快速设计及成型技术

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资源描述

叙述光固化快速成型的原理液槽中盛满液态光敏树脂,氦-镉激光器或氩离子激光器发出的紫外激光束在控制系统的控制下按零件的各分层截面信息在光敏树脂表面进行逐点扫描,使被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化,形成零件的一个薄层。一层固化完毕后,工作台下移一个层厚的距离,以使在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂,用刮板将粘度较大的树脂液面刮平,然后进行下一层的扫描加工,新固化的一层牢固地粘结在前一层上,如此重复直至整个零件制造完毕,得到一个三维实体原型。光固化成型技术的特点优点:成型过程自动化程度高,,,尺寸精度高,,,表面质量好,,,制作结构复杂、尺寸精细的模型,,,制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失型,,,原型替代塑料件缺点:制件易变形,,,较脆,易断裂,,,设备运转及维护成本较高,,,材料种类较少,,,液态树脂有气味和毒性,需避光保护,,,需二次固化。光固化快速原型的制作一般可以分为前处理、原型制作和后处理三个阶段。前处理阶段主要是对原型的CAD模型进行数据转换、摆放方位确定、施加支撑和切片分层,实际上就是为原型的制作准备数据。下面以某一小扳手的制作来介绍光固化原型制作的前处理过程。支撑结构的作用和类型:作用:支撑作用和减少翘曲变形。类型:斜支撑、直支撑、腹板、十字壁板光固化快速成形的精度及控制:(形状,尺寸,表面)1)几何数据处理造成的误差:调整STL的精度。2)材料的固化收缩引起的翘曲变形:改进材料配方3)树脂涂层厚度对精度影响:减小涂层厚度,提高正向运动精度4)光学系统对成形精度的影响:采用单模激光器5)激光扫描方式的影响:合适的扫描方式光固化成型的后处理工艺过程1.制作结束,工作台升出液面,停留5~10min,晾干多余树脂。2.晾干后浸入酒精中,搅动并刷掉残留气泡。清洗工作台3.取下原型,去除支撑。4.置于紫外烘箱中后固化。叙述LOM的原理原材料存储及送进机构将存于其中的原材料,按照每层所需材料的送进量将材料送至工作台上方。热粘压机构将一层层材料粘结在一起。激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线,逐一在工作台上方的材料上切割出轮廓线,并将无轮廓区切割成小方网格,为了在成型之后能剔除废料。可升降工作台由伺服电动机经精密滚珠丝杠驱动,用精密直线滚珠导轨导向,从而能在高度方向做快速、精密往复运动。叠成分层实体特点:优点:原材料价格便宜成本低,,,制件尺寸大,,,无须后固化处理,,,无须设计和制作支撑结构,,,废料易剥离,,,耐高温(切削加工),,,原型精度高,,,设备可靠性好寿命长,,,操作方便缺点:不能直接制作塑料工件,,抗拉强度和弹性不够好,,易吸湿膨胀,,表面有台阶纹需打磨叠层实体制造工艺参数:1)激光切割速度2)加热辊温度与压力3)激光能量4)切碎网格尺寸原型制造过程:1)基底制作2)原型制作层叠实体制造误差分析:1)CAD模型的前处理造成的误差2)设备精度误差3)成形过程中的误差4)成型之后环境变化引起的误差提高层叠实体制造精度的措施:1)保证形状完整平滑下,尽量避免过高的STL精度2)拟合精度值与STL文件输出精度的相匹配。3)将精度要求高的轮廓放在XY平面4)零件外部用大网格划分,内部用小网格划分5)用新材料和新涂胶方法,改进后处理方法。层叠实体制造后处理中表面涂覆的必要性:(1)提高强度(2)提高耐热性(3)改进抗湿性(4)延长原型的寿命;(5)易于表面打磨;(6)易于装配和功能检验。层叠实体制造表面涂覆的整体工艺过程:1)用砂纸轻轻打磨2)配备环氧树脂3)刷一层混合后的材料4)再次涂覆同样的材料并长时间固化5)再次打磨6)对表面抛光薄型材料选择性切割的基本原理:由计算机、原材料存储及送料机构、热黏压机构、激光切割系统、可升降工作台和数控系统、模型取出装置和机架等组成。叙述SLS的原理在工作台上均匀铺上一层很薄(100μ-200μ)的粉末在计算机控制下按照零件分层轮廓有选择性地进行烧结,一层完成后再进行下一层烧结。全部烧结后去掉多余的粉末,再进行打磨、烘干等处理便获得零件。种类:1、金属粉末的烧结:单金属粉末、金属混合物、金属粉末加有机粉末烧结方法也分为三种2、陶瓷粉末的烧结:在粉末中加入粘结剂。AL2O3和SiC3、高分子粉末的烧结:一次烧结成型工艺的特点:优点:1)可采用多种材料2)制造工艺简单3)高精度4)无需支撑结构5)材料利用率高工艺参数:1)激光功率P↑,尺寸误差增大2)扫描速度v↑尺寸误差减小3)烧结间距Δp↑误差减小4)单层层厚h↑误差较小高分子粉末材料烧结工艺:1)前处理:完成模型的CAD造型,STL文件转换输出,粉末激光烧结快速原型系统2)粉层激光烧结叠加3)后处理:渗蜡,渗树脂等处理金属零件间接烧结工艺:[CAD模型-分层切片-激光烧结(SLS)原型件制造]-RP原型(绿件)-[二次烧结-三次烧结褐件制造]-金属熔渗-金属件[后处理]金属零件直接烧结工艺:CAD模型-分层切片-激光烧结(SLS)-RP原型零件-金属件SLS应用:医学:假肢,生物与工程;产品设计;铸造成型;制造模具方法(直接,间接)叙述FDM的原理丝状热熔性材料加热熔化,用微细喷嘴喷出,喷头沿X方向移动,工作台沿Y方向移动,热熔性材料温度高于固化温度,成型部分温度低于固化温度,使热溶材料挤出嘴后与前一层熔接在一起。(工作台下降一个层厚,重复前面步骤)熔融沉积工艺的特点:1)系统构造原理与操作简单,维护成本低,系统运行稳定。2)无毒的原材料。3)用蜡成形,直接用于失蜡铸造。4)成形任意复杂程度的零件。5)成型过程中,无化学变化,制作的翘曲变形小。6)原材料利用率高,且寿命长。7)支撑去除简单,无需化学清洗,分离容易。系统组成:硬件系统(机械运动、加工为主、电器控制和温度控制)、软件系统、供料系统。机械系统:运动、喷头、成型室、材料室、控制室和电源室等。温度控制器:检测与控制成型喷嘴、支撑喷嘴和成型室的温度。软件系统:几何建模和信息处理两部分信息处理:由STL文件处理、工艺处理、数控、图形显示等模块组成,分别完成STL文件错误数据检验和修复、层片文件生成、填充计算、数控代码生成和对成型机的控制。

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