快速成型技術(shù)-第二章薄形材料選擇性切割課件

快速成型技術(shù)及應(yīng)用上次課內(nèi)容回顧：1、光固化成型的原理；2、光固化成型的設(shè)備組成和個組成的作用；3、光固化成型過程；4、光固化成型精度問題；5、支持結(jié)構(gòu)問題；6、光固化成型特點(diǎn)。第二章

薄形材料選擇性切割(疊層實體制造工藝)

一.概述目前研究LOM工藝的有Helisys公司、華中科技大學(xué)、清華大學(xué)、Kira公司、Sparx公司和Kinergy公司。Helisys公司除原有的LPH、LPS、LPF三個系列紙材品種以外，還開發(fā)了塑料和復(fù)合材料品種。華中科技大學(xué)推出的HRP系列成形機(jī)和成形材料,具有較高的性價比。清華大學(xué)推出了SSM系列成型機(jī)及成型材料。二.LOM成形的基本組成及原理1.LOM成形的基本原理1).工作開始時，送料機(jī)構(gòu)把單面涂有熱溶膠的紙片一段段的送至工作臺的上方，熱壓滾筒將料壓平并粘在底層上；

2).激光束按計算機(jī)數(shù)據(jù)系統(tǒng)給出的信息指令，切出工件的截面形狀，并把周圍多余材料切碎。2.LOM成形系統(tǒng)的組成

LOM成形系統(tǒng)由計算機(jī)及控制軟件、原材料存儲及送料機(jī)構(gòu)、熱碾壓機(jī)構(gòu)、激光切割系統(tǒng)、可升降工作臺、數(shù)控系統(tǒng)、模型取出裝置和機(jī)架組成。激光切割系統(tǒng)

激光器的作用：切割作用對激光器的要求：1.激光器輸出的能量必須穩(wěn)定并能隨運(yùn)動速度的改變而改變。2.激光器能夠快速輸出和關(guān)閉。3.激光器能夠長時間連續(xù)工作。因此，在LOM快速成形系統(tǒng)中，激光切割單元應(yīng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、可自動控制、監(jiān)測、響應(yīng)快速、運(yùn)行可靠等功能，所以多選用CO2激光器。激光器電源多為開關(guān)電源。計算機(jī)及控制軟件

LOM成形用計算機(jī)為工業(yè)計算機(jī)，在計算機(jī)中配有如下控制軟件：1.STL格式文件的糾錯和修補(bǔ)文件用來標(biāo)識讀入的STL格式文件中三角形的錯誤，并由操作者修改。2.三維模型的切片軟件。用來對三維模型的STL格式文件，沿成形的高度方向，每隔一定的時間，自動提取截面的邊界輪廓信息。計算機(jī)及控制軟件4.激光光束寬度的自動補(bǔ)償軟件可以自動識別截面的內(nèi)、外輪廓邊界，根據(jù)激光的光束寬度（0.1～0.2mm），控制切割頭，相對理論內(nèi)、外輪廓邊界，自動向內(nèi)或向外偏移半個光束寬度，從而保證實際切出的輪廓邊界和理論輪廓邊界重合。原料存儲及送料機(jī)構(gòu)

依靠電機(jī)運(yùn)動，送進(jìn)成形所需的薄層材料，如紙片、塑料薄膜或復(fù)合材料等，每次送進(jìn)一個層厚的材料。熱黏壓機(jī)構(gòu)

利用步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動熱壓輥，使其在工作臺上往復(fù)運(yùn)動，這時熱壓輥上的發(fā)熱元件發(fā)熱，促使材料發(fā)生黏結(jié)。三.LOM成形用材料

LOM快速成形采用經(jīng)過快速處理的紙作原材料，這種紙由紙質(zhì)基底和涂覆在上面的一層黏結(jié)劑、改性添加劑組成。故其原材料為膠和紙；成本低，大約在人民幣50～60元/Kg。對紙的要求:(1)抗?jié)窈?保證不會因時間長而吸水,從而保證熱壓過程中不會因為水分的損失而產(chǎn)生變形(2)良好的侵潤性,保證良好的涂膠能力(3)抗拉強(qiáng)度好,保證在加工過程中不被拉斷(4)收縮率小,保證熱壓過程中不會因為水分的損失而產(chǎn)生變形剝離性好,容易打磨,穩(wěn)定性好對膠的要求:(1)良好的熱熔穩(wěn)定性(2)在反復(fù)的熱熔-固化條件下,具備好的物理和化學(xué)穩(wěn)定性(3)熔融狀態(tài)下與紙具有好的涂掛性及黏結(jié)性(4)與紙具有足夠的黏結(jié)強(qiáng)度(5)良好的廢料剝離分離性能四.工藝過程工藝過程也分為三個過程:前處理過程,疊層,后處理過程1.前處理過程:(1)CAD三維模型的造型,要求計算機(jī)軟件有很強(qiáng)的三維造型功能,包括實體造型以及表面造型.主要軟件有PRO/E,UGII等(2)三維模型切片處理:由于快速成型是按一層層疊加起來,故加工前要進(jìn)行切片,切片間隔的大小根據(jù)成型件精度和生產(chǎn)率的要求來確定,間隔越小,精度越高,但成型時間越長,否則反之.間隔的范圍為0.05-0.5mm.2.中處理過程(1)工藝參數(shù)主要參數(shù)有:激光切割速度:激光切割速度影響原型件表面質(zhì)量和制作時間,通常由激光器的規(guī)格決定加熱輥的溫度和壓力:有加工原型件的層面尺寸大小,紙張厚度和環(huán)境溫度確定激光能量:影響切割速度和紙張的厚度,通常切割速度和能量之間為拋物線的關(guān)系,如圖所示:

3.后處理過程主要包括:原型件的剝離,后固化,修補(bǔ),打磨,拋光,表面強(qiáng)化處理.其中有一道重要工序:表面涂覆起作用有:提高強(qiáng)度,提高耐熱性,抗?jié)裥?延長壽命等五.改善原型件的質(zhì)量方法成型件的精度主要取決于二維(X-Y)平面的加工精度和高度(Z)方向上的疊加精度,可以控制到微米級的水平,因而加工精度很高.但不只是機(jī)型的原因,還有其他的原因,導(dǎo)致加工精度只能控制在毫米級.,下面是幾種主要造成誤差的原因:(1)CAD模型前處理造成的誤差在早模型前及前處理階段,由于CAD是用有限的三角形的組合來逼近CAD模型表面的,從而回有一定的誤差,三角形越多,精度越高,但,控制處理數(shù)據(jù)增大,時間長,三角形數(shù)量越少,處理數(shù)據(jù)少,但加工精度不高.(4)成型之后的誤差主要有熱變形以及濕變形熱變形:只要是因為在高溫下加工,由于紙和膠的熱脹系數(shù)的不同,導(dǎo)致冷卻到室溫后,會發(fā)生變形濕變形:由于水分子的擴(kuò)散導(dǎo)致的變形人為后處理導(dǎo)致的變形六.提高精度的措施1.前處理過程的控制:CAD模型的制備以及切片的控制,主要是切片的多少選擇.2.模型的成型方向的選者,X-Y方向的精度比Z向好控制,故精度要求高的方向作為X-Y向.3.切片網(wǎng)格線的設(shè)定,在保證易剝離廢料的前提下,減小網(wǎng)格線的長度.4.濕熱變形可以用以下方法:成型完成后還施加一定的壓力,可以減少翹曲;充分冷卻后剝離廢料,讓廢料支撐工件,減少由于局部剛度不夠和結(jié)構(gòu)復(fù)雜引起的變形;即使進(jìn)行表面處理,增強(qiáng)制件的強(qiáng)度和防潮效果.七.LOM快速成形技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)一LOM快速成形技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)1.設(shè)備價格低廉（與SLA相比），采用小功率CO2激光器，成本低廉，使用壽命長，造型材料成本低。2.由于只需要使激光束沿著物體的輪廓進(jìn)行切割，無需掃描整個斷面，所以這是一個高速的快速原型工藝。常用于加工內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單的大型零件，體積越大，效率越高。LOM快速成形技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)3.加工后零件可以直接使用，無需進(jìn)行后固化；4.無需設(shè)計和構(gòu)建支撐結(jié)構(gòu)；5.易于使用，無環(huán)境污染；6.制件有較高的力學(xué)性能，可進(jìn)行切削加工；7.制件精度高；8.操作方便LOM快速成形技術(shù)的缺點(diǎn)1.不能直接制作塑料產(chǎn)品；2.工件抗拉強(qiáng)度和彈性不好；3.表面比較粗糙，工件表面有明顯的臺階紋，成型后要進(jìn)行打磨；且紙制零件很容易吸潮，必須立即進(jìn)行后處理、上漆；4.難以構(gòu)建精細(xì)形狀的零件，即僅限于結(jié)構(gòu)簡單的零件。LOM快速成形技術(shù)的缺點(diǎn)5.由于難以（雖然并非不可能）去除里面的廢料，該工藝不宜構(gòu)建內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件。6.當(dāng)加工室的溫度過高時常有火災(zāi)發(fā)生，因此，工作過程中需要專職人員職守。八.LOM快速成形技術(shù)的應(yīng)用

LOM快速原型工藝適合制作大中型原型件，翹曲變形較小，尺寸精度較高，成型時間較短，激光器使用壽命長，制成件有良好的機(jī)械性能，適合于產(chǎn)品設(shè)計的概念建模和功能性測試零件，