3D打印企業(yè)實例 課件 任務(wù)五 3D打印大象玩具擺件

3D打印大象玩具擺件

學(xué)習(xí)任務(wù)五

工作情境描述

廣州工貿(mào)激光技術(shù)有限公司生產(chǎn)部從市場部接到一份來自廣州時尚玩具制造有限公司的加工訂單，要求生產(chǎn)三色大象玩具擺件2件，作為該玩具公司秋季新品發(fā)布會展品?？钍?、尺寸、配色由客戶提供3D模型圖，交貨期為3天。

生產(chǎn)工程師接到工作任務(wù)后，通過任務(wù)單了解并分析客戶需求，根據(jù)客戶提供的3D模型圖，選擇加工方法、材料、設(shè)備等，制定打印工藝，填寫生產(chǎn)制造文檔，排包、生產(chǎn)打印、后續(xù)處理及檢測，完成后交付質(zhì)檢部驗收確認。填寫設(shè)備使用情況和維修記錄。目錄01獲取大象玩具擺件3D打印任務(wù)大象玩具擺件快速成型0203040605處理大象玩具擺件數(shù)據(jù)制定大象玩具擺件3D打印方案大象玩具擺件后處理大象玩具擺件任務(wù)評價學(xué)習(xí)活動1獲取大象玩具擺件3D打印任務(wù)

表4-1任務(wù)分工表團隊名稱團隊LOGO團隊成員工作任務(wù)

1.組建團隊及任務(wù)分工2.發(fā)放《任務(wù)單》表4-2任務(wù)單圖

4-1大象玩具擺件3D模型圖

圖

4-2

大象玩具擺件3D模型圖

圖

4-3大象擺件數(shù)模零件圖

3.制造要求分析（1）加工產(chǎn)品名稱

，數(shù)量

，完成時間為

天。（2）此產(chǎn)品為

（A.成品B.測試件）。（3）選擇加工方法

（A.模具B.3D打?。?。因為，

（A.模具B.3D打?。┥a(chǎn)過程費時費力，而且僅僅用于測試件的生產(chǎn)，顯然并不經(jīng)濟。

（A.模具B.3D打?。┫啾葌鹘y(tǒng)制造技術(shù)在樣件測試領(lǐng)域優(yōu)勢顯著，只需完整設(shè)計圖紙，即可直接制作零件，無需開模等中間過程，成型時間大大縮短。使用

（A.模具B.3D打?。┘夹g(shù)單個或小批量生產(chǎn)零部件，既能節(jié)約開發(fā)成本，也可以縮短開發(fā)周期，是產(chǎn)品開發(fā)和模型測試的好幫手。（4）大象玩具擺件的生產(chǎn)要求：根據(jù)以上制造要求分析，選擇

（A.SLSB.FDMC.SLAD.Polyjet）3D打印技術(shù)。因為，目前只有

（A.SLSB.FDMC.SLAD.Polyjet），能同時噴射多種功能材料，因此可以將各種特性甚至多種顏色融入3D打印模型和零件中，制造出顏色逼真貼近最終產(chǎn)品實物的模型。且支撐材料可以用手或者噴水的方式很容易的清除，留下表面整潔光滑的成型工件，因此能夠制作出光滑、精準(zhǔn)的原形、部件和工具。且該打印技術(shù)采用全新的三種材料噴射技術(shù)，可自動打印具有多種材料特性的復(fù)雜原型，無需進行組裝。

學(xué)習(xí)活動2

制定大象玩具擺件3D打印方案

1.能敘述Polyjet打印技術(shù)工作原理2.知道Polyjet工藝優(yōu)缺點3.敘述Polyjet常用工藝材料4.了解Polyjet設(shè)備5.制定打印大象玩具擺件的工作方案

Polyjet打印技術(shù)簡介

Polyjet技術(shù)是一種強大的增材制造方法，能夠制作出光滑、精準(zhǔn)的原形、部件和工具。Polyjet聚合物噴射技術(shù)是以色列Objet公司（現(xiàn)在已與Stratasys公司合并）于2000年推出的專利技術(shù)，Polyjet技術(shù)也是當(dāng)前最為先進的3D打印技術(shù)之一。

表4-3Polyjet工作原理

Polyjet的工作原理示意圖

Polyjet技術(shù)的工作原理：與噴墨打印機類似，不同的是噴頭噴射的不是墨水而是光敏聚合物。當(dāng)光敏聚合材料被噴射到工作臺上后，UV紫外光燈將沿著噴頭工作的方向發(fā)射出UV紫外光對光敏聚合材料進行固化。完成一層的噴射“打印”和固化后，設(shè)備內(nèi)置的工作臺會及其精準(zhǔn)地下降一個成型層厚，噴頭繼續(xù)噴射光敏聚合材料進行下一層的“打印”和固化。這樣一層接一層，直到整個工件“打印”制造完畢。

表4-3Polyjet工作原理

利用Polyjet技術(shù)成型的工件

工件成型過程：將兩種不同類型的光敏樹脂材料，分別用來生成實際模型和支撐。制作出的工件原形，可以立即進行搬運和使用，無需二次固化。支撐材料可以用手或者噴水的方式很容易的清除，留下表面整潔光滑的成型工件。Polyjet技術(shù)工藝特點優(yōu)點質(zhì)量高

Polyjet技術(shù)擁有行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的16微米分辨率（即最薄層厚能達到16微米）以超薄層的狀態(tài)將材料疊加成型，可以確保獲得流暢、精確且非常詳細的部件與模型。精度高

使用Polyjet聚合物噴射技術(shù)的精密噴射與構(gòu)建材料性能可保證細節(jié)精細與薄壁，能夠帶來很好的表面品質(zhì)和細節(jié)。多色彩打印目前先進的Polyjet系統(tǒng)能夠同時噴射多種功能材料，因此可以將各種特性甚至多種顏色融入3D打印模型和零件中，制造出顏色逼真貼近最終產(chǎn)品實物的模型，其他打印方式則無法完成。多種材料供選用Polyjet技術(shù)的成型設(shè)備材料選擇余地大，可制作具有不同特性的模型與部件，包括靈活性、斷裂延伸率以及顏色等方面，開啟了更廣泛的應(yīng)用范圍。通過可用的最佳材料通用性將有色的不同材料特性整合于一個模型。一次成型預(yù)組裝（快捷）全寬度上的高速光柵構(gòu)建，可實現(xiàn)快速的流程，可同時構(gòu)建多個項目，并且無需事后凝固。目前先進的Polyjet系統(tǒng)采用全新的三種材料噴射技術(shù)，可自動打印具有多種材料特性的復(fù)雜原型，無需進行組裝。清潔快捷Polyjet系統(tǒng)設(shè)備提供封閉的成型工作環(huán)境，適合普通的辦公環(huán)境，采用非接觸樹脂載入和卸載，容易清除支撐材料，容易更換噴頭。得益于全寬度上的高速光柵構(gòu)建，系統(tǒng)可實現(xiàn)快速流程，可同時構(gòu)建多個項目，并且無需進行二次固化等后處理。Polyjet技術(shù)工藝特點缺點需要支撐結(jié)構(gòu)需要支撐結(jié)構(gòu)耗材成本相對高與SLA一樣使用光敏樹脂作為耗材，成本相對較高。強度較低由于材料是樹脂，成型后強度、耐久度等于等于SLA一樣，都不是很高。

應(yīng)用打印表面平滑、精致的最終用途零件小批量制造工具、夾具和裝配夾具。打印復(fù)雜模型展覽與交流模型打印橡膠包裹層和覆膜旋鈕、手柄、拉手、把手、把手墊片、封條、橡皮軟管、鞋類Polyjet工藝材料

Polyjet技術(shù)的成型設(shè)備材料選擇余地大，可制作具有不同特性的模型與部件，包括靈活性、斷裂延伸率以及顏色等方面，開啟了更廣泛的應(yīng)用范圍。Polyjet系統(tǒng)可選的材料選項超過180個，包括數(shù)字ABS，可對從剛性到柔性在內(nèi)的所有類型材料進行3D打印Polyjet工藝材料學(xué)習(xí)活動2制定大象玩具擺件3D打印方案

表4-

5

常用的Polyjet工藝材料材料種類特性FullCure?模型及支撐材料

Vero系列剛性不透明Tango系列透明橡膠狀，獨特的樹脂技術(shù)提供各種級別的彈性。TangoBlack–柔軟的橡膠狀柔性材料，用于需要很高柔韌性與彈性的領(lǐng)域；TangoGray–更堅硬的橡膠狀柔性材料，用于需要一些彈性的領(lǐng)域FullCure720Transparent堅固的丙烯酸樹脂，平滑的透的琥珀色，可以給客戶提供功能測試和顯著的分析，工程設(shè)計模型，可以著色、染色、澆鑄、機械加工、鉆孔、真空成型及電鍍。FullCure?750Support無毒凝膠類光敏聚合物支持性材料，具有復(fù)雜幾何形狀，例如懸掛和底切的模型的支持性材料。DigitalMaterials由兩種FullCure模型材料組成的復(fù)合型材料，具有特殊的濃度和結(jié)構(gòu)成分，可以滿足用戶所需的機械特性，適用于前期測試的接近目標(biāo)產(chǎn)品材料的模型材料。Endur是一種高級模擬光敏樹脂材料，能夠經(jīng)受高強度沖擊，并能經(jīng)受高溫,且它的柔韌度也很好，打印表面質(zhì)量佳，尺寸穩(wěn)定性好，不易收縮?？纱蛴∪萜?、運動部件、咬合嚙合部件等對強度要求很高的零部。

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PolyJe技術(shù)應(yīng)用舉例產(chǎn)品類型舉例橡膠包覆和柔軟防滑表面原型

使用橡膠包覆ABS材料成型的防毒面具模型透明、透明/不透明組合、半透明顏色模型

外部透明內(nèi)部不透明的人腦模型剛性和柔性材料混用制作模型

剛性和柔性材料混用的心臟模型

Polyjet設(shè)備

根據(jù)Polyjet技術(shù)及打印任務(wù)的要求，選擇美國Stratasys公司推出的Objet500Connex3TM（如圖4-4所示）機型作為大象擺件的Polyjet成型設(shè)備。Objet500可提供全面建模解決方案，具有16微米的高分辨率，采用三種材料噴射技術(shù)，可自動“打印”具有多種材料特性的復(fù)雜原型，制造具有光滑細致表面的精密模型。Objet500屬于CONNEX家族系列產(chǎn)品，能夠同時“打印”多種模型材料，使其能“打印”零部件并在單個托盤中構(gòu)建不同材料零件，其創(chuàng)建的復(fù)合型數(shù)字材料仿真度比以往任何時候都更接近各種最終產(chǎn)品。圖

4-4

Objet500三維打印成型系統(tǒng)

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（1）功能Objet500Connex3是唯一能夠使用一系列多材料組件（包括剛性、柔性、透明和耐用組件）創(chuàng)建顏色鮮亮原型的3D打印機。是彩色多材料3D打印機，允許將多達46種顏色整合入單個原型，從真正的墨黑到日光黃、鮮艷的品紅以及數(shù)百種漂亮的混合色調(diào)。從十個調(diào)色板中選取，其中包括濃艷不透明和彩色玻璃般半透明的顏色，呈現(xiàn)明亮、可重復(fù)的顏色。Objet500Connex3采用獨特的三重噴射技術(shù)，結(jié)合三種基本材料，并有數(shù)百種色彩可選，制造的部件可謂色彩斑斕、軟硬由心，這些都可一次打印完成，極大地擴展了3D打印的制造范圍。用戶可以無需組裝及上色處理，大大節(jié)省了時間。它可以幫助產(chǎn)品制造商進行設(shè)計驗證和在投產(chǎn)之前做出正確的決定，并把產(chǎn)品更快地推向市場。

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（2）應(yīng)用Objet500Connex3打印產(chǎn)品主要用于汽車、消費品和運動用品與時尚等行業(yè)。圖4-5Objet500Connex3打印產(chǎn)品樣件展示

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制定大象玩具擺件3D打印方案產(chǎn)品名稱大象玩具擺件產(chǎn)品編號2016060120160602數(shù)量（件）2創(chuàng)建時間

創(chuàng)建人

打印技術(shù)選擇：

A.SLAB.FDMC.SLSD.Polyjet打印設(shè)備

選擇：

A.TPMB.Objet500Connex3TMC.上海聯(lián)泰RS6000D.ELITEP3200打印材料選擇：

A.Vero系列B.FullCureC.ABSD.PLA前端處理軟件選擇：

A.Slic3r

B.Repetier-HostC.ObjetStudioTMD.CustomProprietary學(xué)習(xí)活動3

處理大象玩具擺件數(shù)據(jù)

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1.應(yīng)用SolidView/ProRP2015.0x64軟件，處理數(shù)據(jù)

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1.Ob-jetStudioTM前端處理軟件簡介

ObjetStudioTM是專為ObjetConnex系列3D成型設(shè)備開發(fā)的，因此打印大象玩具擺件由Objet500配套的ObjetStudioTM前端處理軟件來管理整個模型數(shù)據(jù)處理流程。圖4-6可使用ObjetStudioTM系統(tǒng)分析的數(shù)據(jù)模型

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1.Ob-jetStudioTM前端處理軟件簡介

ObjetStudioTM支持將來自任何三維CAD應(yīng)用程序的3D模型轉(zhuǎn)換成“打印”設(shè)備使用的STL和WRL文件，包括顏色、材料和支撐布局等信息。這款軟件提供簡單的“點擊并構(gòu)建”的準(zhǔn)備與打印托盤編輯功能，提供便捷的生產(chǎn)預(yù)估和完全的生產(chǎn)控制，包括隊列管理。這款軟件還具有強大的向?qū)У奶攸c，方便并加快系統(tǒng)維護。ObjetStudioTM提供強大的多用戶網(wǎng)絡(luò)功能，將客戶的整個設(shè)施轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)力極高而且用途多元化的三維模型運營。

ObjetStudioTM可以輕松地選擇模型和材料，能夠自動布置托盤確保精確一致的定位，并自動實時生成支撐結(jié)構(gòu)，即時切片打印，能夠提供強大的多用戶網(wǎng)絡(luò)功能。

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2．導(dǎo)入模型ObjetStudioTM系統(tǒng)導(dǎo)入數(shù)據(jù)模型方便快捷。表4-8導(dǎo)入模型步棸步驟步驟圖解（1）打開ObjetStudioTM系統(tǒng)

Objet

StudioTM系統(tǒng)界面（2）點擊“InsertModel”選擇需要“打印”的工件3D數(shù)據(jù)模型

導(dǎo)入工件3D數(shù)據(jù)模型操作（3）可以在ObjetStudio的系統(tǒng)界面中看到各個零部件的數(shù)據(jù)模型。

工件3D數(shù)據(jù)模型導(dǎo)入托盤

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2．導(dǎo)入模型ObjetStudioTM系統(tǒng)導(dǎo)入數(shù)據(jù)模型方便快捷。表4-8導(dǎo)入模型步棸（4）在ObjetStudio中重新打開數(shù)據(jù)模型所在的文件夾，選中所有的零部件，并在“Insert”功能框中，勾選“Assembly”選項。

勾選“組裝”選項導(dǎo)入組裝模型小提示：由于任務(wù)要求是直接“打印”一個組裝好的，腿部可靈活運動的一體化大象模型，因此不能在ObjetStudio中導(dǎo)入“大象”的各個零部件，應(yīng)先做虛擬組裝后再導(dǎo)入。（5）系統(tǒng)對大象模型的零部件進行虛擬組裝后導(dǎo)入系統(tǒng)托盤。

虛擬組裝模型導(dǎo)入系統(tǒng)小提示：導(dǎo)入的模型擺放在工作區(qū)內(nèi)，一般先確定一批零件中大零件的位置，再調(diào)整小零件的位置，如果有薄壁零件，擺放時應(yīng)靠近成型桶中心及整體的上部。零件與零件之間的距離必須大于3mm。

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3．模型參數(shù)設(shè)置為配合個性化生產(chǎn)，可以對模型的參數(shù)進行必要的設(shè)置和修正。

（1）導(dǎo)入工件后，點擊“Estimate”功能，打開生產(chǎn)預(yù)估“ProductionEstimate”窗口，查看當(dāng)前設(shè)置下工件的生產(chǎn)預(yù)估情況，包括打印模式及其材料消耗和成型時間工件生產(chǎn)情況預(yù)估功能窗口（2）對于當(dāng)前設(shè)置不滿意時，切換至“ModelSettings”功能欄，選中需要修改的工件如“Assembly1”，點擊“Transform”對各項參數(shù)進行修改，如“Translate”（移動）、“Rotate”（旋轉(zhuǎn)）和“Scale”（調(diào)整比例）等。如將“Assembly1”縮小比例至原模型的0.5倍，點擊“Apply”確認。

參數(shù)設(shè)置功能窗口（3）參數(shù)修改完畢后，再打開“Estimate”對工件生產(chǎn)情況進行預(yù)估。

表4-9參數(shù)設(shè)置步棸

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4．生產(chǎn)預(yù)估

參數(shù)修改完畢后，再打開“Estimate”對工件生產(chǎn)情況進行預(yù)估，生產(chǎn)預(yù)估“Estimate”功能是ObjetStudio軟件對于快速成型生產(chǎn)狀況的預(yù)測，實質(zhì)上是Objet500系統(tǒng)所提供的三種打印模式對模型成型的影響。這三種打印模式（HighQuality，高質(zhì)量模式；HighSpeed，高速模式；DigitalMaterial，數(shù)字材料模式）為各個領(lǐng)域的應(yīng)用提供了不同的解決方案（如表4-10所示），三種模式之間可以輕松切換。打印模式支持層厚構(gòu)建尺寸HighQuality16微米12毫米/小時HighSpeed30微米20毫米/小時DigitalMaterial30微米12毫米/小時表4-10Objet

Connex系列打印模式參數(shù)

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4．生產(chǎn)預(yù)估

通過“Estimate”功能對于不同打印模式下的成型精度、成型分辨率、成型材料和成型時間等進行預(yù)估。ObjetConnex系統(tǒng)能夠按照不同的成型模式，自動進行實時的切片和生成支撐結(jié)構(gòu)，并不需要獨立的切片和生成支撐操作，減少了對操作人員經(jīng)驗的依賴，也避免了不必要的失誤，這也是與其他數(shù)據(jù)處理軟件的不同之處。最后，經(jīng)過綜合考量選取合適的打印模式。

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5．工件擺放Objet500的打印尺寸為490×390×200mm，為提高加工效率，可以同時加工多個模型。步驟步驟圖解（1）在“Model

Tree”窗口選中已設(shè)置理想?yún)?shù)的虛擬組裝模型如“Assembly1”，使用簡單的“Ctrl+C”和“Ctrl+V”命令即可實現(xiàn)同樣參數(shù)設(shè)置的模型添加。

添加相同參數(shù)設(shè)置的模型（2）打開“TraySettings”功能欄，點擊“Placement”自動排列。

Objet

Studio中的自動排列功能小提示：為了提升效率和平臺空間的利用率，利用ObjetStudio系統(tǒng)提供的自動排列功能同時打印多個模型。（3）再點擊“Estimate”進行生產(chǎn)預(yù)估，可以手工調(diào)整以達到理想的位置排列。

對自動排列進行生產(chǎn)預(yù)估表4-11Objet

Connex系列打印工件擺放步聚

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6．選定材料和顏色步驟步驟圖解（1）選中模型，在“ModelSettings”中為該各個零部件選定材料和顏色，在快捷功能欄中點擊下拉菜單即可選擇不同的成型材料，點擊色彩選項彈出色卡，選擇所需的顏色。

零部件選材和選色（2）使用“Placement”功能將選定的模型自動排列并調(diào)整。

使用“Placement”功能自動排列選定模型和調(diào)整模型排列（3）用“Estimate”功能再次預(yù)估生產(chǎn)情況，檢查相關(guān)“打印”信息，所有參數(shù)、顏色和材質(zhì)都核查完畢，點擊“Validate”確認。

預(yù)估窗口“ProductionEstimate”小提示打印大象玩具擺件選擇DigitalMaterial材料，6種顏色“打印”2只大象模型。表4-12材料和顏色設(shè)置步聚

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7．創(chuàng)建項目表4-13創(chuàng)建項目步聚步驟步驟圖解（1）在打開的“Job

Summary”窗口中，檢查本次打印任務(wù)的基本信息（如打印材料和預(yù)計的成型時間等）。確認無誤后，在“Tray

Settings”中點擊“Build”開始創(chuàng)建項目。

創(chuàng)建項目（2）保存為Objet500可識別的數(shù)字文件格式，等待下一步的工作。

保存為Objet500可識別的數(shù)字文件格式學(xué)習(xí)活動4大象玩具擺件快速成型

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1.操作Objet500Connex3TM快速成型設(shè)備

2.打印打印大象玩具擺件

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1．設(shè)備準(zhǔn)備根據(jù)打印任務(wù)的要求，選擇美國Stratasys公司推出的Objet500Connex3TM3D成型設(shè)備進行打印。圖4-7Objet500Connex3TM小提示Objet500Connex3TM在完成上一個“打印”任務(wù)，開始下一個“打印”任務(wù)之前，要對設(shè)備進行清潔，并給料箱配備所需的成型材料和支撐材料。

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1．設(shè)備準(zhǔn)備步驟步驟圖解（1）清潔

擦拭噴頭：戴好橡膠手套，用噴過清潔劑的軟布輕輕擦拭設(shè)備的噴頭，抹去殘留材料。擦拭成型設(shè)備噴頭清理工作臺：用刮鏟等清理工作臺上的殘余廢料，再噴灑清潔劑，用軟布或紙巾擦拭干凈，得到平整干凈的工作臺，才能準(zhǔn)備開始下一個“打印”任務(wù)。清潔完畢，合上設(shè)備外罩。清理成型設(shè)備工作臺上的廢料和擦拭成型設(shè)備工作臺（2）裝料：在料箱中裝入選定的成型材料和支撐結(jié)構(gòu)材料。裝填成型和支撐材料表4-14準(zhǔn)備打印設(shè)備

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2．預(yù)處理及模型成型步驟步驟圖解（1）打包數(shù)據(jù)發(fā)送至“JobManager”進行生產(chǎn)管理Job

Manager生產(chǎn)管理系統(tǒng)界面（2）將項目任務(wù)排到“打印”隊列的首位

預(yù)處理項目數(shù)據(jù)文件（3）當(dāng)項目被排到首位時，JobManager會預(yù)處理發(fā)送過來的項目數(shù)據(jù)文件，自動實時切片處理并生成支撐結(jié)構(gòu)后送至生產(chǎn)設(shè)備開始實體的成型加工。

自動實時切片并生成支撐結(jié)構(gòu)開始“打印”小提示：在Objet

Studio中并沒有單獨的切片和生成支撐的步驟，整個操作更加智能化。表4-15預(yù)處理及模型成型步驟

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2．預(yù)處理及模型成型（4）在JobManager管理界面上，掌握項目信息。

JobManager界面上的各類項目信息小提示：在JobManager管理界面上，可以直觀的了解項目信息。如：可以實時跟蹤當(dāng)前“打印進度”；也可以看到整個項目持續(xù)的預(yù)計時間，方便合理安排各個項目進行的先后順序；除了當(dāng)前“打印”項目的基本信息，還可以瀏覽過往“打印”項目的基本信息。（5）模型成型：采用三種材料噴射技術(shù)，自下而上地逐層打印，無需進行后續(xù)組裝，一次成型

“打印”進行中“大象”模型自下而上一次成型小提示：Objet500工作時，無需工人值守，只要在JobManager監(jiān)控工作進度即可。由于設(shè)備工作期間有強烈的紫外光照射，雖然有機器外罩，但建議盡量遠離。學(xué)習(xí)活動5大象玩具擺件后處理

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1.對打印后的大象玩具擺件進行后續(xù)處理2.設(shè)備維護清洗3.驗收并交付

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1.后處理大象玩具擺件

由于成型的“大象”在懸空的耳部、腹部均有支撐結(jié)構(gòu)，甚至整個“大象”表面包覆了一層支撐結(jié)構(gòu)材料，另外基座也是支撐結(jié)構(gòu)。所以打印完成后要對大象擺件進行后處理。因無需二次固化，Polyjet工藝的后處理比較簡單。

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