快速成型技術(shù)與試題-答案

1、試卷1、 填空題1. 快速成型技術(shù)是由計算機(jī)輔助設(shè)計及制造技術(shù)、逆向工程技術(shù)、分層制造技術(shù)(SFF)、材料去除成形(MPR)、材料增加成形(MAP)技術(shù)等若干先進(jìn)技術(shù)集成的；2.3. 快速成型技術(shù)的主要優(yōu)點包括成本低，制造速度快，環(huán)保節(jié)能，適用于新產(chǎn)品開發(fā)和單間零件生產(chǎn)等4. 光固化樹脂成型（SLA）的成型效率主要與掃描速度，掃描間隙，激光功率等因素有關(guān)5. 快速成型技術(shù)的英文名稱為：Rapid Prototyping Manufacturing（RPM），其目前也被稱為：3D打印，增材制造；6. 選擇性激光燒結(jié)成型工藝（SLS）可成型的材料包括塑料，陶瓷，金屬等；7. 選擇性激光燒結(jié)成型工藝

2、（SLS）工藝參數(shù)主要包括分層厚度，掃描速度，體積成型率，聚焦光斑直徑等；8. 快速成型過程總體上分為三個步驟，包括：數(shù)據(jù)前處理，分層疊加成型（自由成型），后處理；9. 快速成型技術(shù)的特點主要包括原型的復(fù)制性、互換性高，加工周期短，成本低，高度技術(shù)集成等；10. 快速成型技術(shù)的未來發(fā)展趨勢包括：開發(fā)性能好的快速成型材料，改善快速成形系統(tǒng)的可靠性，提高其生產(chǎn)率和制作大件能力，優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，開發(fā)新的成形能源，快速成形方法和工藝的改進(jìn)和創(chuàng)新，提高網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)的研究力度，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制等；11. 光固化快速成型工藝中，其中前處理施加支撐工藝需要添加支撐結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)的主要作用是防止翹曲變形，作為支撐保證形

3、狀；2、 術(shù)語解釋1. STL數(shù)據(jù)模型 是由3D SYSTEMS 公司于1988 年制定的一個接口協(xié)議，是一種為快速原型制造技術(shù)服務(wù)的三維圖形文件格式。STL 文件由多個三角形面片的定義組成，每個三角形面片的定義包括三角形各個定點的三維坐標(biāo)及三角形面片的法矢量。stl 文件是在計算機(jī)圖形應(yīng)用系統(tǒng)中，用于表示三角形網(wǎng)格的一種文件格式。 它的文件格式非常簡單， 應(yīng)用很廣泛。STL是最多快速原型系統(tǒng)所應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)文件類型。STL是用三角網(wǎng)格來表現(xiàn)3D CAD模型。STL只能用來表示封閉的面或者體，stl文件有兩種：一種是ASCII明碼格式，另一種是二進(jìn)制格式。2. 快速成型精度包括哪幾部分 原型的精度

4、一般包括形狀精度，尺寸精度和表面精度，即光固化成型件在形狀、尺寸和表面相互位置三個方面與設(shè)計要求的符合程度。形狀誤差主要有：翹曲、扭曲變形、橢圓度誤差及局部缺陷等；尺寸誤差是指成型件與CAD模型相比，在x、y、z三個方向上尺寸相差值；表面精度主要包括由疊層累加產(chǎn)生的臺階誤差及表面粗糙度等。3. 階梯誤差 由于快速成型技術(shù)的成型原理是逐層疊加成型，因此不可避免地會產(chǎn)生臺階效應(yīng)，使得零件的表面只是原CAD模型表面的一個階梯近似（除水平和垂直表面外），導(dǎo)致原型產(chǎn)生形狀和尺寸上的誤差。4. 擺放方位 擺放方位是指成型零件的成型的第一層與最后一層的選擇，影響到成型零件的表面質(zhì)量與后續(xù)支撐的施加。5. 三

5、維打印快速成型（3DP） 三維打印快速成型工藝是以某種噴頭作為成型源，其運(yùn)動方式與噴墨打印機(jī)的打印頭類似，在臺面上做X-Y平面運(yùn)動，所不同的是噴頭噴出的不是傳統(tǒng)噴墨打印機(jī)的墨水，而是粘結(jié)劑、熔融材料或光敏材料等，基于快速成型技術(shù)基本的堆積建造模式，實現(xiàn)原型的快速制作。根據(jù)使用材料或固化方式不同，3DP快速成型技術(shù)可分為粉末材料三維噴涂粘結(jié)成型、熔融材料噴墨三維打印成型兩大類工藝。6. 翹曲變形 光固化成型工藝中，液態(tài)光敏樹脂在固化過程中都會發(fā)生收縮，收縮會在公件內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，沿層厚從正在固化的層表面向下，隨固化程度不同，層內(nèi)應(yīng)力呈梯度分布。在層與層之間，新固化層收縮時要受到層間粘合力限制。層內(nèi)

6、應(yīng)力和層間應(yīng)力的合力作用致使工件產(chǎn)生翹曲變形。3、 簡答題3.1快速成型方法主要包括哪幾種（寫出5種），這幾種方法的英文全稱及縮寫是什么？ 所有的快速成型工藝方法都是一層一層地制造零件，區(qū)別是制造每一層的方法和材料不同而已SLA 光固化成型法Stereo Lithography Apparatus 將激光聚焦到液態(tài)材料如光固化樹脂表面根據(jù)CAD模型令其有規(guī)律的固化，由點到線，由線到面完成一個層面的制造，然后升降平臺移動一個層片厚度的距離重新覆蓋一層液體材料，再重復(fù)建層，由此疊加完成一個三維實體的制造。FDM 熔融沉積成型Fused Deposition Modeling 將熱熔性材料通過加熱器

7、融化，擠壓噴出并堆積一個層面，同樣的方法造出第二個層面并與前一層融化在一起，層層堆積可以獲得三維實體LOM分層實體制造Laminated Object Manufacturing 采用激光或刀具對箔材進(jìn)行切割從而獲得一個層面。通過升降平臺的移動和箔材的送給，可以切割出新的層面并用粘結(jié)劑與原層面粘結(jié)，層層迭加獲得三維實體。SLS選擇性激光燒結(jié)Selecting Laser Sintering 首先將粉末預(yù)熱到稍低于其熔點的溫度，然后在刮平棍子的作用下將粉末鋪平；激光束在計算機(jī)控制下根據(jù)分層截面信息進(jìn)行有選擇地?zé)Y(jié)，一層完成后進(jìn)行下層燒結(jié)，全部燒結(jié)完后去掉多余的粉末就可以得到一燒結(jié)好的零件。3DP

8、三維打印技術(shù)Three-Dimensional Printing 三維打印的工作原理類似噴墨打印機(jī)，故名三維打印，不過噴墨打印機(jī)是把墨水打印到紙上，而三維打印是把粘結(jié)劑、液態(tài)的蠟、塑料或樹脂通過噴射粘結(jié)劑或擠出的方式實現(xiàn)層層堆積形成三維實體。這項技術(shù)不需要激光。3.2敘述從CAD模型到快速成型獲得實體零件的整個過程 一般分為前處理，原型制作以及后處理三個過程。 前處理主要是對原型的CAD模型進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（生成STL數(shù)據(jù)文件），確定擺放方位，施加支撐以及切片分層（根據(jù)設(shè)定的分層厚度沿著高度方向進(jìn)行切片，生成所需的SLC格式的層片數(shù)據(jù)文件） 原型制作是在專用的快速成型設(shè)備上進(jìn)行的，根據(jù)不同的工藝需

9、要對系統(tǒng)設(shè)備有不一樣的操作。 后處理主要是對半成品的處理，首先是清洗除去零件表面的剩余材料，然后是去除修整原型的支撐，最后是根據(jù)不同的精度要求對零件進(jìn)行加工。3.3熔融沉積快速成型過程中確定擺放方位的作用是什么？雙噴頭熔融沉積快速成型工藝的突出優(yōu)勢是什么？ 擺放方位影響到成型零件的表面質(zhì)量與后續(xù)支撐的施加。在高度方向上，正確的擺放方位可以減小階梯誤差，同時可以得到最合適，最容易拆卸的支撐結(jié)構(gòu)。雙噴頭的好處在于成型速度快，同時可以使用兩種成型材料。3.4簡述快速成型技術(shù)產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)，并請談一談目前快速成型技術(shù)與傳統(tǒng)制造業(yè)（如數(shù)控機(jī)床等）的關(guān)系1)材料問題.目前快速成型技術(shù)中成型材料的成型性能大

10、多不太理想，成型件的物理性能不能滿足功能性、半功能性零件的要求，必須借助于后處理或二次開發(fā)才能生產(chǎn)出令人滿意的產(chǎn)品。由于材料技術(shù)開發(fā)的專門性，一般快速成型材料的價格都比較貴，造成生產(chǎn)成本提高。2)高昂的設(shè)備價格?？焖俪尚图夹g(shù)是綜合計算機(jī)、激光、新材料、CAD/CAM集成等技術(shù)而形成的一種全新的制造技術(shù)，是高科技的產(chǎn)物，技術(shù)含量較高，所以，目前快速成型設(shè)備的價格較貴，限制了快速成型技術(shù)的推廣應(yīng)用。3)功能單一?，F(xiàn)有快速成型機(jī)的成型系統(tǒng)都只能進(jìn)行一種工藝成型，而且大多數(shù)只能用一種或少數(shù)幾種材料成型。這主要是因為快速成型技術(shù)的專利保護(hù)問題，各廠家只能生產(chǎn)自己開發(fā)的快速成型工藝成型設(shè)備，隨著技術(shù)的進(jìn)步

11、，這種保護(hù)體制已成為快速成型技術(shù)集成的障礙。4)成型精度和質(zhì)量問題。由于快速成型的成型工藝發(fā)展還不完善，特別是對快速成型軟件技術(shù)的研究還不成熟，目前快速成型零件的精度及表面質(zhì)量大多不能滿足工程直接使用的需要，不能作為功能性零件，只能作原型使用。為提高成型件的精度和表面質(zhì)量，必須改進(jìn)成型工藝和快速成型軟件。5)應(yīng)用問題。雖然快速成型技術(shù)在航空航天、汽車、機(jī)械、電子、電器、醫(yī)學(xué)、玩具、建筑、藝術(shù)品等許多領(lǐng)域都已獲得了廣泛應(yīng)用，但大多僅作為原型件進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)及功能測試等，如何生產(chǎn)出能直接使用的零件是快速成型技術(shù)面臨的一個重要問題。隨著快速成型技的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，直接零件制造是快速成型技術(shù)發(fā)展的必然

12、趨勢。6)軟件問題。隨著快速成型技術(shù)的不斷發(fā)展，快速成型技術(shù)的軟件問題越來越突出，快速成型軟件系統(tǒng)不但是實現(xiàn)離散/堆積成型的重要環(huán)節(jié)，對成型速度，成型精度，零件表面質(zhì)量等方面都有很大影響，軟件問題已成為快速成型技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。 與傳統(tǒng)的制造過程相比，采用快速成型和快速制模技術(shù)后，可以將產(chǎn)品試制和批量生產(chǎn)的模具準(zhǔn)備工作并行作業(yè)，明顯縮短新產(chǎn)品設(shè)計和試制周期，并節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)用。但是快速成型技術(shù)普遍需要借助傳統(tǒng)加工工藝來后處理實現(xiàn)產(chǎn)品的性能。3.5熔融沉積快速成型工藝在加工前需要對數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理主要包括哪些步驟？數(shù)據(jù)處理：CAD建模，并生成STL格式數(shù)據(jù)文件 分層，分層后的層片包括三個部分

13、，分別為原型的輪廓部分、內(nèi)部填 充部分和支撐部分。） 層面處理成型加工：逐層堆積，生成實體，后處理 根據(jù)STL文件判斷成型過程，由計算機(jī)設(shè)計出支撐結(jié)構(gòu)并生成支撐，然后對STL文件分層切片，最后根據(jù)每一層的填充路徑將信息輸給成型系統(tǒng)完成成形。3.6請分別用1-2句話簡要敘述5種（SLA，F(xiàn)DM，LOM，SLS，3DP）快速成型工藝的基本原理四、判斷題1. 快速成型技術(shù)制造的零件的表面質(zhì)量超過了傳統(tǒng)的加工方法（）2. 快速成型技術(shù)目前采用的數(shù)據(jù)是STL格式（）3. 熔融沉積快速成型工藝可以同時成型兩種或以上材料（）4. 針對所以的快速成型工藝，層厚越小，成型零件精度越低（）5. 針對CAD數(shù)據(jù)處理

14、過程中，切片軟件的精度過低，可能遺失兩相鄰切片層之間的小特征結(jié)構(gòu)（如窄槽、小助片）（）6. LOM工藝對原型進(jìn)行表面涂覆處理可以提高強(qiáng)度和改進(jìn)抗?jié)裥裕ǎ?. 金屬零件直接熔化成型工藝需要較高激光功率（密度）熔化金屬粉末（）8. STL數(shù)據(jù)中小三角形數(shù)量越少，則成型件的精度越高（）5、 基于以下材料回答問題1. 從2015年5月份開始，快速成型技術(shù)（3D打?。┰诿襟w的宣傳下變得很熱，來自北京航空航天大學(xué)的王華明教授談了他對快速成型技術(shù)的一些看法：“我認(rèn)為這種技術(shù)確實帶有一種變革性的，短流程、低成本、數(shù)字化，高性能的制備構(gòu)建制造一體化的技術(shù)，對構(gòu)建的制造是重要的，尤其是這種技術(shù)一部分高性能難加工構(gòu)

15、建技術(shù)的革命?！薄拔矣X得它的潛力應(yīng)該也是很大的，它是一匹千里馬，增材制造（快速成型技術(shù)）和傳統(tǒng)制造也是一樣，每一種技術(shù)都有各自的優(yōu)勢，并不是取代傳統(tǒng)制造技術(shù)，但是有很多確實趨勢很有用武之地。說道3D打印與第三次工業(yè)革命的關(guān)系，我覺得第一，它絕不是劃等號，至多是作為第三次工業(yè)革命的元素或者是組成部分，其實第三次工業(yè)革命已經(jīng)在發(fā)生，我覺得增材制造（快速成型技術(shù)）需要提前、需要創(chuàng)新，也需要理性?！蓖ㄟ^閱讀上述王華明教授對快速成型技術(shù)的評價，結(jié)合您對快速成型技術(shù)優(yōu)缺點的了解，請談一談快速成型技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)的關(guān)系，并分析未來快速成型技術(shù)的可能發(fā)展方向有哪些？ 快速成型技術(shù)與傳統(tǒng)成形方式的區(qū)別快速原型

16、技術(shù)成形機(jī)理和工藝控制與傳統(tǒng)成形方式有很大差別，主要表現(xiàn)在：（1）RP加工不是一般意義上的模具或刀具，而是利用光、熱、電等物理手段實現(xiàn)材料的轉(zhuǎn)移或堆積；（2）原型是通過堆積不斷增大，其力學(xué)性能不但取決于成型材料本身，而且與成型中所施加的能量大小及施加方式有密切關(guān)系，故在成型工藝控制方面，需要對多個坐標(biāo)進(jìn)行精確的動態(tài)控制；（3）能量在成型物理過程中是一個極為關(guān)鍵的因素，在以往的去除成形和受迫成形中，能量是被動地供給的，一般無須對加工能量進(jìn)行精確的預(yù)測與控制，而在離散、堆積類型的RP中，單元體制造中能量是主動供給的，需要準(zhǔn)確地預(yù)測與控制，對成型中的能量形式、強(qiáng)度、分布、供給方式以及變化等進(jìn)行有效的

17、控制，從而經(jīng)由單元體的制造而完成成型。（1）大力改善現(xiàn)行快速成型制作機(jī)的制作精度、可靠性和制作能力，提高生產(chǎn)效率，縮短制作周期。尤其是提高成型件的表面質(zhì)量、力學(xué)和物理性能，為進(jìn)一步進(jìn)行模具加工和功能試驗提供平臺。（2）隨著成型工藝的進(jìn)步和應(yīng)用的擴(kuò)展，其概念逐漸從快速成型向快速制造轉(zhuǎn)變，從概念模型向批量定制轉(zhuǎn)變，成型設(shè)備也向概念型、生產(chǎn)型和專用型三個方向分化。（3）開發(fā)性能更好的快速成型材料。材料的性能既要利于原型加工，又要具有較好的后續(xù)加工性能，還要滿足對強(qiáng)度和剛度等不同的要求。（4）提高RP系統(tǒng)的加工速度和開拓并行制造的工藝方法。目前即使是最快的快速成型機(jī)也難以完成象注塑和壓鑄成型的快速大批量生產(chǎn)。將來的快速成型機(jī)需要向快速和多材料的制造系統(tǒng)發(fā)展，以便可以直接面向產(chǎn)品制造。（5）開發(fā)直寫技術(shù)。直寫技術(shù)對于材料單元有著精確的控制能力，開發(fā)直寫技術(shù)，是快速RP技術(shù)的材料范圍擴(kuò)大到細(xì)胞等活性材料領(lǐng)域，（6）開發(fā)用于快速成型的RPM軟件。這些軟件有快速高精度直接切片軟件，快速造型制造和后續(xù)應(yīng)用過程中的精度補(bǔ)償軟件，考慮快速成型原型制造