湖工大快速成型与快速模具制造技术及其应用考试重点总结

2020-03-02 18:26:25 来源：范文大全收藏下载本文

快速成型工艺基本原理：基于离散堆积原理的累加式成型，从成型原理上提出了一种全新的思维模式，即将计算机上设计的零件三维模型，表面三角化处理，存储成STL文件格式，对其进行分层处理，得到各层截面的二维轮廓信息，按照这些轮廓信息自动生成加工路径，在控制系统的控制下，选择性的固化或烧结或切割一层层的成型材料，形成各个截面轮廓薄片，并逐步顺序叠加成三维实体，然后进行实体的后处理，形成原型。

快速成型：1液态（SLA FDM）2粉末粒子(SLS)3薄层材料（LOM）

在SLA系统中，扫描器件采用双振镜模块。设置在激光束的汇聚光路中，由于双振镜在光路中前后布置的结构特点，造成扫描轨迹在X轴向的枕形畸形。当扫描到正方形图形时，扫描轨迹并非一个标准的正方形，而是出现枕形畸形。

激光扫描方式对成型精度的影响：扫描方式与成型工件的内应力有密切关系，合适的扫描方式可以减少零件的收缩量，避免翘曲和扭曲变形，提高成型精度。Z字形扫描方式：顺序往复扫描1过程太多，会出现严重的拉丝现象；2会产生严重的振动和噪声，降低加工效率；分区往复扫描：提高成型效率，分散收缩应力，减小收缩变形，提高成型精度；跳跃光栅式扫描可分为长光栅和短光栅式扫描：采用短光栅式扫描更能减小扭曲变形；采用跳跃光栅式扫描有效的提高了成型精度，它使得固话区域有更多的冷却时间，减小了热应力；对平面零件时采用螺旋式扫描方式，且外向内的扫描方式比内向外的扫描方式加工生产零件精度高.传统的SLA制造技术：利用激光或者其他光源照射光敏树脂，使光敏树脂分子发生光聚合反应形成较大的分子实现树脂的固化。

单光子吸收光聚合反应SPA：光固化过程中树脂分子对光能的吸收是以单个光子为单位。双光子吸收光聚合反应：以双光子吸收效应代替传统光固化成型过程中单光子吸收的过程。叠层实体制造技术LOM：（Laminated Object Manufacturing，简称LOM）是几种最成熟的快速成型制造技术之一。它以片材（如纸片、塑料薄膜或复合材料）为原材料，激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线数据，将背面涂有热熔胶的纸用激光切割出工件的内外轮廓。切割完一层后，送料机构将新的一层纸叠加上去，利用热粘压装置将已切割层粘合在一起，然后再进行切割，这样一层层地切割、粘合，最终成为三维工件。LOM常用材料是纸、金属箔、塑料膜、膜等，此方法除了可以制造模具、模型外，还可以直接制造结构件或功能件。

选择性激光烧结SLS：利用粉末状材料（金属粉末或者非金属粉末）在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下层层堆积成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平。基于SLS工艺的金属零件间接制造工艺过程：分为三个阶段；一是SLS原型件（绿件）的制作；二是粉末烧结件（褐件）的制作；三是金属溶渗后处理

激光功率对选择性激光烧结工艺强度的影响：随着激光功率增加，尺寸误差项正方向增大，并且厚度方向的增大趋势要比长宽方向的尺寸误差大；当激光功率增大时，强度也随着增大，当增大到一定程度时，粉末颗粒完全熔化到固化，强度也随着有很大的提升；当激光功率过大时会加剧因熔固收缩而导致的制件翘曲变形；

扫描方式的影响：熔融沉积快速成型工艺方法中扫描方式分为：螺旋扫描、偏置扫描、回旋扫描等；通常，偏置扫描成型的轮廓尺寸精度容易保证，回转扫描路径生成简单，但是轮廓精度较差；采用一种复合扫描方式，即外轮廓用偏置，内部应回转扫描，这样既提高表面精度，又简化扫描过程，提高扫描效率。扫描方式与原型的内应力密切相关，合适的扫描方式降低原型内应力的累积，有效防止零件的翘曲变形。

AJS与传统的FDM的不同之处：1FDM工艺一般采用低熔点丝状材料，如蜡丝或ABS塑料丝，如果采用高熔点的热塑性复合材料，或对于一些不易加工成丝材的材料，如EVA材料，就相当困难。2所选的空气压缩机可提供1MPA范围内任何大小的气压，能准确控制到使送入加热室的压缩气体压力恒定。压力装置结构简单，提供的压力稳定可靠，成本低。 3.传统的FDM有较重的送丝机构为喷头输送原料，原理类似于活塞，难免会有由于送丝滚轮的往复运动，导致挤出过程不连续和因振动较大而产生的运动惯性对喷头定位定位精度的影响。改进后AJS系统由于没有送丝部分而使喷头变得轻巧，减小了机构的振动，提高了成型精度

光掩膜法：

光掩膜法的工艺特点：优点：1不需要设计支持结构；2零件的成型速度不受复杂程度的影响，只与体积有关。树脂瞬时曝光，速度快，整层一次成型，效率高。3精度高，相对精度约在0.1%左右；4最适合制作多件原型，制作过程中可随意选不同零件的制作次序，一个零件末制作完时，可以先制作另一个零件，再回过头来继续做未完成的零件；5模型内应力小，变形小，适合制作大型件；6制作过程在发现错误，可以将错误层铣去，重新制作此层；缺点：1树脂和石蜡的浪费较大，且工序复杂；2设备占地大，噪声高，维护费用昂贵；3可选材料少，使用材料有毒，且需要密封避光保持；4制作过程，感光过度会使树脂材料失效；5后处理过程需要除蜡；

快速成型工艺对成型材料性能的总体要求有如下几个方面：1适应逐层累加方式的快速成型建造模式；2在快速成型建造方式下，能快速实现层内建造及层间连接；3制作的原型具有一定的尺寸精度和尺寸稳定性；4确保原型具有一定力学性能及性能稳定性；5无毒无污染；混杂型光固化树脂的优点：1环状聚合物进行阳离子开环聚合时，体积收缩很小甚至产生膨胀，而自由基体系总有明显的收缩。混杂型体系可以设计成无收缩的聚合物；2当系统中有碱性杂质时，阳离子聚合的诱导期较长，而自由基聚合的诱导期较短，混杂型体系可以提供诱导期短而聚合速度稳定的聚合系统；3在光照消失后阳离子仍引发聚合，故混杂体系能克服光照消失后自由基迅速失活而使聚合终结的缺点；

光固化成型材料根据工艺和原型使用要求，要求具有粘度低、流平快、固化速度快、固化收缩小、溶胀小、毒性小等性能特点；

对于LOM成型材料的纸材，有以下要求：1抗湿性；（保证纸原料不会因长时间吸水，不会因为过儿产生变形及粘接不牢）2良好的浸湿性（保证良好的涂胶性能）；3抗拉强度（保证加工过程不被拉断）；4收缩率小（热压过程中不会应部分水分损失导致变形）；5剥离性能好（如果剥离破坏发生在纸张内，要求抗拉强度不是很大）；6易打磨，表面光滑；7稳定性（成型零件可长时间保存）

STL文件的格式二进制和文本文件ASCII两种格式。STL文件的主要优势在于表达简单清晰，文件中只包含相互相接的三角形片面节点坐标及其外法向量；其实质是用许多细小的空间三角形面来逼近还原CAD实体模型类似于实体数据模型

ASCII是二进制的六倍内存。

二进制文件采用IEEE类型整数和浮动型小数。文件用84字节的头文件和50字节的后述文件来描述一个三角形。（上述的面目录一般是以三角形法向量的三坐标开始的，该法向量指向面的外侧并且是一个单位长，顺序是X,Y,Z，法向量的方向符合右手定则） STL文件的基本规则 1取向规则2点点规则3取值规则4合法实体规则

常见的STL文件错误：1遗漏2退化面3模型错误

STL中分割基本原理：将一个STL文件分成两个新STL文件，即用多个面将一个STL模型分成若干个部分，每部分重新构成一个STL模型，每个新STL文件对应一个新生产的STL模型；根据切片原理：实体中的某些三角形平面上的边与切割平面相交，所有的交点组成平面上的离散点集合。这些离散点经过排序后形成诺干个封闭的环，这些封闭环构成了三维实体与切割平面相交的截面轮廓线；采用有界区域三角形网格化之前，对内外环进行处理：外环上节点要按逆时针方向排序；内环上节点按顺时针方向排序；其次，诺有内环，必须确定内环和外环的相对位置：一个外环包括一个或者诺干个内环、一个内环对应一个外环；

什么是奇异点：分层处理时，诺有三角形顶点落在切平面上，则称该顶点为奇异点。什么是搜索求交：主要工作是依次取出组成实体表面的每一个三角形面片，判断它是否与切平面相交，诺相交，则计算出两交点坐标；

选择性激光烧结采用CO2激光器对粉末材料（如蜡粉、PS粉、ABS粉、尼龙粉、金属粉、覆膜陶瓷粉）进行选择性烧结。是一种将离散点一层一层堆积成三维实体的工艺方法

快速模具制造一般分为直接法和间接法两大类；直接制模法是直接采用RP技术制作模具，直接制作金属是选择性激光烧结法（SLS法）。此法制造钢铜合金注塑模，此法在烧结过程中，材料发生较大收缩且不易控制，故难快速得到高精度的模具。基于RP快速制造模具的方法多为间接制模法指利用RP原型间接地翻制模具，分为软质模具和硬质模具。存在大面积平面形状的原型，贴好分型面后，应合理选定浇道的位置及方向。

环氧树脂快速制模一般采用常温、常压条件下的静态浇注，固化后无须或仅需少量的切削加工，根据模具情况对外形略作修整，大大节省制作的时间和花费。

低粘度的环氧树脂具有较好的流动性，对保证树脂模具有良好的复制性很重要。低粘度有利于树脂混合物的除气，提高树脂材料的致密性。环氧树脂混合物的固化收缩率应该尽可能地低，才能严格控制环氧树脂模具的收缩畸变，并保证其制造精度，可以通过在环氧树脂混合物中加入填料的方法实现。

快速成型与快速模具制造技术及其应用考试重点总结

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