先进制造技术.pdf

《先进制造技术》

实验指导书

实验一快速原型制造

1.1实验目的

1.掌握快速原型制造技术的工作原理。

2.进一步理解快速原型制造的方法。

3.加深对快速成形技术的理解和认识；

4.熟悉快速成形技术的基本流程；

5.推广该项技术的普及和应用。

1.2实验要求

1.熟悉和使用三维软件，并进行特定零件的的建模，构造原形件。

2.利用专用计算机对原形件进行切片，生成STL文件，并将STL文件送入FDM快

速成型系统；

3.对模型制作分层切片；生成数据文件；

4.快速原型机按计算机提供的数据逐层堆积，直至原形件制作完成；

5.观察快速原型机的工作过程，分析产生加工误差的原因，提出解决的办法。

1.3实验主要仪器设备

1、FDM快速成型系统一台

2、造型计算机

3、PVC丝状材料

1.4实验原理

1.4.1快速原型技术简介

快速成形(ＲａｐｉｄＰｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ,ＲＰ)

技术是20世纪80年代问世的一门新兴制造技术，自问世以

来，得到了迅速的发展。由于ＲＰ技术可以使数据模型转化为

物理模型，并能有效地提高新产品的设计质量，缩短新产品开

发周期，提高企业的市场竞争力，因而受到越来越多领域的关

注，被一些学者誉为敏捷制造技术的使能技术之一。

1.4.2快速原型技术的基本工作过程

快速成形技术是由ＣＡＤ模型直接驱动的快速制造复杂

形状三维物理实体技术的总称。其基本过程是：图1快速原型机

1、首先设计出所需零件的计算机三维模型，并按照通用的格式存储（STL文件）；

2、跟据工艺要求选择成形方向（Ｚ方向），然后按照一定的规则将该模型离散为一

系列有序的单元，通常将其按一定厚度进行离散(习惯称为分层)，把原来的三维ＣＡＤ

模型变成一系列的层片（CLI文件）；

3、再根据每个层片的轮廓信息,输入加工参数，自动生成数控代码；

4、最后由成形机成形一系列层片并自动将它们联接起来，得到一个三维物理实体。

这样就将一个物理实体复杂的三维加工转变成一系列二维层片的加工，因此大大降低

了加工难度。由于不需要专用的刀具和夹具，使得成形过程的难度与待成形的物理实体的

复杂程度无关，而且越复杂的零件越能体现此工艺的优势。目前快速成形技术包括一切由

ＣＡＤ直接驱动的成形过程。

1.4.3快速原型技术的特点

1、由ＣＡＤ模型直接驱

动；

2、可以制造具有复杂形状

的三维实体；

3、成形设备是无需专用夹

具或工具的成形机；

4、成形过程中无人干预或

较少干预；

5、精度较低；分层制造必

然产生台阶误差，堆积成形

的相变和凝固过程产生的内

应力也会引起翘曲变形，这

从根本上决定了ＲＰ造型的图2LOM－熔融沉积成型原理图

精度极限。

1.4.4我国ＲＰ技术发展及应用现状

自20世纪90年代初我国学者从国外认识了ＲＰ技术后,即着手研究。在我国科技

人员不懈的努力下,经过10年的研究开发与推广应用，我国已掌握了从设备到工艺材料

的生产技术，在ＲＰ技术应用方面亦开展了大量的研究并取得了可喜的成果。通过组建国

家级ＲＰ技术推广应用服务中心，有效地推动了我国ＲＰ技术的发展。但整体水平与国外

先进水平相比还有较大差距，主要表现在产品规格型号少，工艺材料品种单一，特别是在

产业化和应用服务方面的差距尤为突出。

经过10年的努力，我国研制出了ＳＳＭ、ＨＲＰ、ＨＲＰＳ系列分层实体制造(Ｌ

ＯＭ)成形机；ＬＰＳ和ＣＰＳ系列立体光造型(ＳＬＡ)成形机；ＡＦＳ-300型选择性

激光烧结(ＳＬＳ)成形机；ＭＥＭ熔丝沉积制造(ＦＤＭ)。有了具有自主知识产权的快

速成形系统，申请了大量的专利。在某些基础技术研究方面我们达到了国际水平，如开发

ＣＡＤ原始数据直接切片方法；满足人体细胞生长并可降解的人造骨骼医用材料；基于Ｒ

Ｐ的人工骨骼复制、生物活性材料成形技术研究等领域。

据不完全统计，我国现有ＲＰ设备100余台，其中国产设备约占50%，国产设备使

用的工艺材料几乎全部由国内自己生产。在