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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 })[($$f/  
    [se^.[0,  
    1.任何……无论多复杂的形状都非常容易成形 %{C)1*M7  
    2.任谁……因无机器各部动作干涉问题,对操作者无熟练要求 YH\j@ ^n  
    3.即刻……因无需准备工具夹具等,可迅即开始加工 PZ,z15PG]  
    4.自动……加工过程完全自动化,可完全无人运转 9?EVQ  
    5.安静……无加工噪音,振动,无大量切屑 _]|Qec)  
    6.短期……可在短时间内制作模型,交货快,费用省 =_PvrB2'  
    PAZ$_eSK6  
    RP种类 0@pu@DP~  
    } ` T8A  
    自1987年美国3D Systems公司首先公开系统以来,各先进国家陆绩开发出各式各样的系统,大致可分成以下几大类: }U[-44r:  
    1.液态制程(Liquid Process) KDey(DN:  
    2.粉末制程(Power Process) f=`33m5  
    3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process) o| D^`Z  
    4.纸层积制程(Paper Lauination Process) 6>DLp}d  
    5.面曝光制程(Solid Ground Curing) Bo r7]#  
    6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing) J%Mnjk^_\S  
    S~3\3qt$  
    1.液态制程(Liquid Process) 6sB$<#  
    M{G xjmdx  
    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: 'jvpNn  
    2o5;Uz1{  
    (I)具有相当良好之表面质量,可以做为RTV模之母型 n?E}b$6  
    (2)原型实物可以很迅速、且轻易地修整到许多美术品模具母型所需之表面质量。 f z}?*vPW  
    (3)材料收缩量很小,故成品之弯曲程度亦最低。 Q$a  
    (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"。 KAc>-c<  
    ?)i1b\4Go  
    最佳应用范围: -BhTkoN)  
    4# )6.f~  
    (1)以艺术用途为主要考虑之概念模型。 P5?<_x0v4b  
    (2)以复杂度、精度为主要考虑之成品。 Qn=$8!Qqa  
    (3)需后续制程(如RTV模具)之母型。 4tJa-7  
    (4)某些快速仿制之应用。 ddDS=OfH  
    ({[,$dEa;  
    2.粉末制程(PowerProcess) js <Ww$zFW  
    SUE ~rb  
    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: yA;W/I4  
    DDw''  
    (1)可快速交货(依成品大小区分,一般约在2一4天) ::"E?CQLV  
    (2)不需支撑。 X9XI;c;b-  
    (3)可直接制造出金属件,同应用于塑料射出成形之暂用模。 >n$ !<  
    (4)可于表面涂布一层树脂增加成品强度。 D7Zm2Kj  
    ~V+l_ :  
    应用范围: n&!+wcJ;Yt  
    gx;O6S{  
    (1)相当完美的概念模型且兼其部份功能性。 P} r)wAt  
    (2)当表面粗度不是首要考置时可广泛被用于铸造之母型。 %Q4i%:Qi  
    (3)吹气成型模产品原型(如瓶子)。 *jCW.ZLY  
    (4)功能测试用产品原型(如流场测试)。 K ,isjh2  
    BSzkW}3q9  
    3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process) =2 jhII  
    ~&g a1r2v?  
    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: $f-hUOuyo  
    O#_x)13  
    (1)操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。 Kf.T\V4%  
    (2)时效及成本效益极佳。 -[]';f4]M  
    (3)材料之重量与感觉与ABS相近。 2 ZG@!Y|  
    (4)材料缩小率低(约在0.005一0.008之间)。 4/*q0M{}B  
    ` }8&E(<  
    应用范围: E%3TP_B3  
    y0IK,W'&?  
    (1)小齿轮,尤其是具有小齿者。 fL6e?\Pw  
    (2)小功能件。 Yc#IFmC}  
    (3)薄壁小件。 0I%: BT  
    (4)造模用缩小比例件。 n1J]p#nCa.  
    2`Gv5}LfyR  
    4.纸层积制程(Paper Lauination Process) Tr.hmGU  
    4#BRx#\O  
    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: Y25uU%6t_  
    !j^&gRH  
    (1)系统购置成本低。 6|=j+rScv  
    (2)可在办公室环境下使用。 hbfq]v*X  
    (3)时效佳。 "J19*<~  
    |NMO__l@  
    应用范围: S; /. %  
    oXgdLtsu  
    (1)设计确认模型。 >K)2NLW\xA  
    (2)翻砂铸造用母型。 kb #^lO  
    S/gm.?$V  
    5.面曝光制程(Solid Ground Curing) DxSsg  
    qX6D1X1_  
    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: 2wlKBSON  
    ,8VU&?`<}  
    (1)不需另增支撑。 AW8'RfC.  
    (2)整层一次成型,时效佳。 (Hp'B))2  
    (3)精度佳,约在0.1%左右。 $a#H,Xv#  
    .SS<MDcqIt  
    应用范围: Ix8$njp[  
    j43$]'-  
    (1)最适需要多件原型之场合。 =8JB8ZFP  
    (2)可用于需翻制模具之母型。 #R5U   
    (3)部份功能性需求之产品开发原型。 8Y{s;U0n  
    (4)大型件。 $c9k*3{<+A  
    u, kU$  
    6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing) J;QUPpH Z  
    K+d2m9C=  
    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: Qvqqvk_tv  
    2 y8~#*O  
    (1)不须支撑者。 I.V:q!4*  
    (2)工作环境可适用于办公室。 "/+zMLY  
    (3)时效佳。 ZFxLBb:  
    ,sQ93(Vo  
    应用范围: <$i4?)f(  
    wL{qD  
    (1)最适于设计确认。 :T@r*7hNT  
    (2)加工性之评估件。 ;L"!I3dM)  
    cxP&^,~  
    RP应用实例 p EusTP  
    ?IhB-fd>@  
    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。 p*qPcuAA  
    b{cU<;G)y.  
    RP 应用实例

    RP未来发展方向 ~~qWI>. 4  
    Sycw %k  
    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: GjT#%GBF  
    elO<a]hX  
    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‥‥‥。 )&W**!(C  
    bbN%$/d  
    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。 pGGmA;TC1  
    nzsl@1s  
    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!