快速成型技术复习重点
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第一章1、按照零件成形的过程中质量m 的变化,可分为哪三种原理?举例说明。
按照零件由原材料或毛坯制造成为零件的过程中质量m的变化,可分为三种原理△m<0(材料去除原理);△m=0(材料基本不变原理);△m>0(材料累加成型原理)。
2、顺铣和逆铣的定义及特点。
顺铣:铣刀对工件的作用力在进给方向上的分力与工件进给方向相同的铣削方式.逆铣;铣刀对工件的作用力在进给方向上的分力与工件进给方向相反的铣削方式。
顺铣时,每个刀的切削厚度都是有小到大逐渐变化的逆铣时,由于铣刀作用在工件上的水平切削力方向与工件进给运动方向相反,所以工作台丝杆与螺母能始终保持螺纹的一个侧面紧密贴合。
而顺铣时则不然,由于水平铣削力的方向与工件进给运动方向一致,当刀齿对工件的作用力较大时,由于工作台丝杆与螺母间间隙的存在,工作台会产生窜动,这样不仅破坏了切削过程的平稳性,影响工件的加工质量,而且严重时会损坏刀具。
逆铣时,由于刀齿与工件间的摩擦较大,因此已加工表面的冷硬现象较严重.顺铣时的平均切削厚度大,切削变形较小,与逆铣相比较功率消耗要少些。
3、镗削和车削有哪些不同?车削使用范围广,易于保证零件表面的位置精度,可用于有色金属的加工、切削平稳、成本低。
镗削是加工外形复杂的大型零件、加工范围广、可获得较高的精度和较低的表面粗糙度、效率低,能够保证孔及孔系的位置精度.4、特种加工在成形工艺方面与切削加工有什么不同?(1)加工时不受工件的强度和硬度等物理、机械性能的制约,故可加工超硬脆材料和精密微细零件。
(2)加工时主要用电能、化学能、声能、光能、热能等去除多余材料,而不是靠机械能切除多余材料。
(3)加工机理不同于切削加工,不产生宏观切屑,不产生强烈的弹塑性变形,故可获得很低的表面粗糙度,其残余应力、冷作硬化、热影响度等也远比一般金属切削加工小。
(4) 加工能量易于控制和转换,故加工范围广、适应性强。
(5)各种加工方法易复合形成新工艺方法,便于推广。
成型系统也用HPGL来驱动它们的成形头。
10、STEP是一种正在逐步国际标准化的产品数据交换标准。
目前,典型的CAD 系统都能输出STEP格式文件,有些快速成形技术的研究者正试图借助STEP格式,不经STL格式的转换,直接对三维CAD模型进行切片处理,以便提高快速成形的精度。
11、DXF是用于AutoCAD输出的一种格式12、STL格式是快速成形系统经常采用的一种格式13、常用的扫描机有传统的坐标测量机、激光扫描机、零件断层扫描机、CT扫描机、磁共振扫描机等。
14、STL文件格式的规则有:共定点规则、取向规则、取值规则、充满规则。
15、迄今为止,在国际市场上出现了很多与逆向工程相关的,主要有Imageware、Geomagic Studio、CopyCAD和RapidForm四大软件。
16、Geomagic Studio主要包括Quality、Shape、Wrape、Decimate、Capture 五个模块。
17、RP 扫描填充方式发展到现在,主要有以下几种方式:单向扫描,多向扫描,十字网格扫描,Z 字型扫描和沿截面轮廓偏置扫描等。
二、 (共 分 每题 分)影响成形精度的主要因素快速成形时,由于要将复杂的三维加工转化为一系列简单的二维加工的叠加,因此成形精度主要取决于二维平面上的加工精度,以及高度方向上的叠加精度。
从快速成形本身而言,完全可以将三个方向的运动精度控制在微米级的水平,因而能够达到精度很高的快速制件。
1 CAD模型的前处理造成的误差2快速成形机的误差3成形过程中的误差(1)材料状态的变化(2)不一致的约束(3)叠层高度的累积误差(4)成形功率控制不当(5)工艺参数不稳定4 成形后环境变化引起的误差5制件后处理不当造成的误差丝状材料选择性熔覆成形机的原理图如图所示。
这种快速成形系统主要由供丝机构、熔融材料的流道、加热装置、移动喷头、X和Y方向伺服驱动机构、计算机控制系统、软件系统、机体等组成。
《逆向工程及快速成型原理》讲义12版——快速成形技术快速成形技术(Rapid Prototyping,简称RP)是一种通过逐层堆积材料的方式,快速制造物体的工艺。
它是逆向工程中重要的一环,可以将设计师或者用户的设计想法迅速转化为实体模型或者产品。
快速成形技术在工程设计、产品开发、医疗骨科等领域有着广泛的应用。
快速成形技术的种类有很多,其中应用最广泛的是激光固化成型技术(Stereolithography,简称SLA)、选择性激光烧结成型技术(Selective Laser Sintering,简称SLS)和3D打印技术(3D Printing)。
这三种技术都是通过逐层堆积材料的方式制造模型或者产品。
激光固化成型技术是最早开发的一种快速成形技术,它利用激光束将液态光敏树脂照射成固体。
具体而言,激光束扫描光敏树脂表面,使其由液态转化为固态。
这样一层一层地逐步凝固,最终形成一个完整的模型。
选择性激光烧结成型技术是另一种常用的快速成形技术,它利用激光束将粉末材料烧结成固体。
首先,在工作台上铺一层材料粉末,然后激光束扫描粉末层的截面,将被照射到的粉末烧结成固体。
接下来,工作台下降一定距离,再铺一层粉末,反复进行烧结过程,最终形成一个完整的模型。
3D打印技术与上述两种技术的原理略有不同,它一般采用熔融喷头将熔化的材料一层一层地喷射到工作台然后快速冷却固化成固体。
与激光固化成型技术和选择性激光烧结成型技术相比,3D打印技术可以处理更多的材料类型,如热塑性塑料、金属粉末等。
与传统的手工模型制作相比,快速成形技术具有以下优势。
首先,它可以快速、准确地制造复杂形状的模型或者产品,减少了设计和制造的周期,加快了产品开发的速度。
其次,快速成形技术可以直接根据设计数据制造模型,减少了传统模具制造的过程和成本。
最后,快速成形技术可以提供可视化的实体模型便设计师和用户直观地评估设计效果。
虽然快速成形技术在设计和制造领域有着广泛的应用,但也存在一些挑战和限制。
工程材料与成型技术基础1.材料强度是指材料在达到允许的变形程度或断裂前所能承受的最大应力。
2.工程上常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。
3.弹性模量即引起单位弹性变形所需的应力。
4.载荷超过弹性极限后,若卸载,试样的变形不能全部消失,将保留一部分残余成形,这种不恢复的参与变形,成为塑性变形。
5.产生塑性变形而不断裂的性能称为塑性。
6.抗拉强度是试样保持最大均匀塑性变形的极限应力,即材料被拉断前的最大承载能力。
7.发生塑性变形而力不增加时的应力称为屈服强度。
8.硬度是指金属材料表面抵抗其他硬物体压入的能力,是衡量金属材料软硬程度的指标。
9.硬度是检验材料性能是否合格的基本依据之一。
10.11.布氏硬度最硬,洛氏硬度小于布氏硬度,维氏硬度小于前面两种硬度。
12.冲击韧性:在冲击试验中,试样上单位面积所吸收的能量。
13.当交变载荷的值远远低于其屈服强度是发生断裂,这种现象称为疲劳断裂。
14.疲劳度是指材料在无限多次的交变载荷作用而不会产生破坏的最大应力。
熔点。
16.晶格:表示金属内部原子排列规律的抽象的空间格子。
晶面:晶格中各种方位的原子面。
晶胞:构成晶格的最基本几何单元。
17.体心立方晶格:α-Fe 、鉻(Cr)、钼(Mo)、钨(W)。
面心立方晶格:铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、镍(Ni)、金(Au)。
密排六方晶格:镁(Mg)、锌(Zn)、铍(Be)、镉(Cd)。
18.点缺陷是指长、宽、高三个方向上尺寸都很小的缺陷,如:间隙原子、置换原子、空位。
19.线缺陷是指在一个方向上尺寸较大,而在另外两个方向上尺寸很小的缺陷,呈线状分布,其具体形式是各种类型的位错。
20.面缺陷是指在两个方向上尺寸较大,而在另一个方向上尺寸很小的缺陷,如晶界和亚晶界。
21.原子从一种聚集状态转变成另一种规则排列的过程,称为结晶。
结晶过程由形成晶核和晶核长大两个阶段组成。
22.纯结晶是在恒温下进行的。
23.实际结晶温度Tn低于理论结晶温度Tm的现象,称为过冷,其差值称为过冷度ΔT,即ΔT=Tm﹣Tn。
1. 快速成型:简称RP,即将计算机辅助设计CAD\计算机辅助制造CAM\计算机数字控制CNC、激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术集于一体,依据计算机上构成的工件三维设计模型,对其进行分层切片,得到各层截面的二维轮廓信息,快速成型机的成形头按照这些轮廓信息在控制系统的控制下,选择性地固化或切割一层层的成形材料,形成各个截面轮廓,并逐步顺序叠加成三维工件。
.快速成形技术全过程步骤:a.前处理b.分层叠加成型c.后处理快速成形制造流程:CAD模型→面型化处理→分层→层信息处理→层准备→层制造→层粘接→实体模型2.什么是快速模具制造技术?该技术有何特点?快速模具制造就是以快速成形技术制造的快速成型零件为母模,采用直接或间接的方法实现硅胶模、金属模、陶瓷模等模具的快速制造从而形成新产品的小批量制造,降低新产品的开发成本。
特点:制模周期短、工艺简单、易于推广,制模成本低,精度和寿命都能满足特定的功能需要,综合经济效益好,特别适用于新产品开发试制、工艺验证和功能验证以及多品种小批量生产3 LOM涂布工艺采用薄片型材料,如纸塑料薄膜金属箔等,通过计算机控制激光束,按模型每一层的内外轮廓线切割薄片材料,得到该层的平面轮廓形状,然后逐层堆积成零件原型。
SLS技术(选择性激光烧结成型技术)利用粉末材料如金属粉末非金属粉末,采用激光照射的烧结原理,在计算机控制下进行层层堆积,最终加工制作成所需的模型或产品。
4.快速成形与传统制造方法的区别?传统方法根据零件成形过程分为两大类:一类是以成型过程中材料减少为特征,通过各种方法将零件毛胚上多余材料去除,即材料去除法,二类是材料的质量在成型过程中基本保持不变,成型过程主要是材料的转移和毛胚形状的改变即材料转移法,但此类方法生产周期长速度慢。
快速成型技术可以以最快的速度、最低的成本和最好的品质将新产品迅速投放市场。
5 硅胶模及制作方法硅胶模具是制作工艺品的专用模具胶。
制作工艺原型表面处理制作型框和固定型框硅橡胶计量,混合并真空脱泡硅橡胶浇注及固化拆除型框,刀剖并取出原型7. 构造三维模型的主要方法:a应用计算机三维设计软件,根据产品的要求设计三维模型b应用计算机三维设计软件,将已有产品的二维三视图转换为三维模型c防制产品时,应用反求设备和反求软件,得到产品的三维模型d利用网络将用户设计好的三维模型直接传输到快速成形工作站9 光固化快速成形(SLA)有那几种形式的支撑? a.角板支撑b.投射特征边支撑c.单臂板支撑d.臂板结构支撑e.柱形支撑6. 目前比较成熟的快速成型技术有哪几种?它们的成型原理上分别是什么?液态光固化聚合物选择性固化成形简称SLA,粉末材料选择性烧结成形简称SLS,薄型材料选择性切割成形简称LOM,丝状材料选择性熔覆成形简称FDM⑦SLA原理:1利用计算机控制下的紫外激光,按预定零件各分层截面的轮廓为轨迹逐点扫描,使被扫描区的光敏树脂薄层产生光聚合反应,从而形成零件的一个薄层截面;2当一层固化完毕,移动升降台,在原先固化的树脂表面上再敷上一层新的液态树脂,刮刀刮去多余的树脂;3激光束对新一层树脂进行扫描固化,使新固化的一层牢固地粘合在前一层上;4重复2、3步,至整个零件原型制造完毕。
『或SLA是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。
这种液态材料在一定波长(λ=325nm)和功率(P=30mW)的紫外光照射下能迅速发生光聚合反应,分子量急剧增大,材料也从液态转变成固态』⑦SLS原理: 1在先开始加工之前,先将充有氮气的工作室升温,温度保持在粉末的熔点之下;2成型时,送料筒上升,铺粉滚筒移动,先在工作台上铺一层粉末材料;3激光束在计算机控制下,按照截面轮廓对实心部分所在的粉末进行烧结,使粉末融化并相互黏结,继而形成一层固体轮廓,未经烧结的粉末仍留在原处,作为下一层粉末的支撑;4第一层烧结完成后,工作台下降一截面层的高度,再铺上一层粉末,进行下一层烧结,如此循环,直至完成整个三维模型FDM原理:加热喷头正在计算机的控制下,可根据界面轮廓的信息作X—Y平面运动和高度Z方向的运动丝状热塑性材料由供丝机构送至喷头,并在喷头中加热至熔融态,然后被选择性涂覆在工作台上,快速冷却后形成界面轮廓。
一层截面完成后,喷头上升一截面层的高度在进行下一层的涂覆,如此循环,最终形成三维产品。
LOM:LOM快速成形系统由计算机原材料存储及送进机构、热粘压机构、激光切割系统、可升降工作台、数控系统、模型取出装置和机架等组成。
计算机用于接受和存储工件的三维模型沿模型的成型方向截取一系列的截面轮廓信息发出控制指令原材料存储及送进机构将存于其中的原材料。
热黏压机构将一层层成形材料粘合在一起。
可升降工作台支撑正在成型的工件并在每层成形完毕之后,降低一个材料厚度以便送进、粘合和切割新的一层成形材料。
数控系统执行计算机发出的指令,使材料逐步送至工作台的上方,然后粘合、切割,最终形成三维工件。
b 原型制件过程模型剖分基底制作原型制作余料,废料去除后继处理8. 哪些成形方法需要支撑材料?为什么?SLA、FDM需要制作支撑,LOM、SLS不需要制作支撑。
原因:在SLA成形过程中为了确保制件的每一部分可靠固定,同时减少制件的翘曲变形,仅靠调整制件参数远不能达到目的,必须设计并在加工中制作一些柱状或筋状的支撑结构;LOM:工件外框与截面轮廓间的多余材料在加工中起到支撑作用,故不需支撑材料;SLS:未烧结的松散粉末可以作为自然支撑,故不需要支撑材料。
10. 常用的快速成形技术所用的成形材料分别是什么?分别有什么要求?SLA:材料为光固化树脂。
要求:a.成形材料易于固化,且成形后具有一定的粘接强度b.成形材料的粘度不能太高,以保证加工层平整并减少液体流平时间c.成形材料本身的热影响区小,收缩应力小d.成形材料对光有一定的透过深度,以获得具有一定固化深度的曾片。
SLS:材料为所有受热后能相互粘结的粉末材料或表面覆有热塑(固)性黏结剂的粉末。
要求:a.具有良好的烧结成形性能,即无需特殊工艺即可快速精确地成形原理b.对直接用作功能零件或模具的原型,其力学性能和物理性能要满足使用要求c.当原型间接使用时,要有利于快速、方便的后续处理和加工工艺。
LOM:薄层材料多为纸材,黏结剂一般多为热熔胶。
对纸材要求:a.抗湿性b.良好的浸润性c.收缩率小d.一定的抗拉强度e.剥离性能好f.易打磨g.稳定性好。
对热熔胶的要求:a.良好的热熔冷固性b.在反复熔化-固化条件下,具有较好的物理化学稳定性c.熔融状态下与纸材具有良好的涂挂性与涂匀性d.与纸具有足够的粘结强度e.良好的废料分离性能FDM:材料为丝状热塑性材料。
材料要求:a.黏度低b.熔融温度低c.黏结性要好d.收缩率对温度不能太敏感11.这四种快速成形技术的优缺点分别是什么?SLA优点:技术成熟应用广泛,成形速度快精度高,能量低。
缺点:工艺复杂,需要支撑结构,材料种类有限,激光器寿命短原材料价格高。
SLS优点:不需要支撑结构,材料利用率高,选用的材料的力学性能比较好,材料价格便宜,无气味。
缺点:能量高,表面粗糙,成形原型疏松多孔,对某些材料需要单独处理。
LOM优点:对实心部分大的物体成形速度快,支撑结构自动的包含在层面制造中,低的内应力和扭曲,同一物体中可包含多种材料和颜色。
缺点:能量高,对内部空腔中的支撑物需要清理,材料利用率低,废料剥离困难,可能发生翘曲FDM优点:成形速度快,材料利用率高,能量低,物体中可包含多种材料和颜色。
缺点:表面光洁度低,粗糙。
选用材料仅限于低熔点的材料。
12. 主要快速成形系统选用原则:A:成形件的用途(a检查并核实形状、尺寸用的样品b性能考核用的样品c模具d小批量和特殊复杂零件的直接生产e新材料的研究)B:成形件的形状C:成形件的尺寸大小D成本(a设备购置成本b设备运行成本c人工成本)E技术服务(a保修期b软件的升级换代c技术研发力量)F用户环境13. 快速成形的全处理主要包括:CAD三维模型的构建、CAD 三维模型STL格式化以及三维模型的切片处理等14.在快速成型的前处理阶段为什么要把三维模型转化为STL 文件格式?STL格式文件的规则和常见错误有哪些?由于产品上有一些不规则的自由曲面,为方便的获得曲面每部分的坐标信息,加工前必须对其进行近似处理,此近似处理的三维模型文件即为STL格式文件规则:a共顶点规则b取向规则c取值规则d合法实体规则常见错误:a出现违反共顶点规则的三角形b出现违反取向规则的三角形c出现错误的裂缝或孔洞d三角形过多或过少e微小特征遗漏或出错15 分析SLS SLA FOM LOM 质量及精度的影响因素及解决措施答从快速成型三个过程讨论首先是前处理,四大成型工艺前处理工作基本相似,模型建立和切片。
影响精度主要是切片,厚度越厚,叠加后工件侧面的台阶缺陷越明显,厚度越小,精度越高SLA 1 树脂收缩及原因树脂会发生收缩导致零件成型过程中产生变形:翘曲收缩原因;固化收缩和温度变化的热胀冷缩 2 机器误差设备自身精度所带来的误差 3 加工参数设置误差激光功率扫描速度扫描间距设置误差FDM 1 设备精度误差由于设备自身有一定的加工范围以及其加工精度,对最后加工工件有一定的误差 2 成型过程的误差a 不一致约束由于相邻两层的轮廓有所不同成型轨迹也不同每层都要受到相邻层的约束导致内应力从而产生翘曲 b 成型功率控制不当功率过大会导致刮破前一层同时会烧纸机器寿命降低过小粘结不好c工艺参数不稳定会导致层与层制件或同层不同位置成型状况的差异从而导致翘曲或度不均SLS 主要是激光的参数1 激光功率密度过大扫描速度过小则局部温度过高导致粉末气化烧结表面凹凸不平反之则粉末烧结不充分甚至不能烧结建立的制件强度低或者不能成行 2 激光束扫描间距与激光束半径配合会影响激光烧结的质量LOM 过程中误差造成的缺陷1 喷头起停误差2 路间缺陷解决方法控制相邻路间的粘结温度使得接触牢固控制材料的横向流动填补空洞后处理影响精度主要有人为修整带来的缺陷有支持结构的成型工艺在除去支付结构时对工件表面的破坏等。