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    [分享]RP基本原理及运用 [复制链接]

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    只看楼主 正序阅读 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 T t>8?  
    +nT'I!//  
    1.任何……无论多复杂的形状都非常容易成形 Tc+gdo>G  
    2.任谁……因无机器各部动作干涉问题,对操作者无熟练要求 JO@|*/mL  
    3.即刻……因无需准备工具夹具等,可迅即开始加工 ez9 q7SpA  
    4.自动……加工过程完全自动化,可完全无人运转 Kb^>-[Yx  
    5.安静……无加工噪音,振动,无大量切屑 _A0mxq  
    6.短期……可在短时间内制作模型,交货快,费用省 NzW`B^p  
    U-^[lWn[@4  
    RP种类 v<9&B94z  
    c   c  
    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: w%zRHf8C  
    1.液态制程(Liquid Process) A4QcQ"  
    2.粉末制程(Power Process) 1+7GUSIb  
    3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process) SAY f'[|w  
    4.纸层积制程(Paper Lauination Process) 99EXo+g  
    5.面曝光制程(Solid Ground Curing) 28OWNS M=  
    6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing) 178Mb\8  
    Ap$y%6  
    1.液态制程(Liquid Process) tW;:-  
    #pHs@uvO  
    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: vEG'HOP  
    p*l$Wj  
    (I)具有相当良好之表面质量,可以做为RTV模之母型 4"= Vq5  
    (2)原型实物可以很迅速、且轻易地修整到许多美术品模具母型所需之表面质量。 #Z~C`n u  
    (3)材料收缩量很小,故成品之弯曲程度亦最低。 ?U7) XvQ  
    (4)公差范围在±0.1%范围以内,而且在X、Y轴之公差更低,在5”之成品公差可控制在±0.003"之内,而缩水率约在每英吋±0.001"。 ` rm?a0  
    HvxJj+X9  
    最佳应用范围: 2ij# H ;  
    j'p1q  
    (1)以艺术用途为主要考虑之概念模型。 z}Jr^>  
    (2)以复杂度、精度为主要考虑之成品。 |3? 8)z\n  
    (3)需后续制程(如RTV模具)之母型。 rbqo"g`  
    (4)某些快速仿制之应用。 V,ZY*f0  
    23DJV);g8  
    2.粉末制程(PowerProcess) V^il$'  
    Vga-@  
    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: /Y^8SO4  
    W2wpcc  
    (1)可快速交货(依成品大小区分,一般约在2一4天) lnbmoHv  
    (2)不需支撑。 qO`qJ/  
    (3)可直接制造出金属件,同应用于塑料射出成形之暂用模。 kD.pzx EM  
    (4)可于表面涂布一层树脂增加成品强度。 "zZI S6j  
    xU9@$am  
    应用范围: } PeZO!K  
    v@EQ^C2.&  
    (1)相当完美的概念模型且兼其部份功能性。 bZipm(e  
    (2)当表面粗度不是首要考置时可广泛被用于铸造之母型。 $1*3!}_0  
    (3)吹气成型模产品原型(如瓶子)。 RM*f|j  
    (4)功能测试用产品原型(如流场测试)。 $GF]/;\m  
    KhM.Tc  
    3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process) '5H4z7)  
    (%< 'A  
    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: ^lO76Dz~a  
    W."f 8ow  
    (1)操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。 G{c#\?12C  
    (2)时效及成本效益极佳。 \3PE+$  
    (3)材料之重量与感觉与ABS相近。 LP`CS849z2  
    (4)材料缩小率低(约在0.005一0.008之间)。 [N|xzMe  
    ehOs9b  
    应用范围: u.6P-yh  
    T{S4|G1R6  
    (1)小齿轮,尤其是具有小齿者。 ` Q9+k<  
    (2)小功能件。 yr4ou  
    (3)薄壁小件。 Zg $Tf  
    (4)造模用缩小比例件。 [b`6v`x  
    Q\#UWsN(T/  
    4.纸层积制程(Paper Lauination Process) x N`T  
    #%cR%Z  
    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: `-D$Fsl  
    #?m{YT{P  
    (1)系统购置成本低。 ?'2 v.5TQt  
    (2)可在办公室环境下使用。 |s`Kd-'|q  
    (3)时效佳。 J~dTVBx  
    NW De-<fQ  
    应用范围: ylkqhs&  
    aQh?}=da  
    (1)设计确认模型。 Mdky^;qq3;  
    (2)翻砂铸造用母型。 MF|*AB|E  
    !Mil?^  
    5.面曝光制程(Solid Ground Curing) {_as!5l  
    6!RikEAh  
    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: xOM_R2Md  
    L?.7\a@  
    (1)不需另增支撑。 IQoH@l&Xk  
    (2)整层一次成型,时效佳。 2H>aC wfX  
    (3)精度佳,约在0.1%左右。 /h-6CR Ka  
    1t%<5O;R  
    应用范围: &vkp?UH  
    ?w8p LE~E  
    (1)最适需要多件原型之场合。 9;pzzZ  
    (2)可用于需翻制模具之母型。 &@"w-M  
    (3)部份功能性需求之产品开发原型。 [>wzl"cHW  
    (4)大型件。 !*8#jy  
    uc\.oG;~q  
    6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing) X,&xhSzg?  
    i&1U4q  
    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: L-MiaKcL  
    9Yd-m  
    (1)不须支撑者。 6_Fpca3L  
    (2)工作环境可适用于办公室。 @n>{&^-c  
    (3)时效佳。 b_ypsGE]5!  
    .u&|e  
    应用范围:  .?70=8{  
    FE>3 D1\  
    (1)最适于设计确认。 tb:    
    (2)加工性之评估件。 sb`&bA;i  
    N*HH,m&  
    RP应用实例 5a8JVDLX^  
    "h QV9 [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。 +tPx0>p;  
    vT&j{2U7XW  
    RP 应用实例

    RP未来发展方向 ^P]?3U\nj  
    'n>EEQyp'  
    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: (21']x  
    r(pwOOx  
    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‥‥‥。 Ii,~HH  
    !-F^VGD(8  
    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。 C{8i7D  
    P"oYC$  
    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!