《3D打印產(chǎn)品后處理》 課件 項目6-8 3D 打印產(chǎn)品的打標、3D 打印產(chǎn)品的裝配、3D 打印產(chǎn)品后處理綜合應(yīng)用

3D打印產(chǎn)品后處理項目六

3D打印產(chǎn)品的打標學(xué)習(xí)目標1.了解激光打標的原理。2.了解激光打標系統(tǒng)的組成。3.掌握激光打標圖形處理軟件基礎(chǔ)知識。4.掌握激光打標的操作方法。5.掌握激光打標工藝。6.能使用打標機完成模型的打標工作。任務(wù)描述

由于3D打印工藝逐層堆積的成形原理，使產(chǎn)品在打印過程中受到層厚和壁厚參數(shù)的制約，會使圖所示產(chǎn)品上的文字、符號和圖案等細小形狀無法實現(xiàn)打印。而對于這類產(chǎn)品的文字、商標、二維碼等，3D打印產(chǎn)品采用后續(xù)激光打標的方法實現(xiàn)。產(chǎn)品上的文字、符號和圖案

a）金屬法蘭b）塑料按鈕

本任務(wù)就是為上色完畢的3D打印挖掘機模型制作產(chǎn)品商標，并操作打標機，在挖掘機機臂的模型上打標，圖所示為挖掘機機臂打標完成后的效果圖。挖掘機機臂商標打標任務(wù)描述一、激光打標概述1.激光打標原理激光打標是指以激光束照射被加工零件，使零件表面瞬間發(fā)生汽化、熔化、相變等物理或化學(xué)變化，從而在零件表面留下文字、圖案刻痕的標記方式。激光打標的原理可以分為以下三類：（1）通過物質(zhì)移動打標

用峰值功率相對較高的激光照射零件，加熱后零件汽化或熔化（金屬或非金屬材料），從而切移零件上的部分物質(zhì)，使零件表面有痕跡感和雕刻效果，如圖所示。適用于齒輪、連桿等金屬零件的深雕加工。激光打標的原理（2）通過材料表面色彩變化形成打標圖案

用峰值功率相對較低的激光照射零件，加熱后零件發(fā)生相變（金屬材料）或變性（非金屬材料），從而改變零件表面的顏色，如圖所示。適用于不銹鋼等金屬材料的彩色打標以及塑料等非金屬材料的打黑。激光打標的原理一、激光打標概述

（3）通過材料層次移動打標通過移動多層材料中的某一層或幾層材料，從而顯示底層材料的顏色，形成顏色對比度，如圖所示。適用于多層商標標簽的激光標記。激光打標的原理一、激光打標概述2.激光打標機系統(tǒng)的組成一臺完整的激光打標機應(yīng)由激光器系統(tǒng)、導(dǎo)光及聚焦系統(tǒng)、運動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、傳感與檢測系統(tǒng)、冷卻與輔助系統(tǒng)六大功能系統(tǒng)組成，其核心為激光器。（1）打標機激光器系統(tǒng)

目前，激光打標機的激光器波長范圍從紫外激光到中紅外激光都有成熟運用，圖所示給出了適用于打標的激光波長。適用于打標的激光波長一、激光打標概述

1）CO2

激光器。其工作波長為10604nm，廣泛用于在紙張和木材等有機材料上打標，同時也能在印制電路板（PCB板）和玻璃上打標。如圖所示為CO2

激光打標機在PCB電路板上打標的效果。CO2激光打標機在PCB電路板上打標的效果一、激光打標概述

2）光纖激光器。其工作波長為1070nm，適用于在金屬和塑料上打標。使用壽命長，光電效率高，維護需求簡單，使用成本低。如圖所示為光纖激光打標機在玻璃纖維上打標的效果。光纖激光打標機在玻璃纖維上打標的效果一、激光打標概述

3）Nd：YV04激光器。其工作波長為1064nm，激光峰值功率高，脈沖寬度窄，在高分辨率清晰打標中得到應(yīng)用。4）綠光激光器。其工作波長為532nm，適合在塑料、硅材料上清晰打標，還能在金、銀等反光性強的材料上實現(xiàn)高質(zhì)量打標。

5）紫外激光器。其工作波長為355nm，幾乎適用于所有材料，特別適合在塑料上打標以及在金屬材料上的低熱量打標。綠光激光器和紫外激光器通常是將Nd：YV04激光器的輸出借助晶體元件倍頻，將輸出光的波長從1064nm分別變換為532nm和355nm。一、激光打標概述

6）Nd：YAG激光器。常用于大面積和深度雕刻金屬等要求具有較高的激光功率（50～100W）的應(yīng)用場合。

上述每種激光器提供不同的輸出波長，并且具有不同的峰值功率和脈沖寬度等光學(xué)性能，要根據(jù)所要標記的材料以及用戶對標記的清晰度、字符大小和輸入零件的熱量等要求選用不同的激光器波長。一、激光打標概述（2）打標機導(dǎo)光及聚焦系統(tǒng)振鏡式激光打標機應(yīng)用最為普遍，下面以它為例介紹激光打標機的導(dǎo)光及聚焦系統(tǒng)。

1）主要光學(xué)器件。打開各類振鏡式激光打標機的光具座外罩，除了激光器不同以外，可以看到聚焦鏡、合束鏡、擴束鏡等光學(xué)器件安裝在光具座內(nèi)部，振鏡和平場透鏡等光學(xué)器件（又稱打標頭）安裝在光具座外部，如圖所示。打標機導(dǎo)光及聚焦系統(tǒng)1—對焦紅光2—振鏡鏡片3—振鏡X軸電動機4—振鏡Y軸電動機5—激光器6—擴束鏡7—聚焦鏡一、激光打標概述2）聚焦方式。按聚焦透鏡的位置不同，光路系統(tǒng)分為前聚焦和后聚焦兩種方式。

①前聚焦方式。在前聚焦方式中，聚焦透鏡安裝在振鏡系統(tǒng)之前，如圖所示。前聚焦方式的光程較長，聚焦后的光斑直徑比較大，但加工范圍較大。前聚焦光路系統(tǒng)［S系列及L系列（L100）］1—激光器2—擴束鏡3—三維動態(tài)聚焦鏡組4—振鏡系統(tǒng)5—X振鏡6—Y振鏡7—工作臺面一、激光打標概述

②后聚焦方式。在后聚焦方式中，聚焦透鏡安裝在振鏡系統(tǒng)后，是導(dǎo)光及聚焦系統(tǒng)的最后一個器件，如圖所示。后聚焦光路系統(tǒng)［后聚焦系列（H系列）］1—激光器2—擴束鏡3—振鏡系統(tǒng)4—X振鏡5—Y振鏡6—聚焦鏡頭7—工作臺面一、激光打標概述（3）打標機運動系統(tǒng)經(jīng)過適當(dāng)組合，激光打標機運動系統(tǒng)可以實現(xiàn)動態(tài)聚焦鏡一維在線打標、二維大幅平面打標、三維曲面打標等不同形式的打標。

1）一維在線打標。一維在線打標又稱飛行激光打標，主要適合在各類產(chǎn)品表面或外包裝物表面進行在線打標。在打標過程中，產(chǎn)品在生產(chǎn)線上不停地按一維方式流動，極大地提高了打標的效率，如圖所示，打標機運動系統(tǒng)與激光器出光點陣的完美配合才能實現(xiàn)一維在線打標過程。如圖所示為5×7的點陣字符“N”和“C”標記實現(xiàn)的過程。一維在線打標一維在線字符打標效果一、激光打標概述2）二維大幅平面打標二維大幅平面打標又稱拼接打標，在打標過程中，如果待加工圖形尺寸大于場鏡的加工范圍，可以讓工作臺在打標軟件的控制下實現(xiàn)XY二維范圍內(nèi)的運動，極大地擴展了打標范圍。如圖所示為XY二維大幅平面打標系統(tǒng)。XY二維大幅平面打標系統(tǒng)一、激光打標概述

3）三維曲面打標在非平面打標時需要用到三維曲面打標技術(shù)，通常有以下兩種實現(xiàn)方式：①規(guī)則圓柱體旋轉(zhuǎn)打標。對于規(guī)則的圓柱體或圓形零件，可以配置旋轉(zhuǎn)軸將零件裝夾起來進行旋轉(zhuǎn)打標，如圖所示。旋轉(zhuǎn)打標一、激光打標概述②不規(guī)則曲面打標。目前，實現(xiàn)不規(guī)則曲面打標的理想方案主要是在激光光路輸出端的激光擴束鏡后安裝一個動態(tài)聚焦透鏡，實現(xiàn)在圓柱面、球面、斜面和多層零件上打標，如圖所示。不規(guī)則曲面打標實現(xiàn)方案一、激光打標概述（4）打標機控制系統(tǒng)

1）主要控制對象。振鏡式激光打標機控制系統(tǒng)的主要控制對象有兩個：一個是激光器，另一個是振鏡系統(tǒng)，如圖所示?？刂葡到y(tǒng)主要對象一、激光打標概述

2）控制系統(tǒng)的組成振鏡式激光打標機控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。硬件系統(tǒng)包括工控機、打標控制卡、振鏡激光電源等器件。其中工控機通過打標控制卡發(fā)出控制指令，激光器、振鏡和激光電源完成控制動作，其核心是工控機和打標控制卡。一、激光打標概述（5）打標機傳感與檢測系統(tǒng)目前，激光打標機傳感與檢測系統(tǒng)使用最廣泛的是打標視覺定位系統(tǒng)。如圖所示的全自動視覺激光打標機由攝像機和光源構(gòu)成視覺系統(tǒng)，完成零件圖像的采集工作并給激光器等主要器件發(fā)出控制指令。全自動視覺激光打標機1—主機2—工作臺3—自動移動平臺4—補光器5—圖像采集器6—場鏡7—振鏡8—激光器9—垂直移動手柄10—顯示器11—垂直移動立柱12—移動平臺基座13—鼠標和鍵盤14—冷卻設(shè)備（水冷）一、激光打標概述（6）打標機冷卻與輔助系統(tǒng)

1）冷卻系統(tǒng)的類型及選型打標機冷卻方式根據(jù)所選用激光器的冷卻方式確認，有水冷和風(fēng)冷兩種方式，水冷系統(tǒng)一般采用獨立的制冷裝置。

2）煙霧凈化器的類型及選型。與冷卻系統(tǒng)一樣，激光打標機煙霧凈化器一般也采用獨立的凈化裝置。一、激光打標概述二、激光打標的分類1.掩模式打標（投影式打標）（1）掩模式打標機典型結(jié)構(gòu)如圖所示為掩模式CO2

激光打標機光路系統(tǒng)外形結(jié)構(gòu)。光路系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)由激光器、掩模板和成像透鏡等主要器件組成，如圖所示。掩模式CO2

激光打標機光路系統(tǒng)外形結(jié)構(gòu)掩模式打標機光路系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)1—激光器2—反射鏡3—掩模板4—聚焦鏡5—工件6—傳送帶（2）掩模式打標機工作原理將打標內(nèi)容雕刻在掩模板上，激光器發(fā)出的脈沖激光經(jīng)過擴束后均勻地投射在掩模板上，部分激光從掩模板的雕空部分透射。掩模板上的圖形通過透鏡聚焦后成像到零件表面，受激光輻射的零件表面形成可分辨的清晰標記，通常每個脈沖激光形成一個標記。二、激光打標的分類2.陣列式打標（1）陣列式打標機典型結(jié)構(gòu)陣列式打標機光路系統(tǒng)由工控機、激光電源、7個陣列射頻CO2

激光器、光學(xué)耦合系統(tǒng)和聚焦透鏡組成，激光束投射到在生產(chǎn)線上運動的零件上，如圖所示。陣列式打標機典型結(jié)構(gòu)1—生產(chǎn)線2—零件3—聚焦透鏡4—光學(xué)耦合系統(tǒng)５—激光器陣列6—激光電源7—工控機二、激光打標的分類（2）陣列式打標機工作原理

1～7號射頻CO2激光器豎向排列，在t1時刻，若工控機控制激光電源同時開啟，1～7號激光器陣列將同時發(fā)射7個脈沖激光，在零件表面燒蝕出7個凹坑，構(gòu)成了豎筆畫7個點，形同“1”字。在t2時刻，若工控機控制激光電源，只讓7號激光器開啟，則只打出最下面的1個點。同理，在t3

～t5時刻都只讓7號激光器開啟，可以看出，在1～16s時間范圍內(nèi)形成了一個7×5陣列的“L”形圖案，如圖所示。陣列式打標機工作原理二、激光打標的分類3.掃描式打標

（1）掃描式打標機典型結(jié)構(gòu)掃描機構(gòu)有機械掃描式和振鏡掃描式兩種形式。1）機械掃描式。機械掃描式打標機的光路系統(tǒng)主要由激光器、反射鏡A、反射鏡B和聚焦透鏡構(gòu)成，如圖所示。機械掃描式打標原理1—激光器2—反射鏡A

3—反射鏡B4—聚焦透鏡5—筆臂二、激光打標的分類2）振鏡掃描式。振鏡掃描式打標機的光路系統(tǒng)主要由激光器、X振鏡、Y振鏡、平場聚焦透鏡構(gòu)成，如圖所示。振鏡掃描式打標原理1—零件2—平場聚焦透鏡3—Y振鏡4—X振鏡5—半反射鏡6—燈7—全反射鏡8—工作物質(zhì)二、激光打標的分類（2）掃描式打標機工作原理掃描式打標機是將需要打標的圖案輸入工控機，工控機控制激光器開啟和掃描機構(gòu)運動，使激光在零件表面掃描形成打標圖案。二、激光打標的分類三、激光打標工藝流程1.激光打標圖形的處理激光打標是指利用打標的圖形控制激光束運動以去除零件表面的材料，從而在其表面加工出需要的圖形。按照圖形格式的不同，可分為位圖打標和矢量圖打標，位圖打標是在一個個像素點上控制激光的功率、停留時間等以顯示出標記；矢量圖打標是在連續(xù)路徑上控制激光的參數(shù)、走線速度。（1）激光打標圖形處理流程

1）大部分激光打標軟件可以直接處理簡單的圖形和文字，其基本流程如圖所示。激光打標圖形處理基本流程三、激光打標工藝流程

2）有幾何尺寸要求、比較復(fù)雜的工程類圖形建議在AutoCAD軟件中進行處理。

3）不規(guī)則復(fù)雜文字和圖形，尤其是動物圖標和藝術(shù)字建議在CorelDraw軟件中進行處理。三、激光打標工藝流程（2）矢量圖

1）失量圖的定義。矢量圖是指用矢量方式來記錄圖像的線條和色塊，如圖所示。矢量圖和位圖a）矢量圖b）位圖三、激光打標工藝流程

2）矢量圖的特點①文件所占內(nèi)存容量較小。②進行放大、縮小或旋轉(zhuǎn)等操作時不會失真，與分辨率無關(guān)，如圖所示。③圖像色調(diào)簡單，色彩變化不多，所繪制的圖形不太逼真，主要用來表示圖標等簡單、直接的圖像。④不容易在不同軟件間交換文件，矢量圖無法通過掃描直接獲得，需要依靠繪圖軟件。矢量圖和位圖放大效果a)矢量圖放大效果三、激光打標工藝流程（3）矢量圖的主要類型矢量圖的文件類型很多，主要有*.ai、*.eps、*.svg、*.dwg、*.cdr等。常用的繪制矢量圖的軟件有AdobeIllustrator、AutoCAD、CorelDRAW、FreeHand、Flash等。三、激光打標工藝流程

（3）位圖

1）位圖的定義

位圖是由像素點組成的圖像，又稱點陣圖像，如圖所示。矢量圖和位圖b）位圖三、激光打標工藝流程2）位圖的特點①文件所占內(nèi)存容量較大。②進行放大、縮小或旋轉(zhuǎn)等操作時會失真，與分辨率有關(guān)，如圖所示。③圖像色調(diào)豐富，色彩變化多，繪制的圖形不夠逼真。④容易在不同軟件間交換文件，可直接掃描獲得。矢量圖和位圖放大效果b）位圖放大效果三、激光打標工藝流程2.激光打標軟件激光打標機上使用的軟件由各主流廠商自主開發(fā)，主要有EzCad和SAMLight軟件。各種激光打標軟件都具有以下幾個功能：（1）激光器控制功能，如支持Nd：YAG、CO2、光纖（IPG、SPI）等各類激光器控制功能。（2）振鏡畸變校正補償功能。（3）文字、圖案處理功能，如文字編輯、繪圖、描圖、位圖與矢量圖轉(zhuǎn)化等功能。

（4）擴展功能，如二維碼、條形碼、旋轉(zhuǎn)文本和飛行文本等打標功能。（5）紅光預(yù)覽功能。三、激光打標工藝流程3.激光打標機基本操作（1）激光打標機的結(jié)構(gòu)目前市場上主要流行的打標機是30W射頻CO2激光打標機，這款打標機結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，功能齊全。機架式30W射頻CO2激光打標機的結(jié)構(gòu)如圖所示。機架式30W射頻CO2激光打標機的結(jié)構(gòu)1—工作臺2—冷水機3—打標頭4—激光器5—機架6—顯示器7—工控機三、激光打標工藝流程（2）激光打標機的操作流程1）打標機開機及關(guān)機

①開機及關(guān)機的一般原則a.先檢查設(shè)備的線路連接情況和設(shè)備各部件是否處于正常的關(guān)機狀態(tài)。b.先開強電，后開弱電。c.先開冷卻系統(tǒng)，再開激光電源、Q開關(guān)、振鏡電源。d.先開的后關(guān)，后開的先關(guān)。三、激光打標工藝流程

②開機及關(guān)機的注意事項a.錯誤開機和關(guān)機容易導(dǎo)致安全事故。b.嚴格按照操作規(guī)程操作。c.掌握突發(fā)的緊急情況處理方法。d.注意總結(jié)不同設(shè)備開機及關(guān)機的區(qū)別。三、激光打標工藝流程2）打標的定位定位的原則如下：簡單、快捷、準確；先粗定位，再準確定位。打標前，根據(jù)機器和零件的實際情況、加工批量等綜合因素選擇合適的定位方法。

①規(guī)則零件的定位方法a.設(shè)備有紅光指示時，規(guī)則零件（如圓形、方形零件等）的尺寸在打標幅面范圍之內(nèi)時，利用紅光進行粗定位或利用零件外形進行定位。

b.設(shè)備有紅光指示時，規(guī)則零件的尺寸在打標幅面范圍之外時，利用紅光進行粗定位，再通過測量進行精確定位。

三、激光打標工藝流程2）打標的定位①規(guī)則零件的定位方法c.設(shè)備無紅光指示時，規(guī)則零件的尺寸在打標幅面范圍之內(nèi)時，利用外形定位。d.設(shè)備無紅光指示時，規(guī)則零件的尺寸在打標幅面范圍之外時，通過在零件上定中心、畫輔助線平移或貼紙片等方法輔助定位。e.對于接近規(guī)則外形的零件，定位時按相近的規(guī)則零件考慮定位方法。三、激光打標工藝流程②不規(guī)則零件的定位方法a.零件批量小時，采用簡單的定位塊進行定位，具體定位方法如下：有紅光時，用紅光定位，再貼紙片等輔助精確定位；無紅光時，直接貼紙片試打標，再通過測量定位。b.零件批量大時，設(shè)計專用或通用的工藝裝備進行定位。三、激光打標工藝流程

3）調(diào)整焦距在焦點處激光能量最強，光斑最小。焦點的確認方法如下：①利用焦點處光斑最小的特點來判定，在有機玻璃或紙片上進行打標，上下移動工作臺，看激光束的粗細，激光束最細的地方就是焦點。注意：測試焦點時激光能量一定要合適，不能太大也不能太小。②測量零件表面到鏡頭邊緣的距離，用有機玻璃制作焦距尺進行測量。三、激光打標工藝流程4）打標機參數(shù)的設(shè)置①填充密度。一般填充間距為1～1.5mm，根據(jù)打標需要和材料不同來設(shè)定，一般來說，固體打標時填充要密一些，氣體打標時可以填充稀一點。填充角度一般為0°～90°。②激光打標速度（或有效矢量步長）。打標速度快，則打標深度小，打標時間短；打標速度慢，則打標深度大，打標時間長。

三、激光打標工藝流程

③電流（功率）。電流（功率）大，激光打標深度大，對打標時間無影響；電流（功率）小，激光打標深度小，對打標時間無影響。

④頻率和Q開關(guān)釋放時間。頻率越高，打標點越致密，打標越精細，但打標深度較淺，對打標時間無影響；頻率越低，打標點越稀疏，打標越粗糙，但打標深度較大，對打標時間無影響。

⑤焦距、焦點位置的影響。經(jīng)過聚焦的激光束應(yīng)使零件標記表面位于聚焦深度范圍內(nèi)（1～2mm之間）。三、激光打標工藝流程4.防止激光輻射的泄漏YAG系列激光打標機采用封閉的激光光路，可以有效地防止激光輻射的泄漏。激光器正常工作期間，打標機內(nèi)部不得增設(shè)任何零件和物品。不得在打開密封罩的狀態(tài)下使用本標記系統(tǒng)。三、激光打標工藝流程5.激光打標機安全操作規(guī)范（1）設(shè)備不工作時不能接通電源。（2）更換激光器的氪燈時一定要切斷激光打標機的電源。（3）更換激光器的氪燈時其正、負極不要裝反，球頭形狀的一端是正極，尖頭形狀的一端是負極。正極與激光電源的紅色接線端相連接，負極與激光電源的黑色接線端相連接。

（4）禁止將激光電源輸出端引線短路或接地。（5）電源的保護地線要有良好的外部接地設(shè)施。

三、激光打標工藝流程5.激光打標機安全操作規(guī)范

（6）電氣設(shè)備操作人員須熟悉打標機的性能和操作方法。（7）盡可能單手操作電氣設(shè)備，以防止在人體上構(gòu)成回路。（8）機器周圍禁止堆放雜物。（9）不得把易燃材料放置到光路上或激光束有可能照射到的地方。三、激光打標工藝流程任務(wù)實施一、任務(wù)準備對上色完成的挖掘機機臂（見圖）進行打標。3D打印挖掘機機臂根據(jù)任務(wù)要求提前準備相應(yīng)的工具、材料、設(shè)備和勞動保護用品等，見表。工具、材料、設(shè)備和勞動保護用品清單任務(wù)實施任務(wù)實施二、制定挖掘機機臂打標工藝

激光打標的工藝流程如下：模型準備→商標準備→設(shè)備準備→打標參數(shù)設(shè)置→焦距設(shè)置和定位→打標→檢查。3D打印挖掘機機臂打標完成效果如圖所示。3D打印挖掘機機臂打標完成效果任務(wù)實施三、挖掘機機臂商標打標穿戴好個人防護用品，按照所列操作步驟完成挖掘機機臂商標打標操作。操作時需注意個人防護和環(huán)境保護，按照操作規(guī)范進行作業(yè)。1.模型準備

準備好已經(jīng)上色完成的挖掘機機臂，對表面進行清潔，確保打標部位上色沒有缺陷。2.商標準備利用EzCad軟件設(shè)計商標圖形，總尺寸為90mm×20mm。任務(wù)實施3.設(shè)備準備啟動設(shè)備電源，接通激光器電源，打開計算機，啟動打標軟件。任務(wù)實施4.打標參數(shù)設(shè)置

設(shè)置填充參數(shù)：填充間距為1mm，角度為45°；標刻參數(shù)的頻率設(shè)置為20Hz，功率為60～80W。任務(wù)實施5.焦距設(shè)置和定位

先將挖掘機機臂固定在工作平臺上，確保打標部位水平；接著進行打標對焦，開啟對焦紅光按鈕，機臂上面會出現(xiàn)正方形方框和紅色焦點，移動工作平臺和Z軸升降開關(guān)，調(diào)整打標位置和焦距。任務(wù)實施6.打標位置和焦距調(diào)整好后，開始打標。任務(wù)實施7.檢查檢查商標表面質(zhì)量，做好設(shè)備和場地清潔工作。任務(wù)實施任務(wù)實施四、質(zhì)量檢驗對挖掘機機臂商標打標質(zhì)量和安全文明生產(chǎn)情況進行檢驗，并記錄在表中。挖掘機機臂商標打標質(zhì)量檢驗表任務(wù)測評按表所列的評分標準進行測評，并做好記錄。實訓(xùn)評分標準3D打印產(chǎn)品后處理項目七3D打印產(chǎn)品的裝配學(xué)習(xí)目標1.了解3D打印產(chǎn)品裝配的概念和裝配精度。2.了解3D打印產(chǎn)品裝配工藝規(guī)程。3.掌握3D打印產(chǎn)品拼裝方法。4.掌握3D打印產(chǎn)品粘接方法。5.掌握3D打印產(chǎn)品連接方法。6.能獨立完成3D打印產(chǎn)品的裝配。任務(wù)描述挖掘機利用液壓系統(tǒng)控制挖斗，從而完成物體的挖取工作。3D打印挖掘機模型就是對這個機構(gòu)的還原和展示，在零件裝配過程中需要識讀裝配圖，制定裝配工藝并完成零件的裝配工作，最終實現(xiàn)挖掘機的運動功能，如圖所示。挖掘機模型一、3D打印產(chǎn)品裝配的概念、方法和裝配精度1.3D打印產(chǎn)品裝配的概念3D打印產(chǎn)品裝配是指按產(chǎn)品外觀或功能要求，將產(chǎn)品各零件或部件進行組合拼裝，使之成為半成品或成品的工藝過程。2.3D打印產(chǎn)品裝配的方法3D打印產(chǎn)品裝配的方法主要有拼接、粘接和連接，其各自的含義如下：

（1）拼接拼接就是將3D打印產(chǎn)品各零件，通過配合位、卡扣或者卯榫結(jié)構(gòu)進行拼湊，實現(xiàn)產(chǎn)品整體性、功能性的過程。通過拼接的產(chǎn)品可以再進行拆分，這種方法主要應(yīng)用于有運動、配合關(guān)系的零件的裝配。

（2）粘接粘接就是將3D打印產(chǎn)品各零部件，通過黏結(jié)劑黏合在一起，實現(xiàn)產(chǎn)品整體性、功能性的過程。通過粘接的產(chǎn)品不能再進行拆分，這種方法主要應(yīng)用于因打印范圍受限、為減少支撐結(jié)構(gòu)而拆分成幾部分打印的產(chǎn)品的裝配。一、3D打印產(chǎn)品裝配的概念、方法和裝配精度（3）連接

連接就是將3D打印產(chǎn)品各零件通過螺紋或銷釘?shù)冉M裝在一起，實現(xiàn)產(chǎn)品整體性、功能性的過程。通過螺紋連接的產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，便于拆卸和更換零件，主要應(yīng)用于一些機構(gòu)的裝配。一、3D打印產(chǎn)品裝配的概念、方法和裝配精度3.3D打印產(chǎn)品的裝配精度3D打印產(chǎn)品成形原理不同，產(chǎn)品的打印精度也有所不同。一般的FDM打印產(chǎn)品配合部位所需間隙為0.2～0.3mm，SLA打印產(chǎn)品配合部位間隙為0.1～0.2mm，SLS打印產(chǎn)品配合部位間隙為0.05～0.1mm，間隙值根據(jù)模型尺寸大小上下調(diào)整，模型越大，所需配合間隙也應(yīng)越大，如果后續(xù)還有噴漆環(huán)節(jié)，還需要再增大1mm的漆厚間隙。裝配精度是裝配工藝的質(zhì)量指標，是產(chǎn)品設(shè)計的重要環(huán)節(jié)之一，它不僅關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量，也影響產(chǎn)品制造的經(jīng)濟性。裝配精度是制定裝配工藝規(guī)程的主要依據(jù)，也是選擇合理的裝配方法和確定零件加工精度的依據(jù)。一、3D打印產(chǎn)品裝配的概念、方法和裝配精度

（1）配合精度和接觸精度

零件間的配合精度是指配合面間達到規(guī)定的間隙或過盈的要求。它關(guān)系到配合性質(zhì)和配合質(zhì)量。

零件間的接觸精度是指配合表面、接觸表面達到規(guī)定的接觸面積與接觸點分布的情況。它影響接觸剛度和配合質(zhì)量。

（2）尺寸精度和位置精度

零部件間的尺寸精度是指零部件間的距離精度，如軸向距離和軸線距離（中心）精度等。

零部件間的位置精度包括平行度、垂直度、同軸度和各種跳動。一、3D打印產(chǎn)品裝配的概念、方法和裝配精度

（3）零部件間的相對運動精度

零部件間的相對運動精度是指有相對運動的零部件間在運動方向和運動位置上的精度。其中運動方向上的精度包括零部件間相對運動時的直線度、平行度和垂直度等；運動位置上的精度即傳動精度，是指內(nèi)聯(lián)系傳動鏈中始末兩端傳動元件間相對運動精度。一、3D打印產(chǎn)品裝配的概念、方法和裝配精度3D打印產(chǎn)品裝配的工藝流程包括清洗、預(yù)裝、修整、裝配、驗收。1.清洗清洗就是去除油污及3D打印雜質(zhì)，保證產(chǎn)品的質(zhì)量及延長產(chǎn)品的使用壽命。清洗液有酒精和各種化學(xué)清洗液等。清洗方法有擦洗、浸洗、噴洗和超聲波清洗等。經(jīng)清洗后的零件或部件必須進行烘干處理。2.預(yù)裝預(yù)裝就是根據(jù)3D打印產(chǎn)品各零件的裝配關(guān)系，預(yù)先調(diào)試配合間隙的操作方法。如果配合間隙不合適就需要先進行測量，再進行修整。二、3D打印產(chǎn)品裝配的工藝流程3.修整修整就是根據(jù)預(yù)裝的情況，將配合間隙不合適的部位通過打磨等方法修整到間隙合適的過程。修整的過程根據(jù)零件間的關(guān)系可以進行單個零件銼配和多個零件一起配銼。（1）單個零件修整

根據(jù)零件圖樣要求，測量尺寸，如果尺寸大于圖樣要求公差，需要對其進行修整，達到圖樣要求。一般采用銼削加工和銑削加工。二、3D打印產(chǎn)品裝配的工藝流程（2）多個零件修整用已加工的零件為基準，加工與其相配的另一個零件，或?qū)蓚€（或兩個以上）零件組合在一起進行加工的方法稱為配作。配作包括配鉆、配鉸、配刮和配磨等，配作常與校正和調(diào)整工作結(jié)合進行。（3）旋轉(zhuǎn)零件修整對轉(zhuǎn)速較高、運動平穩(wěn)性要求高的機械，為了防止其在使用中出現(xiàn)振動，需要對有關(guān)的旋轉(zhuǎn)零件、部件進行平衡，常用的方法有靜平衡法和動平衡法兩種。二、3D打印產(chǎn)品裝配的工藝流程4.裝配根據(jù)裝配圖或裝配要求，將尺寸有問題的部位修整后，按照從下到上或者從內(nèi)到外的裝配關(guān)系進行裝配。（1）拼接

拼接是利用3D打印產(chǎn)品各部分的凸、凹部位將其組裝在一起，也方便進行拆卸的方法。機器人模型二、3D打印產(chǎn)品裝配的工藝流程3D打印產(chǎn)品在拼接時需要注意以下幾點：（1）組裝前先辨別拼接的方式，常見的拼接方式有過盈拼接和彈性拼接，如圖所示。（2）彈性拼接需要將球頭面打磨光滑，對凹槽入口倒圓角。（3）過盈拼接應(yīng)注意各部位尺寸，過盈拼接時過盈量控制在0.05～0.1mm之間即可。（4）拼接整個過程需要控制力度，防止產(chǎn)品破碎。拼接方式a）過盈拼接b）彈性拼接二、3D打印產(chǎn)品裝配的工藝流程（2）粘接粘接就是利用黏結(jié)劑將3D打印產(chǎn)品各部分粘接在一起，是不可以拆卸的裝配方法。粘接適用于由于打印機范圍限制而將產(chǎn)品切分成好幾個部分打印的大型產(chǎn)品，通過設(shè)計一些定位形狀，用黏結(jié)劑將其粘接成整體的方法，如圖所示的恐龍模型即是粘接而成的。其優(yōu)點是適合大型產(chǎn)品的3D打印，固定的質(zhì)量較高。恐龍模型二、3D打印產(chǎn)品裝配的工藝流程3D打印產(chǎn)品在粘接時需要注意以下幾點：（1）常見的黏結(jié)劑有502膠、AB膠、強力膠等，這類黏結(jié)劑凝固速度較快，一定要注意控制操作時間。（2）粘接好的產(chǎn)品要放置一段時間，讓黏結(jié)劑徹底干燥。（3）粘接部位要進行預(yù)組裝，并進行磨削，以確保粘接處縫隙均勻，各部位對正，間隙一般控制為0.2mm。（4）對于粘接后的間隙要用牙膏補土進行處理。二、3D打印產(chǎn)品裝配的工藝流程（3）連接連接是利用螺釘、銷釘?shù)纫恍藴始?D打印產(chǎn)品組裝在一起。連接適用于需要承受一定載荷或者運動的機構(gòu)。其優(yōu)點是固定牢固，適合有功能性要求的產(chǎn)品。缺點是會影響外觀的美觀性，如圖電鉆外殼模型所示。電鉆外殼模型二、3D打印產(chǎn)品裝配的工藝流程3D打印產(chǎn)品在連接時需要注意以下幾點：（1）常用的標準件有螺釘、螺栓、螺母、銷釘?shù)取＃?）在使用螺釘時，螺紋底孔直徑=螺紋大徑-螺距-0.2mm，使用相應(yīng)的鉆頭清理螺線底孔。（3）在使用螺栓、螺母時，需要清理螺栓過孔，以保證螺栓順利通過。（4）在使用銷釘時，需要使用鉸刀清理銷釘孔，以確保銷釘順利通過。（5）在使用螺釘和螺栓固定時，緊固力不要太大，以防止破壞產(chǎn)品。二、3D打印產(chǎn)品裝配的工藝流程5.驗收產(chǎn)品裝配完畢，要按產(chǎn)品有關(guān)技術(shù)標準和規(guī)定，對產(chǎn)品進行全面檢查和試驗工作。二、3D打印產(chǎn)品裝配的工藝流程任務(wù)實施一、任務(wù)準備根據(jù)任務(wù)要求提前準備相應(yīng)的工具、材料和勞動保護用品等。工具、材料和勞動保護用品清單任務(wù)實施二、制定挖掘機模型裝配工藝

挖掘機零件比較多，根據(jù)挖掘機運動原理制定的挖掘機模型裝配工藝流程如下：裝配準備→機臂機構(gòu)組裝→機座機構(gòu)組裝→機身機構(gòu)組裝→整體組裝→動力機構(gòu)組裝→檢查。任務(wù)實施三、挖掘機模型的裝配

穿戴好個人防護用品，完成挖掘機模型裝配。1.裝配準備

（1）準備零件

按照圖樣上的物料清單準備零件，并檢查零件質(zhì)量。（2）準備工具準備裝配所需的游標卡尺、銼刀、旋具、鉆頭、雕刻筆刀、砂紙、毛刷等工具。任務(wù)實施

（3）確認配合尺寸根據(jù)裝配模型，確認各零件之間的配合關(guān)系和部位，為裝配做好準備。任務(wù)實施（4）確認連接方式挖掘機各零件連接方式主要為螺栓連接。任務(wù)實施2.機臂機構(gòu)組裝

（1）模型清理準備構(gòu)成挖掘機機臂機構(gòu)的零件，并使用酒精清潔每個零件。（2）零件預(yù)裝根據(jù)機臂機構(gòu)的運動特點，每個零件都通過螺栓連接，并且可以轉(zhuǎn)動。將各連接處預(yù)裝，如果有裝不進去或者轉(zhuǎn)動不順暢的，需進行修整。任務(wù)實施（3）機構(gòu)修整如果機臂槽實際尺寸過小，需要用銼配的方法處理；如果螺栓孔的實際尺寸過小，則需要用鉆削的方法處理。任務(wù)實施（4）機構(gòu)組裝此機構(gòu)主要靠螺栓連接的方式固定，所以應(yīng)注意螺栓不要擰得太緊。（5）機構(gòu)檢查檢查機臂各連接處運動是否順暢。任務(wù)實施3.機座機構(gòu)組裝（1）模型清理準備構(gòu)成挖掘機機座機構(gòu)的零件，并使用酒精清潔每個零件。任務(wù)實施（2）零件預(yù)裝機座采用履帶方式運動，履帶是通過3D打印方式整體打印而成的，只需要使用銷釘將其頭尾連接即可，履帶輪和機座采用間隙配合，并且可以轉(zhuǎn)動，將各連接處進行預(yù)裝。任務(wù)實施（3）機構(gòu)修整如果挖掘機車輪軸的實際尺寸過大，需要用銼配的方法處理。任務(wù)實施（4）機構(gòu)組裝此機構(gòu)主要采用過盈連接、螺栓連接的方式固定，注意過盈配合時過盈量不要太大，一般采用0.05～0.1mm即可。任務(wù)實施（5）機構(gòu)檢查檢查機座各連接處運動是否順暢。任務(wù)實施4.機身機構(gòu)組裝（1）模型清理準備構(gòu)成挖掘機機身機構(gòu)的零件，并使用酒精清潔每個零件。任務(wù)實施（2）零件預(yù)裝機身機構(gòu)采用齒輪傳動，帶動機身轉(zhuǎn)動，機身是通過3D打印整體打印而成的，只需使用螺釘將齒輪機構(gòu)連接起來即可。任務(wù)實施（3）機構(gòu)修整如果挖掘機連桿軸與槽相配合處實際寬度尺寸過大，需要用銼配的方法處理，以確保每個零件轉(zhuǎn)動順暢。任務(wù)實施（4）機構(gòu)組裝此機構(gòu)主要采用螺栓連接的方式固定，注意緊固時螺栓不要擰得太緊。任務(wù)實施（5）機構(gòu)檢查檢查機身各連接處運動是否順暢。任務(wù)實施5.整體組裝（1）模型清理準備挖掘機機臂、機身、機座各機構(gòu)，并使用酒精清潔每個機構(gòu)。任務(wù)實施（2）機構(gòu)預(yù)裝挖掘機各機構(gòu)之間采用螺栓連接，應(yīng)保證挖掘機連接牢固。任務(wù)實施（3）機構(gòu)修整整體組裝主要問題就是配合部位螺栓孔過小，需要使用配鉆的方法處理。任務(wù)實施（4）機構(gòu)組裝挖掘機采用螺栓連接的方式固定，緊固時不要用力太大。任務(wù)實施（5）機構(gòu)檢查檢查各機構(gòu)件間運動是否順暢。任務(wù)實施6.動力機構(gòu)組裝（1）模型處理準備挖掘機動力機構(gòu)各零件，挖掘機動力機構(gòu)主要利用液壓原理，通過注射器模擬，可以實現(xiàn)挖斗、機臂的運動。任務(wù)實施

（2）零件預(yù)裝動力機構(gòu)采用粘接方法，將注射器和3D打印零件粘接在一起。任務(wù)實施（3）零件修整動力機構(gòu)主要存在的問題是注射器和3D打印零件組裝不進去，可采用銼削方法，使兩者間隙為0.05～0.1mm。任務(wù)實施（4）零件組裝動力機構(gòu)組裝采用螺栓連接的方式，應(yīng)注意確保其運動順暢。任務(wù)實施（5）零件檢查檢查機構(gòu)運動是否順暢，如果空氣壓縮力不夠，可以往注射器內(nèi)灌裝液體，以增加壓縮力。任務(wù)實施7.檢查檢查各機構(gòu)件間運動是否順暢。任務(wù)實施任務(wù)實施四、質(zhì)量檢驗1.產(chǎn)品檢驗

對模型裝配質(zhì)量進行檢驗，并記錄在表中。表挖掘機模型裝配質(zhì)量檢驗表2.產(chǎn)品缺陷和質(zhì)量分析參照表所列裝配常見缺陷的產(chǎn)生原因、預(yù)防措施和解決方法，對存在缺陷的產(chǎn)品進行修復(fù)和處理。裝配常見缺陷的產(chǎn)生原因、預(yù)防措施和解決方法任務(wù)實施按表所列的評分標準進行測評，并做好記錄。實訓(xùn)評分標準任務(wù)實施3D打印產(chǎn)品后處理項目八

3D打印產(chǎn)品后處理綜合應(yīng)用學(xué)習(xí)目標1.能合理運用后處理常用工具、量具、刃具、夾具等。2.能制定3D打印模型的清洗、打磨及拋光工藝。3.能獨立完成3D打印模型的清洗、打磨及拋光處理工作。4.能制定3D打印模型的著色工藝。5.能獨立完成3D打印模型的著色工作。6.能制定3D打印模型的裝配工藝。7.能獨立完成3D打印模型的裝配工作。8.能獨立完成3D打印模型的質(zhì)量檢驗與缺陷修復(fù)工作。9.能完成3D打印模型的產(chǎn)品展示工作。任務(wù)描述

手辦模型的綜合后處理工作包括打磨、上色、組裝等各種加工工藝，合理運用各種材料、工具、刃具等，最終保證模型的完美呈現(xiàn)，如圖所示。手辦模型任務(wù)實施一、任務(wù)準備根據(jù)任務(wù)要求提前準備相應(yīng)的工具、材料、設(shè)備和勞動保護用品等。任務(wù)實施

根據(jù)任務(wù)要求提前準備相應(yīng)的工具、材料、設(shè)備和勞動保護用品等。任務(wù)實施二、制定手辦模型的工藝路線工藝路線如下：SLA打印產(chǎn)品→去除產(chǎn)品支撐結(jié)構(gòu)→清洗→初打磨→裝配→噴底漆→第二次粗打磨→噴砂→第三次打磨及拋光→上色→總裝配。任務(wù)實施三、手辦模型的綜合后處理1.手辦模型的預(yù)處理階段

預(yù)處理流程如下：取產(chǎn)品→去除支撐結(jié)構(gòu)→清洗→去除毛刺和支撐痕跡。

（1）取產(chǎn)品

選用光敏樹脂，采用激光固化設(shè)備打印手辦模型的各零件，打印完成后，升起打印平臺，靜置幾分鐘，待光敏樹脂滴落回槽中，采用刮刀輕輕將產(chǎn)品從打印平臺上取出。1.手辦模型的預(yù)處理階段

（2）去除支撐結(jié)構(gòu)

采用水口鉗和鑷子輕輕將支撐結(jié)構(gòu)剝離，如圖所示。去除支撐結(jié)構(gòu)任務(wù)實施1.手辦模型的預(yù)處理階段

（3）清洗

將各零件放入超聲波清洗機依次清洗10min，再將零件放入固化箱中固化。固化箱采用全功率，正、反面各固化20min。依次檢查固化后的零件。清洗及固化零件a）清洗b）固化固化后的零件任務(wù)實施1.手辦模型的預(yù)處理階段

（4）去除毛刺和支撐痕跡

將零件裝配時的配合部位去毛刺，去除支撐痕跡，如圖所示。配合部位去除支撐痕跡a）確認零件配合處b）去除支撐痕跡任務(wù)實施2.預(yù)裝階段

預(yù)裝流程包括產(chǎn)品裝配→產(chǎn)品整體噴涂底漆。

（1）產(chǎn)品裝配

將各零件按照圖片樣式進行裝配，如圖所示。裝配任務(wù)實施2.預(yù)裝階段

（2）產(chǎn)品整體噴涂底漆

噴涂底漆是為了更容易看清楚產(chǎn)品表面的毛刺、支撐痕跡等，為下一步打磨做充分準備，如圖8-7所示。任務(wù)實施噴涂底漆a）上色b）噴涂底漆后的整體效果c）小凸點為噴涂底漆后凸顯的表面缺陷3.打磨階段

打磨流程包括打磨準備→打磨大面→打磨小面。

采用水磨砂紙和水進行打磨，依次采用220目、600目、800目砂紙