【正文】 膜 選域激光燒結(jié) 較慢 較低 復(fù)雜 中、小件 石蠟、塑料、金屬、陶瓷等 粉末 熔融沉積造型 較慢 較低 中等 中、小件 石蠟、塑料、低熔點金屬 《 快速制模 (RT)篇 》 ? RT(快速模具制造技術(shù) )簡介 ? 快速制模的方法 – 直接 RT和間接 RT – 直接 RT技術(shù)和間接 RT技術(shù)的比較 ? 快速原型 +快速模具技術(shù)的發(fā)展趨勢 RT(快速模具制造技術(shù) )簡介 ? 快速模具技術(shù)（ RapidTooling，簡稱 RT）是應(yīng)用快速成形方法（ RPM），快捷、方便地制作工具或模具的一種新興技術(shù)。 (2)BPM（ Ballistic Particle Manufacturing） 工藝 ： – 即彈道粒子制造 ， 它采用具有五軸自由度的噴頭噴射熔融材料的方法來制造原型； (3)PCM（ Patternless Casting Manufacturing） 工藝 ： – 即無木模鑄造 ， 它采用逐點噴灑粘結(jié)劑和催化劑的方法來實現(xiàn)鑄造沙粒間的粘結(jié) ， 這一技術(shù)由清華大學(xué)開發(fā)成功； (4)MJS(Multiple Jet Solidification)工藝 ： – 亦稱為多相噴射固化 ， 它采用活塞擠壓熔融材料使其連續(xù)地擠出噴嘴方法來堆積成形； (5)CC(Contour Craft)工藝 ： – 亦稱為輪廓成形工藝 ,它采用堆積輪廓和澆鑄熔融材料相結(jié)合的方法來制造原型 ， 這種工藝在堆積輪廓時采用了簡單的模具等 。 ?優(yōu)點 ： – 不需另增支撐 ， 整層一次成型 ， – 精度較好 （ 約為 ） ， – 最適用于需要多件原型時 、 需 翻制模具時 、 大型件 。 下一層零件就可以在此基礎(chǔ)上進行制做 ， 當(dāng)零件的所有層均制做完成后 ， 整個零件就被埋置在一大塊蠟之中 。 ?基本工作原理 ： – 采用掩膜版技術(shù)使一層光固化樹脂整體一次成形 ,不像 SLA設(shè)備那樣逐層逐點照射成形 。其中 Kira公司的系統(tǒng)可采普通紙，且以特殊刀片切割形狀，使用更為方便且價格低廉。 ? 主要優(yōu)點 ： – 系統(tǒng)購置成本低 ， 可在辦公室環(huán)境下使用 ， 適用于設(shè)計確認模型 、 翻砂鑄造用母模等 。 當(dāng)所有的層被粘結(jié)并進行剪切之后 ， 整個零件就埋置在一大塊支撐材料中 ， 去掉支撐碎片 ，就獲得所需的三維實體 。 ? 基本工作原理 ： – 用激光按該層零件的輪廓剪切 ， 零件輪廓以外的部分用激光剪切成網(wǎng)格狀碎片以便零件制作完畢之后移去 。 可直接制造出金屬件 ， 可作為塑料注塑成形模具 。 ? 主要優(yōu)點 ： – 可快速交貨 （ 依成品大小區(qū)分 ， 一般約在 2～ 4天 ） 。 在制作區(qū)域均勻鋪上一薄層熱塑性粉末材料 ， 然后用激光在粉末表面掃描零件的截面形狀 ，激光掃描到的地方粉末燒結(jié)形成固體 ，激光未掃描到的地方仍是粉末 ， 可以作為下一層的支撐并能在成形完成后去掉 ，上一層制作完畢后 ， 再鋪平一層粉末 ，繼續(xù)掃描下一層 。 3. 選擇性激光燒結(jié)（ SLS， Selective Laser Sintering） ?成形材料 ：工程塑料粉末； ?制件性能 ：相當(dāng)于工程塑料 、 蠟?zāi)?、 砂型； ?主要用途 ：塑料件 、 鑄造用蠟?zāi)?、 樣件或模型 。 適于快速制造小齒輪 （ 尤其是具有小齒者 ） 、 小功能件 、 薄壁小件 、 造模的用縮小比例件 。FDM可以使用很多種材料 ， 任何有熱塑特性的材料均可作為其候選材料 。 在沉積過程中 ， 噴頭受水平分層數(shù)據(jù)的控制沿 XY移動 ，同時半流動融絲從 FDM噴頭中擠壓出來 ， 必須精確控制從擠壓頭孔流出的材料數(shù)量和噴頭的移動速度 ， 當(dāng)它和前一層相粘結(jié)時很快就會固化 ， 整個零件是在一個活塞上制作的 。 2. 熔融沉積成形（ FDM， Fused Deposition Modeling） ?成形材料 ：固體絲狀工程塑料； ?制件性能 ：相當(dāng)于工程塑料或蠟?zāi)＃? ?主要用途 ：塑料件 、 鑄造用蠟?zāi)?、 樣件或模型 。 SLA的特點 ? 優(yōu)點： – 成形過程自動化程度高 – 表面質(zhì)量優(yōu)良 – 可以制作結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的模型 ? 缺點： – 成形過程中伴隨物理和化學(xué)變化，制作較易彎曲，需要支撐 – 設(shè)備運轉(zhuǎn)及維護成本較高 – 可作用的材料種類較少 – 液態(tài)樹脂有氣味和毒性，且需要避光保護 – 需要二次固化 – 液態(tài)樹脂固化后的性能不如常用的工業(yè)塑料，較脆，易斷裂，不便進行機加工 SLA的后處理 ? 原型疊層制作結(jié)束后，工作臺升出液面，停留5~10min（晾干） ? 將原型和工作臺一起斜放景干，并將其浸入丙酮、酒精等清洗液中，攪動并刷掉殘留的氣泡， 45min后放入水池中清洗工作臺 ? 由外向內(nèi)從工作臺上取下原型，并去除支撐結(jié)構(gòu) ? 再次清洗后置于紫外烘箱中進行整體后固化。 ?主要優(yōu)點 ： – 操作環(huán)境干凈 、 安全可在辦公室環(huán)境下 進行 ， 制造速度快 ， 材料的質(zhì)感與 ABS相近 ， 材料縮小率低 （ 約在～ ） 。 如此反復(fù) ， 每形成新的 一層均粘附到前一層上 ， 直到制作完零件 的最后一層 ， 成為一個三維實體 。 在掃描的過程中 ， 只有激光的曝光量超過樹脂固化所需的閾值能量的地方 ， 液態(tài)樹脂才會發(fā)生聚合反應(yīng)形成固態(tài) 。 1. 立體印刷 (SLA， Stereolithgraphy Apparatus)成形技術(shù) ?成形材料 ：液態(tài)光敏樹脂； ?制件性能 ：相當(dāng)于工程塑料或蠟?zāi)＃? ?主要用途 ：高精度塑料件 、 鑄造用蠟?zāi)?、 樣件或模型 。激光掃描速度是根據(jù)樹脂硬化深度自動算出，激光直徑約為 ，掃描間距約為 。 LOM的主要加工參數(shù)包括激光切割時的功率和速度、激光切割廢料網(wǎng)格的功率和速度、工件邊框的參數(shù)等。如 SLA的主要加工參數(shù)樹脂硬化深度（ CureDepth）、液面水平調(diào)整參數(shù)（ RecoatingParameter）等。對于其它加工類型一般是固定厚度（約 ~）。 ? 分層厚度視加工方式而定，有開環(huán)控制與閉環(huán)控制之分。 – 在加工高次曲面時，直接切片 (Direct Slicing)明顯優(yōu)于 STL方法。 ? 精度損失 （曲面 → 小平面，曲線 → 折線）。 ? 切片軟件的主要任務(wù)是接受正確的 STL文件，并生成指定方向的截面輪廓線和網(wǎng)格掃描線。這些輪廓線代表了片層的邊界，是用一個以 Z軸正方向為法向的數(shù)學(xué)平面與模型相交計算而得的，交點的計算方法與輸入的幾何形狀有關(guān)，計算后得到的輸出數(shù)據(jù)是統(tǒng)一的文件格式。通過這種描述，無論零件多么復(fù)雜，對每一層來說卻是很簡單的平面。 STL文件瀏覽和編輯 ? 目前，已有多種用于觀察和編輯 (修改 )STL格式文件的專用軟件： 軟 件 名 稱 開 發(fā) 商 功 能 網(wǎng) 頁 Rapid Prototyping Module Imageware Corp． (USA) 觀察 ， 偵錯 ，修改 ， STL文件剖分等 ucts/plm/imageware/ Rapld Editor DeskArtes Oy(Finland) 觀察 ， 偵錯 ，修改 SolidView/RP Master SolidConcept(USA) 觀察 ， 測量 ，編輯 STL Toolkit STL Editor Floating Point Solutions 觀察 ， 打印 ，編輯和轉(zhuǎn)換 STL/View Compunix lnc. 圖形顯示 Magics .(Belgium) 觀察 ， 測量 ，變換 ， 修改 ，加支撐等 / 3DView Actifv 觀察 ， 測量等 ? 快速成型屬于分層實體制造，故在快速成型系統(tǒng)中，切片處理及切片軟件是極為重要的。 ? 模型錯誤 – 由 CAD／ CAM系統(tǒng)中原始模型的錯誤造成，將在快速成型制造過程中表現(xiàn)出來。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換運算時造成這種結(jié)果。不共線的面在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中形成了三點共線的面。 ? 退化面 – 退化的面不會造成快速成型加工過程的失敗。 – 如果一個 STL文件中的數(shù)據(jù)不符合上述的歐拉公式，則該 STL文件就有漏洞，在切片軟件進行運算時就會產(chǎn)生某一邊不封閉的后果，直接造成在快速成型制造中激光束或是刀具行走時漏過該邊。 STL文件不得違反合法實體規(guī)則，即在三維模型的所有表面上，必須布滿小三角形平面，不得有任何遺漏 (即不能有裂縫或孔洞 )，不能有厚度為零的區(qū)域，外表面不能從其本身穿過等。 STL文件中的小三角形通常是以 Z增大的方向排列的，以便于切片軟件的快速解算。STL文件不包含任何刻度信息，坐標的單位是隨意的。 ? (3)取值規(guī)則 。 ? (2)點點規(guī)則 。 – 弦差指的是，近似三角形的輪廓邊與曲面之間的徑向距離。 – 所以，從 CAD／ CAM軟件輸出 STL文件時，選取的 精度指標和控制參數(shù) 應(yīng)該根據(jù) CAD模型的復(fù)雜程度以及快速成型精度要求的高低進行綜合考慮。顯然，精度要求越高，選取的三角形應(yīng)該越多。ASCII文件格式的特點能被人工識別并被修改，但是由于該格式的文件占用空間太大 (一般 6倍于 BINARY形式存儲的 STL文件 )，因此主要用來調(diào)試程序。 ? STL模型的數(shù)據(jù)是通過給出 三角形法向量的三個分量及 三角形的三個頂點坐標 來實現(xiàn)的。 STL文件的格式 ? STL文件的主要優(yōu)勢在于表達簡單清晰，文件中只包含相互銜接的三角形片面節(jié)點坐標及其外法向量，屬于 “ 中性 ” 文件。 ? STL就是 STereo Lithography的縮寫，它是 將三維模型的表面近似表達為小三角形平面的組合 ，非常相似于有限元分析中的三結(jié)點平面單元。 ? 最常見的方法是： – 先將三維 CAD模型轉(zhuǎn)換成 STL格式模型 – 再對 STL格式模型進行切片處理 ? STL格式已廣為 RP系統(tǒng)使用，許多 CAD系統(tǒng)都將它納入成為系統(tǒng)的一部份，一般在 CAD系統(tǒng)中只要先設(shè)定適當(dāng)精度，就可由 STL接口將 CAD實體轉(zhuǎn)為許多小三角形平面。 – 接口的好壞與加工時掃描路徑有密切的關(guān)系。 3） 后處理 ?包括工件的剝離 、 后固化 、 修補 、 打磨 、 拋光和表面強化處理等 。 RP技術(shù)的發(fā)展趨勢 (a)采用金屬材料等高強度材料直接成形是 RP重要發(fā)展方向 (b)不同制造目標相對獨立發(fā)展 (c)向大型制造與微型制造進軍 (d)追求 RP的更快的制造速度 、 更高的制造精度 、更高的可靠性 (e)更廣泛地和其它科學(xué)相交融 ， 形成交叉學(xué)科 (f)RP設(shè)備將日趨人性化和智能化 第六章 快速原型制造的前處理 ?快速成形的全過程可歸納為三個步驟： 1） 前處理 ?包括工件的三維模型的構(gòu)造 、 三維模型的近似處理 、模型成形方向的選擇和三維模型的切片處理 。 RP與相關(guān)技術(shù)的關(guān)系 ? RP集成了 機械工程、計算機控制、 CAD、數(shù)控技術(shù)、檢測技術(shù)、激光材料 等各種學(xué)科的前沿技術(shù)，是一種典型的高新技術(shù)。 ? RP技術(shù)應(yīng)用發(fā)展很快，一個顯著的指標是 RP服務(wù)機構(gòu)的數(shù)量和收入的快速遞增 。從技術(shù)、材料和應(yīng)用等方面比較來看，總的情況是美國領(lǐng)先于歐洲和日本，歐洲和日本平分秋色。 RP技術(shù)的發(fā)展狀況 ? 據(jù)統(tǒng)計，目前世界上已有數(shù)百所大學(xué)、研究機構(gòu)和企業(yè)正在研究和開發(fā) RP技術(shù)。 5． 產(chǎn)品展示（ Presentation） ? RP工件可提供客戶在買賣前對產(chǎn)品進行深入的評估。 4． 可作為各式模具的樣模（ PatternsforMould） ? RP原型可作為翻砂鑄造、脫臘鑄造、壓鑄、射出模，真空成型或硅膠模的原型。 CAD可提供迅速修改設(shè)計的能力，再搭配 RP系統(tǒng)快速制造，節(jié)省加工程序設(shè)計之花費，避免設(shè)計錯誤或修改所造成的成本浪費。 2． 設(shè)計確認（ DesignVerification） ? RP原型是依據(jù) CAD模型制造出來。 RP技術(shù)的應(yīng)用 ? RP系統(tǒng)可在未實際生產(chǎn)制造產(chǎn)品之前，制作出與實際產(chǎn)品的模型，分送各個部門做正確的評估。這種工藝可以形象地叫做 “ 增長法 ” 或 “ 加法 ” 。整個過程是在計算機的控制下，由快速成形系統(tǒng)自動完成的。 目前 ， 典型的 CAD系統(tǒng)都能輸出 STEP格式文件 ，有些快速成形技術(shù)的研究工作者正試圖借助 STEP格式 ， 不經(jīng) STL格式的轉(zhuǎn)化 ， 直接對三維 CAD模型進行切片處理 ， 以便提高快速成形的精度； （ 4） DXF是用于 AutoCAD輸出的一種格式 ， 它已廣泛地為其它 PC系統(tǒng)所采用； （ 5） STL（ StereoLithography interface specification） 是快速成形機常采用的一種格式 。 這種表達格式的基本構(gòu)成是描述圖形的矢量 ， 用 X和 Y坐標來表示矢量的起點和終點 ，以及繪圖筆相應(yīng)的抬起和放下 。 ? 目前較為成熟的通用反求工程軟件有： – Surfacer – Imageware – Geomagic – Delcam – Cimatron – S