合肥工業(yè)大學(xué)快速成型平時習(xí)題

1、1. 快速成型工藝過程分為哪三個階段（P28-P32）前處理：（1）CAD三維造型（2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（3）確定擺放位置（4）施加支撐（5）切片分層；原型制作；后處理：主要包括原型的清理、去除支撐、后固化以及必要的打磨等工作。2. 敘述光固化快速成型的原理（P14-P15）光固化快速成型工藝的液槽中盛滿液態(tài)光敏樹脂，氦鎘激光器或氬離子激光器發(fā)出的紫外激光束，在控制系統(tǒng)的控制下按零件的各分層截面信息在光敏樹脂表面進(jìn)行逐點掃描，使被掃描區(qū)域的數(shù)值薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)而固化，形成零件的一個薄層。一層固化完畢后，工作臺下移一個層厚的距離，以使在原先固化好的樹脂表面再覆上一層新的液態(tài)數(shù)值，刮板將粘度較大的樹脂液

2、面刮平，然后進(jìn)行下一層的掃描加工，新固話的一層牢固地粘貼在前一層上，如此重復(fù)直至整個零件制造完畢，得到一個三維實體原型。3. 光固化快速成型的特點（P16）（1） 光固化成型的優(yōu)點1） 成型過程自動化程度高。2） 尺寸精度高，可達(dá)到±0.1mm3） 優(yōu)良的表面質(zhì)量4） 可以制作結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜， 尺寸叫驚喜的模型5） 可制作具有中空結(jié)構(gòu)的消失型6） 制作原型可在一定程度上替代塑料件（2）光固化成型的缺點1）制件較易彎曲2）性能尚不如常用的工業(yè)塑料，一般較脆，易斷裂。3）運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)費用高4）使用的材料種類較少5）液態(tài)樹脂有一定的氣味和毒性6）通常需要二次固化4. 光固化成型有幾種常見的固化

3、方式（P47-P53）傳統(tǒng)：光固化快速成型工藝，簡稱SLA微光固化快速成型制造技術(shù)，基于單光子吸收效應(yīng)的技術(shù)&&基于雙光子吸收效應(yīng)的技術(shù)5. 光固化成型的后處理工藝過程（P32）光固化成型的后廚藝主要包括原型的清理、去除支撐、后固化以及必要的打磨等工作。以某一SLA原型為例給出其后處理過程1） 原型疊層制作結(jié)束后，工作臺升出液面，停留510min2） 將原型和工作臺網(wǎng)一起斜放晾干，并將其浸入清洗液中。3） 去除支撐結(jié)構(gòu)4） 再次清洗后置于紫外線烘箱中進(jìn)行整體后固化6. 光固化成型的支撐結(jié)構(gòu)的類型和作用（P29-P30）施加支撐是光固化快速成型制作前處理階段的重要工作。在光固化快

4、速成型過程中，由于未被激光束照射的部分材料仍為液態(tài)，它不能使制件截面上的掛歷輪廓和懸臂輪廓定位，因此對于這樣一些結(jié)構(gòu)，必須在制作前對其施加支撐。目前比較先進(jìn)的支撐類型為點支撐，即在支撐與需要支撐的模型面是點接觸。常用的支撐結(jié)構(gòu)類型和作用：斜支撐主要用于支撐懸臂結(jié)構(gòu)部分，它在成型過程中為懸臂提供支撐，同時也約束懸臂的翹曲變形；直支撐主要用于支撐腿部結(jié)構(gòu)；單腹板、雙腹板主要用于大面積的內(nèi)部支撐；十字壁板主要用于孤立結(jié)構(gòu)部分的支撐。7. 光固化原型工藝中的收縮變形來自于那幾個方面（P32-34）1） 零件成型過程中樹脂收縮產(chǎn)生的變形2） 零件后固化時收縮產(chǎn)生的變形8. 影響光固化原型精度的因素有哪些

5、？為提高原型精度，各因素是如何控制的？（P34-P44）1） 幾何數(shù)據(jù)處理造成的誤差2） 成型過程中材料的固化收縮引起的翹曲變化3） 數(shù)值涂層厚度對精度的影響4） 光學(xué)系統(tǒng)對成型精度的影響5） 激光掃描方式對成型精度的影響6） 光斑直徑大小對成型精度的影響7） 激光功率、掃描速度、掃描間距產(chǎn)生的誤差9. 影響光固化原型制作時間的因素有哪些（P44）光固化成型零件是由固化層逐層累加形成的，成型所需要的總時間由掃描固化時間及付諸實踐組成，可表示為式中成型一個零件所需要的總時間；第層固化所需要的時間，與零件的體積V及制作零件的層數(shù)N有關(guān)，可以表示為,表示掃描單位體積所需要的時間；層輔助時間，一般情況

6、下，可以近似認(rèn)為是常數(shù)，付諸實踐主要包括工作臺的運(yùn)動時間，每層零件的涂覆時間和層間等待時間；零件的總層數(shù)成型過程中，每層零件的層輔助時間與固化時間的比值反映了成型設(shè)備的利用率，可以通過下式表示可以看出，當(dāng)實體體積越小，分層數(shù)越多時，輔助時間所占的比例就越大，如制作大尺寸的薄殼零件，這時成型設(shè)備的利用率很低。因此在這種情況下，減少輔助時間對提高成型效率是非常有利的。選擇性激光燒結(jié)工藝參數(shù)1.敘述選擇性激光燒結(jié)快速成型工藝的基本原理。（P74）選擇性激光燒結(jié)加工過程是采用鋪粉輥將一層粉末材料平鋪在已成型零件的上表面，并加熱至恰好低于該粉末燒結(jié)點的某一溫度，控制系統(tǒng)控制激光束按照該層的截面輪廓在粉層

7、上掃描，是粉末的溫度升至熔點，進(jìn)行燒結(jié)并與下面已成型的部分實現(xiàn)粘接。當(dāng)一層截面燒結(jié)完后，工作臺下降一個層的厚度，鋪粉輥又在上面鋪上一層均勻密實的粉末，進(jìn)行新一層截面的燒結(jié)，直至完成整個模型。在成型過程中，未經(jīng)燒結(jié)的粉末對模型的空腔和懸臂部分起著支撐作用，不必像SLA工藝那樣另行生成支撐工藝結(jié)構(gòu)。SLS使用的激光器是激光器，使用的原料由蠟、聚碳酸酯、尼龍、纖細(xì)尼龍、纖細(xì)尼龍、金屬，以及一些發(fā)展中的物料。當(dāng)實體構(gòu)建完成且原型部分充分冷卻后，粉末塊上升至初始的位置，將其取出并放置到后處理工作臺上，用刷子刷去表面粉末，露出加工件，其余殘留的粉末可以用壓縮空氣除去。2.選擇性激光燒結(jié)工藝的特點有哪些？（

8、P75-P76）優(yōu)點：1） 可采用多種材料。能夠直接制作金屬制品2） 可制造多種原型。3） 高精度。4） 無需支撐結(jié)構(gòu)。5） 材料利用率高。缺點：1） 表面粗糙。2） 燒結(jié)過程揮發(fā)異味。3） 有時需要比較復(fù)雜的輔助工藝。3.敘述高分子粉末材料的燒結(jié)工藝過程。（P82-P83）高分子粉末材料激光燒結(jié)快速成型制造工藝過程分為前處理、粉層燒結(jié)疊加以及后處理三個階段。1） 前處理前處理階段主要完成模型的三圍CAD造型，并經(jīng)STL數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后輸入到粉末激光燒結(jié)快速成型系統(tǒng)中。2） 粉層激光燒結(jié)疊加 在疊層加工階段，設(shè)備根據(jù)原型的結(jié)構(gòu)特點，在設(shè)定的建造參數(shù)下，自動完成原型的逐層粉末燒結(jié)疊加過程。首先需要對成

9、形空間進(jìn)行預(yù)熱，在預(yù)熱階段，根據(jù)原型結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行制作方位的確定。當(dāng)擺放方位確定后，將狀態(tài)設(shè)置為加工狀態(tài)。然后設(shè)定建造工藝參數(shù)，如層厚、激光掃描速度和掃描方式、激光功率、燒結(jié)間距等。當(dāng)成型區(qū)域的溫度達(dá)到預(yù)定值時，便可以制作了。在制作過程中，根據(jù)截面變化，相應(yīng)調(diào)整粉料預(yù)熱的溫度。當(dāng)所有疊層自動燒結(jié)疊加完畢后，需要將原型在成型在成型缸中緩慢冷卻至40以下，取出原型并進(jìn)行后處理。3）后處理激光燒結(jié)狗的PS原型件，強(qiáng)度很弱，需要根據(jù)使用要求進(jìn)行滲蠟或滲樹脂等補(bǔ)強(qiáng)處理。4.簡述金屬粉末材料間接燒結(jié)工藝過程。（P83-P85）工藝過程主要分三個階段：一是SLS原型件（“綠件”）的制作，二是粉末燒結(jié)件（“褐件

10、”）的制作，三是金屬熔滲后處理。原型件制作：CAD模型分層切片激光燒結(jié)（SLS）RP原型（綠件）后處理褐件制作：二次燒結(jié)（800）三次燒結(jié)（1080）其他后處理：金屬熔滲金屬件5. 簡述金屬粉末材料直接燒結(jié)工藝過程。（P85-P86）金屬零件直接燒結(jié)工藝采用的是純粹的金屬粉末，是采用SLS工藝中的激光能源對金屬粉末直接燒結(jié)，使其熔化，實現(xiàn)疊層的堆積。其工藝流程如下：CAD模型分層切片激光燒結(jié)（SLS）RP原型零件金屬件6.高分子材料粉末激光燒結(jié)原型的后處理一般有哪兩種方式？各自面向的用途是什么？（P87）高分子粉末材料燒結(jié)件的后處理工藝主要有滲樹脂和滲蠟兩種。當(dāng)原型件主要用于熔模鑄造的消失型時

11、，需要進(jìn)行滲蠟處理；當(dāng)原型件為了提高強(qiáng)硬性指標(biāo)時，需要進(jìn)行滲樹脂處理。7. 粉末激光燒結(jié)快速原型工藝中的燒結(jié)工藝參數(shù)主要有哪些？它們是如何影響原型尺寸和性能的？（P89-P90）1） 激光功率隨著激光功率的增加，尺寸誤差向正方向增大，并且厚度方向的增大趨勢要比長寬方向的尺寸誤差大。當(dāng)激光功率增加時，強(qiáng)度也隨著增大。2） 掃描速度掃描速度對原型尺寸精度和性能的影響正好與激光功率的影響相反。當(dāng)掃描速度增大時，尺寸誤差向負(fù)誤差的方向減少，強(qiáng)度減小。3） 燒結(jié)間距隨著掃描間距的增大，尺寸誤差向負(fù)誤差方向鍵小，同時強(qiáng)度減小。4） 單層厚度隨著單層厚度的增加，強(qiáng)度減小，尺寸誤差向負(fù)方向減小。熔融沉積快速成

12、型工藝1. 敘述熔融沉積工藝的基本原理。（P91-P92）熔融沉積又叫熔絲沉積，它是將絲狀的熱熔性材料加熱融化，通過帶有一個微細(xì)噴嘴的噴頭擠噴出來。噴頭可沿x軸方向移動，而工作臺則沿y軸方向移動。如果熱熔性材料的溫度始終稍高于固化溫度，而成型部分的溫度稍低于固化溫度，就能保證熱熔性材料即噴出噴嘴后，隨機(jī)與前一層面熔結(jié)在一起。一個層面沉積完成后，工作臺按預(yù)定的增量下降一個層的厚度，再繼續(xù)熔噴沉積，直至完成整個實體模型。熔融沉積制造工藝的基本原理如圖所示，其過程如下：將實心絲材原材料纏繞在供料輥上，由電動機(jī)驅(qū)動輥子旋轉(zhuǎn)，輥子和絲材之間的摩擦力使絲材向噴頭的出口送進(jìn)。在供料輥與噴頭之間有一導(dǎo)向套，導(dǎo)

13、向套采用低摩擦材料制成，以便絲材能順利、準(zhǔn)確地由供料輥送到噴頭的內(nèi)腔。噴頭的前端有電阻絲式加熱器，在其作用下，絲材被加熱熔融，然后榮國出口涂覆至工作臺上，并在冷卻后形成界面輪廓。由于受結(jié)構(gòu)的限制，加熱器的功率不可能太大，因此絲材一般為熔點不太高的熱塑性塑料或蠟。絲材熔融沉積的層后隨噴頭的運(yùn)動速度而變化，通常最大層厚為0.150.25mm。v 2.熔融沉積成型的特點有哪些？（P93）優(yōu)點：1） 整個系統(tǒng)構(gòu)造原理和操作簡單，維護(hù)成本低，系統(tǒng)運(yùn)行安全。2） 可以使用五毒的原材料，設(shè)備系統(tǒng)可在辦公環(huán)境中安裝使用。3） 用蠟成型的零件原型，可以直接用于熔模鑄造。4） 可以成型任意復(fù)雜程度的零件。5） 原

14、材料在成型過程中無化學(xué)變化，制件的翹曲變形小。6） 原材料利用率高，且材料壽命長。7） 支撐去除簡單，無需化學(xué)清洗，分離容易。8） 可直接制作彩色原型。缺點：1） 成型件的表面有較明顯的條紋。2） 沿成型軸垂直方向的強(qiáng)度比較弱。3） 需要設(shè)計與制作支撐結(jié)構(gòu)。4） 需要對整個截面進(jìn)行掃描涂覆，成型時間長。5） 原材料價格昂貴。3.雙噴頭熔融沉積工藝的突出優(yōu)勢是什么？（P92）雙噴頭的優(yōu)點除了沉積過程中具有較高的沉積效率和降低模型制作成本以外，還可以靈活地選擇具有特殊性能的支撐材料，以便于后處理過程中支撐材料的去處，如水溶材料，低于模型材料熔點的熱熔材料等。v 4.熔融沉積工藝成型過程影響因素有哪

15、些？這些因素是如何影響成型過程的？（P103-105）1） 材料性能的影響材料在工藝過程中要經(jīng)過固體溶體固體的兩次相變，在凝固過程中，由材料的收縮而產(chǎn)生的應(yīng)力變形會影響成型件精度。收縮的因素主要有熱收縮及分子取向的收縮兩點。2） 噴頭溫度和成型室溫度的影響噴頭溫度決定了材料的粘接性能、堆積性能、絲材流量以及擠出絲寬度。成型室的溫度會影響到成型件的熱應(yīng)力大小。3） 擠出速度的影響在與填充速度合理匹配范圍內(nèi)，隨著擠出速度增大，基礎(chǔ)司的截面寬度逐漸增加，當(dāng)擠出速度增大到一定值，擠出的絲黏附于噴嘴外圓錐面，就不能正常加工。4） 填充速度與擠出速度交互的影響填充速度應(yīng)與擠出速度匹配，填充速度比擠出速度快

16、，則材料填充不足，出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象， 難以成型。相反，填充速度比擠出速度慢，熔絲堆積在噴頭上，使成型面材料分布不均勻，表面會有疙瘩，影響原型質(zhì)量。5） 分層厚度的影響分層厚度是指在成型過程中每層切片截面的厚度。由于每層有一定厚度，會在成型后的實體表面產(chǎn)生臺階現(xiàn)象，這將直接影響成型后實體的尺寸誤差和表面粗糙度。6） 成型時間的影響每層的成型時間與填充速度、該層的面積大小及形狀的復(fù)雜度有關(guān)。在加工時，控制好噴嘴的工作溫度和每層的成型時間，才能獲得精度較高的成型件。7） 掃描方式的影響合理的掃描方式可以提高表面精度，也可以簡化掃描過程，提高掃描效率。掃描方式與原型的內(nèi)應(yīng)力密切相關(guān)，合適的掃描方式可降低原

17、型內(nèi)應(yīng)力的積累，有效方式零件的翹曲變形。5.氣壓式熔融沉積快速成型工藝的基本原理是什么？與傳統(tǒng)的 FDM工藝相比有哪些不同之處？（P106-P107）基本原理：被加熱到一定溫度的低黏性材料（該材料可由不同相組成，如粉末粘結(jié)劑的混合物），通過空氣壓縮機(jī)提供的壓力由噴頭擠出，涂覆于工作平臺或前一沉積層之上。噴頭按當(dāng)前層的層面集合形狀進(jìn)行掃描堆積，實現(xiàn)逐層沉積凝固。工作臺由計算機(jī)系統(tǒng)控制做x，y，z三維運(yùn)動，可逐層制造三維實體和直接制造空間曲面。不同之處：與傳統(tǒng)的FDM工藝相比，AJS系統(tǒng)具有的不同之處主要表現(xiàn)在如下三個方面：1） FDM工藝一般采用低熔點絲狀材料。AJS系統(tǒng)無需再采用專門的擠壓成絲設(shè)備來制造絲材，工作時只需將熱塑性材料直接導(dǎo)入噴頭的腔體內(nèi)，依靠加熱裝置將其加熱到熔融擠壓狀態(tài)，不但避免了