快速成型專業(yè)技術(shù)與試題答案

1、試卷、填空題1快速成型技術(shù)是由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(diǎn)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(gè)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(diǎn)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(shì)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(shí)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

3、，作為支撐保證形狀；二、術(shù)語解釋1.STL數(shù)據(jù)模型是由3D SYSTEM公司于1988年制定的一個(gè)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(gè)三角形面片的定義組成， 每 個(gè)三角形面片的定義包括三角形各個(gè)定點(diǎn)的三維坐標(biāo)及三角形面片的法矢量。stl文件是在計(jì)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(jiǎn)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一

4、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(gè)方面與設(shè)計(jì)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(gè)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(tái) 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(huì)產(chǎn)生臺(tái)階 效應(yīng)，使得零件的表面只是原 CAD模型表面的一個(gè)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。5三維打印

5、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(dòng)方式與噴墨打印機(jī)的打印頭類似，在臺(tái)面上做 X-Y平面運(yùn)動(dòng)，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(shí)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(huì)發(fā)生收縮，收縮會(huì)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(shí)要受到層間粘合力限制。

6、層內(nèi)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。三、簡(jiǎn)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(diǎn)到線，由線到面完成一個(gè)層面的制造，然后升降平臺(tái)移動(dòng)一個(gè)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(gè)三維實(shí)體的制造。 FDM 熔融沉積成型 Fused Deposition Modeling將熱熔

7、性材料通過加熱器融化，擠壓噴出并堆積一個(gè)層面，同樣的方法造出 第二個(gè)層面并與前一層融化在一起，層層堆積可以獲得三維實(shí)體 LOM 分層實(shí)體制造 Laminated Object Manufacturing采用激光或刀具對(duì)箔材進(jìn)行切割從而獲得一個(gè)層面。通過升降平臺(tái)的移動(dòng)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(shí)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(diǎn)的溫度，然后在刮平棍子的作用下將粉末鋪 平；激光束在計(jì)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

8、就可以得到一燒結(jié)好的零件。 3DP 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(shí)現(xiàn)層層堆積形成三維實(shí)體。這項(xiàng)技術(shù)不需要激光。3.2敘述從CAD模型到快速成型獲得實(shí)體零件的整個(gè)過程一般分為前處理，原型制作以及后處理三個(gè)過程。前處理主要是對(duì)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

9、的快速成型設(shè)備上進(jìn)行的， 根據(jù)不同的工藝需要對(duì)系統(tǒng)設(shè) 備有不一樣的操作。后處理主要是對(duì)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(duì)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(shì)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(shí)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(shí)可以使用兩種成型材料。3.4簡(jiǎn)述快速成型技術(shù)產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)，并請(qǐng)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

10、）材料問題.目前快速成型技術(shù)中成型材料的成型性能大多不太理想，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(jià) 格都比較貴，造成生產(chǎn)成本提高。2）高昂的設(shè)備價(jià)格?？焖俪尚图夹g(shù)是綜合計(jì)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(jià)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?yàn)榭焖俪尚图夹g(shù)的專利保護(hù)問題

11、， 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，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(duì)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(cè)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(gè)重

12、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)展的必然趨勢(shì)。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(shí)現(xiàn)離散/堆積成型的重要環(huán)節(jié)，對(duì)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)鍵冋題。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(jì)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(shí)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(duì)數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理主要

13、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(gè)部分，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(shí)體，后處理根據(jù)STL文件判斷成型過程，由計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出支撐結(jié)構(gòu)并生成支撐， 然后對(duì) 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(qǐng)分別用1-2句話簡(jiǎn)要敘述5種（SLA FDM, 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（X）2. 快速成型技術(shù)目前采用的數(shù)據(jù)是 STL格式（話3. 熔融沉積快速成型工藝可以同時(shí)成型兩種或

14、以上材料（話4. 針對(duì)所以的快速成型工藝，層厚越小，成型零件精度越低（X）5. 針對(duì)CAD數(shù)據(jù)處理過程中，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. L0M工藝對(duì)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ㄔ?. 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（ 話 8.STL數(shù)據(jù)中小三角形數(shù)量越少，貝U成型件的精度越高（ X）五、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(duì)快速成型技術(shù)的一些看法：“我認(rèn)為這種技術(shù)確實(shí)帶有一種變革性的，短流程、

15、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(duì)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)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(shì)，并不是取代傳統(tǒng)制造技術(shù)， 但是有很多確實(shí)趨勢(shì)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(hào)，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(shí)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?jiǎng)?chuàng)新，也需要理性?！?通過閱讀上述王華明教授對(duì)快速成型技術(shù)的評(píng)價(jià)， 結(jié)合您對(duì)快速成型技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn) 的了解，

16、請(qǐng)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(shí)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(duì)多個(gè)坐標(biāo)進(jìn)行 精確的動(dòng)態(tài)控制；（3）能量在成型物理過程中是一個(gè)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(dòng)地供給的，一般無須對(duì)加工能量進(jìn)行精確 的預(yù)測(cè)與

17、控制，而在離散、堆積類型的RP中，單元體制造中能量是主動(dòng)供給的， 需要準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)與控制，對(duì)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(yàn)提供平臺(tái)。（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(gè)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(duì)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(duì)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