快速原型制作（精选7篇）
快速原型制作 篇1
1、快速成形技术的基本流程
快速成形技术是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维物理实体的技术总称。原称为快速原型 (Rapid Prototyping) 技术, 国际上简称为“RP”技术。
快速成形技术是计算机辅助设计及制造技术、逆向工程技术、激光加工技术、分层制造技术 (SFF) 、增材制造技术 (MAP) 等多种现代先进制造技术的集成。快速成形技术是一种利用三维CAD的数据, 通过快速成形机直接驱动, 将材料逐层堆积获得三维实体原型的现代制造技术。快速成形技术系统的基本流程如图1所示。
2、快速原型制作的实验条件
用于本制作的设备为MEM-350快速成形设备一套, 如图2所示。
MEM-350快速成形机属于熔融沉积制造 (FDM) , 此方法不采用激光器, 而是利用特殊的喷头挤压熔融的丝材实现成形。喷头在计算机的控制下, 按照三维CAD模型的分层数据沿x-y方向移动。丝状材料在喷头中被加热熔化, 从喷头中挤压出来并很快凝固成一薄层, 每层厚度为0.1025~0.762 mm, 层层叠加并牢固地连结在一起, 最后形成实体零件。本设备选用的成形材料是ABS丝, 成形室最大成形空间为350mm×350mm×450mm。成形精度达到0.2mm, 成形产品具有一定的强度, 适合成形中、小塑件。
3、快速原型件的制作及处理工艺
3.1 快速原型件的制作
3.1.1 快速原型件制作工艺过程如下
(1) 打开成形机及电脑电源; (2) 启动图形处理软件AURORA, 导入STL文件, 在AURORA软件选择成形方向及分层处理, 转; (3) 化为CLI文件; (4) 启动Cark软件, 调入需成形的CLI文件; (5) 系统初始化, 启动温控系统, 工作台清理、调平、对高; (6) 检查系统温度, 检查喷头喷丝状况及喷丝质量; (7) 成形件加工; (8) 成形件保温; (9) 成形件后期处理。
3.1.2 快速原型件的成形方案研究
依照成形速度快、用丝少和成形过程稳定等原则, 首先要调整好模型的加工方向, 如图3所示。其中 (a) 图显示的加工方向, 用时长, 支撑较多, 且加工过程中容易导致制件倾斜或倒塌。而 (b) 图中显示的加工方向比较合理, 故选用此成形方案。模型成形方向确定后, 设置支撑角度值为45, 交叉率的值为0.2, 点击分层, 并获得模型的CLI文件。然后打开cark软件, 调入模型的CLI文件, 初始化系统, 点击造型进行加工时间预估, 待喷头温度与成形室温度达到要求后, 调平工作台并对高, 便开始造型。
3.2 快速原型件的后处理工艺
快速原型件的后处理工艺对于快速样件的质量影响较大。快速原型件的质量优劣直接决定着快速模具、快速样件的表面质量和尺寸精度。快速原型件从快速成形设备中取出之后, 首先要切除基本支撑, 然后用锉刀或砂纸等工具进行打磨。为了使原型件表面情况或机械性能等方面满足最终需求, 保证其尺寸稳定性、精度等方面的要求, 还应该使用浸泡过水的细砂纸对原型件再次进行打磨, 直至快速原型件的表面精度达到要求。除对原型件打磨之外, 后处理工艺中还包括原型件的修补、清洗、抛光和表面强化处理等。经处理后的汽车门把手原型件如图4所示。
4、结语
本文简要介绍了快速成形技术的基本流程, 通过对汽车门把手快速成形工艺的分析和选择, 使用基于熔融喷丝工艺的快速成形设备完成了汽车门把手快速原型件的制作。无须传统的机械加工机床和模具, 感性而迅速的验证和检查了逆向设计的结果。大大缩短了塑件开发的周期、降低了开发的成本、提高了开发的质量。
快速原型制作 篇2
一、研发基于SLS快速原型及软模工艺的依据于意义
1、快速原型技术
快速原型技术是20世纪80年代中后期发展起来的观念全新的现代制造技术, 是多个学科的技术集成, 它将计算机辅助设计 (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身。与传统的去除成形不同, 它是一种离散—堆积的成型过程。这种加工过程可分为前期数据处理 (亦称离散) 和后期物理过程。在离散过程中, 将三维形体的CAD模型沿一定方向分解, 得到一序列截面数据。
PR技术是一种用材料逐层或逐点堆积出制件的制造方法。分层制造三维体的思想雏形, 最早出现在制造技术并不发达的19世纪。早在1892年, Bianthre主张用分层方法制作三维地图模型。1979年东京大学的中川威雄教授利用分层技术制造了金属冲裁模成型模和注塑模。
SLS快速原型设备采用CO2激光器作为能量源, 通过红外激光束使塑料、蜡、陶瓷和金属 (或其复合物) 的粉末材料均匀的烧结在加工平面上。激光束在计算机的控制下, 通过扫描器以一定的速度和能量密度按分层面的二维数据扫描。激光束扫描之处, 粉末烧结成一定厚度的实体片层, 未扫描的地方仍保持松散的粉末状。根据物体截面层的厚度而升降工作台, 铺粉滚筒再次将粉铺平后, 开始新一层的扫描。如此反复, 直至扫描完所有层面。去掉多余粉末, 经过后处理获得零件或样件[2]。
2、依据与意义
材料是快速原型技术的核心, 一种新材料的出现往往会使快速原型工艺机器设备结构、成型件品质和成型效益发生巨大的进步。快速原型技术的发展历史充分证明了这个道理。1987年, 当第一种商品化的快速原型机问世时, 采用的成型材料为液态光敏聚合物, 针对这种材料, 分层叠加成型的制作方法是SLA, 因此有了SLA快速原型机, 能得到看起来像塑料的成型件。然而, 随着时间的推移和技术的发展, 此后出现了纸、蜡、塑料、陶瓷复合物和金属复合物等多种成型材料, 以及与此相应的一批LOM、FDM、SLS和TDP快速原型工艺和快速原型机, 可以得到近似ABS塑料、陶瓷、金属的高性能样品或模具, 成型效率也有明显的提高[3]。
软模通常指的是硅橡胶模具, 用SLA, FDM, LOM或SLS等技术制作的原型, 再翻成硅橡胶模具后, 向模中灌注双组分聚氨酯, 固化后即得所需的零件, 调整双组分聚氨酯的构成比例, 可使所得到的聚氨酯的零件的机械性能接近ABS或PP。
二、国内外研究概况及发展趋势
快速原型技术已在家电、汽车、玩具、轻工、通讯设备、航空、军事、建筑、医疗、考古、工业造型、雕刻、首饰、三维地图等行业得到应用。RP是利用材料堆积法快速制造产品的一项先进制造技术, 它根据产品的三维模型数据, 不借助其他工具设备, 迅速而精确的制造出该产品。RP技术的应用目的主要有生产研制、市场调研和产品使用。在生产研制方面, 主要通过快速原型制造系统制作原型用来验证概念设计、确认设计、性能测试、制造模具的母模和靠模。在市场调研方面, 可以把制造的原型展示给最终用户和各个部门, 广泛征求意见, 尽量在新产品投产之前完善设计, 生产出销售对路的产品。在产品使用方面, 可以直接利用制造的原型、零部件的最终产品.这样可以大大缩短了新产品的设计、制造周期, 提高新产品的市场竞争力[4]。
翻模成型:实际应用上, 很多产品必须通过模具才能加工出来。用成型机先制作出产品样件再翻制模具, 是一种既省时又节省费用的方法。发动机泵壳原型件产品用传统机加工方法很难加工, 必须通过模具成型。据估算, 开模时间要8个月, 费用至少30万。如果产品设计有误, 整套模具就全部报废。我们用快速成型法为该产品制作了塑料样件, 作为模具母模用于翻制硅胶模。将该母模固定于铝标准模框中, 浇入配好的硅橡胶, 静置12·20小时, 硅橡胶完全固化, 打开模框, 取出硅橡胶用刀沿预定分型线划开, 将母模取出, 用于浇铸泵壳蜡型的硅胶模即翻制成功。通过该模制出蜡型, 经过涂壳、焙烧、失蜡、加压浇铸、喷砂, 一件合格的泵壳铸件在短短的两个月内制造出来, 经过必要的机加工, 即可装机运行, 使整个试制周期比传统方法缩短了2/3, 费用节省了3/4。
这种快速成型机的工作原理与SLA相仿, 不过所用成形材料不是液态的光敏树脂, 而是粉末状的高分子材料、金属或陶瓷与粘结剂的混合物等, 粉粒直径为50-125靘, 成形时先在工作台上铺一层粉末材料, 并加热至略低于熔化温度, 然后激光束按照截面形状进行扫描, 被扫描的部分材料熔化、粘接成形, 不被扫描的粉未材料仍呈粉粒状作为工件的支撑, 一层完成成形后, 工作台下降一个层高, 再进行下一层的铺料和烧结。
优点:一是可直接得到塑料、陶瓷或金属件, 可加工性好;二是无需设计支撑。缺点:一是成形件结构疏松多孔, 表面粗糙度较高;二是成形效率不高;三是得到的塑料、陶瓷或金属件远不如传统成形方法得到的同类材质工件, 需进行渗铜等后处理, 后处理中难于保证制件尺寸精度。
激光快速成形技术是多种先进制造技术的集成。由于不同的快速成形机具有不同的特点, 因此要根据不同的使用要求进行恰当的选择, 选择中要综合考虑成形件的尺寸大小、成形件的精度要求、成形件的用途、成形件的形状、以及成形件的材质要求等等, 还要权衡制作成本。
目前RP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。对某些以塑料结构为主的产品还可以进行小批量试制, 或进行一些物理方面的功能测试、装配验证、实际外观效果审视, 甚至将产品小批量组装先行投放市场, 达到投石问路的目的[5]。部分国产RP设备已接近或达到美国公司同类产品的水平, 价格却便宜得多。我国已初步形成了RP设备和材料的制造体系。
三、总结
总之, 快速成型技术的发展是近20年来制造领域的突破性进展, 它不仅在制造原理上与传统方法迥然不同, 更重要的是在目前产业策略以市场响应速度为第一的状况下, RP技术可以缩短产品开发周期, 降低开发成本, 提高企业的竞争力。下面通过一些事例, 说明该项技术在产品开发过程中起的作用。
课题拟通过在华中科技大学生产的HRPS-III快速原型设备上, 对华中科技大学所开发的HB1材料进行烧结实验, 通过基与SLS烧结出来的叶轮, 翻制成硅橡胶模具后, 取出叶轮原型, 向模具中灌注蜡件和树脂件, 固化后即得到所需的原件。用制造出来的蜡叶轮与原型比较。
基于SLS快速原型的快速软模工艺与制造技术开发, 可以极大地缩短新产品的开发周期, 降低开发阶段的成本, 避免开发风险, 可修改性, 制作出来的零件精度高。
参考文献
[1]王运赣.速成型技术.武汉:华中科技大学出版社, 1999
[2]王秀峰, 罗宏杰.快速原型制造技术.北京:中国轻工业出版社, 2001
[3]卢清萍.快速原型制造技术.北京:高等教育出版社, 2001
[4]王学让, 杨占尧著.快速成型理论与技术.北京:航空工业出版社, 2001
快速原型制作 篇3
概念设计是产品设计中最关键、最复杂、最具综合性、决定性和和创造性的阶段, 其重要性体现在两个方面:首先概念设计阶段在很大程度上决定着最终产品的性能、创造性、价格、市场响应速度和效率等, 此外, 据有关资料显示, 虽然概念设计阶段实际投入的费用只占产品开发总成本的5%, 却决定了产品总成本的70%。而且详细设计阶段很难甚至不能纠正概念设计阶段的设计缺陷和错误, 它严重影响到产品设计与开发。
快速成型是利用材料堆积法制造实物产品的一项高新技术。它能根据产品的三维模型数据, 不借助其他工具设备, 迅速而精确地制造出该产品, 集中体现了计算机辅助设计、数控、激光加工、新材料开发等多学科、多技术的综合应用。传统的零件制造过程往往需要车、钳、铣、刨、磨等多种机加工设备和各种工装、模具, 成本既高又费时间。一个比较复杂的零件, 其加工周期甚至以月计, 很难适应低成本、高效率的要求。快速成型能够适应这种要求, 因此是现代制造技术的一次重大变革。
为此本文提出将快速成型技术与机械产品的概念设计结合起来, 在产品的设计初期的概念设计阶段就能够在尽可能少的时间内得到产品的雏形, 将大大有利于对方案进行验证和改进, 并产生更合理方案。这些无疑将大大减少产品在后续的设计阶段存在的缺陷, 使整个设计过程更加趋向合理。
2 产品的概念设计方法
2.1 产品设计的设计程序
关于产品的设计过程和模型国内外已经有很多的论述, 文献[3]将其归纳为主要的三种方法:一是Pahl和Beitz认为:机械设计分为明确任务、概念设计、技术设计和施工设计等四个阶段。二是Koller认为:机械设计分为产品规划、功能设计、定性设计和定量设计等四个阶段。三是邹慧君教授提出:机械设计分为产品规划、方案设计、详细设计和改进设计等四个阶段。并提出在产品的设计的过程中主要重视的是功能和定性设计。
2.2 产品的概念设计方法
产品的设计过程可以概括为两步, 即:概念设计和构型设计。而其中概念设计的目的是制定出方案。当前, 关于产品的设计方法和概念设计方法已有很多种, 当工程师面对一项计划时, 经验是产生概念设计的最佳方法。没有经验的工程师可以从传统的理性化方法出发来解决问题, 如利用在表一种所列出的方法。尽管关于应用于方法概念设计的方法众多, 这些方法大多是理性化的方法。
3 计算机辅助概念设计
近年来, 随着计算机图形学、多媒体技术、虚拟现实技术的发展以及CAD/CAM应用的深入, 现代产品概念设计理论与技术的研究有了长足的进步。计算机辅助概念设计 (computeraided conceptual design, CACD) 已成为CAD/CAM和CIMS领域的一个研究热点。
CACD是CAD领域的一个重要分支。它涉及设计方法学、人机工程学、人工智能技术、CAD技术以及认知与思维科学。CACD系统是一种辅助性的设计工具, 随着功能的逐步强大, 它必然越来越受到概念设计师的欢迎, 而在概念设计过程中最终替代传统的CAD系统。
传统的CAD系统虽能产生复杂、精确和完整的三维造型, 但由于其本身并不是为概念设计而开发的, 同时缺乏设计方法学的支持, 没有体现概念设计的创造性过程。另外, 它存在许多约束限制, 不允许快速输入和再现不完备的概念造型, 从而导致其基本上是一个在设计方案基本定型之后的概念化 (草图化) 绘图工具, 而非辅助设计工具。针对上述情况, 产生了CACD系统。其根本目的就在于能有效支持产品的创新设计。
目前, 世界上大型的CAD/CAM/CAE软件系统, 如Pro/Engineer、EDSUnigraphics、EU-CLID、Autodesk、Solidworks、Alias、Softimage等, 都提供了有关产品早期设计的系统模块, 称之为工业设计模块、概念设计模块或草图设计模块。
4 快速成型技术实现概念方案
4.1 快速成型技术
在机械工程中, 快速成型技术是建立原型来验证相关的设计是否成功。验证“成功”的设计有很多的方面, 包括:正确的外形和尺寸, 足够的强度等等。不同的原型类型需要回答这些不同的问题。快速成型的领域已经发展成为自动的系统, 即可以将计算机实体模型转化为三维人造物, 不管结构多么复杂。因此该技术也叫做“分层加工”或者“实体的任意制作”。
传统的零件成型方法是利用模具或刀具使材料成型, 快速原型/零件制造技术则利用激光等物理手段, 向用户提供物理原型, 快速修改设计方案, 从而大大减少了新产品开发前期的时间和费用。不受零件几何形状的限制, 能够制造出常规加工技术无法实现的复杂几何形状的零件。在机械制造、航空航天、汽车、建筑、医学、美术、考古等众多领域的应用越来越广泛, 图1为用RP技术制作的汽车模型。当制作的模型较大时可以分割成几个部分分别加工然后再将其粘结起来。图2为一较大零件分割为可用RP技术制造的零件示意图。
一个快速成型系统包括计算机辅助设计系统、自动处理单元和自动制作机, 如图3所示。并且整个过程的接口在于CAD系统中三维模型的输入, RP系统接受Stl和.iges文件。而目前的很多的CAD三维软件都具有实现这些文件的功能, 如pro/e和AutoCAD等。在1996年底的统计中, RP所使用的软件在前几位的分别是:Pr/E (58%) , UngraPhy (20%) , SDRCI-DEAS (12%) , Computervision (9%) , CA-TIA (6%) , AutoCAD (4%) 。而目前这些软件在国内的也有一定的使用和普及程度, 一些高校的相关专业还开设了相应的课程, 这也大大有利于快速成型技术的推广和普及。
4.2 利用RP技术实现产品的制作
当前快速成型技术在机械中主要用于制造模具和金属零件, 由RP直接做出注塑模等, 大量应用实例表明, RP技术缩短产品开发时间、降低开发成本的效果是极其明显的。例如美国Pratt&Whitney实验室于1994年制造了2000个铸件, 按常规方法约需700万美元, 而用RP方法, 只用了60~70万美元, 生产时间节约了70%-90%。
前面提到在产品的概念设计中一般不进行具体设计, 但对于在概念设计阶段产生的致命错误将会直接影响到产品以后的设计阶段以及产品本身, 特别是对于在创新设计中产生的多个方案的选择, 实际模型将更具有说服力。虽然RP技术有一定的制作费用, 会增加产品在概念设计阶段的费用, 但是概念设计决定了产品总成本的70%。因此, 从整个产品来说是有利的。
4.3 机械产品制作实例
在机械概念设计中产生的原始方案一般比较简单, 一些方案干脆由构件和运动副组成。如图4 (a) 为Stewart并联机器人的结构简图。其包括了六条支链, 每条支链包括了两个球面副和一个移动副, 机构整体自由度为6。机器人中的球面副利用传统的加工方法相当困难, 而机器人整体用RP技术制造, 则简单了很多, 只需要提供相应的三维实体模型, 便可以在快速成型机上完成, 图4 (b) 为用RP技术加工的机器人模型图。
利用RP技术加工模型的优点不仅在于加工普通制造方法无法实现的模型, 对于一些常用件来讲也有其独特的优势, 在概念设计阶段, 方案往往需要反复的修改, 而普通加工技术需要大量的时间, 但RP技术则可以大大减少模型的加工时间, 而且目前很多的三维软件绘图都是参数化的, 如Pro/e, CA-TIA等, 因而可以非常方便地进行修改。另外, 还可以加工一系列的带有运动副的构件和相应是连接件, 由于产品的概念设计并不要求具体的参数, 因此可以将其广泛应用与多个产品的设计中去。技术人员可以对所设计的机械装置方案进行任意的组合和创新, 使整个设计过程更加直观有效, 并且将大大推进机械产品概念设计的模型化进程。
5 结语
随着CAD与CAM结合的不断紧密, 产品的开发周期将大为减小, 因此也对产品初期的概念设计提出了新的要求。将先进的RP技术应用于概念设计中方案的实现无疑将利于整个产品的开发, 使概念设计更加趋向合理。虽然增加了产品在概念设计阶段的费用, 但从整个产品的设计的过程来说是有利的, 并且将大大减少产品实现阶段的费用。
参考文献
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[2]邹慧君, 汪利, 王永石等.机械产品概念设计及其方法综述[J].机械设计与研究.1998 (2) :9-12.
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[4]潘云鹤.智能CAD方法与模型[M].北京:科学出版社.1997.
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[6]檀润华, 王庆禹.产品设计过程模型、策略与方法综述[J].机械设计, 2000 (11) , 1-4.
快速原型制作 篇4
1 快速原型技术的概述
RP技术是基于物体分层原理来进行产品原型的制作的一种方法, RP技术的基本原理是:根据CAD/CAM技术构造出的理想物体的三维模型, 将其进行分层处理, 然后分析各层截片的轮廓数据, 利用CAD/CAM设计软件将数据原型系统的激光装置, 有选择的利用激光对物体进行切割箔材、烧结粉末、固化树脂、热熔材料等操作, 这样可以使介质行成一系列薄层, 再进行层层迭加使其形成我们设计的三维实体, 从而完成所设计的新产品三维实体模型。
2 快速原型技术 (RP技术) 的工艺方法
2.1 熔融沉积造型工艺
这是一种将各种热熔性的丝状材料 (蜡、ABS和尼龙等) 加热熔化成形方法, 它技术设备简单, 运行费用便宜, 这种工艺适用场合比较灵活, 没有毒气或化学物质的危险, 工艺相对于其它成型方法, 比较干净、操作比较简单、且不产生多余的垃圾。可以快速成型楼空模型, 原材料以线的形式提供, 相对于其它成型方法易于搬运和更快速更换。但是问题在于精度相对低, 难以成型结果比较复杂的零部件。在垂直方向上强度较小, 成形速度也较慢, 不适合构建大型零部件。这种工艺方法适合于产品设计的概念建模以及产品的功能测试。其原理图如图1:
2.2三维打印成型工艺
其工艺原理图如图2:
如图所示, 左侧是一个储料容器, 是材料放置在快速成型设备中的起始位置, 工作平台中间有一个平整的金属平台, 上面有一层层的粉末材料, 它由成型机的滚筒设备铺开, 由成型机打印头喷出的粘结剂进行粘接, 这种工艺的成形速度快, 运行成本也较低, 可以使用淀粉、石膏粉等常见的材料做原材料, 且废弃物较少, 任意结构和形状的零件都适用。
2.3 立体印刷成型工艺
其工艺原理图如图3:
它是快速原型技术中技术应用最广泛、最成熟的一种方法。它在工作过程中首先在成型机工作台上铺一层液态树脂, CAD/CAM软件控制的激光束依照截面轮廓做横、纵向上的激光扫描, 使轮廓内的树脂固化, 然后把工作台下降一定的位置, 在涂上一层树脂, 再进行扫描, 如此反复进行直到整个原型成形完毕。这种工艺可以成形任何形状的三维实体, 仿真性很强, 成形的精度及材料的利用率都很高。
3 RP技术在复合材料中的应用
3.1 复合陶瓷材料的制备
RP技术首先借助支撑材料把陶瓷制品内的可动件和主体联成一体, 再经过预烧工艺除去支撑材料, 然后经过烧结工艺获得陶瓷制品。虽然陶瓷制品都需要经过高温烧制工艺, 但其在制胚过程中可以在常温下进行。
3.2 高分子基复合材料的制备
有机高分子材料具有熔点低、密度小、其自身在熔融状态具有一定的粘性, 不需要外加粘结剂的特点, 所以它是非常理想的快速原型技术的材料。但是有机分子高分子材料的机械的综合性能较低, 就连高密度聚乙烯的抗压强度也只有20MPa~40MPa。所以, 一般都要掺入增强材料来组成有较高机械强度的复合材料。例如:美国用粒度3μm~6μm的玻璃纤维增强的PVC, 制备出了大量的特种模具和零件, 它们的精度高, 抗拉强度好, 且其强度是钢材的3.5倍左右。
快速原型技术在制备高分子材料时, 要注意尽管增强纤维在引出工作头前已经进行过浸胶处理, 即在增强纤维的表面涂抹一层熔融有机高分子材料, 这样可以使新原材料间的相互粘接问题得到解决。但是由于零件的形状具有多个凹槽、空洞、凸起等结构, 这就使得工作头在越过这些结构时, 有些长纤维在离开原来位置时呗自动剪断, 而到达新的位置时又自动与工件粘牢的问题。
3.3 金属基复合材料的制备
在室温或者较低的温度条件下, 高分子材料可以使工作头引出的新料和固化的旧料黏结在一起, 在常温的条件下, 陶瓷材料本身虽然不会出现黏结的现象, 但是经过塑化后的熟料和外加有机黏结剂可以让陶瓷材料黏结成胚, 但是, 这些工艺都不适合制备金属材料。
金属材料的新、旧料之间的黏合比其它复合材料的要困难和复杂。制备金属和金属基复合材料制品使用快速原型技术有快速凝固的特点。作为基体材料的金属在熔融状态时是以金属流的形式从工作头引出的, 这点和快速凝固工艺中的Taglor抽丝方法较为相似。例如:用碳纤维作增强芯料制备复合材料, 它既能够有优良的快速凝固金属的性能, 又可以制的具有综合性能的纤维增金属基复合材料。所以, 使用RP技术制备金属基复合材料是非常具有可行性的。
4 结论
RP技术突破了传统机械零件加工制造的材料成形的工艺, 它引入了自动控制学、机械工程学、计算机、材料学等多种学科的先进制造技术, 并且它在下面两个方面还有非常突出的作用, 制备高分子材料基复合材料各复合陶瓷制品方面;在解决金属材料新旧料之间的黏合问题上它使用的是局部跟踪加热技术和焊接技术, 对这个问题也有很大的帮助, 尤其是RP技术应用在复合材料成形方面, 使复合材料的发展得到了很好的前景。
参考文献
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[3]颜永年, 张人估.多功能快递原型制造系统 (M-RPMS) [J].昆明大学学报, 2001, 26 (4) 24-28.
快速原型制作 篇5
目前,采用DSP和FPGA等处理器实现直线电机的控制时[1,2],先设计制作硬件电路板,然后进行手工软件编程以实现控制算法,但是这种方式存在以下不足:①硬件电路板制作周期长;②DSP和FPGA的处理速度有限,比通用PC的CPU处理速度慢;③手工软件编程耗时耗力,而且易出错。快速原型控制系统能够使控制系统设计者在实际控制器硬件做出之前,先在通用的实时硬件平台上快速实现控制算法,以验证和测试控制方案的可行性,从而提前发现并修正错误,缩短开发周期,降低研发费用。
目前已经有一些快速原型控制系统,如NI公司的Compact RIO、Single-Board RIO和dSPACE公司的dSPACE实时仿真系统,很多学者利用这些快速原型控制系统研究电机控制算法。文献[3]运用dSPACE实时仿真系统对基于新型扰动观测器的永磁同步电机滑模控制算法进行了验证;文献[4]用Compact RIO搭建了一种新型的直流无刷电机控制系统;文献[5]利用Compact RIO搭建了一套永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)硬件在环实时仿真平台。但是上述几种快速原型控制系统采用的都是专用硬件,开放性不强,而且价格极其昂贵。本文介绍的基于xPC Target的直线电机快速原型控制系统的硬件平台为通用PC机(及其兼容机)和I/O采集卡,具有开放性强、CPU运算速度快以及成本低的特点,结合MATLAB/Simulink强大的控制系统分析设计能力和自动代码生成功能,可以直接、快速地实现PMLSM的控制算法——带有跟踪微分器的非线性PID控制算法,并对该控制算法进行验证和测试。
1 直线电机快速原型控制系统硬件结构
直线电机快速原型控制系统硬件结构如图1所示,包括5个部分,各个部分的功能如下:
(1)宿主机。
运行MATLAB/Simulink,实现控制算法的建模和仿真,并利用xPC Target工具包等实现控制算法的自动代码生成,同时通过网线实现对嵌入式PC目标机的代码下载、控制和数据通信。
(2)嵌入式PC目标机(PC104规格)。
执行由宿主机下载的控制算法代码,实现PMLSM的实时控制,同时通过网线和宿主机通信。
(3)AD/DO卡和光栅尺接口卡。
均采用PC104总线结构,直接插在工业PC中。AD卡用来采样PMLSM的电流,光栅尺接口卡采样PMLSM的速度和位置,DO卡输出脉宽调制波。
(4)功率驱动板。
主要包括单相整流单元和IPM逆变单元,实现功率放大。
(5)直线电机(PMLSM)。
被控对象。
构建完整的直线电机快速原型控制系统,除了要具备上述硬件,还需要在宿主机的Simulink环境下搭建控制算法模型,然后利用自动代码生成工具和xPC Target工具包自动生成控制算法的代码,并通过网线下载到PC目标机中,再通过I/O板卡连接功率驱动板和PMLSM。
2 PMLSM非线性PID控制器设计
基于跟踪微分器(tracking differentiator,TD)的PMLSM非线性PID控制系统结构如图2所示,主要由以下几部分组成[6]:
(1)输入跟踪微分器。
根据PMLSM的最大速度和最大加速度安排过渡过程,给出速度指令的过渡量和微分量。
(2)输出跟踪微分器。
滤除速度反馈测量的噪声,有效提取PMLSM速度及其微分信号。
(3)非线性PID控制器。
计算出速度指令和PMLSM实际速度的误差,并由误差的比例、积分和微分的非线性组合得出控制量。
2.1 跟踪微分器设计
工程上常采用一阶或二阶向后差分法计算信号的微分,但当信号被噪声污染时,这种方法有很明显的噪声放大效应,甚至会淹没正常的微分量[7]。采用跟踪微分器,一方面可以跟踪输入信号,同时还可以很好地计算被噪声污染的输入信号的微分量。
离散域TD如式(1)所示[5]。输入量为r(k),输出x1(k)在加速度λ的限制下以最快的速度跟踪输入r(k),x2(k)为输入r(k)的微分。
式中,h为计算步长;λ为速度因子,其值越大TD的跟踪速度越高;h0为滤波因子,其值越大,TD的抗噪性能越好;f(x1,x2,λ,h0)为离散域最速控制综合函数[8]。
式(1)～式(4)完整地定义了离散域的TD。输入TD的参数需要根据PMLSM的最大速度和最大加速度通过仿真来确定,表1是PMLSM的相关参数和仿真后确定的输入TD的相关参数。
2.2 非线性PID控制器设计
通过上述输入TD来安排过渡过程,可以给出速度给定量v*的过渡量v1及其微分v2;通过上述输出TD可以得出PMLSM速度的跟踪值z1及其微分z2,那么误差e1、误差的积分e0和误差的微分e2可以表示为
非线性PID控制器根据e0、e1和e2计算出控制量u的表达式[9]:
u=k0F(e0,0.25,δ)+k1F(e1,0.75,δ)+
k2F(e2,1.5,δ) (6)
从式(6)和式(7)可以看出,非线性PID控制器需要确定的参数有k0、k1、k2和δ,通过仿真得到最佳的参数值:k0=1.1,k1=1.35,k2=2.3,δ=0.2。
3 系统实验结果分析
在MATLAB/Simulink中搭建了如图3所示的PMLSM控制系统仿真模型,控制算法采用带有跟踪微分器的非线性PID,系统实物平台如图4所示(对应于图1)。控制系统采用宿主机/目标机的方式,目标机为PC104规格的嵌入式工业PC;AD/DO板和光栅尺接口板也采用PC104总线结构,直接插到工业PC上用以实现直线电机电流、速度和位置的采样以及脉宽调制波(pulse width modulation,PWM)生成;驱动板用来实现功率放大,以驱动直线电机。
为了利用MATLAB的自动代码生成工具RTW(real time workshop)来生成运行在嵌入式工业PC目标机控制器上的PMLSM控制算法代码和I/O板卡的驱动代码,需要对图3所示的仿真模型做进一步处理,加入d轴电流PID控制器模块、空间矢量PWM(space vector PWM, SVPWM)模块等,并添加AD/DO板和光栅尺接口板的驱动模块,这样生成的代码中才有驱动这些板卡的程序,目标机才能操作这些板卡来采集PMLSM的电流和速度,并驱动功率驱动板。处理之后可以直接生成代码的系统模型,如图5所示。
在模型文件的参数设置中,设置解算器为步长0.1ms的定步长ode3解算器,设置RTW工具的系统目标文件为xpctarget.tlc,并选中“创建代码生成报告”的选项,然后利用RTW生成图5所示系统模型的PMLSM控制算法和I/O板卡的驱动代码,并最终生成可以下载到目标机上运行的dlm文件。利用xPC Target工具可以将dlm文件通过网线下载到目标机上,并能控制程序的运行状态,并将目标机处理器的数据上传至MATLAB中作图分析。
图5中的速度指令模块对PMLSM施加频率为2Hz的±1m/s方波速度指令,经过目标机实时计算1s后,得到图6、图7所示的实验结果。
图6所示为-1～1m/s方波速度指令响应曲线,PMLSM在0.08s时间内由静止加速到1m/s,在0.12s时间内由1m/s减速到-1m/s,并且均无超调。可见,PMLSM在有限时间内快速、平稳、无超调振荡地跟随速度命令。
图7所示为非线性PID控制器计算出的控制量。从图7可以看出,非线性PID控制器能根据PMLSM速度指令实时调节对PMLSM的控制输入量,以实现PMLSM的伺服控制。
给PMLSM施加1m/s的阶跃速度命令,分别在0.2s和0.6s突加和突减50N负载,得到图8所示的实验结果。可以看出,当突加和突减负载时,非线性PID控制器能根据负载扰动自动补偿得出控制量,最终控制直线电机能在0.2s左右的时间内稳定至1m/s的给定速度,速度的波动量仅为0.05m/s左右(5%)。
4 结语
本文以嵌入式工业PC为控制器,配以数模转换板、数字量输出板和光栅尺接口板及功率驱动板,搭建了直线电机快速原型控制系统硬件平台,并在Simulink中建立了PMLSM带有跟踪微分器的非线性PID控制系统仿真模型,利用RTW和xPC Target工具箱生成了控制算法和I/O板卡的驱动代码,实现了PMLSM带有跟踪微分器的非线性PID控制系统。实验结果证明,这种基于xPC Target的直线电机快速原型控制系统能够直接、快速地实现并验证在Simulink中建立的控制算法,具有很高的灵活性,而且PMLSM中带有跟踪微分器的非线性PID控制系统具有很好的动静态特性和抗扰性。
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快速原型制作 篇6
3D打印作为一种新型的快速成型技术, 越来越多地受到人们的关注, 己经开始对我们的生活产生全面影响, 这项技术所涉及到的产业包括医疗、工业制造、航空、电路板等等多方面, 对于少量生产、个性定制、样品研发等方面有非常大的发展空间[1,2,3]。但是, 到目前为止, 将3D打印技术应用到文化旅游领域, 特别是旅游工艺品的生产上面, 还是一个崭新的课题。2014年在第六届中国国际旅游商品博览会上, 陕西省推荐的以高新3D打印技术制作的镂空秦韵马灯, 引起了参会者极大的兴趣, 是目前我国国内首件将3D打印技术与旅游工艺品相结合的作品[4,5]。
课题以苗族泥哨为例, 在完成三维扫描及逆向建模的基础上, 对三维数字模型进行改进设计, 最后应用快速原型构造技术制造样品。实例过程与结果表明, 将CAD/CAM、3D打印技术应用于曲面复杂的工艺品保护与开发, 能有效地缩短周期、提高效率, 为民族工艺品的数字化保护与开发提供了新途径。
1 选择泥哨快速成型生产的策略
1.1 传统加工工艺和快速制造工艺
快速成形技术简称为RP或RPM (RAPID PROTOPY-ING/RAPID PROTOTYPI NG MANUFACTUREING) 也叫作快速原型制造技术, 原理是材料堆积法是近几十年来制造领域的一个重大研究成果。快速成形技术集CAD技术、分层制造技术、逆向工程技术、数控技术、激光技术等多种工艺技术为一体, 无需像传统制造技术那样需要模具、刀具和卡具[6]。它直接处理产品设计即CAD数据, 采用分层制造, 逐层叠加的加工原理, 迅速制造出新产品的样件和模具。可将快速成形技术形象的比喻成“立体打印机”在此过程中STL格式的三维CAD实体模型数据被自发、直接、迅速、准确地制造成实体零件或模具。
快速原型制造技术极大程度的缩短了新产品的研发周期, 同时提高了产品质量降低了研发成本, 为新思路的验证、零件原型的再现等诸多方面提供了高效率低成本的实现方法, 可考虑作为接下来泥哨的模型制作方法。
1.2 几种快速成型方法的对比
世界上第一台SLA快速成形机由美国3D公司在20世界80年代末推出, 至今已形成了十余种不同的成形系统。自1991年起, 众多高校如清华大学、华中科技大学等在RPM设备及软硬件和成形材料方面做了相当多的研究, 并研制出了多种快速成形系统。现今国内能形成规模生产的方法主要有5种:熔融沉积成型法 (FDM) 、选择性激光烧结法 (SLS) 、光敏液相固化法 (SLA) 、叠层实体制造工艺 (LOM) 和三维打印成型 (3DP) [7]。
1.3 泥哨原型构造的方案
贵州泥哨多注重头部特征, 形态夸张、形状迂回复杂、特征突出;周身造型简洁洗练, 但表面具有装饰性的雕刻纹样或和图案, 特征细小繁复 (如图1所示) 。泥哨底部留有回气孔, 内部有空腔。这些特征, 要求在选择泥哨原型构造方案时, 综合分析对比各种快速成型方法, 以求最优方案。
单在加工制造方面, SLS和3DP方法具有明显的优势。
光敏液相固化法具有很好的精度和光洁度, 因此表面质量非常好, 几乎能够完全利用原材料, 可生产形状复杂和结构精细的零件。然而, 此技术具有一定的局限性, 比如材质不结实、工作台移动频繁、后处理复杂、需要操作者具有较高的能力。此技术一般应用在验证装配设计过程中。
叠层实体制造工艺该方法的缺点是无法完成太复杂零件的加工, 可用材料种类少, 无法调整每一层的厚度, 精度较低。
3DP的成型方式同SLS有一定的相似之处, 不同之处是3DP将SLS中的激光用喷射结合剂取代, 在铺好的粉末状材料上选择性喷射粘合剂, 被喷区域材料粘结, 其他区域不发生改变, 以此逐层粘结后即得到一个空间实体, 清除残留粉末, 烧结获得实体零件。相比于SLS, 3DP在精度和速度方面都有所提高, 而且易操作、小型化、成本低。所以本课题通过综合对比, 选择3DP打印方式来完成泥哨最后的模型构造。
2 泥哨曲面向实体模型的转换化
论文利用基于三角网格NURBS曲面重构的方法, 得到光滑拼接的泥哨NURBS曲面[8,9], 如图2所示。但生成的NURBS曲面还只是曲面模型。要进行接下来的快速原型构造, 还需把曲面模型转换为三维实体模型。具体转换步骤如下: (1) 把泥哨模型以.igs格式导入UG8.0, 采用“插入→组合→缝合”命令, 把泥哨的曲面模型转化为三维实体模型。 (2) 得到泥哨的三维实体模型, 以.STL格式导出文件。为接下来的模型制造做准备。
3 样品的改进设计
建立了工艺品数字化模型以后, 结合美学、市场等因素, 对产品进行再次设计。这种设计方法, 将极大的缩短工艺品的设计周期, 减少工艺品设计成本。
本次改进设计主要针对原模型面部特征不够立体化进行改进, 新设计添加了眼部、嘴及鼻子的立体化, 同时尾部翘高且稍许偏斜, 使得样品更加生动、可爱。在本实例的基础上, 可以进一步设计一系列表情和造型不一的样品, 这里不再深入讨论。
4 泥哨的快速原型构造
4.1“Objet30睿智”三维打印机
将上一步得到的泥哨实体模型, 转换为STL文件输出。最后导入objet studio系统, 利用‘Objet30睿智’三维打印机进行原型制造。
“Objet30睿智”三维打印机其工作原理是:打印机通过读取文件中的横截面信息, 用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来, 再将各层截面粘合起来从而制造出一个实体模型。该工艺可使用7种具有不同级别的物理和机械特性 (强度和韧性) 的打印材料, 其中主要材料是:刚性清晰透明材料、耐高温材料和类聚丙烯材料。该工艺技术具有速度高、弹性大、成本低、携带方便、兼容性强、分辨率和精确度高 (±0.1mm) , 几乎可以造出任何形状的物品。
4.2 泥哨的快速原型构造
启动软件, 导入STL格式的模型文件, 调整模型在打印框里的位置便可以打印样件。打印过程中, 软件一边做模型的切片文件, 一边传送数据给打印机进行打印。具体步骤如下:
(1) 打开objet studio软件界面, 以.STL格式导入如理好的泥哨三维实体模型。
(2) 利用命令设置打印模型的大小比例, 在实验中设置的实体模型与原件模型的比例为0.5, 如图3a所示。
(3) 利用placement命令, 调整泥哨模型打印的最佳位置, 如图3b所示。
(4) 经validate命令检测后, 没有出现未封闭曲面的问题, 模型合格。按build命令建立打印请求。
(5) 关闭打印系统。取出泥哨三维打印模型如图4所示。
5 结语
3D打印作为一种先进的新型快速成型技术, 必将带来我国民族工艺品生产工艺的创新, 改变我国民族工艺品制作工艺中存在的一些不足, 但是作为一种前沿的科学技术, 将其应用在工艺品的生产中同样存在着一些问题。例如快速原型制造技术与其它配套技术, 如逆向工程与CAD建模系统等的集成还很不够, 目前主要是通过标准的数据格式进行数据交换, 难以在设计修改过程中进行实时的交流进而达到互相补充、相互促进的效果。
工艺品的快速成型不同于其他零件, 由于其表面有装饰性的雕刻纹样或和图案, 结构特征细小、繁复, 在进行3D打印时, 很难保证工艺品外表面装饰花纹的精度。所以在民族工艺品的快速成型中, 即保证模型曲面连续性和光顺性又保证精确再现工艺品原貌, 还需进一步的研究, 这也是快速成型技术应用于民族工艺品的重点研究课题。
摘要：民族工艺品作为重要的非物质文化遗产, 对其进行数字化保护、创新设计与开发具有重要的现实意义。传统方法对复杂曲面的工艺品进行保护与开发存在一定的局限性。针对这一难题, 课题从贵州民族工艺品 (泥哨) 着手, 综合对比分析现有几种快速成型方法, 利用3D数字建模、与3D打印技术, 开展面向民族工艺品3D打印关键技术的研究。实现设计制造一体化, 将整个过程数字化、自动化与三维模型直接关联, 所见即所得, 工艺品随时制造与修改;同时缩短工艺品开发周期, 降低其开发成品。
关键词：民族工艺品,数字化,快速成型,创新设计,3D打印
参考文献
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快速原型制作 篇7
产品原型制作是验证新产品可行性的第一步,是找出设计产品的缺陷、不足、弊端最直接且有效的方式,便于对产品结构和外观进行针对性的改善,直至设计出符合要求产品。基于快速成型技术的产品原型制作可以在无需准备任何模具、刀具和工装卡具的情况下,直接接受产品设计(CAD)数据,快速制造出新产品的样件或母模,大大缩短新产品开发周期、降低开发成本、提高产品设计质量[1]。
下面以基于FDM的快速原型制作技术为例,讲述如何运用FDM快速成型技术和产品原型后处理技术,制作出符合要求的产品样件。该技术在快速模具制造中的母模制造得到广泛应用。
1 产品的快速原型制造
1.1 FDM快速成型技术
FDM(Fused Deposition Manufacturing)工艺又称为熔融沉积制造,FDM首先是保持半流动成型材料刚好在熔点之上(通常控制在比熔点高1℃左右)。FDM喷头受CAD分层数据控制使半流动状态的熔丝材料(丝材直径一般在1.5mm以上)从喷头中挤压出来,在工作台上凝固形成轮廓形状的薄层。每层厚度范围在0.025~0.762mm,一层叠一层最后形成整个零件模型[2]。熔融沉积FDM设备的成形原理如图1所示。
目前融胶堆积FDM设备主要有单喷头和双喷头两类,这里用到的是双喷头的FDM快速成型机,型号为Dimension bst1200es。该设备的主要性能和特点如下:(1)采用ABSplus材料;(2)成型表面质量好;(3)办公室环境下使用;(4)操作极为简单,与一般打印机操作一样;(5)成型速度快;(6)用途广泛,如外形设计、装配、测试等,样件容易打磨,可上色,抛光等;(7)样件韧性较高,可装在实物上做功能测试;(8)具备网络功能[3]。
1.2 产品快速成型工艺分析
产品为热水器配件,如图2所示,通过三维造型软件生成后缀名为STL的产品图形文件,导入到快速成型软件中(此处以Catalyst EX软件为例)。该零件是具有一定壁厚的圆形,两个支撑脚位于柱形的端部。由于柱形体和支撑脚两者高度相近,用柱形无支撑脚的端部定位,柱形内放支撑材料来制造柱形支撑及两个支撑脚。在快速成型软件里摆放工件位置,调整到一个合理的支撑位,使得所生支撑要能全部撑住工件。
“层厚”的参数主要是一层材料的厚度,一般设为0.25mm,“STL单位”的参数设为mm,“STL比例”的参数设为1,表明和实际产品一样大小。软件自动将工件分层处理,生成支撑结构和成型加工程序。通过软件分别对工件自动分层生成CLI程序和生成支撑结构的CLI程序。将以上两个CLI程序文件上传至FDM快速成型机进行加工即可。由于零件成型时,其底面与工作台固结,直接用手不能取出工件,需要用小铲将工件和工作台分离。用钳子将网格支撑结构和工件分离,剥离支撑材料。如图3所示。
2 产品原型后处理技术
2.1 后处理的工艺流程
快速原型后处理是指对采用快速成型加工技术生产的零件毛坯进行打磨、喷油等多道工序,最终拼接装配成完整部件的过程。后处理的工艺流程主要如图4所示。
2.2 零件的打磨与抛光
打磨的目的是去除零件毛坯上的各种毛刺、加工纹路,并且在必要时对机加工时遗漏或无法加工的细节做修补。常使用的工具是锉刀和砂纸,一般手工完成。某些情况下也需要使用打磨机、砂轮机、喷砂机等设备,例如处理大型零件时,使用机器可大量节省时间。普通塑料件外观面最低需用800目水砂纸打磨2次以上方可喷油。使用砂纸目数越高,表面打磨越细腻。
抛光的目的是在打磨工序后进一步加工使零件表面更加光亮平整,产生近似于镜面或光泽的效果。目前常用的抛光方法有:机械抛光、化学抛光、电解抛光、流体抛光、超声波抛光、磁研磨抛光。快速原型后处理时常用方法是机械抛光。常用工具是砂纸、纱绸布、打磨膏,也可使用抛光机配合帆布轮、羊绒轮等设备进行抛光。通常需要抛光的情况有需要电镀的表面、透明件的表面、需要镜面或光泽效果的表面等。
2.3 零件的表面涂装
涂装是指将涂料涂覆于基底表面形成具有防护、装饰或特定功能涂层的过程,是产品表面制造工艺中的一个重要环节。产品外观质量不仅反映了产品防护、装饰性能,而且也是构成产品价值的重要因素。
在快速原型后处理模块中,涂装主要指根据设计需求进行原型零件表面喷油、丝印等处理[4]。表面喷油效果通常分为哑面和光面。光面喷涂次数较多,且每次喷涂之间漆面养护时间较长,对环境要求较高,通常购买的油漆均为光漆,也称亮漆。哑面喷涂次数较少,漆面养护要求较光面稍低一些,但哑面油漆除哑黑哑白两种颜色外,通常无法直接购买,需用光漆配合哑光浆调制。
丝印,即丝网印刷,属于孔版印刷,它与平印、凸印、凹印一起被称为四大印刷方法,是将丝织物、合成纤维织物或金属丝网绷在网框上,采用手工刻漆膜或光化学制版的方法制作丝网印版。现代丝网印刷技术,则是利用感光材料通过照相制版的方法制作丝网印版。多用于在产品表面上印logo、图案、文字数字等,具有效率高、效果好、成本低等优势。
移印原理与丝印相同,但在制板时与丝印不同,移印可以在产品表面凹位、甚至孔的内壁上印刷图案,丝印一般只能在平面上进行印刷。
2.4 色板
Pantone色卡是全球通用的配色标准。内含超过1 000种油墨颜色的色板及其调配方法。2010版GP1301彩通配方指南含有1 341种PANTONE专色,其中14种为基本色。手板企业给后处理部门下达任务清单时,一般会为每个零件都按照Pantone色卡注明色卡号:如2562C,483U。这样喷油师傅可以迅速查找到该款颜色的色板及其基本色的配比。
Pantone色卡分为美术印刷、纺织印染、塑胶系列等专业手册。快速原型后处理时应采用塑胶系列手册,分为光面和哑面两本。初学者应严格按照色板下比例配置选择基本色进行调配,熟练后可根据经验调配。
3 柱形支撑座零件的后处理
3.1 零件分析
该零件由FDM加工成型,如图2所示,主体为有一定壁厚的圆柱形结构,圆柱顶面上有两个支撑脚和不规则凸起。表面为ABSplus材料,加工纹理明显,圆柱形结构内部为支撑材料。作为热水器配件,该零件表面需打磨至光滑平整,需要特别注意圆柱形外表面光滑平整度。整体喷亮白油漆。观察该零件结构,确定各个表面打磨顺序及要求高低,选择具体工具型号,如选好几种尺寸的刮刀、锉刀、砂纸,自制合适大小的砂纸板。准备好即可开始正式加工。
3.2 后处理工艺流程
对零件进行去除支撑和清角,剥离支撑材料时可使用剪钳、镊子、铲刀等工具。对较大的凸痕用铲刀和刮刀进行修整。先用80目粗砂纸或砂纸板进行打磨。用毛刷或空气喷枪清洁零件表面。然后将清洁后的零件进行喷底灰,在风扇下干燥约30分钟。观察表面是否还有明显的纹路、凸凹痕。对凹痕、细小裂纹进行补灰,然后用高一级砂纸,例如240目砂纸,进行打磨。打磨完成后,重复清洁、喷灰、干燥步骤。较大弧面需用手指按住砂纸锉,不宜用硬物锉,以免破坏弧面。如图5所示。
该零件结构特点是主体为有一定壁厚的圆柱形,所以两个支撑脚和圆柱内表面对整个产品外观影响较小,在打磨时可适当降低要求,砂纸使用到180号即可。圆柱体的外侧面直接影响产品外观质量,打磨时砂纸需使用到800号或更高。完成后观察表面,应无明显纹路及凸凹痕迹。此时可进入下一步工作:喷油。
喷油前再次观察零件表面是否光滑平整。达不到要求则需重回第一部分返工。启动水幕喷漆台,做好个人防护,戴防毒口罩、塑胶手套。用天拿水清洗喷罐和喷枪,确保无前次残留油漆。用一次性纸杯调制亮白漆,稀释时通常可使用2份天拿水配1份油漆,试喷观察油漆效果。
用木条包裹双面胶带,粘住零件不需要喷漆位置,如底面或内表面,或木签插入零件某些不需喷漆的小孔。喷涂油漆,边喷边移动转动零件,同时观察油漆密度厚度,做到适量、均匀。喷哑黑的零件通常只需喷涂一次,然后自然晾干2~3小时,干透后哑光效果更明显。喷亮白的零件喷涂一次后,需晾干约2~3小时,然后进行二次喷涂,喷涂完成后,再晾干4~5小时,方可见较好的光亮效果。注意漆面养护环境需要保持通风、干燥、无粉尘。以上时间均为夏季高温干燥时期,如遇冬春寒冷潮湿季节,漆面养护时间要适当延长。完成效果如图6所示。
4 结束语
通过对基于FDM的产品原型制作及后处理技术的掌握,可以使模型或模具的制造时间减少,大大缩短新产品研制周期,使复杂模型的直接制造成为可能。并且可以及时发现产品设计的错误,做到早找错、早更改,避免更改后续工序所造成的大量损失,显著提高了新产品投产的一次成功率,降低了新产品研发成本,节省了大量的开模费用。应用快速模具制造可迅速实现单件及小批量生产,使新产品上市时间大大提前,迅速占领市场[5]。
参考文献
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