第二章熔融沉积快速成型工艺.pptVIP

快速成型技术及应用 张汪年 zwn2003@126.com 第二章 熔融沉积快速成型 （丝状材料选择性熔覆 ） 概述 丝状材料选择性熔覆（Fused Deposition Manufacturing，简称FDM），又称熔融沉积造型。 FDM快速原型工艺是一种不依靠激光作为成型能源，而将各种丝材加热熔化的成型方法。此工艺通过熔融丝料的逐层固化来构成三维产品，以该工艺制造的产品目前的市场占有率约为6.1％。 研究FDM的主要有Stratasys公司和Med Modeler 公司。此外，清华大学推出了MEM机型。 快速成型原理 叠加法： FDM成形的基本原理 FDM工作原理类似于标花蛋糕的制作。 1.丝状热塑性材料材料由供丝机构送进喷头，在喷头中加热到熔融态。 FDM成形的基本原理 2.熔融态的丝状材料被挤压出来，按照计算机给出的截面轮廓信息，随加热喷头的运动，选择性地涂覆在工作台的制件基座上，并快速冷却固化。 FDM成形的基本原理 3.一层完成后喷头上升一个层高，再进行下一层的涂覆，如此循环，最终形成三维产品。 FDM快速成形的系统组成 1.硬件系统 硬件系统由机械系统和控制系统组成。 2.软件系统 软件系统由几何建模和信息处理组成。 3.供料系统 硬件系统 （1）机械系统 机械系统由运动、喷头、成形室、材料室、等单元组成，多采用模块化设计，各个单元相互独立。 运动单元只完成扫描和喷头的升降动作，且运动单元的精度决定了整机的运动精度。 加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动和高度Z方向的运动。 成形室用来把丝状材料加热到熔融态，材料室用来储存FDM用的材料。 硬件系统 （2）控制系统 由控制柜与电源柜组成，用来控制喷头的运动以及成形室的温度。 软件系统 软件系统由几何建模和信息处理组成。 （1）几何建模单元是设计人员借助三维软件，如Pro/E，UG等，来完成实体模型的构造，并以STL格式输出模型的几何信息。 （2）信息处理单元主要完成STL文件处理、截面层文件生成、填充计算，数控代码生成和对成形系统的控制。 软件系统 如果根据STL文件判断出成形过程需要支撑的话，先由计算机设计出支撑结构并生成支撑，然后对STL格式文件分层切片，最后根据每一层的填充路径，将信息输给成形系统完成模型的成形。 供料系统 由马达驱动橡胶辊子，从而将丝料送入成形喷头。 FDM快速成形技术的支撑 设计支撑的原因：FDM成形中，每一个层片都是在上一层上堆积而成，上一层对当前层起到定位和支撑的作用。随着高度的增加，层片轮廓的面积和形状都会发生变化，当形状发生较大的变化时，上层轮廓就不能给当前层提供充分的定位和支撑作用，这就需要设计一些辅助结构－“支撑”，以保证成形过程的顺利实现。 FDM快速成形技术的支撑 FDM技术提供两种类型的支撑： 1. WaterWorks(水溶性支撑): 可以分解于碱性水溶剂的可溶解性支撑结构。 2.Break Away Support Structure (BASS) (易剥离性支撑): 水溶性支撑的前身，由手工将支撑从工件表面剥离以移除。 水溶性支撑因为可以不用考虑机械式的移除，所以可以接近于细小的特征，因而用的更广泛。 快速成形制件可能出现的缺陷 快速成形制件出现的缺陷分为表面缺陷和内部缺陷。 快速成形制件可能出现的表面缺陷 1.CAD前处理和阶梯状表面形成的缺陷 2.顶部缺陷 由于喷嘴喷出的材料路径具有圆形的顶面，当最后一层顶面沉积后就形成屋脊形的表面，这样的屋脊形表面需要光滑处理。 快速成形制件可能出现的表面缺陷 3.喷头起/停误差造成的缺陷 由于切片后的轮廓每一层都有许多封闭的边界，每一个封闭的几何边界都存在起/停点，喷头的移动速度和丝材的进给速率必须在喷头的起停点协调一致，否则就会造成材料的过剩和不足。 正确的是：在喷头还未到达终点时，丝材进给运动就停止，在背压的作用下，喷头仍在喷料，直至喷头到达终点。 快速成形制件可能出现的表面缺陷 关键：喷头在距离终点多远时，丝材停止进给运动？ 停止太迟，有太多的丝材进入喷头，喷头到达终点时，还有材料喷出，造成多余的材料溢出和粗糙的表面。 停止过早，造成材料的供应不足。 快速成形制件可能出现的表面缺陷 4.撤除支撑时造成的缺陷 主要指在去除易剥离性支撑（BASS）时，会在制件表面留下一些毛刺和小凹坑。 快速成形制件可能出现的内部缺陷 1.环形填充式的中线空洞和光栅填充式的半周界空洞 快速成形制件可能出现的