《快速成形技术》实验指导书概要.docx

1、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

2、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

3、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

4、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?

5、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

6、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

7、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: 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。 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

8、, Z 变网格(门限 ; 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。 【制造】菜单中选回零项,系统各轴回到各自的起点位置。 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,

9、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 46次,使台面预热,最后关闭调试对话框。 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 46层,使不在基底范围内的纸不沾 台面即可。 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。 关上门,并且把送纸端、收纸端的光电开关

10、放在适当的位置,然后关闭调试按钮。 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

11、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

12、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 HRP

13、2001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 1 HRP2001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 2 HRP2001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

14、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。

15、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

16、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。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 300400。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 400 mm/s ,常用 200 mm/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。

17、最大 可取 400 mm/s, 一般常用 50100 mm/s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。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。 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

18、为 1。 纸宽 是指纸的宽度。纸厚 是指每次纸的厚度。 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

19、般取 15002000。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 0.61.5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

20、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

21、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

22、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。