三维打印机应用实例.docx
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三维打印机应用实例
三维打印机应用实例
序
三维打印机又名：
3D打印机、3D成型机、三维成型机、立体打印机等等，其在当今的工业应用中越来越广泛，大大缩短的建模、浇铸等工序，提供了制作和生产的效率。
但是在国内其使用还没有被认可，很多工厂和企业也都还在摸索和试验阶段，本文把国外已经成型的应用案例拿出来和大家分享，希望能够更好的促进三维打印机在国内的应用。
一、三维打印机的纹理快速原型制作
概述
在许多快速原型制作应用中，表面纹理是重中之重。
不是所有的快速原型制作技术都生产出最终产品，有的还需要二次处理，如打磨或抛光。
这些附加步骤对于原型制作来说就要增加时间和费用。
快速原型制作技术的目标是快速、经济地制作出最终产品，因此在快速原型部件上制作出正确的表面纹理非常重要。
图1
Polyjet™技术可以在原型部件、模子和模型上精确地打印出最终产品模具或部件所需要的纹理（纹理或图案）和标志。
如果需要，纹理可以限制在特定区域。
但是，纹理也可以在后处理过程中使用快速纹理原型制作应用程序进行添加。
作为后处理工艺，Objet3-D打印技术可以在模型上添加细节效果出色的优质纹理，因此，模型和其相关的部件和材料有相同的纹理。
图2
快速纹理原型制作还可以增强薄壁材料的结构轻巧性以改善空气动力学和流体动力学，还可以用来填充打印的部件上的层线以制作光滑的表面，以及在不制作新部件的情况下增加壁或表面的厚度。
Akron金属蚀刻专门用于在不同的材料和基质上添加纹理。
Akron开发了一种享有专利的后处理方法，专门用于在以PolyJet™技术制作的部件表面上制作纹理，这种方法被称为Prototex™。
事实上，Akron可以在Objet打印的3-D模型上制作任何纹理。
Prototex有一个拥有成千上万个图案和纹理的设计库，其中包括皮革纹理、几何图样和当前最流行的设计，它可以使最终用户得到适合他们的最终3-D打印模型的外观。
图3
Akron金属蚀刻公司总裁LeeEisinger先生说：
“快速纹理原型制作技术的出现大大减少了在打印的模型上应用纹理所需花费的努力。
”“AkronMetalEtching的目标是凭借我们在塑料和相关产业中丰富的经验提供最高质量的模具纹理制作。
我们帮助用户轻松地完成纹理选择的细节和所有与最终用户加工相关的项目，以在模具中制作具有正确纹理的部件”。
在PolyJet的打印模型上添加纹理的工艺：
首先，使用细砂纸对打印模型进行彻底的清洁和磨砂。
第二，用覆盖层遮护不需要制作纹理的区域（见图片4）。
遮护后，在部件上开始制作所需深度的纹理。
图4.涂覆了基本涂层的PolyJet模型
这个专门的设备会在制作纹理时测量厚度。
通常，纹理的深度允许有+/-0.01mm（0.0005in）的公差。
纹理的厚度可以从0.1mm到0.375mm（0.004to0.015in）之间，这一步骤所花的时间很短。
图 5所示为以适当厚度制作的材料。
红色区域被遮护，在最终零件中将没有纹理。
如果应用多个纹理，遮蔽也可以区分纹理变化。
给特定区域添加纹理可以使零件更加真实。
图5.应用纹理图案前遮蔽的区域
下一步是应用纹理图案。
在零件表面上应用图案有多种不同的方法。
经过固化工序后，沿着遮护材料将母模具从表面上取下。
用一种化学处理方式可以显示图案。
最后，在纹理检验完毕并完成所有需要的修饰工作之后，有纹理的区域被一层覆盖层轻轻覆盖着，将纹理印在零件上。
如图6中的图案中深蓝色区域之间的浅色区域所示。
然后将部件置于光线下对材料进行固化。
图6.纹理图案
给制作了纹理的打印模型喷漆，制作出最终零件的外观
纹理（纹理或图案）可以应用在打印的PolyJet模型和模具上，填补了快速模具制造和昂贵……（未完）
二、objet三维打印机在快速模具制造中的应用
概述
从CAD模型直接生产模具被认为是一种可使新产品上市更加经济快速的重要方法。
尽管这还是制造业中一种相对新兴的趋势，但它已经对工程环境产生了重大影响。
图1.在以PolyJet技术印制之前设计的模具
快速模具制造（RT）是指以快速原型制作（RP）模型为模式快速创建模具或使用快速原型制作工艺生产有限数量工具原型的工艺。
一般来说，RT在以下方面与传统的模具制造有所区别：
a）模具制造时间大大缩短
b）模具制造成本大大降低
本应用说明介绍了PolyJet技术进一步提高模具开发速度的优势。
通过举例，本说明详细介绍了彩色硅胶按键在模具设计完成之后在很短的时间内制造而成的过程。
技术优势
使用subtractiveCNC或火花蚀刻方法制作注塑模具的工艺费钱又费时。
对于更加复杂的产品，因为产品的复杂性增加和产品周期的缩短，缺少足够的熟练技术工人来完成相应的工作。
这意味着这种对高精度工具的不断增长的需求只能由越来越少的。
图2.准备要注射入模具的硅胶
工具制造者来满足。
因此，我们迫切需要一种可以通过节省时间和劳动力从而克服这些限制的工艺。
Objet的PolyJet™技术的以下优势恰可满足生产RTV模具的需要：
高质量：
市场领先的16微米分辨率可以保证部件和模型的光滑和出色的细节效果。
高精度：
精确地注射和利用材料的属性可以制作出出色的细节效果和薄壁结构（根据几何图形和材料可以为600微米或更薄）。
快速：
全宽度范围设置高速光栅、同时制作多个产品及无需制作后再固化的特点使得PolyJet成为速度最快的工艺。
图3.将硅胶注入模具
快速模具制造工艺
为说明PolyJet技术是如何应用到RT模具制造工艺中的，下面用一个详细的例子说明彩色硅胶按键的制作过程。
示例从完成模具设计后开始介绍。
RTV模具
此RTV模具由3-DCAD软件设计，具有出色的细节效果。
准备RTV的模具
1.打印后，给RTV模具涂漆，并待其晾干再继续进行后续处理。
如果要使用分离材料，在模具内部使用它以代替漆。
2.清理掉模具上的所有灰尘或多余的颗粒。
清理RTV模具里孔洞的最简单有效的方式是用气压清理方式。
3.将RTV模具放在一个平面上，内侧向上。
准备注射的材料：
在此例子中，是个手机键盘的模具。
这个键盘在中央有个红色的功能键，其余键都是半透明的。
注射的材料是RTV硅胶（GT产品，半透明的、硬度为40邵氏A（HS）的GT-7040与橡胶硫化剂CA7040混合）。
要制作红色键盘按钮，就将硅胶与颜料混合在一起。
制作彩色硅胶很简单。
图4.在烘箱里固化硅胶前夹紧模具
在天平上放上一个混合罐（纸杯即可）。
将X克半透明的、硬度为40邵氏A（HS）的GT-7040与X/10g的橡胶硫化剂CA7040及1-2%*X克颜料倒在一起。
用木棍搅拌这些成分直到粘度适中。
把硅胶注射到模具中。
在一只普通的塑料注射器中充入硅胶（您需要对每种颜色都重复这个过程）。
这里我们先做红……（未完）
三、objet三维打印机在背光显示屏生产中的应用
概况
ARRKAustralia&NewZealand的DanielThomsen先生说：
“背光显示屏也被称为LightBox显示屏，可以通过白色或彩色半透明图形的逆光而产生无与伦比的视觉效果。
“背光显示屏可以产生吸引人的明亮鲜艳的色彩，是突出您产品和服务的好方法。
”
第-1-步CAD-应用文字.jpg
“我们的背光显示屏模型是以FullCure720（一种半透明材料）制成的，这种材料因其具有耐久性而经常用于可移动的显示器件。
通过PolyJetTM技术我们可以生产出适用于长期室内应用的高级产品。
”
“透明模型的背光可以制造出无与伦比的视觉效果。
彩色的半透明面板，无论是否带有图案，都能制造出戏剧般的视觉效果，特别是当周围环境光线很暗的时候。
因此，有发光的图形的背光显示屏不仅能引发人们的想象，营造一种极富魅力的氛围，还可以在现实生活中应用，比如通过印刷的面板制作发光的文字，只要您能想到，背光面板就能做到。
”
第2步对内表面进行磨砂处理
凸出和凹入的文字
显示屏器件的CAD模型的图像，有凸出和凹入的文字。
凸出和凹入的文字可以通过使用CAD软件或STL编辑程序选择字体和大小选项进行创建。
当然也可以处理任何其他2D形式或外形。
对内表面进行磨砂处理以分散光线
对内表面进行打粗或磨砂处理，将获得最佳效果。
毛化处理可以分散光线并消除后方光源的影响。
也可以用喷砂方法。
干湿喷砂都可以用于此用途。
如果用手用磨砂纸，则粒度应为240到400之间。
第3步用牙膏填充字母
用蜡或牙膏填充凹入的文字
用蜡或牙膏填充凹入的文字，屏蔽计划的光线要透过的透明区域。
屏蔽内表面
显示屏的内表面需要屏蔽。
如果不在内表面上涂层，则光线可以被传输并显示在外部“无障碍”的区域上。
第4步屏蔽内表面
用手指尖将遮护胶带牢牢地按在表面上。
确保胶带里没有气泡或褶痕。
使用低粘度胶带，这样您可以用力将胶带按下，而不用担心会把涂料拖起。
涂刷未屏蔽的区域。
您可以放心地涂刷可以涂刷的区域，不用担心胶带下的涂料渗漏。
第5步涂刷正面
给正面上底色并涂刷
屏蔽后，所有正面和侧面都可以上底色并涂刷。
在右侧显示的试样中，在凹入的文字上使用蜡或牙膏作为屏蔽物。
第6步凹入的文字–使用手术刀或水刀
去除涂料，使刻字透明
凸出的文字–磨去涂层，显露出要发光的区域。
凹入文字样本中的蜡/牙膏是用手术刀或水刀去除的，然而如果是用砂纸或铣，可以更容易地去除凹入文字样本的涂层。
注意这一步骤只能在涂刷完全完成并晾干之后……（未完）
四、objet为需要真空金属喷镀的用户提供完美的解决方案
概述
“真空金属喷镀是在真空室中蒸发金属（最常见的是铝）以形成均匀的金属层”，Mueller公司的副总裁GlennMueller先生这样说，该公司是真空金属喷镀服务的领先供应商。
“它可以在不同的应用中，包括EMI/RFI屏蔽，作为铬的一种替代物，用作装饰性的金属闪光漆，以形成强反射涂层、产生热屏蔽以及其他效果。
各种闪光漆包括铬、金、青铜、彩色镀铬和哑光金属，如缎面镍和哑光银”。
图1.等待固定的仓室
GlennMueller先生说：
“使用Objet的系统进行3-D印制，可以为需要真空金属喷镀的用户提供完美的解决方案。
”“具有出色细节效果的高质量印制的模型可以通过PolyJet™技术轻松地制作出来，此技术具有超薄的层厚度和高打印分辨率。
”
图2.仓室中的零件
工艺
真空镀膜工艺是一种将金属镀到基质上的物理方法，而不是一种化学方法。
镀膜在真空室中进行，金属在其中被融化，在达到汽化点时变成气态。
气态分子沿着视线运动，然后在目标基质上冷凝，形成相对均匀的涂覆层。
真空系统包含一个密封室，镀膜工序就在其中进行。
密封室外，有多个泵向外抽气，已达到该工艺所需的压力。
有一个电源向一个电极提供所需电压，此电极连接了一连串装有钨丝的绝缘子，这些钨丝承载着要蒸发的金属。
在真空金属喷镀工艺中有八至十个主要步骤。
一般一次喷镀需要花2至3个小时完成。
真空金属喷镀适用的基质包括金属（锡、钢、铝等）、塑料（ABS、聚丙烯、苯乙烯等）和玻璃。
要获得完美的、毫无瑕疵的涂覆层，原料基质表面上必须没有污染，如脱模剂、指纹、污物、灰尘、油渍和油脂。
图3.真空室
工艺的第一步是在产品机架上装配零件要将零件安装牢固，因为它们要经历各种不同的油漆和金属喷镀过程。
一般我们使用钢制并以各种配置在焊接在一起的圆形机架。
通常用弹簧夹固定在机架上。
零件的设计很重要，因为在部件与机架连接的地方可能留下夹子的印记或夹痕。
一般要进行金属喷镀的零件上都有孔、棱纹、栓或流道的一小部分，用来固定零件，它们都不在关键的A类表面。
这些零件通过除静电区域后，会进行底层涂覆。
底层涂覆用HVLP喷涂机来进行，它利用自动的往复运动和机器喷漆线进行工作。
图4.用金色闪光漆涂层的PolyJet模型
底层涂覆是使基质和金属喷镀之间增加粘性的层，因此底层涂覆可以形成一个光滑的反射面。
涂好底层后，将机架放入烘箱中进行固化。
烘烤的周期大约为一至两个小时。
然后可以准备将机架放入真空室进行金属喷镀。
金属喷镀后，再次将机架放到喷漆线上喷上透明或彩色的外涂层，可以保护薄……（未完）
五、使用objetVLT橡胶工艺的珠宝模具
概述
最近推出的Castaldo®VLT™[非常低温]模具橡胶开启了使用ObjetEden™三维印刷系统节省珠宝模具制作过程时间的新方法。
新型橡胶使得Objet用户利用他们的PolyJet模板作为主模型,并在简短的时间比如1小时内浇注出来。
这样排除了仔细检查制造一个金属模型所需消耗时间的可能。
图1TheVLT™硅模橡胶
通过最快速的原型系统制造出来的树脂模，其中的直接铸件不会完全烧尽。
然而，使用不会损坏模具的冷模化合物，以及支持特殊材料的RP系统，这都提供了改善的选项。
图2把目标模型放入模具内
另一种最新研制的替代方法包括制作模型的液态橡胶，硫化一整夜，喷蜡，然后浇铸蜡（另一个整夜工序），得到主模。
最后，它们形成一个传统的橡胶模，喷蜡，并开始生产铸件。
整个工序需要花费两天时间。
图3已抛光模具可以与平
许多铸造者仍然宁愿选择树脂模来制作模型，而且用较长的硫化时间，喷蜡是不理想的：
相当简单，他们希望尽可能快地把模具做出来。
图4树脂脱模剂
新方法
现在整个工艺可以快速完成–用低于半小时的时间完成。
橡胶能够在160°F（71°C）至180°F（83°C）的温度范围内硫化，大大低于大多数树脂材料的软化点。
在160°F的温度时，一个标准的3/4-英寸的模具将被硫化，并随时在90到120分钟内喷涂。
到180°F时，这个时间会进一步减少到只需要30到45分钟。
然而，如同传统的铸造橡胶一样，较长的硫化时间意味着更好的铸模–硫化时间越长，橡胶更有可能流入每个隐秘处和裂缝，塑成细部。
另外，当VLT™橡胶硫化时，只收缩1.4%。
图5珠宝模
VLT™橡胶的一个最大益处可能是快速生成样品，对于大批量生产更有利。
特别对于珠宝业来说，有效的PolyJet™模具可以直接作为主模使用，这是一个重要的开发项目。
因为它能大大节省时间，而在这种行业，时间往往是一个至关重要的竞争因素。
在实际使用中，为了创造所需的高等级的铸模，上千次地运行一个快速原型开发机太昂贵和花费时间。
现在，用VLT™橡胶和PolyJet™能够直接浇铸出来，而且可以使用后续的蜡模制造出成……（未完）
六、使用objet产品制作清晰或半透明的模具
概述
不是所有的塑料部件都是透明的。
对于诸如镜头、容器、外盖、面板和许多其它使用的清晰部件来说，Objet公司的PolyJet™工艺提供了快速成型的优势，也使一些需要使用透明部件的应用成为可能。
尽管没有捷径生产透明和明亮清晰的部件，这个工艺还是简单和低廉的。
随着多数快速成形的技术出现，清晰模型的制作变得或者不可能或太消耗时间。
然而，PolyJet技术使它变得可能而且实用。
PolyJet模型的平滑表面和FullCure®720模型材料的透明组合使清晰模型变成现实。
模型刚从机器中出来，你就可以开始进行轻型磨砂和抛光，从而制作出一款清晰的模型来。
工艺
制作模具
使模型定位，这样表面向上，固定平滑模式（不使用载体材料）。
在任何可能的地方，避免载体材料停留在清晰表面，因为清除会很困难。
（图1）
图1:
把零部件方向确定到使清晰表面上的载体材料最小化，并制成有光泽的模型
准备模型
用喷水装置完全压力清洗模型，清除载体材料。
要特别注意角落、槽和凹处，以确保载体材料完全被清除（图2）。
图2:
用压力冲洗模型，清除所有载体材料
注意：
不推荐使用喷砂器。
磨蚀性会形成小凹坑，很难磨平。
但是，对于磨砂面，屏蔽零部件并给未保护的区域喷砂。
干砂表面
在清除载体后，使模型完全干燥，而且用粒度为200的砂纸给所有表面磨砂。
轻轻磨光将清除表面不平整性和涂层。
在用粒度为220的砂纸磨光后，再用320的砂纸重复磨一次，开始抛光程序（图3）。
图3:
给所有表面砂磨，使模型光滑
湿砂表面
用湿砂纸轻轻地磨光模型，用粒度为400、600和1000的砂纸进行处理。
湿砂磨光目的不在于清除材料。
它更适合消除以前磨砂的擦伤和刮痕，这样所需的就是轻轻地接触。
在每次磨砂之前，用水清洗模型以消除任何粒子和碎屑（图4）。
图4:
用湿砂纸打磨模型，开始抛光清晰表面
微孔砂磨（可选）
对于额外的磨光，用微孔砂纸进行抛光。
用粒度为1500的微孔砂纸磨光所有表面。
取决于想要的结果，继续用1800、2400、3600和4000的微孔砂纸进行砂磨。
.如同第4步，在进行砂磨时，你可以使用肥皂水、矿特油或蔬菜油润滑表面。
（图5）
图5:
在抛光之前，用微孔砂纸磨掉所有表面擦伤
给模型抛光
获得清晰的PolyJet零部件的最后一步是磨光和抛光表面。
使用带有磨光鼓的磨光轮或旋……（未完）
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