快速成型模具设计

《快速成形技术》课程论文

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指导老师

评语及成绩

河南机电高等专科学校

年月日

一、快速成型的前处理

速成型的前处理快主要包括CAD三维模型的构建，CAD三维模型的STL格式化以及三维模型的切片处理等几个方面。

三维模型构造

由于快速成型机只能接受计算机构造的工件三维模型（即立体图），然后才能进行分成切片处理，因此，首先必须建立三维模型，目前构造三维模型的方法如下

产品的要求产品的二维三视图反求工程interner

网络

三维CAD软件

二、三维模型的STL格式化

由于产品上往往有一些不规则的自由曲面，为方便地获得曲面每部分的坐标信息，加工作前必需进行近似处理。在目前的快速成型机上，最常见的近似处理方法是，用一系列的小三角平面来逼近自由曲面。其中，每一个三角形用三个顶点的坐标（x,y,z）和1个法向量N)来描述。三角形的大小是可以选择的，从而能得到不同的曲面近似精度。经过上述近似处理的三维模型文件称为STL格式文件，它有一系列相连的空间三角形组成。

三维模型的切片处理

1、成形方向

将工件的三维STL格式文件输入快速成型机后，可以用快速成型机中的STL格式文件显示软件，使用模型旋转，从而选择不同的成型方向。不同的成型方向会对工件品质（尺寸精度，表面粗糙度，强度等）、材料成本和制作时间产生很大影响。即对工件品质、对材料成本、对制作时间等。

2、切片

切片是几何体与一系列平行平面求交的过程，切片的结果将产生一系列实体截面轮廓。切片算法取决于输入几何体的表示格式。STL格式采用小三角形平面近似实体表面，这种表示法最大的优点就是切片算法简单易行，只需要依次与每个三角形求交点即可。

适应性切片

适应性切片根据零件的几何特征来决定切片的厚度，在轮廓变化频繁的地方采用小厚度切片，在轮廓变化平缓的地方采用大厚度切片，与同一厚度切片方法比较，可以减少z轴误差、阶梯效应与数据文件的长度。

三、SLA快速成型的原理

SLA成型系统由液槽、可升降工作台、激光器、扫描系统和计算器控制系统等组成。其中，液槽中充满液态光固化聚合物。太有许多小孔洞的可升降工作台在步进电机的驱动下能沿高速z方向作往复运动。激光器为紫外激光器。扫描系统为一组定位镜，它能根据控制系统的指令，按照每一截面轮廓的要求作高速往复运动，从而使激光器发生的激光束反射并聚焦于液槽中液态光固化聚合物的上表面，并沿此面作x-y方向的扫描运动。在这一层受到紫外激光束照射的部位，液态光固化聚合物快速固化，形成相应的一层固态轮廓。一层固化完毕后，工作台下移一个工作距离，以使在原固化好的表面再敷上一层新的液态树脂，然后刮刀将粘度较大的树脂液面刮平，进行下一层的扫描加工，同时新固化的一层牢固的粘结在前一层上，如此重复直至整个零件制造完毕，得到一个三维实体模型。

激光固化的基本过程

1、制造数据的获取

由于光固化快速成形技术是基于堆积概念，所以，层层制造之前必须获取每一层片的信息，将CAD模型数据转换成快速成形机系统需要的数据。

2、层准备

层准备过程是指在获取了制造数据后，在进行层层堆积成形时，扫描前每一层固化层液态树脂的准备。由于这种层堆积成形的工艺特点，必须保证每一薄层的精度，才能保证层层堆积后整个模型的精度。

3、层固化

层固化是指在层准备好以后，用一定波长的紫外激光按分层所获得的层片信息，以一定的顺序照射树脂液面使其固化为一个薄层的过程。

4、层层堆积

层层堆积实际上是前两步层准备与固化的不断重复。在单层扫描固化过程中，除了使本层树脂固化外，还必须通过扫描参数及层厚的精确控制，使当前层与已固化的前

一层牢固的粘结到一起。

5、后处理

后处理是指整个零件成形后完成对零件进行的辅助处理工艺。

另外在SLA成形过程中，由于未被激光束照射的部分材料仍为液态，它不能使制件截面上的孤立独立轮廓和轮廓定位，零件的地面以及一定角度下的倾斜面在制作过程中均会发生较大变形。为了确保制件的每一部分可靠固定，同时减少制件的翘曲变形，仅靠调整制作参数是远不能达到目的的，必须设计并在加工中制作一些柱状或筋状的支撑结构。

四、快速成形的后处理

快速成形机上取下的制品往往需要进行剥离，以便去除废料和支撑结构，有的还需要进行后固化、修补、打磨抛光和表面强化处理等，这些工序统称为后处理。