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快速成型技术的原理、工艺过程
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三维打印机展厅
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快速成型技术是近20年来制造领域中一个革命性的技术突破,它不仅在制造原理上与传统方法迥然不同,更重要的是当前新产品开发是以市场反应为第一晴雨表,产品竞争越来越激烈,应用RP技术就可以在不开模具的前提下,迅速可以得到产品原型,快速响应市场。并且缩短产品开发周期,降低开发成本。

快速成型属于离散/堆积成型,它将计算机上制作的零件三维模型,进行网格化处理并存储,对其进行分层处理,得到各层截面的二维轮廓信息,按照这些轮廓信息自动生成加工路径,由成型头在控制系统的控制下,选择性地固化或切割一层层的成型材料,形成各个截面轮廓薄片,并逐步顺序叠加成三维坯件.然后进行坯件的后处理,形成零件。

快速成型的工艺过程具体如下:

l )产品三维模型的构建。由于 RP 系统是由三维 CAD 模型直接驱动,因此首先要构建所加工工件的三维CAD 模型。该三维CAD模型可以利用计算机辅助设计软件(如Pro/E , I-DEAS , Solid Works , UG 等)直接构建,也可以将已有产品的二维图样进行转换而形成三维模型,或对产品实体进行激光扫描、 CT 断层扫描,得到点云数据,然后利用反求工程的方法来构造三维模型。

2 )三维模型的近似处理。由于产品往往有一些不规则的自由曲面,加工前要对模型进行近似处理,以方便后续的数据处理工作。由于STL格式文件格式简单、实用,目前已经成为快速成型领域的准标准接口文件。它是用一系列的小三角形平面来逼近原来的模型,每个小三角形用 3 个顶点坐标和一个法向量来描述,三角形的大小可以根据精度要求进行选择。

STL 文件有二进制码和 ASCll 码两种输出形式,二进制码输出形式所占的空间比 ASCII 码输出形式的文件所占用的空间小得多,但ASCII码输出形式可以阅读和检查。很多CAD 软件都带有转换和输出 STL 格式文件的功能。

3 )三维模型的切片处理。根据被加工模型的特征选择合适的加工方向,在成型高度方向上用一系列一定间隔的平面切割近似后的模型,以便提取截面的轮廓信息。间隔一般取0.05mm~0.5mm, 常用 0.1mm 。间隔越小,成型精度越高(PolyJet技术分层厚度可以做到0.0016mm,所以出的模型精度很高),但成型时间也越长,效率就越低,反之则精度低,但效率高。

4 )成型加工和模型精度。根据模型文件切片处理的截面轮廓,在计算机控制下,相应的成型头(激光头或喷头)按各截面轮廓信息做扫描运动,在工作台上一层一层地堆积材料,然后将各层相粘结(有的技术是层堆积和固化,同步完成,如Objet的Polyjet技术),最终得到原型产品。

5 )成型零件的后处理。不同的成型工艺,其后处理复杂与简单程度不同。有的成型工艺需要从成型系统里取出成型件后,再次进行打磨、抛光和繁杂的二次固化以及去处支撑材料等,或放在高温炉中进行后烧结,进一步提高其强度,如SLA。有的成型工艺则只需要很简单的后处理,无需打磨和二次固化等。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (12/29/2008)
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