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    [分享]RP基本原理及运用 [复制链接]

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    离线cyqdesign
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2006-10-22
    — 本帖被 cyqdesign 从 机械加工与制造 移动到本区(2010-12-09) —
    Rapid Phototyping 中文译为快速成型、快速造型或快速造形,主要是指运用某些特殊设计。此种技术可以将设计与原型加以连结,也就是可以将设计者的概念在计算机中建立模型,并利用 RP机器以层层堆栈的方式迅速制作出原型。其原理如图所示。

    RP制程的优点 iVUkM3  
    ([#4H3uO-  
    1.任何……无论多复杂的形状都非常容易成形 n>o0PtGxC  
    2.任谁……因无机器各部动作干涉问题,对操作者无熟练要求 _!K@( dl  
    3.即刻……因无需准备工具夹具等,可迅即开始加工 Y CBcyE}p  
    4.自动……加工过程完全自动化,可完全无人运转 o3ZqPk]al  
    5.安静……无加工噪音,振动,无大量切屑 5*#3v:l/9  
    6.短期……可在短时间内制作模型,交货快,费用省 j@guB:0  
    N t-8[J  
    RP种类 wvnuE<o8  
    +\ZaVi  
    自1987年美国3D Systems公司首先公开系统以来,各先进国家陆绩开发出各式各样的系统,大致可分成以下几大类: `,7;2ZG~O  
    1.液态制程(Liquid Process) tsWzM9Yf  
    2.粉末制程(Power Process) !xRboPg  
    3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process) }rKKIF^f\S  
    4.纸层积制程(Paper Lauination Process)  aj|gt  
    5.面曝光制程(Solid Ground Curing) >39\u &)  
    6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing) b]oPx8*'  
    xE"QX N  
    1.液态制程(Liquid Process) +8zC ol?j  
    T!ik"YZ@i  
    液态制程亦被称为光造形法(Stereo Lithography Apparatus),系以紫外线光束照射光硬化树脂,使被照射之树脂固化逐层堆栈。而制造出产品原型。目前使用此原理之RP系统包括,最早公开上市之SLA系统(美国3DSystems公司),日本的SOUP系统(CMET公司)及SCS系统(D-MEC公司)等10余种此类系统被开发并公开上市。截至目前该类系统占有RP市场的比例最高,以日本为例,前述三家公司之光造形系统即占有日本RP市场的70%以上。此类系统之加工原理如图所示。

    优点: < cUaIb;(4  
    |9;MP&68  
    (I)具有相当良好之表面质量,可以做为RTV模之母型 C%ZSsp u  
    (2)原型实物可以很迅速、且轻易地修整到许多美术品模具母型所需之表面质量。 fnJ!~b*qo  
    (3)材料收缩量很小,故成品之弯曲程度亦最低。 ln*_mM/Q%  
    (4)公差范围在±0.1%范围以内,而且在X、Y轴之公差更低,在5”之成品公差可控制在±0.003"之内,而缩水率约在每英吋±0.001"。 &f"kWOe$X  
    h4,S /n  
    最佳应用范围: 7.!`c-8 u  
    rv2 6vnJy"  
    (1)以艺术用途为主要考虑之概念模型。 9`| ^cL*6  
    (2)以复杂度、精度为主要考虑之成品。 =K`]$Og}8  
    (3)需后续制程(如RTV模具)之母型。 ?>}&,:U}   
    (4)某些快速仿制之应用。 &`}8Jz=S  
    >=VtL4K^  
    2.粉末制程(PowerProcess) QZO9CLX 8k  
    '>aj5tZ>R  
    此类制程系以雷射光照射烧结粉末状塑性材料或金属粉末,使其结合而成型,铺设粉未系以滚筒左、右滚动方式达成在工作平台上铺上一层、一层均匀的粉末。此类系统主要有美国DTM公司的SLS系统及德国EOS公司之Stereos系统等,其原理如图所示

    优点: O @)D%*;v  
    sR*.i?lN  
    (1)可快速交货(依成品大小区分,一般约在2一4天) T!3_Q/~^r  
    (2)不需支撑。 iO2%$Jw9\  
    (3)可直接制造出金属件,同应用于塑料射出成形之暂用模。 "<^]d~a_  
    (4)可于表面涂布一层树脂增加成品强度。 YgCSzW&(  
    /2jw]ekQ'  
    应用范围: <7X6ULQ  
    'H|=]n0  
    (1)相当完美的概念模型且兼其部份功能性。 kE*OjywN  
    (2)当表面粗度不是首要考置时可广泛被用于铸造之母型。 !-<PV  
    (3)吹气成型模产品原型(如瓶子)。 ry[NR$L/m  
    (4)功能测试用产品原型(如流场测试)。 qFwJ%(IQ  
    [(D^`K<b  
    3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process) @, %IVKg\  
    u''~nSR3&  
    此类系统传以加热头(Heated Head)熔化线状之热塑性材料,并从加热头经内喷嘴均匀挤出,遂层堆积成型。主要的系统有美国sratasys公司的FDM系统。其加工原理如图所示。

    优点: P{{U  
    *j/[5J0'M  
    (1)操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。 DAHQ7#qfQC  
    (2)时效及成本效益极佳。 lWe1Q#  
    (3)材料之重量与感觉与ABS相近。 +~]:oj  
    (4)材料缩小率低(约在0.005一0.008之间)。 <-%OXEG  
    qTd6UKg  
    应用范围: 0s+pcqOd^  
    qt&zo5  
    (1)小齿轮,尤其是具有小齿者。 CDRkH)~$  
    (2)小功能件。 hq[RU&\  
    (3)薄壁小件。 o*}--d? S  
    (4)造模用缩小比例件。 Qin;{8I0  
    7Ew.6!s#n1  
    4.纸层积制程(Paper Lauination Process) tM&;b?bJ[  
    -0R;C`(!  
    此类系统系以薄片材料(纸为主),经由雷射切割出每一层的形状,并加热粘合而成型,主要的系统有美国Helisys公司的LOM系统及日本Kira公司的Solid Centel系统等,其中Kira公司的系统可采用普通纸,且以特殊刀片切割形状,使用上更为方便且价格低廉,其加工原理如图所示。

    优点: ,U?W  
    I[$SVPe#  
    (1)系统购置成本低。 di,?`  
    (2)可在办公室环境下使用。 WymBjDos:  
    (3)时效佳。 SGUu\yS&s  
    Gi*GFv%xB  
    应用范围: XDM~H  
    (}:n#|,{M  
    (1)设计确认模型。 `*to( )  
    (2)翻砂铸造用母型。 (bBr O74lR  
    Bx&F*a;5  
    5.面曝光制程(Solid Ground Curing) ``j8T[g  
    7\e96+j|f  
    以色列的Cubita(公司开发的此种系统称为SGC系统,系以紫外线照射每一层断面形状而产生光罩,再以紫外线透过光罩之透明区域,使其下之树脂固化,未固化(阴暗区域)之树脂需去除后补上一层蜡,经机械加工整平后,再重复上述步骤,遂层堆积成型,其成型原理如图所示。

    优点: sKU?"|G81G  
    v?S~ =$.  
    (1)不需另增支撑。 LG6k KG  
    (2)整层一次成型,时效佳。 K,o@~fj  
    (3)精度佳,约在0.1%左右。 TA~YCj$  
    Js( "H  
    应用范围: 2-#:Y  
    Q*h%'oc`  
    (1)最适需要多件原型之场合。 SFdSA4D"  
    (2)可用于需翻制模具之母型。 `OP?[ f d  
    (3)部份功能性需求之产品开发原型。 zC[lPABQ  
    (4)大型件。 yxpDQ O~x  
    ^3:y<{J  
    6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing) 5|^{t00T~  
    $*Z Zh  
    此种制程系以类似喷墨式打印机之方式,将陶瓷或金属粉末喷洒在一基板,再由一喷嘴喷出黏结剂加黏结,最后逐层堆积成型。此类系统主要有MIT所发展的3-D Printing系统及Sanders Prototype之3D Plotting等……,其加工原理如图所示。

    优点: %C^%Oq_k  
    tEE1`10Mt  
    (1)不须支撑者。 7:>VH>?D  
    (2)工作环境可适用于办公室。 Zagj1 OV|  
    (3)时效佳。 5?()o}VjAO  
    NX5A{  
    应用范围: }CyS_Tc  
    on=I*?+R  
    (1)最适于设计确认。 >.]' N:5  
    (2)加工性之评估件。 w`?Rd  
    D]UqM<0Rz  
    RP应用实例 ,& ^vc_}  
    kQY+D1  
    快速原型技术乃是将复杂的计算机3D实体(如手工具本体及零组件)经软件处理切成2D的切片﹐各切层积层推迭后﹐经快速原型机快速制造实体原型之技术﹔快速模具技术为利用快速原型对象快速制作对象暂用模具之技术。自从1988年第一台商用RP机器开发以来﹐快速原型与快速模具技术被广泛应用于各大产业(尤其是汽机车及3C产业)的产品开发流程中﹐主要原因是这些技术发展已渐成熟而且应用成效良好﹐符合快速开发制造的目的。 V;V,G+0Re  
    cx(W{O"Jb  
    RP 应用实例

    RP未来发展方向 Q4&|^RLLG  
    7?O~3  
    RP系统正式开发上市后,短短数年间,各式各样的新系统,纷纷被开发上市、且发展呈相当多样化,更由于各种RP系统使用材料的不同、制程的不同、机体构造的不同…….等,导致各种RP系统各具特色。况且,使用者在选购RP系统时,亦有各种不同的用途及功能需求。因此,RP系统虽然各有优缺点,但却没有一套RP系统可以满足使用者的所有需求。一套RP系统对使用者是否适合,端视使用者的主要应用范围是否适合该套系统的功能特性而定。使用者在购买前应从多方面考虑 (使用材料特性、精度、生产速度、应用范围、成品强度等……)审核评估,才能找出最适合自己的系统。RP系统可趋向于二大类型式: qXQ/M]  
    1p[Z`m*9  
    高价型RP系统:具高精度,但价格昂贵,适合高应用之RP系统,如EOS、SOUP、SLA等‥‥‥。 V>2mz c  
    U =G^w L  
    廉价型RP系统:精度较差但价格低廉,可置在办公之桌上型3D Printer,主要用来做设计确认辅助之用。 ;Q0WCm\5  
    Qf}^x9'  
    未来发展趋势可分为新的成型方式、材料配方的开发及制程上的改善。在材料的配方上,期望能更快速的制造出更精确、机械性质更坚硬且可以后加工的原型,以满足直接可以有功能性运用的原型制作,甚至医学用模型的医学用材料开发。在制程上,成形扫瞄路径的持续研究,期望以较少的层数及扫瞄路径(较快的速度),加速原型的制作及减少原型的变形。例如自动调适的层厚设定(Adaptive Slicing)已经开始被重视,藉由对成型轴方向低钭率轮廓的变化,采用厚层成形以在相同精度要求下,缩短制作时间;弹性层加工以精密的轮廓构建及弹性的内部充填,大幅节省原型制作的时间。
     
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    只看该作者 1楼 发表于: 2006-10-25
    值得学习,谢谢!