快速成型报告剖析.docx

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快速成型报告剖析

快速成形综合实践报告

班级：

姓名：

学号：

时间：

地点：

指导教师：

机械工程学院

目录

一、课题名称2

二、实践内容2

三、仪器及设备2

四、实践步骤2

五、UG建立的模型5

六、打印成果6

七、总结6

附录：

3D打印介绍7

一、课题名称

匕首的的快速设计、制作。

如下图所示：

二、实践内容

1、应用已学的三维建模软件建立所选课题的三维数字模型。

若有装配要求，则进行虚拟装配。

2、将数字模型转换成STL格式，应用拼接软件及时间估算软件制定成形方案。

3、操作快速成形机制作原型。

4、对原型后处理。

5、撰写、打印快速成形综合实践报告。

三、仪器及设备

PC机（装有三维工程软件、快速成形前置处理软件），3D打印机

四、实践步骤

1、实践之前，根据实践课题查询资料，认真阅读快速成形综合实践任务书。

2、选择实践课题，应用UG建模。

3、应用拼接软件及时间估算软件，根据原型强度、用料及时间优化要求制定成形方案。

4、将生成的STL文件通信至快速成型机。

5、快速成型机开机操作

1）．接通市电，打开总电源开关，。

2）．打开机床钥匙开关，按下调试按钮，并且启动计算机。

3）．计算机启动完毕后，运行HRP2001程序，用鼠标点击菜单中【制造】下拉菜单，先点击下拉菜单中【打开强电】，强电启动，同时制冷器开始制冷；然后用鼠标点击HRP2001程序菜单中【制造】下拉菜单，再点击下拉菜单中【打开加热器】，加热器开始加热，根据材料型号设置加热器温度，然后把加热辊拉到平台中间。

约30分钟后，数控柜操作面板上温度控制器显示温度达到设定值，当制冷器温度达到设定值20℃以下，即可进行下一步。

4）．通过磁盘或网络将准备加工STL文件调入计算机中 

5）．用鼠标点击HRP2001菜单中的【文件】下拉菜单，将STL文件调入HRP2001系统，至此开机操作完成，即可进行加工零件的预处理工作。

6、 新模型制作步骤：

1）．点击【设置】菜单，单击〖制造设置〗项，出现制造设置对话框，设置系统的模型制作参数：

① 单击“机器”，设置切割速度，平台速度，送料速度，加热辊速度，材料进给量，平

台下移，切割精度。

② 单击“网格”，设置基本网格尺寸，XY变网格（门限，级别），细节变网格（比值），Z变网格（门限）； 

③ 单击“边框”，设置内框距实体距离，边框宽度，边框倒角。

设置完毕后，单击“确定”按钮。

2）．选择工具条的“模拟制造”可进行模拟制造。

 3．选择【制造】菜单，开始制造工作。

①  【制造】菜单中选〖回零〗项，系统各轴回到各自的起点位置。

②  在工作台上固定一张白纸，点击【制造】下拉菜单中的〖制造〗，出现制造对话框，点击对话框中的“切外框”，X—Y扫描单元在纸上扫描出模型的最大轮廓线，做好标记，在最大轮廓线内部粘上双面胶带，再粘上一层大小适当的白纸（纸上没有涂胶），然后点击对话框中的“切外框”，除去轮廓外多余白纸和双面胶带，选择对话框中的“调试”按钮，弹出调试对话框，调节运动速度，在加热辊点动框中，按下向左、向右按钮使加热辊来回辊压工作台面4～6次，使台面预热，最后关闭调试对话框。

③  将纸铺好，激活【制造】下拉菜单中的〖制造〗，出现制造对话框，单击“基底”按钮，系统进行一次循环的基底制造。

按此法做4～6层，使不在基底范围内的纸不沾台面即可。

④  激活【制造】下拉菜单中的〖制造〗，出现制造对话框，单击“回零”按钮，使系统回零。

然后设置制造对话框中的编辑框，在“从：

”后输入起始高度，起始高度设置为用户所需要做的模型的开始高度，在“到：

”后输入终止高度，终止高度是模型的高度。

最后单击“连续制造”按钮，即可开始全自动制造。

⑤  关上门，并且把送纸端、收纸端的光电开关放在适当的位置，然后关闭调试按钮。

 ⑥ 模型做完，系统自动停止工作。

7、 未完成模型继续制造步骤 

1）．如果前一次启动的HRP2001程序的主窗口还没关闭，则打开制造对话框，把起始高度设成与前一次的设置值相同，再按连续制造键便可进入全自动制造。

2）．如果重新启动HRP2001程序，则打开制造对话框后，把起始高度设成物体现在实际高度，再按下连续制造键便可进入全自动制造。

物体的实际高度由用户在上一次关闭HRP2001程序之前记录下来。

3）．如果系统不在零位置，比如X或Y移动过，则继续制造之前必须对系统进行回零操作。

8、 关机 

1）．在全自动制造过程中，如果想停止制造，则可用鼠标单击正在制造对话框上的“中止”按钮，弹出一个对话框，按下“是”按钮。

（注：

记录当前的高度） 

2）．点击【制造】下拉菜单中〖关闭加热器〗和〖关闭强电〗。

3）．点击窗口右上角的关闭按钮“x”或【文件】中的〖退出〗，自动退出HRP2001系统，然后关闭计算机。

依次关钥匙开关，再关闭总电源开关，最后拔掉市电电源。

9、 系统暂停 

在全自动制造过程中，如果想暂时停止制造，则可用鼠标单击正在制造对话框上的“暂停”按钮，系统切完当前层，自动停下来。

暂停后欲继续做，点击正在制造对话框中的“继续”按钮即可。

10、 系统警停 

系统在运行过程中如果因某种原因要立即停机，则按数控柜操作面板上警停按钮。

警停后如果加热辊在模型上，手动使加热辊离开模型，以免烫坏模型。

11、清洁工作现场，规整快速成形机以及原型材料

12、 模型的后处理 

1）．模型做完后，系统自动停机。

2）．待做完的模型冷却后，方可从工作台上取下。

3）．用专门工具小心去掉废料。

4）．用木工工具稍作打磨即可。

13、清洁工作现场

五、UG建立的模型

六、打印成果

我用UG建立了一个匕首模型，下图是3D打印出来的成品。

七、总结

附录：

3D打印介绍

3D打印（3D printing）也称为“增材制造（Additive Manufacturing）”，它是新兴的一种快速成型技术。

与传统的减材制造工艺不同，3D打印是以数据设计文件为基础，将材料逐层沉积或黏合以构造成三维物体的技术。

3D打印的思想萌芽和实验探索由来已久，但现代意义上的3D打印技术于20世纪80年代中期诞生于美国。

Charles Hull（3D Systems公司的创始人）和Scott Crump（Stratasys公司的创始人）是3D打印技术的先驱人物。

1986年，Charles Hull发明了第一台3D打印机，之后成立了第一家3D打印公司3D Systems。

1988年，3D Systems公司推出了世界上第一台基于SLA技术的商用3D打印机SLA-250，它的面世标志着3D打印商业化的起步。

Scott Crump研发了另一3D打印主流技术FDM，于1989年申请了美国专利并创立了Stratasys公司，1992年推出第一台基于FDM技术的“3D Modeler”打印机。

经过二十余年的发展，3D打印机在工业领域已经有一定的应用基础。

随着计算能力、设计软件、新材料及互联网进步的不断推动，3D打印技术近年来发展迅速，应用领域不断拓宽，显示出巨大的发展潜力。

3D打印与传统制造业的最大区别在于产品成型的过程上。

在传统的制造业，整个制造流程一般需要经过开模具、铸造或锻造、切割、部件组装等过程成型。

3D打印则免去了复杂的过程，无需模具，一次成型。

因此，3D打印可以克服一些传统制造上无法达成的设计，制作出更复杂的结构。

随着技术的不断进步，3D打印在铸造精度上已经可以与传统方式相媲美，但是在大规模生产上，3D打印目前仍无法获得规模经济，在成本上和效率上不具优势。

因此，3D打印主要被应用于个性化、小批量和高精度的产品制造上。

1、技术原理

3D打印机又称三维打印机（3DP），是一种累积制造技术，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。

现阶段三维打印机被用来制造产品。

逐层打印的方式来构造物体的技术。

3D打印机的原理是把数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序把产品一层层造出来。

3D打印机堆叠薄层的形式有多种多样。

3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料，堆叠薄层的形式有多种多样，可用于打印的介质种类多样，从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。

有些打印机还能结合不同介质，令打印出来的物体一头坚硬而另一头柔软。

1、有些3D打印机使用“喷墨”的方式。

即使用打印机喷头将一层极薄的液态塑料物质喷涂在铸模托盘上，此涂层然后被置于紫外线下进行处理。

之后铸模托盘下降极小的距离，以供下一层堆叠上来。

2、还有的使用一种叫做“熔积成型”的技术，整个流程是在喷头内熔化塑料，然后通过沉积塑料纤维的方式才形成薄层。

　　3、还有一些系统使用一种叫做“激光烧结”的技术，以粉末微粒作为打印介质。

粉末微粒被喷撒在铸模托盘上形成一层极薄的粉末层，熔铸成指定形状，然后由喷出的液态粘合剂进行固化。

4、有的则是利用真空中的电子流熔化粉末微粒，当遇到包含孔洞及悬臂这样的复杂结构时，介质中就需要加入凝胶剂或其他物质以提供支撑或用来占据空间。

这部分粉末不会被熔铸，最后只需用水或气流冲洗掉支撑物便可形成孔隙。

2.用途

3D打印技术可用于珠宝，鞋类，工业设计，建筑，工程和施工（AEC），汽车，航空航天，牙科和医疗产业，教育，地理信息系统，土木工程，和许多其他领域。

常常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型或者用于一些产品的直接制造，意味着这项技术正在普及。

通过3D打印机也可以打印出食物，是3D打印机未来的发展方向。

3、大小与材料

本次实训我们使用的是桌面级3D打印机，其打印理论大小是200*200*250（mm）的规格，而实际大小控制在150*150*150（mm）。

打印所使用的材料有PLA与ABS两种，其材料特性分别为:

聚乳酸（PLA）是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。

机械性能及物理性能良好。

聚乳酸适用于吹塑、热塑等各种加工方法，加工方便，应用十分广泛。

相容性与可降解性良好。

聚乳酸在医药领域应用也非常广泛，如可生产一次性输液用具、免拆型手术缝合线等，低分子聚乳酸作药物缓释包装剂等。

ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS，SAN，BS的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。

ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。

ABS塑料一般是不透明的，外观呈浅象牙色、无毒、无味，兼有韧、硬、刚的特性，燃烧缓慢，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦，发出特殊的肉桂气味，但无熔融滴落现象。

打印ABS材料与打印PLA聚乳酸区別:

打印PLA時气味为棉花糖气味，不像ABS那样刺鼻子的不良气味

PLA可以在沒有加热床情况下打印大型零件模型而边角不会翘起。

PLA加工温度是200℃，ABS在220℃以上

PLA具有较低的收缩率，即使打印较大尺寸的模型时也表现良好

PLA具有较低的熔体强度，打印模型更容易塑形，表面光泽性优异，色彩艳丽

PLA是晶体，ABS是一种非晶体。

当你加热ABS时，会慢慢转换凝胶液体，不经过状态改变。

PLA像冰冻的水一样，直接从固体到液体。

因为没有相变，ABS不吸喷嘴的热能。

部分PLA，使喷嘴堵塞的风险更大。

所以本次实训我们所选用的材料为PLA。

4、打印过程

1）、三维设计

三维打印的设计过程是：

先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。

设计软件和打印机之间协作的标准文件格式是STL文件格式。

一个STL文件使用三角面来近似模拟物体的表面。

三角面越小其生成的表面分辨率越高。

PLY是一种通过扫描产生的三维文件的扫描器，其生成的VRML或者WRL文件经常被用作全彩打印的输入文件。

2）、切片处理

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，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。

这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品。

打印机打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米来计算的。

一般的厚度为100微米，即0.1毫米，也有部分打印机如ObjetConnex系列还有三维 Systems'ProJet系列可以打印出16微米薄的一层。

而平面方向则可以打印出跟激光打印机相近的分辨率。

打印出来的“墨水滴”的直径通常为50到100个微米。

用传统方法制造出一个模型通常需要数小时到数天，根据模型的尺寸以及复杂程度而定。

而用三维打印的技术则可以将时间缩短为数个小时，当然其是由打印机的性能以及模型的尺寸和复杂程度而定的。

传统的制造技术如注塑法可以以较低的成本大量制造聚合物产品，而三维打印技术则可以以更快，更有弹性以及更低成本的办法生产数量相对较少的产品。

一个桌面尺寸的三维打印机就可以满足设计者或概念开发小组制造模型的需要。

3）、完成打印

三维打印机的分辨率对大多数应用来说已经足够（在弯曲的表面可能会比较粗糙，像图像上的锯齿一样），要获得更高分辨率的物品可以通过如下方法：

先用当前的三维打印机打出稍大一点的物体，再稍微经过表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。

有些技术可以同时使用多种材料进行打印。

有些技术在打印的过程中还会用到支撑物，比如在打印出一些有倒挂状的物体时就需要用到一些易于除去的东西（如可溶的东西）作为支撑物。

5、发展前景

领域延伸

3D打印的优势在2011年被充分应用于生物医药领域，利用3D打印进行生物组织直接打印的概念日益受到推崇。

比较典型的包括Open3DP创新小组宣布3D打印在打印骨骼组织上的应用获得成功，利用3D打印技术制造人类骨骼组织的技术已经成熟；哈佛大学医学院的一个研究小组则成功研制了一款可以实现生物细胞打印的设备；另外，3D打印人体器官的尝试也正在研究中。

随着3D打印材料的多样化发展以及打印技术的革新，3D打印不仅在传统的制造行业体现出非凡的发展潜力，同时其魅力更延伸至食品制造、服装奢侈品、影视传媒以及教育等多个与人们生活息息相关的领域。

速度提升

在速度突破上，2011年，个人使用3D打印机的速度已突破了送丝速度300mm每秒的极限，达到350mm每秒。

在体积突破上，3D打印机体积为适合不同行业的需求，也呈现“轻盈”和“大尺寸”的多样化选择。

平台革新

基于3D打印民用化普及的趋势，3D打印的设计平台正从专业设计软件向简单设计应用发展，其中比较成熟的平台有基于WEB的3D设计平台3DTin，另外，微软、谷歌以及其他软件行业巨头也相继推出了基于各种开放平台的3D打印应用，大大降低了3D设计的门槛，甚至有的应用已经可以让普通用户通过类似玩乐高积木的方式设计3D模型.

色彩逼真

3D打印机的创造物除了色彩丰富之外也相当精美。

大多数创造物的最高分辨率为100微米。

但是我们能够以25微米的分辨率进行打印，创造出非常光洁的表面。

打印出色彩逼真而且没有任何毛刺的物体，其中一个有趣的推广就是家庭使用，当想要灯泡或者任何有着塑料支架的东西时，它们都可以打印出来。

家庭用户也可以使用打印机打印玩具和临时需要的东西，25微米的分辨率甚至可以让你使用足够牢固的材料来打印假牙。