快速成形复习题.docx

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快速成形复习题

1、快速成形技术的概念

从成形原理上提出一个分层制造、逐层叠加成形的全新思维模式，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，快速成形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，成形各个截面轮廓，并逐步顺序叠加成三维工件。

2、快速制模技术的概念

快速制模技术就是以快速成形技术制造的快速原形零件为母模，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。

3、构造三维模型的方法

（1）应用计算机三维设计软件，根据产品的要求设计三维模型；

（2）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；

（3）仿制产品时，应用反求设备和反求软件，得到产品的三维模型；

（4）利用Internet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。

4、STL格式文件及其规则

由于产品上往往有一些不规则的自由曲面，为方便地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，经过近似处理的三维模型文件称为STL格式文件。

规则：

（1）共顶点规则：

每个平面小三角形必须与每个相邻的平面小三角形共用两个顶点，即一个平面小三角形的顶点不呢落在相邻的任何一个平面小三角形的边上

（2）取向规则：

用平面小三角形中的顶点排序来确定其所表达的表面是内表面或外表面，逆时针的顶点排序表示该表面为外表面，顺时针的顶点排序表示该表面为内表面。

相邻的小三角形平面不能出现取向矛盾

（3）取值规则：

每个小三角形平面的顶点坐标值必须是正数，零或负数都是错误的

（4）合法实体规则：

STL格式文件不得违反合法实体规则，又称充满规则，即在三维模型的所有表面上，必须布满小三角形平面，不得有任何遗漏（即不能有裂缝或孔洞）；不能有厚度为零的区域；外表面不能从其本身穿过

5、快速成形的全过程包括哪些阶段

（1）前处理

（2）分层叠加成形

（3）后处理

6、后固化及其内容

胶粘剂在常温下达到完全固化后,分子间反映应基本停止，.此时将涂层加热并保持恒温一段时间荡,分子反应还会继续,密度不断增加,这一过程称作后固化.

内容：

当成形过程中零件实体内部的树脂没有完全固化（表现为零件较软），还需要将整个零件放置在专门的后固化装置中进行紫外光照射，以使残留的液态树脂完全固化

7、SLA快速成形的基本过程

（1）制造数据的获取（CAD模型离散）

（2）层准备（再涂层）（3）层固化（激光束扫描液面）（4）层层堆积（激光束扫描液面）（5）后处理（卸除支撑结构、清洗零件及其他）

8、快速成形的主要切片形式

（1）STL切片

（2）容错切片（3）适应性切片（4）直接适应性切片（5）直接切片

9、SLA工艺常用的支撑

（1）角板支撑

（2）投射特征边支撑（3）单臂板支撑（4）臂板结构支撑（5）柱形支撑

10、四种常用快速成形工艺的结构、原理及其每部分结构的作用（看图分析）

结构：

1、液态光固化聚合物选择性固化成形（SLA）

2、粉末材料选择性烧结成形（SLS）

3、薄形材料选择性切割成形（LOM）

4、丝状材料选择性熔覆成形（FDM）

原理：

1（SLA）：

在扫描系统的控制下，激光器发出的激光束聚焦于液槽中的液态光固化聚合物的上表面，并沿此面作X-Y方向的扫描运动，被扫描到的液态固化聚合物迅速固化，形成一层固态截面轮廓，然后工作台下移一个层厚的距离，在原固化好的表面再敷上一层新的液态树脂，用刮刀器刮平其表面，进行下一层的扫描加工，同时将新固化的一层牢固的粘结在前一层上，如此操作至整个零件的制造完毕。

2、SLS工艺是利用粉末状材料成形的。

成形时先在工作台上用辊筒铺一层加热至略低于熔化温度的粉末材料，激光束在计算机控制下，对实心部分粉末进行扫描，使粉末颗粒交界处熔化，粉末相互粘结，从而得到本层轮廓。

在非烧结区的粉末仍呈松散状，作为工件和下一层粉末的支撑。

3（LOM）：

原材料储存及送进机构价格原材料搜狗之工作台上方，热粘压机构将一层层元擦里粘合在一起，激光切割系统按照计算机搜给的截面轮廓信息，逐一切割出每一层的轮廓，并将无轮廓区切割成细小网格。

4（FDM）：

加热喷头在计算机的控制下，作X,Y方向的平面运动及高度Z方向运动丝状热塑性材料由供丝机构至喷头，并在喷头中加热至熔融态，然后选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成截面轮廓，逐层往复，形成工件。

作用：

1、SLA（激光器）作用是产生激光、（液槽）作用是盛放光敏树脂、（升降台）作用是控制成形工件的升降（刮刀）作用是保证新一层树脂迅速、均匀的涂覆在已固化的层上，保证每一层厚度均匀、（数字控制系统和数字软件）作用是①使CAD模型转化成适合于立体印刷成形的文件格式，即STL格式，然后对模型进行平面分层，得到每一个截面的形状；②控制激光器、激光束扫描装置、升降台、刮刀的运动。

1、SLS（激光器）、（工作台）、（辊筒）作用是铺一层加热至略低于熔化温度的粉末材料、（供粉箱）作用是提供成形所需的粉末原料

2、LOM（计算机）作用是用于接受和存储工件的三维模型、（原料存储及送进机构）作用是将存于其中的原材料（如底面有热熔胶和添加剂的纸），逐步送至工作台的上方、（热粘压机构）作用是将一层层成形材料粘合在一起、（激光切割系统）作用是按照计算机截取的轮廓信息，逐一在工作台上方的材料上切割出每一层截面轮廓，并将无轮廓区切割成小网格、（可升降工作台）、（数控系统）作用是执行计算机发出的指令，使材料逐步送进至工作台上方，然后粘合、切割，最终形成三维工件、（模型取出装置）作用是方便地卸下已成形的模型、（机架）作用是整个机器的支撑。

3、FDM（供丝机构）作用是将丝状热塑性材料送至喷头、（丝状材料）作用是被选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成截面轮廓、（加热喷头）作用是将丝状材料加热至熔融态。

11、四种常用快速成形方式及其所用的成形材料

①液态光固化聚化物选择性固化成形（SLA）。

作用的成形材料：

齐聚物、反应性稀释剂以及光引发剂。

而根据引发剂的引发原理，光固化树脂可以氛围三类：

自由基光固化树脂、阳离子光固化树脂和混杂型光固化树脂（SLA工艺的新型材料）

②粉末材料选择性烧结成形（SLS）。

作用的成形材料：

各种粉末，如金属、陶瓷、石蜡以及聚合物的粉末，如尼龙粉、覆裹尼龙的玻璃粉、聚碳酸酯粉、聚酰胺粉、金属粉（成形后常需要进行再烧结和渗铜处理）、覆裹热凝树脂的细沙、覆蜡陶瓷粉和覆蜡金属等，近年来更多的采用复合粉末。

③薄形材料选择性切割成形（LOM）。

作用的成形材料：

热熔胶和添加剂的纸。

④丝状材料选择性熔覆成形（FDM）。

作用的成形材料：

ABS以及MABS塑料丝、蜡丝、聚稀烃数值、尼龙丝、聚酰胺丝。

12、SLS工艺的粉末粒度

粉体等级

粒度范围

粉体

大于10mm

粉粒

100μm~10mm

粉末

1~100μm

细粉末或微粉末

10nm~1μm

超微粉末

小于1nm

13、几种快速成形工艺中常用激光器的类型

SLA成形工艺中用的激光器为紫外（UV）激光器，如氦镉（He-Cd）激光器、氩离子（Argon）激光器和固态激光器，其功率一般为10~200mW，波长为320~370nm（处于中紫外至近紫外波段）。

SLS成形工艺采用50~200WCO2激光器（或Nd：

YAG激光器，波长一般为1.06μm。

既1060nm，处于近红外波段）。

14、四种常用快速成形的特点（主要是选择与判断）

（1）SLA的特点：

①可成形任意复杂形状零件

②零件的成形周期与其复杂程度无关

③成形精度高，可成形精细结构

④成形过程高度自动化

⑤成形效率高

⑥成形材料利用率接近100%

⑦成形无需刀具、夹具、工装等生产准备，不需要高水平的技术工人，成形件强度高

⑧彻底解决了CAD造型中看得见、摸不着的问题

（2）SLS的特点：

①材料范围广，开发前景好

②制造工艺简单，柔性度高

③精度高，材料利用率高

④材料价格便宜，成本低

⑤应用面广，生产周期短

（3）LOM的特点：

①原型零件精度高

②制件能承受高达200度的温度，有较高的硬度和较好的力学性能，可进行各种切削加工

③无需后固化处理

④工件外框与截面轮廓间的多余材料在加工中起到了支持作用

⑤制件尺寸大

⑥在中国有原材料

⑦可靠性高，寿命长

⑧操作方便

（4）FDM的特点：

①操作简单

②成形材料广泛

③成形速度快

④可以成形任意复杂程度的零件

⑤原材料利用率高，无环境污染

⑥制件翘曲变形小，支撑去除简单

15、LOM涂布工艺

涂布工艺包括涂布形状和涂布厚度两个方面。

涂布形状指的是采用均匀式涂布还是非均匀式涂布。

均匀式涂布采用狭缝式刮板进行涂布，非均匀式涂布有条纹式和颗粒式。

非均匀式涂布可以减小应力集中，但涂布设备较贵。

涂布厚度值得是在纸材上涂多厚的胶。

在保证可靠粘结的情况下，尽可能涂得薄一些，这样可以减少变形、溢胶和错位。

16、RP技术三个阶段各自的主要内容

（1）前处理：

包括工件三维模型的构造、三维模型的近似处理、快速成形方向的选择、三维模型的切片处理

（2）分层叠加成形：

是快速成形的核心，包括模型截面轮廓的制作、截面轮廓的叠加

（3）后处理：

包括原形零件的剥离、后固化、修补、打磨、抛光、表面强化处理等

17、TDP工艺的结构、原理

结构：

由XYZ轴运动系统、喷头结构、数控模块和工作环境模块组成。

原理：

首先铺粉或铺基底薄层，按照原型零件分层截面轮廓，喷头在每一层铺好的材料上有选择的喷射粘结剂，喷过粘结剂的材料被粘结在一起，其他地方仍为松散粉末，层层粘结后去除多余底料就得到一个三维实体。

18、快速成形方向的选择主要考虑哪些因素

（1）成形方向对工件品质的影响

（2）成形方向对材料成本的影响（3）成形方向对制作时间的影响。

19、硅胶模及其制作方法

硅胶模由于具有良好的柔性和弹性，对于结构复杂、花纹精细、无拔模斜度或具有倒拔模斜度以及具有深凹槽的零件来说，在制作浇注完成后均可直接取出，这是硅橡胶模具相对于其他模具来说具有的独特优点，同时由于硅橡胶具有耐高温的性能和良好的复制性和脱模性，因此它在塑料制件和低合金件的制作中具有广泛的用途。

它的制作方法主要有2种：

一是真空浇注法（而根据硅橡胶的种类、零件的复杂程度和分型面的形状规则情况又可分为：

1.刀割分型面制作法2.哈夫式制作法），一是简便浇注法。

20、金属电弧喷涂制模的结构、原理及其熔滴的特点

结构：

包括电弧喷涂枪、送丝机构、油水分离器、冷却装置、空气压缩机、电弧喷涂电源等。

原理：

利用喷涂金属丝端部产生的电弧来直接熔化喷涂金属，然后用压缩空气流对熔化的喷涂金属进行雾化、喷射，从而在原型表面形成涂层。

熔滴特点：

直径尺寸分布在几十微米到几百微米不等，凝固速度在1/8000s左右，飞行速度约为70m/s。