模具设计与快速成型快速成型工艺
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
绍光固化原型制作的前处理过程。
CAD三维造型
三维实体造型是CAD模型的最好表示，也是快速原型制作必须的原始数据源。 没有CAD三维数字模型，就无法驱动模型的快速原型制作。CAD模型的三维造型 可以在UG、Pro/E、Catia等大型CAD软件以及许多小型的CAD软件上实现，图2-2a 给出的是小扳手在UG NX上的三维造型。
吸附式涂层结构
四．知识链接
SLA系统非常稳定，加工开始
成型过程自动化程度高 后，成型过程可以完全自动化，
直至原型制作完成。
尺寸精度高 SLA原型的尺寸精度可以达到±0.1mm。
优良的表面质量
优点： 虽然在每层固化时侧面及曲面可能出现台阶，但上表面 仍可得到玻璃状的效果。
可以制作结构十分复杂的模型 可以直接制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失型
四．知识链接
第二节 光固化成型工艺
光固化成型工艺，也常被称为立体光刻成型，英文的名称 为StereoLithography，简称SL，也有时被简称为SLA （StereoLithography Apparatus），该工艺是由Charles Hull于1984年获得美国专利，是最早发展起来的快速成型技术。 自从1988年3D Systems公司最早推出SLA商品化快速成型机 以来，SLA已成为最为成熟而广泛应用的RP典型技术之一。它 以光敏树脂为原料，通过计算机控制紫外激光使其凝固成型。 这种方法能简捷、全自动地制造出历来各种加工方法难以制作 的复杂立体形状，在加工技术领域中具有划时代的意义。
三．任务分析
通过市场调研，发现快速成型工艺可以满足产品研发的 高效和实用，故决定应用该方法开发产品。
四．知识链接
第一节 快速成型工艺过程及分类
快速成型制造工艺的全过程可以归纳为以下三个步骤： 1)前处理。它包括工件的三维模型的构造、三维模型的近 似处理、模型成形方向的选择和三维模型的切片处理。 2)分层叠加成形。它是快速成形的核心．包括模型截面轮 廓的制作与截面轮廓的叠合。 3)后处理。它包括工件的剥离、后固化、修补、打磨、抛 光和表 面强化处理等。 如图所示。
四．知识链接
制件易变形 成型过程中材料发生物理和化学变化 设备运转及维护成本较高 液态树脂材料和激光器的价格较高 使用的材料较少
缺点：
目前可用的材料主要为感光性的液态树脂材料
液态树脂有气味和毒性，并且需要避光保护，以防止提前发
生聚合反应，选择时有局限性。
需要二次固化 经快速成型系统光固化后的原型树脂并未完
四．知识链接
一、光固化成型的基本原理和特点 （一）光固化成型的基本原理
光固化成型工艺的成型过程如图2-2示。液槽中盛满液态 光敏树脂，氦－镉激光器或氩离子激光器发出的紫外激光束在 控制系统的控制下按零件的各分层截面信息在光敏树脂表面进 行逐点扫描，使被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化， 形成零件的一个薄层。一层固化完毕后，工作台下移一个层厚 的距离，以使在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树 脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平，然后进行下一层的扫描 加工，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，如此重复直至整 个零件制造完毕，得到一个三维实体原型。
四．知识链接
确定摆放方位
摆放方位的处理是十分重要的，不但影响着制作时间和效率，更影响着后续支 撑的施加以及原型的表面质量等，因此，摆放方位的确定需要综合考虑上述各种因 素。一般情况下，从缩短原型制作时间和提高制作效率来看，应该选择尺寸最小的 方向作为叠层方向。但是，有时为了提高原型制作质量以及提高某些关键尺寸和形 状的精度，需要将最大的尺寸方向作为叠层方向摆放。有时为了减少支撑量，以节 省材料及方便后处理，也经常采用倾斜摆放。确定摆放方位以及后续的施加支撑和 切片处理等都是在分层软件系统上实现。
全被激光固化。
较脆，易断裂性能尚不如常用的工业塑料
四．知识链接
二、 光固化快速原型的工艺过程 光固化快速原型的制作一般可以分为前处理、原型制作和
后处理三个阶段。 （一）前处理
前处理阶段主要是对原型的CAD模型进行数据转换、摆放方位确定、施加支 撑和切片分层，实际上就是为原型的制作准备数据。下面以某一小扳手的制作来介
四．知识链接
光固化成型工艺过程原理图
四．知识链接
四．知识链接
因为树脂材料的高粘性，在每层固化之后，液面很难在短 时间内迅速流平，这将会影响实体的精度。采用刮板刮切后， 所需数量的树脂便会被十分均匀地凃敷在上一叠层上，这样经 过激光固化后可以得到较好的精度，使产品表面更加光滑和平 整。
四．知识链接
四．知识链接
快速成型制造技术从广义上讲可以分成两类：材料叠加和材料去除。下 图给出了当前众多快速成型工艺根据材料和构建技术不同进行的分类。
四．知识链接
快速成型制造技术是20世纪80年代中期发展起来的一项高 新技术，从1988年世界上第一台快速成型机问世以来，快速 成型技术的工艺方法目前已有十余种。在目前所有的快速成型 工艺方法中，光固化成型法(SLA)、叠层实体制造法(LOM)、 激光选区烧结法(SLS)、熔融沉积法(FDM)得到了世界范围内 的广泛应用，下面重点介绍这几种常用的快速成型技术。
四．知识链接பைடு நூலகம்
前处理
分层叠加成型
后处理
构造三维模型 模型近似处理 成型方向选择
光固化快速成型－SLA 叠层实体制造－LOM 选择性激光烧结－SLS 熔融沉积制造－FDM
＊＊＊＊＊
工件剥离或 去支撑等
强硬化处理
表面处理
切片处理
快速成型制作过程
四．知识链接
快速成型制造系统
快 速 成 型
产
品
产
造
品
型
原
型
项目五 快速成型工艺
项目五 快速成型工艺
一、任务导入 二、任务目标 三、任务分析 四、知识链接
一．任务导入
某产品公司为满足客户需求，急需开发适合市场需求的产 品，但又害怕投入太多，照成浪费，所以急需找到一种合理 地产品研发手段，快速验证产品的合理性、实用性等。
二．任务目标
知识点 ◎ 光固化成型法(SLA)； ◎ 叠层实体制造法(LOM)； ◎ 激光选区烧结法(SLS)； ◎ 熔融沉积法(FDM) 技能点 ◎要求掌握FDM熔融沉积工艺及零件制作。
四．知识链接
图2-2
光 固 化 快 速 原 型 前 处 理
a) CAD三维原始模型
c) 模型的摆放方位
b) CAD模型的STL数据模型 d) 模型施加支撑
四．知识链接
数据转换
数据转换是对产品CAD模型的近似处理，主要是生成STL格式的数据文件。 STL数据处理实际上就是采用若干小三角形片来逼近模型的外表面，如图2-2b所示。 这一阶段需要注意的是STL文件生成的精度控制。目前，通用的CAD三维设计软件 系统都有STL数据的输出。
CAD三维造型
三维实体造型是CAD模型的最好表示，也是快速原型制作必须的原始数据源。 没有CAD三维数字模型，就无法驱动模型的快速原型制作。CAD模型的三维造型 可以在UG、Pro/E、Catia等大型CAD软件以及许多小型的CAD软件上实现，图2-2a 给出的是小扳手在UG NX上的三维造型。
吸附式涂层结构
四．知识链接
SLA系统非常稳定，加工开始
成型过程自动化程度高 后，成型过程可以完全自动化，
直至原型制作完成。
尺寸精度高 SLA原型的尺寸精度可以达到±0.1mm。
优良的表面质量
优点： 虽然在每层固化时侧面及曲面可能出现台阶，但上表面 仍可得到玻璃状的效果。
可以制作结构十分复杂的模型 可以直接制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失型
四．知识链接
第二节 光固化成型工艺
光固化成型工艺，也常被称为立体光刻成型，英文的名称 为StereoLithography，简称SL，也有时被简称为SLA （StereoLithography Apparatus），该工艺是由Charles Hull于1984年获得美国专利，是最早发展起来的快速成型技术。 自从1988年3D Systems公司最早推出SLA商品化快速成型机 以来，SLA已成为最为成熟而广泛应用的RP典型技术之一。它 以光敏树脂为原料，通过计算机控制紫外激光使其凝固成型。 这种方法能简捷、全自动地制造出历来各种加工方法难以制作 的复杂立体形状，在加工技术领域中具有划时代的意义。
三．任务分析
通过市场调研，发现快速成型工艺可以满足产品研发的 高效和实用，故决定应用该方法开发产品。
四．知识链接
第一节 快速成型工艺过程及分类
快速成型制造工艺的全过程可以归纳为以下三个步骤： 1)前处理。它包括工件的三维模型的构造、三维模型的近 似处理、模型成形方向的选择和三维模型的切片处理。 2)分层叠加成形。它是快速成形的核心．包括模型截面轮 廓的制作与截面轮廓的叠合。 3)后处理。它包括工件的剥离、后固化、修补、打磨、抛 光和表 面强化处理等。 如图所示。
四．知识链接
制件易变形 成型过程中材料发生物理和化学变化 设备运转及维护成本较高 液态树脂材料和激光器的价格较高 使用的材料较少
缺点：
目前可用的材料主要为感光性的液态树脂材料
液态树脂有气味和毒性，并且需要避光保护，以防止提前发
生聚合反应，选择时有局限性。
需要二次固化 经快速成型系统光固化后的原型树脂并未完
四．知识链接
一、光固化成型的基本原理和特点 （一）光固化成型的基本原理
光固化成型工艺的成型过程如图2-2示。液槽中盛满液态 光敏树脂，氦－镉激光器或氩离子激光器发出的紫外激光束在 控制系统的控制下按零件的各分层截面信息在光敏树脂表面进 行逐点扫描，使被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化， 形成零件的一个薄层。一层固化完毕后，工作台下移一个层厚 的距离，以使在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树 脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平，然后进行下一层的扫描 加工，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，如此重复直至整 个零件制造完毕，得到一个三维实体原型。
四．知识链接
确定摆放方位
摆放方位的处理是十分重要的，不但影响着制作时间和效率，更影响着后续支 撑的施加以及原型的表面质量等，因此，摆放方位的确定需要综合考虑上述各种因 素。一般情况下，从缩短原型制作时间和提高制作效率来看，应该选择尺寸最小的 方向作为叠层方向。但是，有时为了提高原型制作质量以及提高某些关键尺寸和形 状的精度，需要将最大的尺寸方向作为叠层方向摆放。有时为了减少支撑量，以节 省材料及方便后处理，也经常采用倾斜摆放。确定摆放方位以及后续的施加支撑和 切片处理等都是在分层软件系统上实现。
全被激光固化。
较脆，易断裂性能尚不如常用的工业塑料
四．知识链接
二、 光固化快速原型的工艺过程 光固化快速原型的制作一般可以分为前处理、原型制作和
后处理三个阶段。 （一）前处理
前处理阶段主要是对原型的CAD模型进行数据转换、摆放方位确定、施加支 撑和切片分层，实际上就是为原型的制作准备数据。下面以某一小扳手的制作来介
四．知识链接
光固化成型工艺过程原理图
四．知识链接
四．知识链接
因为树脂材料的高粘性，在每层固化之后，液面很难在短 时间内迅速流平，这将会影响实体的精度。采用刮板刮切后， 所需数量的树脂便会被十分均匀地凃敷在上一叠层上，这样经 过激光固化后可以得到较好的精度，使产品表面更加光滑和平 整。
四．知识链接
四．知识链接
快速成型制造技术从广义上讲可以分成两类：材料叠加和材料去除。下 图给出了当前众多快速成型工艺根据材料和构建技术不同进行的分类。
四．知识链接
快速成型制造技术是20世纪80年代中期发展起来的一项高 新技术，从1988年世界上第一台快速成型机问世以来，快速 成型技术的工艺方法目前已有十余种。在目前所有的快速成型 工艺方法中，光固化成型法(SLA)、叠层实体制造法(LOM)、 激光选区烧结法(SLS)、熔融沉积法(FDM)得到了世界范围内 的广泛应用，下面重点介绍这几种常用的快速成型技术。
四．知识链接பைடு நூலகம்
前处理
分层叠加成型
后处理
构造三维模型 模型近似处理 成型方向选择
光固化快速成型－SLA 叠层实体制造－LOM 选择性激光烧结－SLS 熔融沉积制造－FDM
＊＊＊＊＊
工件剥离或 去支撑等
强硬化处理
表面处理
切片处理
快速成型制作过程
四．知识链接
快速成型制造系统
快 速 成 型
产
品
产
造
品
型
原
型
项目五 快速成型工艺
项目五 快速成型工艺
一、任务导入 二、任务目标 三、任务分析 四、知识链接
一．任务导入
某产品公司为满足客户需求，急需开发适合市场需求的产 品，但又害怕投入太多，照成浪费，所以急需找到一种合理 地产品研发手段，快速验证产品的合理性、实用性等。
二．任务目标
知识点 ◎ 光固化成型法(SLA)； ◎ 叠层实体制造法(LOM)； ◎ 激光选区烧结法(SLS)； ◎ 熔融沉积法(FDM) 技能点 ◎要求掌握FDM熔融沉积工艺及零件制作。
四．知识链接
图2-2
光 固 化 快 速 原 型 前 处 理
a) CAD三维原始模型
c) 模型的摆放方位
b) CAD模型的STL数据模型 d) 模型施加支撑
四．知识链接
数据转换
数据转换是对产品CAD模型的近似处理，主要是生成STL格式的数据文件。 STL数据处理实际上就是采用若干小三角形片来逼近模型的外表面，如图2-2b所示。 这一阶段需要注意的是STL文件生成的精度控制。目前，通用的CAD三维设计软件 系统都有STL数据的输出。