逆向工程与快速成型技术应用 教学课件 ppt 作者 陈雪芳 孙春华编 第6章成形典型工艺

第6章 快速成型的几种典型工艺特点 及后处理,光固化成型（SL或SLA） 分层实体制造（LOM） 选择性激光烧结（SLS） 熔融沉积制造（FDM） 三维喷涂粘结 (3DP) 几种典型成型工艺的分析比较,6.1 光固化成型（SL或SLA）,工艺原理：激光束按数控指令扫描，使盛于容器内的液态光敏树脂逐层固化，当一层扫描完成后，未被照射的地方仍是液态树脂。然后升降台带动平台下降一层高度，已成型的层面上又布满一层树脂，刮平器将粘度较大的树脂液面刮平，然后再进行下一层的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕, 得到一个三维实体模型。,工艺原理图：,A part produced by SLA,A good surface quality,成型材料,自由基光固化树脂 阳离子光固化树脂 混杂型光固化树脂,优点,1) 尺寸精度高。SLA原型的尺寸精度可以达到±0.1mm。 2) 成型过程自动化程度高。SLA系统非常稳定，加工开始后，成型过程可以完全自动化，直至原型制作完成。 3）表面质量较好。虽然在每层固化时侧面及曲面可能出现台阶，但上表面仍可得到玻璃状的效果。 4）可以制作结构十分复杂的模型。 5）可以直接制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失型。,缺 点,1）尺寸稳定性差。 2）需要设计工件的支撑结构，否则会引起成型件变形。 3）设备运转及维护成本较高。 4）可使用的材料种类较少。 5）液态树脂具有气味和毒性，并且需要避光保护 6）需要二次固化。 7）液态树脂一般较脆、易断裂，不便进行机加工。,后 处 理,1）用工业酒精和丙酮对树脂原型表面和型腔内部进行清洗，尤其需要将内部未排干的树脂清洗干净。 2）从工作台上取出模型，去除原型表面的支撑。 3）由于原型中尚有部分完全固化的树脂，清洗过的原型必须放在后固化装置的转盘上进行完全固化 4）由于原型是逐层固化的，所以还需要对原型表面光整处理，将加支撑部位打磨修剪，提高原型表面光洁度，对要求较高的原型还需进行喷沙处理。,6.2 分层实体制造（LOM）工艺,工艺原理用CO2激光器在刚粘接的新层上切割出零件截面轮廓和工件外框，并在截面轮廓与外框之间多余的区域内切割出上下对齐的网格；激光切割完成后，工作台带动已成形的工件下降，与带状片材(料带)分离；供料机构转动收料轴和供料轴，带动料带移动，使新层移到加工区域；工作台上升到加工平面；热压辊热压，工件的层数增加一层，高度增加一个料厚；再在新层上切割截面轮廓。,A part produced by LOM,Part,material cross-hatched for later removal,成型材料：薄材纸、塑料薄膜等,优 点,1）成型速度较快(无需扫描整个断面，所以成型速度很快)，因而常用于加工内部结构简单的大型零件。 2）原型精度高，翘曲变形较小。 3）制件能承受高达200°C的温度，有较高的硬度和较好的力学性能。 4）可进行切削加工。 5）无需后固化处理。 6）无须设计和制作支撑结构。 7）废料易剥离。 8）可制作尺寸大的制件。 9）原材料价格便宜，原型制作成本低,缺 点,1）不能直接制作塑料工件。 2）工件（特别是薄壁件）的抗拉强度和弹性不够好。 3) 工件易吸湿膨胀。因此，成型后应尽快进行表面防潮处理（树脂、防潮漆涂覆等）。 4) 工件表面有台阶纹理，难以构建形状精细、多曲面的零件,后处理,1）余料去除。余料去除是将成型过程中产生的废料、支撑结构与工件分离。对于LOM无需专门的支撑结构，但是有网格状废料通常需要采用手工剥离的方法。 2）表面处理。为了使原型表面状况或机械强度等方面完全满足最终需要，保证其尺寸稳定性、精度等方面的要求，还要对原型表面进行修补、打磨、涂漆防潮处理等,6.3 熔融沉积制造(FDM),熔融沉积制造FDM 熔融挤出成模MEM（类似于美国FDM） FDM工艺采用热塑性材料，如ABS、蜡、尼龙等，一般以丝状供料。材料在喷头内被加热熔化后，从小孔挤出堆积成形。,优 点,1）成本低。熔融挤出造型技术用液化器代替了激光器，设备费用低；另外，原材料的利用率高且没有毒气或化学物质的污染，使成型成本大大降低。 2）如采用水溶性支撑技术，使得去除支撑结构简单易行，可快速构建复杂的内腔、中空零件以及一次成型的装配结构件。 3）原材料以材料卷的形式提供，易于搬运和快速更换。 4）可选用多种材料，如各种色彩的工程塑料ABS、PC、PPSF以及医用ABS等。 5）原材料在成型过程中无化学变化，制件的翘曲变形小。 6）用蜡成型的原型零件，可直接用于熔模铸造。,缺 点,1）成型件的表面有较明显的条纹。 2）沿成型轴垂直方向的强度比较弱。 3）需要设计与制作支撑结构。 4）需要对整个截面进行扫描涂覆，成型时间较长。 5）原材料价格昂贵。,后处理,由于台阶效应表面光洁度较差，加之由于丝状堆积带来的基体材质的“各向异性”，导致原型件几乎不能直接进行打磨、抛光等表面处理 1）对FDM原型件的机体进行增强处理 2）对原型件的表面进行涂覆 3）对原型件的表面进行粗抛 4）表面喷涂,6.4 选择性激光烧结（SLS）,原理：粉末（金属或非金属）在 激光照射下烧结后层层堆积。,SLS工艺是利用粉末状材料成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部分粘接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，选择地烧结下层截面。,工艺原理图：,优 点,1）可以采用多种材料（包括类工程塑料、蜡、金属、陶瓷等）。 2）过程与零件复杂程度无关，制件的强度高。 3）材料利用率高，未烧结的粉末可重复使用，材料无浪费。 4）无需支撑结构。 5）与其他工艺相比，能生产较硬的模具。,缺 点,1）成型件结构疏松、多孔，且有内应力，制件易变形。 2）生成陶瓷、金属制件的后处理较难。 3）需要预热和冷却，后处理麻烦。 4）成型表面粗糙多孔，并受粉末颗粒大小及激光光斑的限制。 5）成型过程产生有毒气体和粉尘，污染环境,后处理,1）金属粉末的烧结 2）陶瓷粉末的烧结 3）塑料粉末的烧结 烧结形成了原型或零件坯体，通过后处理进一步提高力学和热学性能。塑料粉末的激光选区烧结均为直接激光烧结，烧结的制件一般不必进行后续处理。后处理方法：高温烧结、热等静压烧结、熔浸和浸,6.5 3DP(Three Dimension Printing),1.三维喷涂粘结类似于喷墨打印机 材料：陶瓷、金属、塑料粉末.喷嘴将液态粘结剂喷在预先铺好粉层或薄层的特定区域 2.喷墨式三维打印 多个喷头，喷出来的材料呈液态。有的喷熔化的热熔性塑料，用于工件轮廓和内腔；有的喷熔化的腊用于支撑正在成型的工件。成型后可对工件进行喷涂颜色、打磨处理和钻孔。,特点,1）成形速度快，成形材料价格低，适合做桌面型的快速成形设备； 2）在粘结剂中添加颜料，可以制作彩色原型，这是该工艺最具竞争力的特点之一； 3）成型过程不需要支撑，多余粉末的去除比较方便，特别适合于做内腔复杂的原型。 但成形件的强度较低，只能做概念型模型，而不能做功能性试验。,后处理,1）固化。将原型置于加热炉中或在成型箱中保温，作进一步的固化。 2）除尘。在除粉系统中将没被粘结的粉末除去，并将这些粉末收回。 3）增强处理。通常在原型表面涂上硅胶或其它耐火材料，以提高部件的表面精度；或在高炉中进行焙烧，提高原型的力学强度及耐热性。,6.6 几种典型成型工艺比较,6.7 成型实例,1.在三维CAD软件里用STL文件格式导出，并将保存为yilun.STL文件。 2将yilun.STL导入到Aurora数据处理软件,3.模型的分割、定向、摆放（在离开下表面4mm处将模型分割成上下两部分,4STL文件的检验与修复 5模型分层 分层参数包括分层，路径和支撑，分层参数的设置如图5-17 FDM 工艺的层片信息包括三个部分，分别为原型的轮廓部分，内部填充部分和支撑部分。轮廓部分根据模型层片的边界获得，可以进行多次扫描。内部填充是用单向扫描线填充原型内部非轮廓部分，根据相邻填充线是否有间距，可以分为标准填充（无间隙）和孔隙填充（有间隙）两种模式。标准填充应用于原型的表面，孔隙填充应用于原型内部。支撑部分是对原型进行固定和支撑的辅助结构，根据支撑角度，支撑结构等几个参数，Aurora 自动创建工艺支撑。,6点击确定，生成层片信息liyun.cli 文件 7将yilun.cli文件调入MEM-300快速成型设备，通过对设备加工参数设定、生成NC代码、实时控制RP设备加工出叶轮的上下两部分。 8去除原型上下两部分的支撑、表面打磨处理，以叶轮上的键槽孔作为拼合的对齐基准，用丙酮涂覆于结合面使其粘合，得到叶轮整体的FDM原型,