《快速成形技术》实验指导书概要.docx

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《快速成形技术》实验指导书概要

实验须知

实验课是整个学习过程的一个重要环节,通过实验可以提高学生分析问题和解决问题的能力,使学生掌握基本的实验方法与操作技能。

一.实验目的

1.加深理解和巩固课堂教学的基本知识。

2.培养正确的科学实验方法,培养严谨的科学工作作风。

3.能独立操作和独立完成实验任务,提高在实验中分析问题和解决问题的能力。

二.实验任务

1.学习利用Pro/E设计三维零件

2.掌握STL文件的生成方法和精度确定。

3.掌握切片加工软件的应用。

4.了解LOM快速成形机的基本结构及加工原理。

5.学习LOM快速成形机的基本操作及应急处理。

6.了解纸基快速原型的后处理过程。

三.实验前的准备

实验能否顺利进行并收到预期效果,对实验的预习准备是非常重要的。

因此,学生应在每次实验课之前认真阅读实验指导书,并复习教材中的相关内容。

明确实验目的、实验内容、实验原理、实验方法、步骤以及实验的注意事项。

四.实验课的进行

1.学生进入实验室后要严格遵守实验室的规章制度和安全操作规程。

2.认真听取实验指导教师对实验的介绍。

3.观察实验中出现的各种现象,记录实验数据。

4.实验结束后,计算机应正常退出、断电,快速成型机应按照要求的程序断电。

清理实验现场后方可离开实验室。

五.实验报告

试验报告是对实验工作的总结,应简明地将实验结果完整、真实地表达出来。

试验报告要求文理通顺,字迹端正、清晰,分析合理,结论正确,讨论中肯。

试验报告应包括以下内容:

1.实验名称、系别、专业、年级班次、实验者及同组人姓名、实验日期。

2.实验目的

3.主要实验内容及结果。

4.对实验结果进行分行、讨论,回答实验指导书中提出的问题。

实验一快速原型建模及前置处理

一.实验目的

1.学习用三维零件设计软件,进行零件的三维设计。

2.掌握STL文件的生成方法和精度确定,了解估算加工时间软件的应用。

二.实验内容

1.设计三维数字模型

1参照给出的工程图设计零件的三维实体造型。

2学生自行设计三维数字模型,要求:

高<15mm,长/宽<130mm。

2.生成HRP系统所接受的STL文件。

3.用HRP软件核查STL文件的正确性:

三维CAD实体模型通过CAD造型软件转化成三角形面化的数据模型。

HRP系统可通过网络或软盘接收STL文件。

开机完成后,通过菜单的【文件】读取STL文件,并显示在屏幕实体视图框中,如果模型显示有错误,请退出HRP2001软件,用修正软件自动修正,然后再读入,直到系统不提示有错误为止。

4.调整精度观察加工时间的变化。

5.通过【设置】下拉菜单中的〖实体变换〗菜单,将实体模型进行适当的旋转,以选取理想的加工方位。

加工方位确定后,利用【文件】下拉菜单的〖另存为〗或〖保

存〗项存取该模型,以作为即将用于加工的数据模型。

三.讨论题

1.为什么需要对三维模型进行近似处理?

2.快速成形之前为什么必须对三维模型进行切片处理?

切片处理的基本原理是什么?

切片层厚对成形精度和生产率有何影响?

切片层厚与材料厚度有何关系?

3.用STL格式文件来描述一个立方体时,需要多少三角形和坐标值?

实验二快速原型制作

一.实验目的

1.掌握LOM快速成形机的基本原理及纸基快速原型的制作过程。

2.了解快速原型的后处理过程。

二.实验内容

1.了解LOM快速成型机的基本结构和工作原理。

2.了解并掌握切片与加工软件的参数设置。

3.学习LOM快速成型机的操作。

4.学习纸基快速原型的后处理操作。

三.实验步骤

一开机前的准备工作

1.给X轴、Y轴、Z轴、丝杆上润滑油。

2.用清洁剂清除工作台面上残渣。

3.检查光学镜片是否被污染,若不干净用镊子夹带酒精的脱脂棉轻轻擦镜片。

4.制冷器中的水箱是否水充足,若不够则补充水进去。

5.安装好准备做模型的卷纸。

二开机操作

1.接通市电,打开总电源开关,。

2.打开机床钥匙开关,按下调试按钮,并且启动计算机。

3.计算机启动完毕后,运行HRP2001程序,用鼠标点击菜单中【制造】下拉菜单,先点击下拉菜单中【打开强电】,强电启动,同时制冷器开始制冷;然后用鼠标点击HRP2001程序菜单中【制造】下拉菜单,再点击下拉菜单中【打开加热器】,加热器开始加热,根据材料型号设置加热器温度,然后把加热辊拉到平台中间。

约30分钟后,数控柜操作面板上温度控制器显示温度达到设定值,当制冷器温度达到设定值20℃以下,即可进行下一步。

4.通过磁盘或网络将准备加工STL文件调入计算机中

5.用鼠标点击HRP2001菜单中的【文件】下拉菜单,将STL文件调入HRP2001系统,至此开机操作完成,即可进行加工零件的预处理工作,详见第二部分。

三新模型制作步骤:

1.点击【设置】菜单,单击〖制造设置〗项,出现制造设置对话框,设置系统的模型制作参数:

①单击“机器”,设置切割速度,平台速度,送料速度,加热辊速度,材料进给量,平

台下移,切割精度。

②单击“网格”,设置基本网格尺寸,XY变网格（门限,级别,细节变网格（比值,Z变网格（门限;

③单击“边框”,设置内框距实体距离,边框宽度,边框倒角。

设置完毕后,单击“确定”按钮。

2.选择工具条的“模拟制造”可进行模拟制造。

3.选择【制造】菜单,开始制造工作。

①【制造】菜单中选〖回零〗项,系统各轴回到各自的起点位置。

②在工作台上固定一张白纸,点击【制造】下拉菜单中的〖制造〗,出现制造对话框,点击对话框中的“切外框”,X—Y扫描单元在纸上扫描出模型的最大轮廓线,做好标记,在最大轮廓线内部粘上双面胶带,再粘上一层大小适当的白纸（纸上没有涂胶,然后点击对话框中的“切外框”,除去轮廓外多余白纸和双面胶带,选择对话框中的“调试”按钮,弹出调试对话框,调节运动速度,在加热辊点动框中,按下向左、向右按钮使加热辊来回辊压工作台面4~6次,使台面预热,最后关闭调试对话框。

③将纸铺好,激活【制造】下拉菜单中的〖制造〗,出现制造对话框,单击“基底”按钮,系统进行一次循环的基底制造。

按此法做4~6层,使不在基底范围内的纸不沾台面即可。

④激活【制造】下拉菜单中的〖制造〗,出现制造对话框,单击“回零”按钮,使系统回零。

然后设置制造对话框中的编辑框,在“从:

”后输入起始高度,起始高度设置为用户所需要做的模型的开始高度,在“到:

”后输入终止高度,终止高度是模型的高度。

最后单击“连续制造”按钮,即可开始全自动制造。

⑤关上门,并且把送纸端、收纸端的光电开关放在适当的位置,然后关闭调试按钮。

⑥模型做完,系统自动停止工作。

四未完成模型继续制造步骤

1.如果前一次启动的HRP2001程序的主窗口还没关闭,则打开制造对话框,把起始高度设成与前一次的设置值相同,再按连续制造键便可进入全自动制造。

2.如果重新启动HRP2001程序,则打开制造对话框后,把起始高度设成物体现在实际高度,再按下连续制造键便可进入全自动制造。

物体的实际高度由用户在上一次关闭HRP2001程序之前记录下来。

3.如果系统不在零位置,比如X或Y移动过,则继续制造之前必须对系统进行回零操作。

五关机

1.在全自动制造过程中,如果想停止制造,则可用鼠标单击正在制造对话框上的“中止”按钮,弹出一个对话框,按下“是”按钮。

（注:

记录当前的高度

2.点击【制造】下拉菜单中〖关闭加热器〗和〖关闭强电〗。

3.点击窗口右上角的关闭按钮“x”或【文件】中的〖退出〗,自动退出HRP2001系统,然后关闭计算机。

依次关钥匙开关,再关闭总电源开关,最后拔掉市电电源。

六系统暂停

在全自动制造过程中,如果想暂时停止制造,则可用鼠标单击正在制造对话框上的“暂停”按钮,系统切完当前层,自动停下来。

暂停后欲继续做,点击正在制造对话框中的“继续”按钮即可。

七系统警停

系统在运行过程中如果因某种原因要立即停机,则按数控柜操作面板上警停按钮。

警停后如果加热辊在模型上,手动使加热辊离开模型,以免烫坏模型。

八模型的后处理

1.模型做完后,系统自动停机。

2.待做完的模型冷却后,方可从工作台上取下。

3.用专门工具小心去掉废料。

4.用木工工具稍作打磨即可。

四.讨论题

1.在LOM成形过程中,为什么不必采用专门的支撑结构?

它用什么作成形支撑?

2.在LOM成形过程中,为什么必须将材料的无轮廓区切割成小方格?

如何确定方格尺寸大小?

它对废料剥离合成形效率有何影响?

3.在LOM成形过程中,为什么要先热粘压材料,然后再切割?

4.在LOM成形过程中,为什么要精确测量正在成形的制件实际高度,并且据此高度对三维模型进行实时切片?

附录HRP2001软件介绍

一.概述

启动HRP2001应用程序后,打开一个STL文件,将出现如下图1所示的主窗口

:

图1HRP2001程序主窗口

该主窗口主要包括以下子窗口:

菜单它包括【文件】【显示】【设置】【制造】【模拟】【帮助】;

工具栏见图2,它的功能与菜单中的一些功能选项相同。

图2HRP2001程序主窗口工具栏

视图窗口视图窗口分为三部分:

右边的实体视图、左上的当前层视图和左下的叠层视图。

控制台包含了版本号、工件实体视图、制造过程中的相关信息。

状态栏显示了实体的长宽高等信息。

当鼠标在绘图窗口时,状态栏将跟踪显示其二维坐标。

功能窗口把鼠标置于实体视图区域,点击右键,便出现此窗口。

该窗口包含了几个功能项,如实体变换、制造设置等,这些功能项在菜单及工具栏上都有,这里不作详述。

二.菜单

2.1【文件】

用鼠标激活【文件】下拉菜单,屏幕将显示如下图（图3:

图3文件下拉菜单选项

♦〖打开〗打开软盘或硬盘中所需的STL文件。

♦〖保存〗在编辑STL文件后,用旧文件名保存文件。

♦〖另存为〗在编辑STL文件后,用新文件名保存文件。

♦〖退出〗退出HRP2001系统返回windows环境。

此外,【文件】下拉菜单还显示最多为九个最近打开过的STL文件。

2.2【显示】

用鼠标激活该下拉菜单,将出现如图4窗口。

♦〖工具栏〗显示/隐藏工具栏。

♦〖状态栏〗显示/隐藏状态栏。

♦〖控制台〗显示/隐藏控制台。

可选择的3D投影方式有:

〖透视投影〗、〖正交投影〗,一般使用〖正交投影〗。

♦〖透视投影〗可以进行旋转、放缩,一般用来观察模型的三维造型。

♦〖正交投影〗可以在左边视图中显示截面形状,在工作中一般选用它。

可选择的3D显示方式有:

〖点网模式〗、〖框架模式〗、〖填充模式〗,一般使用〖填充模式〗。

〖显示轴线〗选中后,主视图中将会在当前层显示一根轴线,便于观察。

图4显示下拉菜单

2.3【设置】

在制作新模型之前,必须设置有关成型过程的一些参数。

用鼠标激活【设置】下拉菜单,屏幕将显示如图5所示选项:

图5设置下拉菜单选项

〖实体变换〗用于缩放、旋转实体。

用鼠标激活〖系统〗项,将显示如图6对话框:

图6实体变换对话框

♦〖制造设置〗包括机器、网格、边框、材料、高级五个方面参数的设置。

①机器

其各项参数如图7所示:

图7机器相关参数

♦切割速度是指切割时激光头运动的最大速度,该参数的最大值不超过600,一般取300~400。

♦平台速度是指平台在制造时下降和上升的速度,最大为30,默认值20。

♦平台下移是指平台在制造是下降和上升的距离,默认为30。

♦送料速度是指每叠一层后送纸速度,最大可取400mm/s,常用200mm/s。

♦材料给进量是指每次送料时多于被加工零件长度的那部分材料的长度,具体如图8所示。

图8材料进给示意图

♦加热辊速度该参数可根据加工的实际情况确定,以保证层与层之间粘结牢固。

最大可取400mm/s,一般常用50~100mm/s

②网格

其各项参数如图9所示:

图9网格相关参数

♦基本网格尺寸该值越大则网格就越稀,相反则越密。

该参数的取值根据被加工零件的大小而变。

♦XY变网格细窄部分小于门限值后开始进行变网格划分,划分次数就是级别数。

♦细节变网格

♦Z变网格上下两层截面之间边长剧减、剧增时,用Z变网格易于剥离。

③边框

边框的各项参数如图10所示:

图10边框参数

内框距实体距离

边框宽度是指外框与内框间的距离。

外框倒角是指外框的圆弧的半径。

④材料

材料相关的参数如图11所示

图11材料相关参数

Z突变网格比较层数是指划分突变网格的层数,默认值为1。

纸宽是指纸的宽度。

纸厚是指每次纸的厚度。

⑤高级

属高级设置的参数如图12所示:

图12高级参数

♦工作区尺寸是指工作区的长宽高尺寸。

♦实体中心位置是指被加工零件的中心点在工作区里的位置。

♦加热辊补偿系数是指在加热辊热压纸的过程中走的长度不准确时的补偿系数,如果走的长,可以把这个系数设置的小一些,反之把这个系数设的大一些。

♦送纸补偿系数是指送纸电机送纸的长度不准确时的补偿系数,如果送纸送的长,可以把这个系数设置的小一些,反之把这个系数设的大一些。

♦高度补偿系数是为了防止零件加工后膨胀,在加工过程中把实际高度乘上这个系数。

♦切割加速度是指切割时的激光头运动加速度。

该值一般取1500~2000。

♦激光半径是指切割用的激光束经聚焦后光斑很小,但仍有一定尺寸。

在切割模型的轮廓时会产生一定的尺寸误差。

为此,系统采取补偿措施,以使实际切割而成的轮廓尽可能接近理论轮廓线。

通常由制造商设置。

♦激光能量补偿是指激光能量的缩放系数,在新激光器刚开始用时,该系数可以小一点,当激光器用久了,能量有所衰减,必须把系数加大。

该系数的取值范围在0.6~

1.5之间。

2.4【制造】

用鼠标激活该项,将出现如图13下拉菜单。

该菜单包含:

♦〖回零〗选取该项,将出现如图14对话框,输入回零高度（回零高度是平台上物体的高度再加上20mm后按确定,则系统各运动部件都回零。

♦〖制造〗选取该项,则出现如图15窗口。

♦〖打开强电〗选取该项,则打开系统强电电源。

♦〖打开加热器〗选取该项,则打开系统加热器电源。

图13制造菜单

图14回零对话框

图15制造窗口

制造窗口包含:

1连续制造

按下该按钮后,机器开始全自动连续制造。

连续制造必须设置起始和终止

高度。

连续制造后,会出现如图19窗口。

在该窗口中,有各种连续制造的信

息显示,还有暂停、中止和设置等功能键。

2单层制造:

按下该按钮后,机器只切割当前一层轮廓。

3切外框:

按下该按钮后,切割一层外框。

4基底:

按下该按钮后,进行一层基底制造。

其他如设置和回零上面已经介绍,联机按钮无效。

调试将在下面介绍。

♦〖单层制造〗单层制造与前面制造窗口中的单层制造一样。

♦〖调试〗选取该项,将出现如图16的对话框。

图16调试对话框

调试对话框包含:

✧点动模块可以选择其中一个箭头按钮进行点动,按住按钮则开始运动,放开则停止。

✧速度调节模块调节所有运动轴的速度百分比,共分四档,25%,50%,75%和100%,根据需要进行选择。

✧激光模块用于打开和关闭激光,按住按钮则激光开,放开按钮则激光关闭。

♦〖连续制造〗出现如图17所示的对话框。

图17连续制造对话框2.5【模拟】点击该菜单，出现如图18所示下拉菜单：

图18♦♦♦♦♦〖模拟制造〗〖切最顶层〗〖切最底层〗〖上切一层〗〖下切一层〗模拟菜单对整个物体进行模拟制造。

模拟切割物体的最顶层。

模拟切割物体的最底层。

模拟切上一层。

模拟切下一层。

2.6【帮助】帮助菜单对HRP2001应用程序进行了介绍。

三．工具栏

〖打开〗按钮功能同【文件】中的〖打开〗。

〖保存〗按钮功能同【文件】中的〖保存〗。

〖制造〗按钮功能同【制造】中的〖制造〗。

〖调试〗按钮功能同【制造】中的〖调试〗。

〖实体变换〗按钮功能同【设置】中的〖实体变换〗。

〖制造设置〗按钮功能同【设置】中的〖制造设置〗。

〖模拟制造〗按钮功能同【模拟】中的〖模拟制造〗。

〖模拟制造方式和层厚选择〗按钮用于选择模拟制造的方式和每一层的高度。

〖切最顶层〗〖切最底层〗〖上切一层〗〖下切一层〗按钮功能同【模拟】中的四个同名子菜单。

〖透视投影〗按钮功能同【显示】中的〖透视投影〗。

〖正交投影〗按钮功能同【显示】中的〖正交投影〗。

〖还原〗按钮功能实体变换对话框中的还原键。