《材料成型综合实验》3D打印实验报告

《材料成型综合实验》3D打印实验报告

一、实验目的

1、掌握快速成型加工原理、方法及在模具加工中的应用；

2、了解快速成型机床的组成、工作原理和操作方法。

二、实验仪器

HTS-400pl快速成型机、树脂丝材、计算机等

三、实验原理

3D打印即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉未状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

RP技术基本原理：离散—堆积（叠加）。

3D打印技术与激光成型技术基本上是一样的。简单来说，就是通过采用分层加工、迭加成形，逐层增加材料来生成3D实体。称它为“打印机”的原因是参照了其技术原理，3D打印机的分层加工过程与喷墨打印机十分相似。首先是运用计算机设计出所需零件的三维模型，然后再根据工艺需求，按照一定规律将该模型离散为一系列有序的单位，通常在Z向将其按照一定的厚度进行离散，把原来的三维CAD模型变成一系列的层片；然后再根据每个层片的轮廓信息，输入加工

参数，然后系统后自动生成数控代码；最后由成型一系列层片并自动将它们连接起来，最后得到一个三维物理实体。

四、实验过程

基本过程如下：

对要打印的零件进行三维建模，绘制三维图形，保存STL通用格式。用3D 打印软件打开保存的STL格式的零件，在3D打印软件中设置相关打印参数，生成路径。将3D软件生成的GSD格式用插卡的形式放在打印机里。随后启动打印机即可。

实验的详细过程如下：首先进行的三维模型构建经常使用的软件有Pro/E、UG、SolidWorks、激光扫描、CT断层扫描等。然后要对三维模型做近似处理，也就是用三角形平面来逼近原来的模型（STL文件）。近似处理后进行切片处理，即对加工方向（Z方向）进行分层（间隔一般取0.05m--0.5mm，常用0.1mm ）。之后进行打磨、抛光、涂挂、烧结等后处理步骤。最后成型加工。成型头（激光头或喷头）按各截面轮廓信息扫描。其中分解（离散）过程由计算机完成，组合（堆积）过程由成型机完成，后处理过程中的结构与性能的加强由其他辅助设备完成。

五、实验注意事项

1、保存耐压壳三维模型时，应注意保存格式；

2、在输入加工参数时应仔细，以免漏输参数，对打印带来损失；

3、打印过程中和刚打印结束时，应避免碰撞打印机内部的结构和打印件，以免烫伤；

4、取出打印件内部的支撑物时，应小心，动作慢，避免破坏耐压壳。

六、思考题

1、简述基于快速成型技术的快速制模工艺？

第一、能够快速成型是他最大的特征，也就是说模具成型产品的方案规划到

实施生产周期变短，对目前的新型产品的开发具有积极的作用。.

第二、可选用的制作材料范围比较广，除了原有的化学塑料以及树脂以外，

还可以选用陶瓷金属复合型材料等等相关的各种材料。

第三、可以实现方案优化和制作实施整合在一起，达到一个高水平的信息数

据集成，也就是说从整个模具制造的程序控制以及材料的选型，包括生产过程中的激光切割，以及所选用的电脑装备，甚至说是整个过程当中进行的仿真模拟，以及实际生产过程中的数控加工，操作等都可以整合在一起进行。

第四、本身的制作的形态，不受相关条件的限制和约束。.

第五、是生产的周期短，速度快，而且在生产过程当中智能化的程度非常高，

这样一来能够缩短生产周期，降低成本。

第六、必须针对原来已经有的模型，如果说需要替换的话，可复制性高。

第五、由于智能化程度比较高，即使产品的结构相对比较复杂，也不会加大制作

的

成本和时间。

第七、模具的原有的形状，不影响到制作的过程。

2、讨论影响3D 打印精度的因素？

3D打印机器自身的精度、分层厚度、喷嘴温度、耗材类型、喷嘴直径。

三、每个实验项目涉及的材料成型方法的优缺点及适用场合比较

（1）塑模：优点：高纯净度、高精度、高均匀性、质量好，强度、耐热性好，受压不宜变形，成型工艺简单，生产率高，具有一定的机械性能；

缺点是：成型工艺复杂，生产效率低，耐热性差，刚度较低。塑料制作模具应用的领域特别多，其中在生产各种工业产品时都离不开塑料制品。其中在电子航空、航天、机械、船舶、汽车等工业部门的应用都是比较多的，而且产品对模具的要求也比较高。传统的模具设计方法，已经没有办法适应如今人们的要求，所以会通过计算机辅助工程技术等等来提高生产力以及品质。

适用场合：注塑模具在加工当中应用率也是比较高的，在各种数控加工都可以用到，比如说加工中心以及数控电火花加工和数控线切割加工在模具数控加工当中的应用也特别常见。因为现在有很多制造业当中的产品构件成型加工几乎都是需要使用模具来完成的，所以说模具产业现在的需求量特别大，塑料模具生产同样也是如此。

（2）冲模：冲压成型加工无论在技术方面，还是在经济方面，都具有许多的优点，主要表现在以下几方面：

(1)尺寸精度由模具来保证，所以加工出来的零件质量稳定、一致性好，具有“一模一样”的特征

(2)冲压成型可以获得其他加工方法所不能或难以制造的壁薄、质量轻、刚性好、表面质量高、形状复杂的零件；

(3)材料利用率高，属于少、无屑加工；

(4)效率高、操作方便，要求的工人技术等级不高；

(5)模具使用寿命长，生产成本低。

冲压成型加工存在以下缺点：

(1)噪声和振动大；

(2)模具精度要求高、制造复杂、周期长、制造费用昂贵，因而小批量生产受到限制；

(3)如果零件精度要求过高，冲压生产难以达到要求。

适用场合：目前，级进模的使用范围是相当广的，它可以加工多种材质，比如不锈钢、铝、碳钢、铜等金属材料。

（3）电火花切割：1）电火花线切割能切割加工传统方法难于加工或无法加工的高硬度、高强度、高脆性、高忍性等导电材料及半导体材料。

2）由于电极丝极细，可以加工细微异形孔、窄缝和复杂形状零件。

3）工件被加工表面受热影响小，适合于加工热敏感性材料。同时，由于脉冲能量集中在很小的范围内，加工精度较高，线切割加工精度可达0.02~0.01mm,表面粗糙度可达Ra1.6μm。

4）加工过程中，工具与工件不直接接触，不存在显著的切削力，有利加工低刚度工件。

5）由于切缝很细，而且只对工件进行轮廓加工，实际金属蚀除量很少，材料利用率高，对于贵重金属加工更具有重要意义。