快速成型与快速制模实验指导书.docx

快速成型与快速制模实验指导书.docx

《快速成型与快速制模实验指导书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《快速成型与快速制模实验指导书.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

快速成型与快速制模实验指导书

快速成型与快速制模

实验指导书

班级：

姓名：

学号：

南京农业大学工学院机械工程系

机械制造教研室编

2013.01

说　　　明

本实验指导书将快速原型制造的概念、相应的设备操作、原型制作过程等内容引入实验的教学过程中，可使学生拓宽视野、活跃思想、增强重新意识。

学生通过该实验课程的学习，不仅能了解先进制造技术的前沿知识，同时通过对零件成型过程的实际操作，从CAD造型、工艺参数选择到原型制作、精度分析及原型后处理等一系列工程实践活动的训练，培养了动手能力及解决工程实际问题的能力。

本实验指导书共编写了8学时的实验教学。

其中实验一、二为4课时必做实验，实验三、四根据情况由教师进行选择为视频演示。

为保证实验教学质量，做以下要求：

1．实验在机械CAD中心和快速成型实验室进行。

2．学生进入实验室之前，必须复习课堂上讲解的命令的用法，预习实验目的、步骤及将要完成的图形。

进实验室时，教师可根据实际情况提出相关问题，考查学生复习情况。

对未复习或预习者，教师可拒绝其做实验。

3．学生在做实验时，必须遵守实验纪律，不得迟到、旷课和早退。

4．学生在做实验时，必须爱护仪器设备，严格按照操作步骤上机。

5．实验报告应包括实验目的、实验内容、实验步骤、问题分析等。

6．实验指导教师对实验报告进行批改，最后结合复习、课程纪律、作图效果、实验报告书写等方面综合打分，把该成绩签在报告成绩栏上，并进行成绩记录。

实验一MagicRP软件基本操作

一、实验目的

1、熟悉Magic RP软件界面及运行环境的配置；

2、熟悉软件的基本操作；

3、掌握Magic RP软件中STL文件的检验与修复；

4、掌握Magic RP中对零件加支撑的操作；

5、掌握Magic RP中的分层操作及生成二维层片文件的方法。

二、实验设备

PC机，配置：

PIV/内存512M/显卡TNT64M/硬盘10G以上。

三、实验内容

Magic RP的基本操作及STL文件的检验与修复。

四、实验步骤

1、上机，运行Magic RP；

2、熟悉file菜单下的Machine setup中各项设置；

3、熟悉基本绘图命令、显示命令、图形变换命令等；

4、熟悉Support generator菜单下的各项命令，并完成对零件加支撑的操作；

5、熟悉Fix tools bar菜单下的各项命令，掌握STL文件的检验与修复方法；

6、熟悉Slicer菜单下的命令，并完成一个零件的切片操作；

7、熟悉Mark toolbar菜单下的标记命令，结合标记命令进行STL文件的修复；

8、完成demo_files下的图形的检验、修复、加支撑、切片生成CLI文件的操作。

9、上机结束后，按正确的操作关闭计算机。

五、实验要求

1、在规定的时间内完成上机任务；

2、必须实验前进行复习和预习实验内容；

3、在熟悉命令过程中，注意相似命令在操作中的区别；

4、图形检验、修复、切片完成后，需经指导教师认可后，方可关闭计算机；

5、完成实验报告一份。

六、实验报告要求

1、实验步骤写出STL图形修复的步骤；

2、在报告中回答下面问题；

3、简述Magic RP软件有什么功能；

4、为什么要对STL文件进行检验与修复；

5、常用的快速成型工艺方法有哪些。

实验二熔融堆积成形工艺成型件制作

一、实验目的

1.掌握快速原型制造技术的工作原理；

2.进一步理解快速原型制造的方法；

3.加深对快速成形技术的理解和认识；

4.熟悉快速成形技术的基本流程；

5.推广该项技术的普及和应用。

二、实验内容

1、熟悉和使用三维软件，并进行特定零件的的建模，构造原形件。

2、利用专用计算机对原形件进行切片，生成STL文件，并将STL文件送入FDM快速成型系统；

3、对模型制作分层切片；生成数据文件；

4、快速原型机按计算机提供的数据逐层堆积，直至原形件制作完成；

5、观察快速原型机的工作过程，分析产生加工误差的原因，提出解决的办法。

三、实验主要仪器设备

1、FDM快速成型系统一台；

2、造型计算机；

3、PVC丝状材料。

四、实验原理

4.1快速原型技术简介

快速成形（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。

快速盛开机外形如图1所示。

4.2快速原型技术的基本工作过程

快速成形技术是由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（STL文件）；

2、跟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（CLI文件）；

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。

4.3快速原型技术的特点

1、由ＣＡＤ模型直接驱动；

2、可以制造具有复杂形状的三维实体；

3、成形设备是无需专用夹具或工具的成形机；

4、成形过程中无人干预或较少干预；

5、精度较低；分层制造必然产生台阶误差，堆积成形的相变和凝固过程产生的内应力也会引起翘曲变形，这从根本上决定了ＲＰ造型的精度极限。

图2LOM－熔融沉积成型原理图

4.4我国ＲＰ技术发展及应用现状

自20世纪90年代初我国学者从国外认识了ＲＰ技术后,即着手研究。

在我国科技人员不懈的努力下,经过10年的研究开发与推广应用，我国已掌握了从设备到工艺材料的生产技术，在ＲＰ技术应用方面亦开展了大量的研究并取得了可喜的成果。

通过组建国家级ＲＰ技术推广应用服务中心，有效地推动了我国ＲＰ技术的发展。

但整体水平与国外先进水平相比还有较大差距，主要表现在产品规格型号少，工艺材料品种单一，特别是在产业化和应用服务方面的差距尤为突出。

经过10年的努力，我国研制出了ＳＳＭ、ＨＲＰ、ＨＲＰＳ系列分层实体制造（ＬＯＭ）成形机，其成型过程如图片所示；ＬＰＳ和ＣＰＳ系列立体光造型（ＳＬＡ）成形机；ＡＦＳ-300型选择性激光烧结（ＳＬＳ）成形机；ＭＥＭ熔丝沉积制造（ＦＤＭ）。

有了具有自主知识产权的快速成形系统，申请了大量的专利。

在某些基础技术研究方面我们达到了国际水平，如开发ＣＡＤ原始数据直接切片方法；满足人体细胞生长并可降解的人造骨骼医用材料；基于ＲＰ的人工骨骼复制、生物活性材料成形技术研究等领域。

据不完全统计，我国现有ＲＰ设备100余台，其中国产设备约占50%，国产设备使用的工艺材料几乎全部由国内自己生产。

在国家政策的引导下，国家级ＲＰ服务中心配备了国产设备。

大部分国产设备在科研、教学和生产中发挥作用，得到用户认可，为进一步开拓市场奠定了基础。

另外，由于ＲＰ技术的问世，为电镀模、金属冷喷模、石膏模、硅胶模等模具制造技术注入新的活力，重新引发出新一轮快速模具制造技术的攻关，并已在旅游纪念品、轻工等行业大量应用。

航空航天、医疗界复杂形状的单件产品，使用传统方法几乎难以生产，由于有ＲＰ技术，使得生产周期缩短，成本大大下降。

目前，抛开新成形材料和新成形工艺的进一步拓展不谈，快速成形技术的应用正朝两个方向发展：

一是走大型化发展之路，利用大型成形机和其他技术相结合，直接或间接地快速制造出有实用功能的金属模具、金属零件；二是走小型化道路，开发出低能耗、低噪音的小型成形机，也即所谓的“三维打印机”，甚至于“彩色三维打印机”，可以走入寻常百姓家，自己设计自己制造所喜爱的工艺品。

4.5快速原型机主要特性简介

　成型工艺无需激光，节约投资、降低运行成本且造型速度快，在现有快速成型设备中运行费用最低；

　设备以数控机床原理设计，刚性好，运行平稳，可靠性高；

　特有的填充路径网格优化设计技术，使原型表面质量更高；

　系统软件可以对STL格式原文件实现自动检验、修补功能；

　丝材宽度自动补偿技术，保证零件精度；

　丝材成型后的可打磨性好，易于后期精加工；

　挤压喷射喷头无流涎、高响应；

　高质量元器件及传感系统，具报警装置，可靠性高，可长时间连续运行；

　精密微泵增压系统控制的远程送丝机构，确保送丝过程持续、稳定；

　快速切换喷嘴结构，便于保养、维修及更换；

　设备运行过程无毒，无味，无音，可在办公室工作。

五、实验方法和步骤

1、课外造型

首先熟悉快速成形的机理、过程、工艺，尤其是熔融堆积成形工艺（FDM），以期在构造实习的基础上对实验设备MEM250有一个更深入的了解。

利用课外时间自己构思和完成薄壳类零件的造型。

所使用的软件不限（推荐使用CATIA），但出口文件必须保存为“*.STL”文件，否则无法进行后处理。

文件命名规则为“班号_姓名.STL”，如“200232_”。

2、上机切片

在实验室里把设计好的三维零件图存入计算机中，选取组内有代表性的三维图由指导教师演示切片过程和处理结果，然后由部分同学自己动手操作。

处理好的图形文件存为“班号_姓名.CLI”，如“200232_”。

3、机器造型

处理好的CLI文件经检查无误后即可送至成形机造型。

先由指导教师演示成形机的使用方法，然后由部分同学操作。

其中造型前成形机的预热、调平和预先制作零件底座（便于成形件的剥离）均很耗时，建议机床调整和打底由指导教师预先准备好，实验开始后，同学只负责调整成形参数，认真观察造型工艺过程，认识成形所要求的各部件动作及其协调关系。

成形机的预热：

喷头部位热至220℃，成形室热至70℃，热平衡后方可使用，尤其注意喷头部位未达到规定温度时不能打开喷头按钮。

成形机的调平：

调节工作台三个支脚螺钉，并用塞尺测量喷头与工作台间隙，保证工作台水平；

打底：

在工作台上制作一块100×100×1mm的方形基底，待实验完成后把成形件连同基底一起从工作台取下；

具体操作方法请指导教师参照机床操作规程给同学讲解。

另外，关于快速成形的工艺及应用也请指导教师结合墙上挂图在实验开始前再给同学作以简要介绍。

4、参观样品

实验前后，参观以前同学制作的样品，注意考察以下几点：

1）成形方向的选取；

2）扫描速度和出丝速度的匹配；

3）零件和基底的粘结牢固度；

4）成形件表面是否光滑；

5）成形件的台阶效应是否明显。

5、实验报告

实验结束后，两周内提交一份打印的实验报告。

内容应包括：

1）总结你所查到的现有快速成形工艺的优缺点；

2）本次实验你所设计的三维图（插入word文档中）；

3）结合实验过程及你所看到的实体零件，总结你所想到的成形过程中应注意的问题及其对精度的影响（包括数据处理和加工过程）；

4）阐述对快速成形技术推广的认识。

以上报告内容字数不限，但请如实填写你的真实看法，以便于我们集思广益，更好地作好该技术的教学和推广工作。

六、实验注意事项

1、存储之前选好成形方向，一般按照“底大上小”的方向选取，以减小支撑量，缩短数据处理和成形时间；

2、受成形机空间和成形时间限制，零件的大小控制在80×80×50mm以内；

3、尽量避免设计过于细小的结构，如直径小于5mm的球壳、锥体等；

4、在切片之后文件的扩展名必须手工敲入，系统不能自动添加，如99032_；

5、尤其注意喷头部位未达到规定温度时不能打开喷头按钮。

七、思考题

1.快速原型制造过程中滚珠丝杠螺母之间的间隙会对造型产生怎样的影响？

2.造型精度会影响零件精度吗？

3.切片的间距的大小对成形件的精度和生产率会产生怎样的影响？

4.快速原型制造方法使用的场合有哪些？

5.你认为快速原型制造方法的应用前景怎样？

实验三激光粉末烧结成型件制作

一、实验目的

1．熟悉AFS-3000型激光快速成型机控制面板；

2．熟悉粉末激光快速成型件的制作过程；

3．熟悉快速成型件的后处理工艺；

4．理解快速成型在生产中的应用。

二、实验设备

AFS-3000型激光快速成型机  1台

三、实验内容

1．用AFS-3000型激光快速成型机进行粉末激光快速成型的基本操作；

2．分析激光功率及扫描速度对成型件质量的影响；

3．对成型件进行后处理。

四、实验步骤

（1）开机操作

1）将钥匙开头置于开位，按下绿色开头按钮；

2）按操作面板上通风键和照明键，成型室和控制柜排风装置，成型室照明灯开启；

3）按冷却器开关键，激光制冷器开始工作；

4）依次按扫描器、电机和指示光开关，此时应有束红光照到成型缸的中心部位；

5）检查并清扫成型机铺粉轨道及工作平台使之清洁无异物；

6）检查集料箱中集料状况，成型一般件时应保证料箱存料低于箱的三分之一高度，成型超高件时应保证箱空；

7）用吹气球海外侨胞激光窗口镜，使之清洁无尘附着；

8）键入AFS命令，启动AFS控制程序。

铺粉小车自动回位。

（2）成型操作

1）打开待成型零件的AFI文件。

进入FILE菜单，运行OPEN项，选择所需的AFI文件；

2）修改成型参数；

3）加料。

将供料缸活塞下降到合适位置，加入选用的粉料，盛满高于工作平台6~7mm；

4）将成型缸活塞上升到适当位置，建议升至距工作平台上表面5mm处；

5）反复运行铺粉装置直到将成型缸填满铺平；

6）将加热灯移到成型缸上方位置，按操作面板上加热键，调节加热功率控制键使功率达到最大，将粉体表面加热；

7）按操作面板上激光键，开启激光。

调节激光功率调节钮。

根据不同原料和零件，选择适当功率。

在成型中可根据需要调节功率；

8）若要在无人值守的情况下完成成型，可选择自动停机功能；

9）用红外测温仪测量成型缸粉体表面温度，当温度达到要求时，即可开始零件成型；

10）成型数层后，将加热功率逐步调低到一定功率值，使成型缸粉体表面的温度恒定在成型所需的温度范围内；

11）仔细观察烧结过程，若有异常，可随时敲ESC键退出，修改工艺参数后重新开始烧结。

注意：

成型烧结过程中，切忌身体的任何部位进入成型室，以避免受激光烧伤。

（3）停机操作

1）零件完成后，此时应开电机、通风和照明开关；

2）将料缸活塞下降适当距离，以便将成型缸未烧结的粉料清回料缸；

3）将加热灯移至料缸一侧，使成型缸活塞分段上升至适当高度（略低于零件高度），边上

升边用毛刷沿零件外轮廓将零件周围未烧结的粉末轻轻扫入料缸或成型缸；

4）用铲等辅助工具，将零件铲起，小心取出成型室，放入专用清理盘中；

5）用合适的毛刷和专用工具将件上多余附着粉去除至盘中，然后在排尘条件下，将零件上粘附细粉吹去；

6）将零件放入专用盘中，按需要小心打磨；

7）关机。

关闭控制面板中各控制形关，再按红色停止钮，成型机断电。

（4） 成型件的后处理

1）刷浸树脂：

用毛刷均匀地将原型件刷浸专用脂2~3遍，以均匀浸透为度；

2）在洁净、干燥、通风的环境下放置2~3h，使树脂初步固化；

3）将原型件放置在烘干箱内，将烘干箱内的温度调至60~70℃，保温4~6h；

4）对于采用分割加工的大尺寸的原型件，用树脂胶将其粘接成整体；

5）用100号~400号砂纸将原型件表面处理至要求的粗糙度；

6）对于有颜色要求的原型件，可对原型件表面作喷漆处理。

五、实验要求 

1．必须实验前进行复习和预习实验内容；

2．必须完成一个成型件的制作任务并完成后处理；

3．完成实验报告一份。

六、思考题 

1、激光粉末烧结快速成型机理有哪些？

2、激光粉末烧结的工艺参数主要有哪些？

3、常用的激光粉末烧结的材料有哪些？

各有什么特点?

实验四快速硅胶模具制作

一、实验目的

1．熟悉真空注型机的基本操作及用途；

2．熟悉硅橡胶模具的制作工艺过程；

3．熟悉双组份塑料件的后处理工艺；

4．了解快速成型在生产中的应用。

二、实验设备

HZB-I型真空注型机  1台

三、实验内容

用HZB-I型真空注型机进行快速硅胶模具制作。

四、实验步骤

快速硅胶模具制作流程如图3所示。

1、打磨处理原型，保证原型件表面有较好的粗糙度；

2、制作围框、设定浇口位置和排气棒位置，并将原型件悬空在围框内固定好，不能在浇注和抽真空时错位；

3、将A、B两种组份在真空注型机内按比例混合，并搅拌硅胶并进行预抽泡；

4、将硅胶沿边框倒下，防止硅胶将原型件冲歪；

5、将硅胶再放到真空机内抽真空；

6、在烤箱内将温度设定在40-60℃，将硅胶模具在其内固化；

7、使用专用工具切割模具，分模面割成锯齿状或波纹状，便于合模定位；

8、取出原型件，将模具进行处理；

9、将组合好的模具插上浇注用的漏斗，放在真空机内；

10、将A、B双组份树脂按比例混合后，放在真空注型机内抽真空脱泡；

11、在抽真空状态下进行浇注；

12、待零件凝固后，打开模具取出工件，然后进行清理打磨、喷漆等工序。

五、实验要求

1．必须实验前进行复习和预习实验内容。

2．必须完成一个零件的制作任务并完成后处理。

3．完成实验报告一份。

六、思考题

1、快速模具的定义是什么？

快速模具和常规模具制造技术相比有什么优点？

2、为什么在陶瓷型快速模具、石膏型快速模具、硅橡胶模具的制作中要用抽真空浇注？

3、电铸和电镀的区别和共同点是什么？

图3快速硅胶模具制作流程图