创客技术 切片处理工艺 044.切片处理工艺.docx

国家级职业教育创新创业教育教学资源库 一、切片处理工艺 （一）学习目标 掌握切片处理工艺 （二）知识平台 1. 零件分割拼合 当零件结构复杂，设置的成型支撑无法去除或零件的尺寸太大，超出成型设备工作范围时，需要对零件进行分割和拼合。在打印成型之前，首先要将零件CAD模型分割成若干子块，并根据零件的几何特征和组合特点，结合成型设备的工作范围，确定子块分割的数目，在成型机上依次加工后，将各部分拼接还原成整体原型。 图4-14a所示为汽车接角密封条的CAD模型，采用单喷头FDM设备制作原型件时，由于其内部结构复杂，完成后即面临以下困难：原型件的内部支撑很难去除，密封件原型的内表面无法进行后处理打磨。所以在制作前要进行模型的分割，分割后的模型如图4-14b所示。 （a）密封条外形与截面图 （b）分割后的模型图 图4-14 汽车密封条三维模型的分割 图4-15所示为分块并进行组装的摩托车FDM模型。采用FDM成型设备制作原型时，由于摩托车内部结构较复杂，完成FDM成型后，原型制件的内部支撑很难取出，因此在制作前要进行模型的分割，待成型结束将各块再组合在一起。各子块变形量很小，拼合及后固化都很顺利，面板各尺寸和表面均符合精度要求，而且表面光顺性很好，若粘结好后无明显拼接痕迹。 图4-15 摩托车FDM模型 2. 成型方向的选择 切片过程中的STL模型的定向决定了模型的成型方向，即成型时每层的叠加方向，它是影响原型成型精度、制作时间、制作成本、原型强度以及制作过程中是否需要设置支撑，支撑设置多少等的重要因素。因此，在成型前首先要选择一个优化的分层方向（成型方向）。成型方向的选择一般遵循以下原则： （1）垂直面的数量最大化； （2）法向向上的水平面最大化； （3）零件中孔的轴线平行加工方向的数量最大化； （4）平面内曲线边界的截面数量最大化； （5）加工基面的面积最大化； （6）斜面、悬臂结构的数量最少。 图4-16所示为手机面板的两种成型方式。图4-16a所示原型的精度高，但手机面板台阶误差很大，表面质量低，成型结果如图4-16c所示，台阶效应比较明显；图4-16b所示方向表面质量较高，但面板上孔及卡槽的精度不足，并且成型时间长。 （a）成型方式1 （b）成型方式2 （c）方式1成型结果 图4-16 手机面板成型方向 根据原型精度要求和成型设备的加工空间，合理安排原型的摆放位置和成型方向，以使成型空间得到最大的利用，提高成型效率。必要时需将一个原型分解成多个部分分别成型，也可将多个STL模型调入合并一个STL模型并保存。但工艺处理时，必须根据成型零件的具体要求综合考虑。如果制作原型的主要目的是为了进行外观评价，那么选择成型方向时则应把保证原型表面质量放在首要位置来考虑；如果制作原型的目的是为了装配检验，则应首要考虑的是装配结构的成型精度，至于表面质量则可通过后处理的打磨来保证。 3. 添加支撑 3D打印技术最大的特点就是能加工任意复杂形状的零件，但其层层堆积的特点决定了原型在成型过程中必须具有支撑，3D打印工艺中所用的支撑相当于传统加工中的夹具，起固定零件的作用。有些成型工艺的支撑是生产过程中自然产生的，如选择性激光烧结（SLS）中未烧结的材料、三维打印（3DP）中未粘接的粉末都将成为下一层的支撑。而熔融堆积成型（FDM）和光固化成型（SLA）必须由人工加支撑或通过软件自动加支撑，否则，在分层制造过程中，当上层截面大于下层截面时，上层截面多出的部分由于无材料的支撑将会出现悬浮（或悬空），如图4-17所示箭头所示表面，图4-18所示同样存在很多悬空部位，从而使多出的截面部分发生塌陷或变形，影响零件原型的成型精度，甚至使零件不能成型。 图4-17 悬空表面 图4-18 悬空部位 支撑的分类 支撑按其作用不同分为基底支撑和零件原型的支撑，如图4-19所示。基底支撑是加于工作台之上，形状为包括零件原型在XOY平面上投影区域的矩形。它的作用主要有： 成型件 成型件 零件原型支撑 基底支撑 成型平台 图4-19 零件的支撑 （1）便于零件从工作台上取出。 （2）保证预成型的零件原型处于水平位置，消除工作台的平面度误差所引起的误差。 （3）有利于减小或消除翘曲变形。因为翘曲变形主要发生堆积的最初几层，随着堆积层数的增加，新堆积层引起翘曲变形程度逐渐减小，直至消失，待成型后去掉基底，可得到基本没有变形的实体。 添加支撑的方法 添加支撑的方式包括以下两种：在CAD系统中手工添加支撑结构与软件自动生成支撑结构。 （1）CAD系统手工添加支撑。在CAD系统中手工设计支撑，首先进行原型零件设计，然后再用CAD软件系统