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开放性实验快速成型制造技术实验报告班级：学号：姓名：指导教师：一：快速成型介绍快速原理制造技术，又叫快速成型技术，（简称RP技术）；英文：RAPID PROTOTYPING（简称RP技术），或 RAPID PROTOTYPING MANUFACTURING，简称RPM。
RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。
不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。
但是，其基本原理都是一样的，那就是"分层制造，逐层叠加"，类似于数学上的积分过程。
形象地讲，快速成形系统就像是一台"立体打印机"。
RP系统的基本工作原理RP系统可以根据零件的形状，每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截面，然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体的零件。
当然，整个过程是在计算机的控制下，由快速成形系统自动完成的。
不同公司制造的RP系统所用的成形材料不同，系统的工作原理也有所不同，但其基本原理都是一样的，那就是"分层制造、逐层叠加"。
这种工艺可以形象地叫做"增长法"或"加法"。
每个截面数据相当于医学上的一张CT像片；整个制造过程可以比喻为一个"积分"的过程。
RP技术是在现代CAD/CAM 技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。
RP技术的基本原理是：将计算机内的三维数据模型进行分层切片得到各层截面的轮廓数据，计算机据此信息控制激光器（或喷嘴）有选择性地烧结一层接一层的粉末材料（或固化一层又一层的液态光敏树脂，或切割一层又一层的片状材料，或喷射一层又一层的热熔材料或粘合剂）形成一系列具有一个微小厚度的的片状实体，再采用熔结、聚合、粘结等手段使其逐层堆积成一体，便可以制造出所设计的新产品样件、模型或模具。
一、实习目的通过本次工程训练实习，旨在使学生了解快速成型技术的原理、过程及其在工程领域的应用，提高学生的实际操作能力，培养创新意识和团队协作精神。
同时，通过实习，使学生更好地将理论知识与实践相结合，为今后从事相关工作奠定基础。
二、实习时间2023年X月X日至2023年X月X日三、实习地点XX快速成型实验室四、实习内容1. 快速成型技术简介快速成型技术（Rapid Prototyping，简称RP）是一种将数字模型快速转化为物理实体的技术，广泛应用于模具制造、产品开发、医疗、航空航天等领域。
本次实习主要涉及以下几种快速成型技术：（1）立体光固化成型（SLA）（2）选择性激光烧结（SLS）（3）熔融沉积成型（FDM）（4）三维喷印成型（3DP）2. 实验操作（1）SLA实验首先，实习老师介绍了SLA技术的原理和设备操作流程。
随后，我们分组进行实验操作，分别完成以下步骤：① 设计数字模型：使用CAD软件设计所需的模型，并将其导出为STL格式。
② 准备光敏树脂：将光敏树脂倒入容器中，搅拌均匀。
③ 激光扫描：将数字模型导入设备，设置扫描参数，进行激光扫描。
④ 固化成型：通过紫外激光照射，使光敏树脂固化，形成实体模型。
⑤ 清洗与干燥：将成型后的模型放入清洗液中清洗，去除多余的光敏树脂，然后进行干燥处理。
（2）SLS实验实习老师介绍了SLS技术的原理和设备操作流程。
随后，我们分组进行实验操作，分别完成以下步骤：① 设计数字模型：使用CAD软件设计所需的模型，并将其导出为STL格式。
② 准备粉末材料：将粉末材料放入设备中，搅拌均匀。
③ 激光烧结：将数字模型导入设备，设置扫描参数，进行激光烧结。
④ 喷涂粘结剂：在烧结完成后，使用粘结剂喷枪对模型进行喷涂，使粉末材料粘结在一起。
⑤ 清洗与干燥：将成型后的模型放入清洗液中清洗，去除多余的材料，然后进行干燥处理。
3. 实习总结通过本次实习，我们对快速成型技术有了更深入的了解，掌握了SLA和SLS两种技术的操作流程。
快速成型技术原理及应用快速成型技术又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)技术，诞生于20世纪80年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。
成型原理：基于离散-叠加原理而实现快速加工原型或零件特点：不需机加工设备或者模具即可快速制造形状极为复杂的工件简介：(Rapid Prototyping&Manufacturing, 缩写为RP)是二十世纪八十年代末九十年代初兴起并迅速发展起来的新的先进制造技术. 其特点是可以不需机加工设备或者模具即可快速制造形状极为复杂的工件, 从而在小批量产品生产或新产品试制时节省时间和初始投资.这里所说的快速加工原型是指能代表一切性质和功能的实验件,一般数量较少,常用来在新产品试制时作评价之用. 而这里所说的快速成型零件是指最终产品,已经具有最佳的特性,功能和经济性.快速成型技术(RP)的成型过程: 首先建立目标件的三维计算机辅助设计(CAD 3D)模型, 然后对该实体模型在计算机内进行模拟切片分层,沿同一方向(比如Z轴)将CAD 实体模型离散为一片片很薄的平行平面; 把这些薄平面的数据信息传输给快速成型系统中的工作执行部件,将控制成型系统所用的成型原材料有规律地一层层复现原来的薄平面, 并层层堆积形成实际的三维实体,最后经过处理成为实际零件.经过20多年的发展, 快速成型技术(RP)有较大发展, 应用非常广泛,尤其在汽车制造,航天航空,建筑,家电,卫生医疗及娱乐等领域有强大的应用.目前基于快速成型技术(RP)开发的工艺种类较多, 可以分别按所用材料划分, 成型方法划分等.1) 利用激光或其它光源的成型工艺的成型:---（SL）---（简称LOM)---（简称SLS)---形状层积技术(简称SDM);2) 利用原材料喷射工艺的成型:---（简称FDM)---三维印刷技术(简称3DP)其它类型工艺有:---树脂热固化成型 (LTP)---实体掩模成型 (SGC)---弹射颗粒成型 (BFM)---空间成型 (SF)---实体薄片成型 (SFP)应用：RPM技术的发展水平而言，在国内主要是应用于新产品（包括产品的更新换代）开发的设计验证和模拟样品的试制上，即完成从产品的概念设计（或改型设计），造型设计，结构设计，基本功能评估，模拟样件试制这段开发过程。
快速成型技术1、快速成型简介快速成型（RP）技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术，是为制造业企业新产品开发服务的一项关键共性技术, 对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。
自该技术问世以来，已经在发达国家的制造业中得到了广泛应用，并由此产生一个新兴的技术领域。
RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。
不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。
但是，其基本原理都是一样的，那就是"分层制造，逐层叠加"，类似于数学上的积分过程。
形象地讲，快速成形系统就像是一台"立体打印机"。
2、RP 技术的原理RP 技术是采用离散∕堆积成型的原理, 由CAD 模型直接驱动的通过叠加成型方出所需要零件的计算机三维曲面或实体模型, 根据工艺要求将其按一定厚度进行分层, 把三维电子模型变成二维平面信息(截面信息), 在微机控制下, 数控系统以平面加工的方式有序地连续加工出每个薄层并使它们自动粘接成型, 图1 为RP 技术的基本原理。
图1 RP 技术的基本原理。
RP 技术体系可分解为几个彼此联系的基本环节: 三维CAD 造型、反求工程、数据转换、原型制造、后处理等。
2.1立体光固化成型(SLA)该方法是目前世界上研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的一种快速成型方法。
SLA 技术原理是计算机控制激光束对光敏树脂为原料的表面进行逐点扫描, 被扫描区域的树脂薄层( 约十分之几毫米) 产生光聚合反应而固化, 形成零件的一个薄层。
工作台下移一个层厚的距离, 以便固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂, 进行下一层的扫描加工, 如此反复, 直到整个原型制造完毕。
由于光聚合反应是基于光的作用而不是基于热的作用, 故在工作时只需功率较低的激光源。
此外,因为没有热扩散, 加上链式反应能够很好地控制, 能保证聚合反应不发生在激光点之外, 因而加工精度高, 表面质量好, 原材料的利用率接近100%, 能制造形状复杂、精细的零件, 效率高。
激光增材制造技术(激光 3D 打印技术)是一种低能耗、短流程、高柔性、成形与组织性能控制一体化的先进制造技术，其基本的原理是基于激光熔覆的多层叠加技术，可以直接、快速制备具有复杂结构的实体零件。
光纤激光波长短(λ =1.06um~1.07um)、光束质量好、柔性高、运行成本低，在激光增材制造领域有着显著的优势。
激光增材制造技术基本原理是利用计算机设计软件设计出零件三维模型，然后对模型进行一定分层切片处理，将三维模型离散化为一系列二维层面，然后利用激光逐层扫描、叠加成形的方式添加粉末材料将计算机模型直接转换实体零件。
选择性激光熔化(SLM)技术是上个世纪 90 年代出现的一种新型快速成型(Rapid Prototyping)技术。
它结合了 CAD/CAM、数控、光学及材料科学等技术，以各种纯金属或合金粉末材料作为加工原料，采用中小功率激光器快速、完全熔化选择性金属粉末后，结合快速冷却凝固技术，可以获得非平衡态过饱和固溶体及均匀细小的金相组织，其成型零件致密度近乎 100％，机械性能与锻造零件相当。
并且，SLM 技术具有工艺简单、成型材料范围广泛(单一金属粉末、复合粉末、高熔点难熔合金粉末等)、可以制作出传统工艺方法难以制造的复杂金属零件等特点，因此日益受到国内外专家广泛重视，已成为目前所有快速成型技术中最具发展前景的技术。
快速成型(Rapid Prototyping，RP)技术是 20 世纪 80 年代出现的一种新型制造技术，它以离散化的思想，先将模型划分成一系列具有一定厚度的薄片，再利用二维制造工艺依次制作这些薄片并逐层叠加起来成为最终的三维实体零件。
这种变传统的立体加工为平面加工的新思想，被公认为制造领域的一次重大突破。
由于 RP 技术采用了全新的“增长”加工法，彻底摆脱了传统“去除”加工法的限制，因此它可以在不借助工、模具的情况下，只需传统加工方法 10%~30%的工时和 20%~35%的成本就能直接制造出产品模型或样品。
第3章激光快速成型机软件的操作3.1概述快速成型制作流程如图3-1所示，在利用快速成型机制做原型以前，必须先将用户所需的零件设计出CAD 模型，再将CAD 模型转换成快速成型机能够使用的数据格式，最终通过控制软件控制设备的加工运行。
设计可以利用现在广泛应用在设计领域的三维CAD 设计软件，如Pro/E 、UG 、CATIA 、SolidWorks 、SolidEdge 、Inventor 、CAXA 、AutoCAD 等生成，在此不再叙述。
如果已有设计好的油泥模型或有零件需要仿制，可以通过反求工程扫描完成CAD 模型（见反求章节）。
图3-1快速成型的制作流程图快速成型机可直接根据用户提供的STL 文件进行制造。
用户可使用能输出STL 文件的CAD 设计系统（如Pro/E 、UG 、CATIA 、SolidWorks 、Ideas 等）进行CAD 三维实体造型，其输出的STL 面片文件可作为快速成型机软件的输入文件。
从上面流程图可见，数据处理软件接受STL 文件后，进行零件制作大小、方向的确定，对STL 文件分层、支撑设计、生成SPS 系列激光快速成型机的加工数据文件，激光快速成型机控制软件根据此文件进行加工制作。
本章主要讲从以有三维CAD 开始介绍如何将其转换为快速成型机能够使用的数据格式并详细的说明激光快速成型机的控制软件的造作。
介绍RPdata10.0数据处理软件、由数据处理软件实现用户设计目标CAD 三维实体造导出STL 格式数据加载STL 格式数据确定造型方向或制作布局自动生成支撑自动分层处理SLC/HDI 格式数据输出选择成型机型号对应成型机数据加载、制作RP 原型RPbuild 控制软件，前者主要是提供数据的分层、支撑的设计，后者主要是控制激光成型机的制作工艺。
3.2RPdata10.0软件的介绍3.2.1版本及运行环境RPdata10.0数据处理软件，是在基于Windows 环境的RPdata5.0版本的基础上，切实考虑快速成型技术的实际需要，经过大量的程序改进、优化制作的32位Windows 软件，并且增加了多模型制作模块。
采用了面向对象的程序设计方法及基于OpenGL 的图形处理功能，功能强大、界面友好。
数据处理软件的运行环境要求：（1）推荐配制2.2GHz 以上处理器、2GB 以上内存、250GB 以上硬盘空间、1024×768以上分辨率显示器、Geforce 8600GT 以上显示卡（2）操作系统Microsoft Windows XP Professional 。
3.2.2软件安装1．加密狗的安装（1）RPData10.5软件运行需要加密狗的认证，所以必须在电脑上先安装加密狗文件。
打开安装包双击运行LicHost·exe 文件，如果是windows7以上系统必须使用管理员身份运行文件,图3-2给出了具体操作方法。
（2）运行加密狗安装文件后会弹出图3-3所示的对话框，此时将HASP（加密狗）插入电脑USB 接口，鼠标单击安装驱动按钮，驱动开始安装。
图3-2加密狗安装文件图3-3加密狗安装（3）安装完成之后系统会提示如图3-4的对话框，在对话框内我们可以看到在识别代码那一栏内有一串数字，这些数字就是加密狗的识别代码。
将识别代码通知软件管理员后，管理员会更具代码发放相应的许可文件。
2．RPData 的安装（1）选择SETUP.exe 程序，双击运行。
如果是windows7系统，点击鼠标右键选择以管理员身份运行，如图3-5所示。
（2）运行安装文件后弹出3-6所示的欢迎使用对话框，单击下一步。
在安装时最好将杀毒软件暂时关闭，因为杀毒软件可能会在后台终止某些命令。
图3-4加密狗识别代码图3-5选择安装文件图3-6安装向导（3）出现如图3-7所示的客户信息对话框，可以根据客户的需要输入姓名和单位，方便管理软件。
也可不做任何处理，单击下一步。
图3-7客户信息（4）接着会弹出使用许可证文件对话框如图3-8所示，文件路径是指管理员发放的许可证文件（名为license的文件）的位置，这个文件客户可以放在任一盘符下，但是对话框中的文件路径必须和该文件所在位置一直，否则无法正常安装。
另外，许可证文件包含客户的授权信息，客户最好将其保留备份。
文件路劲输入后单击下一步，弹出如图3-9所示的菜单。
图3-8使用许可证文件（5）这里主要是选择程序安装位置，可由客户自行定义。
输入完成之后单击下一步，出现图3-10的确认安装对话框。
安装位置选择图3-9（6）在图3-10中单击下一步，程序开始安装。
进度条显示程序安装过程，直到程序安装文成后弹出安装完成对话框。
（7）安装完成对话框如图3-11所示。
单击菜单中的关闭，到这里程序就全部安装完成。
（8）安装完成之后可以在桌面找到RPData 快捷方式，双击运行后弹出如图3-12的对话框。
这个主要是用于配置程序，在图中选择不关闭应用程序（可能需要重新引导）选项，并单击确定。
图3-12配置程序对话框图3-11安装完成对话框（9）图3-13显示的是配置完成视图，选择重新启动电脑。
注意：license 文件有一定的使用时间限制，当时间快到时，提前联系程序管理员进行延期，以免耽误您的使用。
3.2.3软件概貌及构成RPdata10.5数据处理软件界面如图3-14所示。
界面主要包括：文件工具栏、视图操作/显示选项工具栏、数据处理及参数设定栏、模型支撑分层列表窗口、状态栏、图形编辑工具栏、图形显示操作工具栏。
从程序的使用功能上主要分为一下3个模块：1．模型模块：主要包括模型的修复、排版、定向、旋转、复制等。
2．支撑模块：主要包括添加支撑、修改支撑、布尔运算等。
3．分层模块：主要包括模型切层、轮廓修复、制作预览等。
图3-14RPdata10.0数据处理软件界面图3-13配置完成软件操作流程如图3-15所示：图3-15软件操作流程图3.3数据处理3.3.1成型设备选择及模型加载在成型设备上进行模型制作之前，根据快速成型工艺要求，需要对STL格式的数据文件进行模型布局、支撑生成和模型分层等处理，处理前需要进行不同的参数条件设定。
RPData10.0软件系统为便于用户进行条件设定和管理，进行了有效的封装。
在数据处理前，只需选择相应的设备类型即可，操作简单、直观。
具体操作如下：1．单击虚拟设备组合框旁的下拉菜单，出现当前系统中的设备列表，如图3-16所示，选择相应设备即可。
2．单击打开STL 文件按钮或点击【文件】菜单下的【打开…】选项，出现如图3-17所示的加载模型对话框。
3．选择要进行处理的STL 格式的数据文件，单击加载按钮或者直接双击需要加载的文件，STL 数据开始进行转换，转换结束后加载模型对话框自动关闭。
按照上述步骤可继续加载其他的STL 数据，也可在加载模型对话框中选择STL 文件时按下键盘Ctrl 键选择多个文件一次加入。
加载时可以勾选预览，方便浏览STL 文件。
3.3.2模型缺陷修补因为CAD 设计人员的操作不当和数据转换为STL 格式过程中的数据丢失等原因，导致三角面片数据有可能存在各种缺陷，这时可以采用三维模型修补工具对其进行修复，也可以根据情况，先进行分层处理，然后对二维分层数据进行编辑、修改。
STL 文件错误主要包括表面法向矢量朝向不一致、表面面片不连续和表面空洞（三角片缺损）等缺陷，可首先在主窗口中按下显示坏边按钮和显示内表面按钮来检查数据是否存在缺陷。
若存在缺陷，可在数据处理及参数设定栏中点击模型修补按钮，在弹出的提示对话框中点击“是”即可启动修复工具进行操作。
常见缺陷及处理方法如下。
1．表面法向朝向不一致的修复图3-16虚拟设备选择图3-17加载模型对话框(a )(b )(c )图3-18表面法向不一致修复过程如图3-18(a )图，存在表面法向不一致，可以点击自动反转面片处理按钮进行自动修复，也可以应用三角面片选择工具选择法向错误的表面，单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择反转（I ）选项，即可手工倒转法向矢量，如图3-19所示。
修正后的结果如图3-18(c )图所示。
2．表面面片不连续的修复如图3-20(a )图加载STL 文件后，点击显示坏边按钮，可能会出现图3-20(b )图所示的红色线条，这就表示相邻三角片之间存在缝隙或不连续，由此可导致自动支撑生成时支撑区域过多或者分层数据错误。
这时按下自动缝补处理按钮，出现如图3-21的缝补对话框。
输入误差和次数，单击缝补按钮进行修复。
修复后的状态如上图3-22所示。
注意：可以输入较大的误差值继续进行修复，直至没有坏边为止。
但是，这样会导致数据变形。
分层处理能够对微小三角片错误自动处理，若仍存在错误，可以对二维分层数据进行编辑。
3．表面空洞（三角片缺损）加载STL 模型后，按下显示内表面数据按钮，可以显示模型内表面（外表面显示黄色，内表面显示红色），有可能发现如图3-23所示的表面缺失情况。
出现这种情况，可以单击边界孔按钮，在缺损面外边缘单击左键，缺损部分会被选中，如图3-23所示，单击鼠标右键出现图3-24所示的快捷菜单，选择填充选项，被选中的缺损孔会填充起来。
也可在(a )(b )图3-20表面面片不连续修复过程(a )(b )图3-22缝补好的模型图3-19右键快捷菜单图3-21缝补参数设置工具菜单中选择自动填充孔选项来自动填充较小的孔。
如果出现了非边界孔或者缺失部分有曲率变化，可按以下步骤进行填充操作：（1）按下选择边界孔按钮，在视图窗口中选择缺损面边界，如图3-25所示。
如果出现图中所示存在非边界孔形状，按下鼠标右键，在弹出的如图3-26所示快捷菜单中选择缝补――0.1mm 命令，进行缝补即可将非边界孔缝补好。
（2）重新选择边界孔，如上图3-23所示。
按下鼠标右键，弹出菜单，选择填充命令，添加缺损三角片，处理好后结果如图3-27所示。
（3）如果缺损部分出现在表面曲率变化较大的地方，可点击生成三角面按钮在曲率变化的地方人为生成一些三角面，如图3-28所示，以减少直接修补带来的较大失真。
然后再按照上面的步骤逐个修补。
3.3.3造型方向或平台布局的确定方法1．造型方向的确定在进行快速成型时，我们总是希望模型较大的平面作为底面来逐层累加，或者是为了得到更好的曲面制作效果，都需要改变模型的默认方位。
这时需要按下按钮选择三角面片使其法向垂直向下，在视图窗口中模型的较大的平面上单击鼠标左键，选择三角片，如下图3-29所示，然后单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择应用命令，执行定位操作，使图3-23缺损部分被选中图3-24快捷菜单图3-25出现非边界孔图3-26缝补快捷菜单图3-27修补好的模型图3-28人工增加过渡三角片选择三角片的法矢指向Z 轴负向，结果如图3-30所示。
