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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  %W(^6p!  
    iZC>)&ax  
    1.任何……无论多复杂的形状都非常容易成形 H*GlWgfG  
    2.任谁……因无机器各部动作干涉问题,对操作者无熟练要求 Cb4_ ?OR0  
    3.即刻……因无需准备工具夹具等,可迅即开始加工 00"CC  
    4.自动……加工过程完全自动化,可完全无人运转 b(/j\NWC  
    5.安静……无加工噪音,振动,无大量切屑 7aV$YuL)X~  
    6.短期……可在短时间内制作模型,交货快,费用省 }4Zkf<#7$  
    UAdz-)$  
    RP种类 k; ;viT  
    B4IBuS  
    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: &m'?*O |  
    1.液态制程(Liquid Process) GKCM|Y  
    2.粉末制程(Power Process) V n^)  
    3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process) ^}hJL7O'  
    4.纸层积制程(Paper Lauination Process) ndqckT@93  
    5.面曝光制程(Solid Ground Curing) 7H4L-J3  
    6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing) +^Fp&K+^  
    7N| AA^I  
    1.液态制程(Liquid Process) d @m\f  
    5} G:D  
    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: mf$Sa58  
    *U_S1>0n  
    (I)具有相当良好之表面质量,可以做为RTV模之母型 L1:nfH&:'  
    (2)原型实物可以很迅速、且轻易地修整到许多美术品模具母型所需之表面质量。 P<vo;96JT  
    (3)材料收缩量很小,故成品之弯曲程度亦最低。 ;I+H>$%jZ  
    (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"。 Xo\S9,s{  
    fCg@FHS&^  
    最佳应用范围: _W}(!TKO  
    $T?]+2,6;  
    (1)以艺术用途为主要考虑之概念模型。 +mLD/gK`  
    (2)以复杂度、精度为主要考虑之成品。 zSKKr?{  
    (3)需后续制程(如RTV模具)之母型。 JYQ.EAsr!  
    (4)某些快速仿制之应用。 >nK%^T  
    Y[@0qc3UO  
    2.粉末制程(PowerProcess) O>%$q8x@i  
    9n"V\e_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: C B/r]+4  
    2QL?]Vo  
    (1)可快速交货(依成品大小区分,一般约在2一4天) +j.qZ8  
    (2)不需支撑。 t0.;nv@A0  
    (3)可直接制造出金属件,同应用于塑料射出成形之暂用模。 e}e6r3faz  
    (4)可于表面涂布一层树脂增加成品强度。 y6FKg)  
    _4v"")Xe  
    应用范围: 8ljuc5,J  
    -=a[J;'q  
    (1)相当完美的概念模型且兼其部份功能性。 YQ7@D]#  
    (2)当表面粗度不是首要考置时可广泛被用于铸造之母型。 V'I T1~  
    (3)吹气成型模产品原型(如瓶子)。 e1UITjy  
    (4)功能测试用产品原型(如流场测试)。 </=3g>9Z  
    H99xZxHZ{  
    3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process) v%nP*i9  
    'g hys1H  
    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: M*(H)i;s:w  
    7&foEJ3q  
    (1)操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。 uXpv*i {R  
    (2)时效及成本效益极佳。 R5ZIC4p  
    (3)材料之重量与感觉与ABS相近。 ;{gT=,KQ`  
    (4)材料缩小率低(约在0.005一0.008之间)。 x[x(y{&~  
    (:n|v%  
    应用范围: Ha218Hy0W  
    lE'wfUb  
    (1)小齿轮,尤其是具有小齿者。 qnXTNs ?b  
    (2)小功能件。 P#;Th8k{K2  
    (3)薄壁小件。 j^nu|  
    (4)造模用缩小比例件。 ~b6GrY"vB  
    ^1 ;BiQ  
    4.纸层积制程(Paper Lauination Process) =?/&u<  
    Mq'IkSt'  
    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: :j,}{)5=  
    9yL6W'B!  
    (1)系统购置成本低。 > c:Zx!  
    (2)可在办公室环境下使用。 l'uOORI  
    (3)时效佳。 3AeH7g4<  
    J^:n* C  
    应用范围: 9.s,:?5e  
    dB7ZT0L\  
    (1)设计确认模型。 Ww`&i  
    (2)翻砂铸造用母型。 KUKI qAA  
    R6P\T\~E  
    5.面曝光制程(Solid Ground Curing) niz'b]] +  
    $r15gfne>  
    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: ShGp^xVj  
    iRt*A6`m+  
    (1)不需另增支撑。 z_n \5.  
    (2)整层一次成型,时效佳。 3{RL \gh$"  
    (3)精度佳,约在0.1%左右。 EO:avH.*0  
    !y[3]8Xxv  
    应用范围: X8R1a?  
    ;;Tq$#vd  
    (1)最适需要多件原型之场合。 vyU!+mlc  
    (2)可用于需翻制模具之母型。 Yt{&rPv,  
    (3)部份功能性需求之产品开发原型。 QBihpA 1;  
    (4)大型件。 m\-PU z&C  
    >lLo4M 3  
    6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing) B^q<2S;  
    \fi}Q\|C  
    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: P }Te"Y  
    2 Y+:,ud\  
    (1)不须支撑者。  }_%P6  
    (2)工作环境可适用于办公室。 Qxq-Mpx{  
    (3)时效佳。 E9$H nj+m  
    L~&" aF/b  
    应用范围: eY}V9*.v  
    Pa&4)OD  
    (1)最适于设计确认。 j^ EbO3  
    (2)加工性之评估件。 28UVDG1?  
    s MZ[d\  
    RP应用实例 J?D\$u:  
    s|2}2<+  
    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。 kUbnVF5'  
    XwPx9+b6j  
    RP 应用实例

    RP未来发展方向 c-*2dV[@  
    ;_tO+xL&  
    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: 38Efp$)  
    Ue7 6py9  
    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‥‥‥。 %?=)!;[  
    RL&lKHA  
    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。 OKPJuV`y6  
    % rcFT_  
    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!