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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 0^tF_."Y  
    c]&(h L  
    1.任何……无论多复杂的形状都非常容易成形 b- %7@j  
    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&@JF@_TI  
    3.即刻……因无需准备工具夹具等,可迅即开始加工 H=7dp%b"  
    4.自动……加工过程完全自动化,可完全无人运转 `7+?1 z  
    5.安静……无加工噪音,振动,无大量切屑 H`B%6S /  
    6.短期……可在短时间内制作模型,交货快,费用省 &# `d8}3D  
    nM\W a  
    RP种类 m[]p IXc(  
    vg *+>lbA  
    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: Xs*~ [k'  
    1.液态制程(Liquid Process) c[J#Hc8;  
    2.粉末制程(Power Process) V<nh+Q3<d  
    3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process) b&V=X{V4  
    4.纸层积制程(Paper Lauination Process) Za4 YD  
    5.面曝光制程(Solid Ground Curing) Qa(u+  
    6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing) >8 VfijK  
    Cg8{NNeD  
    1.液态制程(Liquid Process) i8u9~F   
    ';zLh  
    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: gO_^{>2  
    bAt!9uFn  
    (I)具有相当良好之表面质量,可以做为RTV模之母型 >PL/>   
    (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。 d<fS52~l  
    (3)材料收缩量很小,故成品之弯曲程度亦最低。 Ff%m.A8d,4  
    (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"。 {Yv |C)O  
    k $3.FO"  
    最佳应用范围: ) Q~Q .  
    [uZU p*.V  
    (1)以艺术用途为主要考虑之概念模型。 F_\\n#bv  
    (2)以复杂度、精度为主要考虑之成品。 P@ 1D  
    (3)需后续制程(如RTV模具)之母型。 f}nGWV%,  
    (4)某些快速仿制之应用。 ]^ZC^z;H  
    z[ IG+2  
    2.粉末制程(PowerProcess) /O/u5P{J  
    ;,@3bu>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: 9CUMqaY2  
    rx|/]NE;  
    (1)可快速交货(依成品大小区分,一般约在2一4天) s13Iu#  
    (2)不需支撑。 ^EZ)NG=e5  
    (3)可直接制造出金属件,同应用于塑料射出成形之暂用模。 tj{rSg7{  
    (4)可于表面涂布一层树脂增加成品强度。 (:M6*RV  
    V4/eGh_T  
    应用范围: /xj'Pq((}p  
    -V_e=Y<J/  
    (1)相当完美的概念模型且兼其部份功能性。 1[u{3lQ  
    (2)当表面粗度不是首要考置时可广泛被用于铸造之母型。 9Ni$nZN  
    (3)吹气成型模产品原型(如瓶子)。 C Hyb{:<  
    (4)功能测试用产品原型(如流场测试)。 G'}%m;-mt  
    ax'Dp{Q  
    3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process) aH,0+|  
    };29'_.."x  
    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: nb(#;3DQ  
    /0Zwgxt4?7  
    (1)操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。 4>$>XL1  
    (2)时效及成本效益极佳。 b>Vs5nY!  
    (3)材料之重量与感觉与ABS相近。 gaTI:SKzc  
    (4)材料缩小率低(约在0.005一0.008之间)。 q+|Dm<Ug  
    :%!=Ej.J  
    应用范围: vE6/B"b  
    $o {f)'.>n  
    (1)小齿轮,尤其是具有小齿者。 Lr40rLx;u  
    (2)小功能件。 C0KP,JS&  
    (3)薄壁小件。 tdZ:w  
    (4)造模用缩小比例件。 eEezd[p  
    cg$7`/U  
    4.纸层积制程(Paper Lauination Process) &$< S1  
    p.8G]pS  
    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+XZdV  
    ~`8`kk8  
    (1)系统购置成本低。 (p^q3\  
    (2)可在办公室环境下使用。 ;t[<!  
    (3)时效佳。  _U#ue  
    @qg=lt|(F  
    应用范围: &[23DrI8  
    L{<E'#@F  
    (1)设计确认模型。 Ms^,]Q1{  
    (2)翻砂铸造用母型。 EQu M|4$ix  
    n8R{LjJ2@  
    5.面曝光制程(Solid Ground Curing) c_HYB/'  
    ]5uCs[  
    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: ~;Xdz/  
    pA1Tod  
    (1)不需另增支撑。 |/YT.c%  
    (2)整层一次成型,时效佳。 qo$<&'r  
    (3)精度佳,约在0.1%左右。 0dXZd2oK@  
    Jw"'ZW#W  
    应用范围: vIz~B2%x  
    YujhpJ<  
    (1)最适需要多件原型之场合。 tw\/1wa.  
    (2)可用于需翻制模具之母型。 "d%":F(  
    (3)部份功能性需求之产品开发原型。 o`hF1*yp  
    (4)大型件。 %UgyGQeo  
    CW, Kw  
    6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing) M0"xDvQ  
     $p}7CP  
    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 BZ%%v  
    3mr9}P9;  
    (1)不须支撑者。 XZIj' a0d  
    (2)工作环境可适用于办公室。 C!~&c7  
    (3)时效佳。 O8 k$Uc  
    Q6"r^w Wx  
    应用范围: )P\ec  
    UT]LF#.(  
    (1)最适于设计确认。 ^EM##Ss_  
    (2)加工性之评估件。 DkQy.  
    sh E>gTe  
    RP应用实例 b.;F)(  
    ~{RXc+  
    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。 M nH4p  
    A GS?<6W-  
    RP 应用实例

    RP未来发展方向 U1J?o #(  
    G#3 O^,m  
    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: a&wl-  
    N\<M4 fn  
    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‥‥‥。 NC@OmSR\0  
    /_aFQ>.4n  
    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。 V. \do"m  
    |BF4 F5wC?  
    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!