proe快速成型制造技術(shù)

2013-07-11 by:廣州proe/creo培訓(xùn)中心來(lái)源:仿真在線(xiàn)

proe快速成型制造技術(shù)

0 引言

快速成型制造技術(shù)(Rapid Prototyping Manufacturing,簡(jiǎn)稱(chēng)RPM)最早出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代的美國(guó),該技術(shù)根據(jù)在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建的三維模型,采用“分層制造、逐層疊加”的加工原理,無(wú)需任何傳統(tǒng)的加工機(jī)床、刀具和工模具,即可在很短的時(shí)間內(nèi)制造出實(shí)體零件、產(chǎn)品樣品或模具。因此在工業(yè)領(lǐng)域表現(xiàn)出了很強(qiáng)的生命力和廣闊的應(yīng)用前景。

目前,快速成型制造技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法主要有分層實(shí)體制造法(LOM,Laminated Object Manufacturing)、立體光刻成型法(SLA,Stereo Lithography Apparatus)、熔絲沉積成型法(FDM, Fused Deposition Modeling)、三維噴涂粘接(3DP,Tluue Dimensional Printing)和選擇性激光燒結(jié)法(SLS,Selective Iaser Sintering)等。

本文利用SLS方法,將在proengineer軟件中設(shè)計(jì)的手機(jī)外殼加工成型。

1 SLS的工藝原理

首先由CAD產(chǎn)生制件的三維模型,用分層切片軟件對(duì)其進(jìn)行切片處理,獲得各截面形狀的信息參數(shù),作為激光束進(jìn)行二維掃描的軌跡。同時(shí)將SLS成型機(jī)粉床上的粉末材料預(yù)熱至材料熔融溫度以下,然后根據(jù)制件幾何形體各層截面的坐標(biāo)數(shù)據(jù),在計(jì)算機(jī)的控制下,激光以一定的掃描速度和能量密度有選擇地對(duì)材料粉末分層掃描,由于激光能量在選定的掃描軌跡L作用于粉末材料,使粉末材料粘接固化。一層燒結(jié)完成后,電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái),使粉末固化層下降一個(gè)層厚高度,用鋪粉輥將新粉末材料均勻地鋪放在前一固化層上,再進(jìn)行下一層掃描燒結(jié),新的一層和前一層自然地?zé)Y(jié)在一起,如此層層疊加,最終生成所需要的三維實(shí)體制件。

2 試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)材料

(I)試驗(yàn)設(shè)備:試驗(yàn)設(shè)備選用華中數(shù)控HRPS-ⅢA激光快速成型機(jī),其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。該設(shè)備主要由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、主機(jī)和激光冷卻器三部分組成。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由高可靠性計(jì)算機(jī)、性能可靠的控制模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元和各種傳感器組成,還配以HRPS2002控制軟件用于三維圖形數(shù)據(jù)處理、加工過(guò)程的實(shí)時(shí)控制及模擬;主機(jī)由可升降工作缸、落粉桶、鋪粉輥裝置、聚焦掃描單元、加熱裝置、機(jī)身與機(jī)殼六個(gè)單元組成;激光冷卻器由可調(diào)恒溫冷卻器及外管路組成,用于冷卻激光器,提高激光能量穩(wěn)定性,保護(hù)激光。

(2)試驗(yàn)材料:試驗(yàn)材料選擇聚苯乙烯(PS)粉末。聚苯乙烯是無(wú)色無(wú)臭的透明性剛硬固體,在熱塑料中是最容易成型加工的品種之一。

3 試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果分析

(1)調(diào)用proengineer軟件的STL文件生成格式模塊,將三維模型轉(zhuǎn)換成STL格式,并對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分,準(zhǔn)備進(jìn)行分層處理。

(2)在計(jì)算機(jī)中對(duì)模型進(jìn)行切片處理,使二維模型變成一系列二維的平面圖形。對(duì)應(yīng)每一個(gè)平面圖形,計(jì)算生成相應(yīng)的掃描軌跡。

(3)在活塞工作臺(tái)上用輥筒鋪上一層聚苯乙烯粉末材料,粉層的厚度應(yīng)等于對(duì)應(yīng)模型切片層的厚度,并將其加熱至略低于它的熔化溫度(一般低于2-3℃)。

(4)C02激光束在計(jì)算機(jī)控制下,按照截面輪廓信息,對(duì)粉末進(jìn)行掃描二激光掃描區(qū)域,粉末溫度升至熔化點(diǎn),于是粉末顆粒交界處熔化,相互粘結(jié);未被掃描的區(qū)域,粉末還是松散狀態(tài),作為工件和下一層粉末的支撐。

(5)掃描完成后,活塞工作臺(tái)下降一截面層的高度,再進(jìn)行下一層的鋪料和燒結(jié),如此循環(huán),最后形成一個(gè)三維制件。

當(dāng)激光功率為25%時(shí),調(diào)節(jié)激光掃描間距、激光燒結(jié)層厚、制件擺放角度等工藝參數(shù),觀察各工藝參數(shù)組合下燒結(jié)件的表面粗糙情況。試驗(yàn)中工藝參數(shù)的設(shè)置如圖4所示。

燒結(jié)完畢后得到的制件如圖5所示。從制備成型件的結(jié)構(gòu)上看,基本體現(xiàn)出設(shè)計(jì)思路。對(duì)制件的壁厚、鑄造圓角半徑、鑄孔、脫模斜度及表面質(zhì)量等結(jié)構(gòu)要素進(jìn)行觀察可以看出:手機(jī)外殼的壁厚較為均勻,可以避免因?yàn)楸诤癫痪鶆蚨a(chǎn)生缺陷及裂紋;手機(jī)外殼需要抽芯的孔徑脫模斜度設(shè)計(jì)較好,能夠使抽芯動(dòng)作順利進(jìn)行。

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