工藝原理 （1） 快速成型技術的基本原理[4] 快速成型技術是對零件的三維CAD 實體模型，按照一定的厚度進行分層切片處理，生成二維的截面信息，然后根據(jù)每一層的截面信息，利用不同的方法生成截面的形狀。這一過程反復進行，各截面層層疊加，最終形成三維實體。 （2） FDM 的工藝原理 快速成型機的加熱噴頭受計算機控制，根據(jù)水平分層數(shù)據(jù)作x y 平面運動。絲材由送絲機構送至噴頭，經(jīng)過加熱、熔化，從噴頭擠出粘結到工作臺面，然后快速冷卻并凝固。每一層截面完成后，工作臺下降一層的高度，再繼續(xù)進行下一層的造型。如此重復，直至完成整個實體的造型。每層的厚度根據(jù)噴頭擠絲的直徑大小確定。FDM 工藝關鍵是保持熔融的成型材料剛好在凝固點之上，通?？刂圃诒饶厅c高1 ℃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快速成型工藝的過程 FDM 快速成型的過程包括:設計三維CAD 模型、CAD 模型的近似處理、對STL 文件進行分層處理、造型、后處理,。設計三維模型三維模型的近似處理STL文件的分層處理造型后處理 快速成型的過程（1）設計三維CAD 模型 設計人員根據(jù)產(chǎn)品的要求，利用計算機輔助設計軟件設計出三維CAD 模型。常用的設計軟件有: Pro/ Engineering ， Solid works ， MDT ， AutoCAD ，U G等。 （2） 三維CAD 模型的近似處理 產(chǎn)品上有許多不規(guī)則的曲面，在加工前必須對模型的這些曲面進行近似處理。目前最普遍的方法是采用美國3D System 公司開發(fā)的STL(Sterolithgraphy) 文件格式。用一系列相連的小三角平面來逼近曲面，得到STL 格式的三維近似模型文件。許多常用的CAD 設計軟件都具有這項功能，如Pro/ Engineering ， Solid works ， MDT ， Auto2 CAD ，U G等。 對STL 文件進行分層處理由于快速成型是將模型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?！?之間。各種快速成型系統(tǒng)都帶有分層處理軟件，能自動獲取模型的截面信息。 (3) 造型 產(chǎn)品的造型包括兩個方面:支撐制作和實體制作。 (4) 支撐制作 由于FDM 的工藝特點，系統(tǒng)必須對產(chǎn)品三維CAD 模型做支撐處理，否則，在分層制造過程中，當上層截面大于下層截面時，上層截面的多出部分將會出現(xiàn)懸浮(或懸空) ，從而使截面部分發(fā)生塌陷或變形，影響零件原型的成型精度，甚至使產(chǎn)品原型不能成型。支撐還有一個重要的目的:建立基礎層。在工作平臺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。此外，基礎支撐還可以給制造過程提供一個基準面。所以FDM 造型的關鍵一步是制作支撐。 (5) 實體制作 在支撐的基礎上進行實體的造型，自下而上層層疊加形成三維實體，這樣可以保證實體造型的精度和品質(zhì)。 (6) 后處理 快速成型的后處理主要是對原型進行表面處理。去除實體的支撐部分，對部分實體表面進行處理，使原型精度、表面粗糙度等達到要求。但是，原型的部分復雜和細微結構的支撐很難去除，在處理過程中會出現(xiàn)損壞原型表面的情況，從而影響原型的表面品質(zhì)。于是，1999 年St ratasys 公司開發(fā)出水溶性支撐材料，有效的解決了這個難題。目前，我國自行研發(fā)FDM 工藝還無法做到這一點，原型的后處理仍然是一個較為復雜的過程。 (7) 系統(tǒng)與運行成本 FDM 快速成型系統(tǒng)成本較低，不需要其他快速成型系統(tǒng)中昂貴的激光器。成型材料價格較低。FDM 原型特別適合有空隙的結構，可節(jié)約材料與成型時間。體積小，無污染，是辦公室環(huán)境的理想桌面制造系統(tǒng)。但是，成型速度較慢，精度較低。 (8) 適用范圍 適用于薄殼體零件及微小零件。原型強度比較好，近似于實體零件，可作為概念型直接驗證設計。 FDM設備機械結構分析（1）MEM300 MEM300[5]型快速成型機是由清華大學企業(yè)集團下屬的高科技企業(yè)，推出的第一款成熟機型。它的成型空間是255255311mm，。 MEM300 該成型機的特點是成型室密封性好，還有獨特的成型室溫度監(jiān)控和調(diào)節(jié)系統(tǒng)，能夠很大程度上降低成型過程中由于溫度變化太快，絲材在凝固過程中發(fā)生翹曲變形的情況。該機機械運動結構的驅(qū)動系統(tǒng)，X軸與Y軸采用伺服電機通過精密滾珠絲杠驅(qū)動，精密直線導軌導向；Z軸采用步進電機通過精密滾珠絲杠驅(qū)動，同樣使用精密直線導軌導向，擠絲頭部分采用步進電機驅(qū)動齒輪結構進行傳動，將熔融的塑料絲從噴頭擠出。三個軸的運動復合方式為工作臺面作Z方向動作，螺桿擠出頭由X方向和Y方向復合動作，具體來說：工作臺面由Z軸步進電機驅(qū)動，僅作Z方向的上下獨立運動，X軸和Y軸運動是由兩條垂直搭建的直線運動結構復合在一起得到，加熱擠出頭懸掛在與Y軸滾珠絲杠搭接的運動平臺上，然后整個Y軸運動結構垂直跨在X軸運動方向的直線導軌上。整個成型過程就是擠出頭根據(jù)軟件生成的路徑每填充完一層，然后進行下一層的填充。（2）HTS300型熔融擠壓快速成型機 HTS300[6]型熔融擠壓快速成型機是由上海富其凡機電科技有限公司開發(fā)成功的，這種快速成型機的外形尺寸小、整機重量輕，機器與耗材的價格相對便宜。它的成型空間為280250300mm，使用的主要成型材料為直徑4mm的塑料絲。 HTS300該成型機采用專利高壓螺桿擠出式成型頭，成型效率高，能擠壓成型增強型塑料，同時采用與國外公司共同開發(fā)的絲料，價格便宜，成形時翹曲變形很小，無需采取環(huán)境保溫措施，就能保證成形件具有良好的尺寸精度與表面質(zhì)量。整機最大外形尺寸為950820900mm，總重量為120kg。該機機械運動結構的驅(qū)動系統(tǒng)，X軸與Y軸采用伺服電機通過精密絲杠副驅(qū)動，精密直線導軌導向；Z軸采用步進電機通過精密滾珠絲杠驅(qū)動，同樣使用精密直線導軌導向，精密直線導軌導向；Z軸采用步進電機通過精密滾珠絲杠驅(qū)動，同樣使用精密直線導軌導向，螺桿軸采用步進電機直接驅(qū)動，并將熔融的塑料絲從噴頭擠出。三個軸的運動復合方式為工作臺面作Y方向動作，螺桿擠出頭由X方向和Z方向復合動作，具體來說工作臺面由Y軸步進電機驅(qū)動，僅作Y方向的前后獨立運動，螺桿擠出頭懸掛在由X軸伺服電機驅(qū)動的直線導軌上，能夠做X方向的左右運動；同時整個X軸驅(qū)動系統(tǒng)及直線導軌結構，整體懸掛在可升降的龍門式支架上，支架由Z軸步進電機驅(qū)動，便獲得X方向的運動。整個成形過程就是擠出頭根據(jù)軟件生成的路徑每填充一層，然后進行下一層的填充。（3）HRPR1快速成形系統(tǒng)HRPR1[7]快速成型系統(tǒng)是華中科技大學自主研發(fā)的，改成形設備的成形空間為250250300mm，由于整體采用鋼架結構搭建，而且外形龐大，故機身十分笨重。另外，HRPR1型成型機擠出頭采用獨特的摩擦輪驅(qū)動方式，絲材通過一組金屬摩擦輪送入，使之受熱成為熔融狀，然后通過絲材的活塞推進作用使材料從噴頭擠出。運動機構是以步進電機驅(qū)動兩組鋼絲繩傳動結構帶動噴頭作X、Y兩個方向的主要運動，Z方向依靠一個步進電機帶動兩根滾珠絲杠使平臺升降，從而得到Z方向的運動，擠出頭根據(jù)軟件生成的路徑每填充完每一層，平臺就下降一層。 鋼絲繩傳動結構選用鋼絲繩主