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    [分享]RP基本原理及运用 [复制链接]

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    离线cyqdesign
     
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    只看楼主 正序阅读 楼主  发表于: 2006-10-22
    — 本帖被 cyqdesign 从 机械加工与制造 移动到本区(2010-12-09) —
    Rapid Phototyping 中文译为快速成型、快速造型或快速造形,主要是指运用某些特殊设计。此种技术可以将设计与原型加以连结,也就是可以将设计者的概念在计算机中建立模型,并利用 RP机器以层层堆栈的方式迅速制作出原型。其原理如图所示。

    RP制程的优点 g);^NAA  
    K^l:MxO-X  
    1.任何……无论多复杂的形状都非常容易成形 NjuiD].  
    2.任谁……因无机器各部动作干涉问题,对操作者无熟练要求 TbvtqM 0  
    3.即刻……因无需准备工具夹具等,可迅即开始加工 [bz T& o  
    4.自动……加工过程完全自动化,可完全无人运转 - y AQ  
    5.安静……无加工噪音,振动,无大量切屑 C.Uju`3  
    6.短期……可在短时间内制作模型,交货快,费用省 P9Q~r<7n  
    ]0V}D,V($  
    RP种类 q2aYEuu,  
    ,m3e?j@;r  
    自1987年美国3D Systems公司首先公开系统以来,各先进国家陆绩开发出各式各样的系统,大致可分成以下几大类: 6xK[34~ 6  
    1.液态制程(Liquid Process) u.XQ&  
    2.粉末制程(Power Process) 9!',b>C6  
    3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process) 7[#yu2  
    4.纸层积制程(Paper Lauination Process) LNYKm~c N  
    5.面曝光制程(Solid Ground Curing) `>C<}xO  
    6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing) YIRZ+H<Q  
    "SxLN 8.:  
    1.液态制程(Liquid Process) X2sHE  
    kOwMs<1J  
    液态制程亦被称为光造形法(Stereo Lithography Apparatus),系以紫外线光束照射光硬化树脂,使被照射之树脂固化逐层堆栈。而制造出产品原型。目前使用此原理之RP系统包括,最早公开上市之SLA系统(美国3DSystems公司),日本的SOUP系统(CMET公司)及SCS系统(D-MEC公司)等10余种此类系统被开发并公开上市。截至目前该类系统占有RP市场的比例最高,以日本为例,前述三家公司之光造形系统即占有日本RP市场的70%以上。此类系统之加工原理如图所示。

    优点: l|2D/K5  
    /phX'xp  
    (I)具有相当良好之表面质量,可以做为RTV模之母型 D/ybFk  
    (2)原型实物可以很迅速、且轻易地修整到许多美术品模具母型所需之表面质量。 rqPo)AL  
    (3)材料收缩量很小,故成品之弯曲程度亦最低。 sic"pn],U  
    (4)公差范围在±0.1%范围以内,而且在X、Y轴之公差更低,在5”之成品公差可控制在±0.003"之内,而缩水率约在每英吋±0.001"。 xM>W2  
    o G*5f  
    最佳应用范围: :ue:QSt(u  
    {$D,?V@%_  
    (1)以艺术用途为主要考虑之概念模型。 /*FH:T<V  
    (2)以复杂度、精度为主要考虑之成品。 Bq\F?zk<  
    (3)需后续制程(如RTV模具)之母型。 n: ui  
    (4)某些快速仿制之应用。 C$h<Wt=<  
    c,MOv7{x_  
    2.粉末制程(PowerProcess) Fxs;Fp  
    tc ;'oMUP  
    此类制程系以雷射光照射烧结粉末状塑性材料或金属粉末,使其结合而成型,铺设粉未系以滚筒左、右滚动方式达成在工作平台上铺上一层、一层均匀的粉末。此类系统主要有美国DTM公司的SLS系统及德国EOS公司之Stereos系统等,其原理如图所示

    优点: `3H4Ajzcc  
    olB)p$aH#  
    (1)可快速交货(依成品大小区分,一般约在2一4天) >^Q&nkB"B  
    (2)不需支撑。 {6;9b-a]  
    (3)可直接制造出金属件,同应用于塑料射出成形之暂用模。 Ks^6.)  
    (4)可于表面涂布一层树脂增加成品强度。 ?lGG|9J\  
    1J=.N|(@Q  
    应用范围: lf{e[!ML'  
    rEhX/(n#  
    (1)相当完美的概念模型且兼其部份功能性。 {'sY|lou  
    (2)当表面粗度不是首要考置时可广泛被用于铸造之母型。 e1(Q(3  
    (3)吹气成型模产品原型(如瓶子)。 NL=|z=q  
    (4)功能测试用产品原型(如流场测试)。 QZp6YSz.4  
    K%<j=c  
    3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process) GcIDG`RX  
    EF7+ *Q9  
    此类系统传以加热头(Heated Head)熔化线状之热塑性材料,并从加热头经内喷嘴均匀挤出,遂层堆积成型。主要的系统有美国sratasys公司的FDM系统。其加工原理如图所示。

    优点: oBQ#eW aY  
    h!~3Dw>,N  
    (1)操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。 FuG4F  
    (2)时效及成本效益极佳。 00I}o%akO  
    (3)材料之重量与感觉与ABS相近。 5Wyz=+?m|  
    (4)材料缩小率低(约在0.005一0.008之间)。 [yl sz?  
    n~"$^Vr  
    应用范围: Ee)[\Qjn  
     B[=(#W  
    (1)小齿轮,尤其是具有小齿者。 fH`P[^N  
    (2)小功能件。 Wt)Drv{@ {  
    (3)薄壁小件。 'j^xbikr  
    (4)造模用缩小比例件。 +;$oJJ  
    W>r#RXmh  
    4.纸层积制程(Paper Lauination Process) 3 &u_A?;  
    iLP7!j  
    此类系统系以薄片材料(纸为主),经由雷射切割出每一层的形状,并加热粘合而成型,主要的系统有美国Helisys公司的LOM系统及日本Kira公司的Solid Centel系统等,其中Kira公司的系统可采用普通纸,且以特殊刀片切割形状,使用上更为方便且价格低廉,其加工原理如图所示。

    优点: tO7v4  
    {,*"3O:\:  
    (1)系统购置成本低。 0q>P~] Ow  
    (2)可在办公室环境下使用。  S( S#  
    (3)时效佳。 P 71(  
    bfB\h*XO  
    应用范围: S6}@I ,Q  
    rg0m a  
    (1)设计确认模型。 R>DaOH2K*  
    (2)翻砂铸造用母型。 w%WF-:u7|  
    .Ha'p.  
    5.面曝光制程(Solid Ground Curing) 0TfS=scT  
    IG(?xf\C  
    以色列的Cubita(公司开发的此种系统称为SGC系统,系以紫外线照射每一层断面形状而产生光罩,再以紫外线透过光罩之透明区域,使其下之树脂固化,未固化(阴暗区域)之树脂需去除后补上一层蜡,经机械加工整平后,再重复上述步骤,遂层堆积成型,其成型原理如图所示。

    优点: t+5E#!y  
    o7mZzzP  
    (1)不需另增支撑。 SH*C"  
    (2)整层一次成型,时效佳。 7.DtdyM  
    (3)精度佳,约在0.1%左右。 $0bjKy  
    ^TMJ8` e  
    应用范围: S3L~~X/=  
    ;a-$D]Db  
    (1)最适需要多件原型之场合。 V"p!B f  
    (2)可用于需翻制模具之母型。 4}`  
    (3)部份功能性需求之产品开发原型。 z0|&W&&D  
    (4)大型件。 GN KF&M  
    "ZTTg>r  
    6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing) .(pN5JI*  
    y5Tlpi`g  
    此种制程系以类似喷墨式打印机之方式,将陶瓷或金属粉末喷洒在一基板,再由一喷嘴喷出黏结剂加黏结,最后逐层堆积成型。此类系统主要有MIT所发展的3-D Printing系统及Sanders Prototype之3D Plotting等……,其加工原理如图所示。

    优点: +?p.?I  
    f|y:vpd%  
    (1)不须支撑者。 'J,T{s1J  
    (2)工作环境可适用于办公室。 _qb Ih  
    (3)时效佳。 ;7N Z<k  
    D")_;NLE1  
    应用范围: }g$(+1g  
    V([~r,  
    (1)最适于设计确认。 PrudhUI^  
    (2)加工性之评估件。 :4^\3~i1X  
    mxb06u _  
    RP应用实例 .VTy[|o   
    _+ .\@{c  
    快速原型技术乃是将复杂的计算机3D实体(如手工具本体及零组件)经软件处理切成2D的切片﹐各切层积层推迭后﹐经快速原型机快速制造实体原型之技术﹔快速模具技术为利用快速原型对象快速制作对象暂用模具之技术。自从1988年第一台商用RP机器开发以来﹐快速原型与快速模具技术被广泛应用于各大产业(尤其是汽机车及3C产业)的产品开发流程中﹐主要原因是这些技术发展已渐成熟而且应用成效良好﹐符合快速开发制造的目的。 &$`yo`  
    L`th7d"  
    RP 应用实例

    RP未来发展方向 p7:{^  
    rDm'Z>nTf  
    RP系统正式开发上市后,短短数年间,各式各样的新系统,纷纷被开发上市、且发展呈相当多样化,更由于各种RP系统使用材料的不同、制程的不同、机体构造的不同…….等,导致各种RP系统各具特色。况且,使用者在选购RP系统时,亦有各种不同的用途及功能需求。因此,RP系统虽然各有优缺点,但却没有一套RP系统可以满足使用者的所有需求。一套RP系统对使用者是否适合,端视使用者的主要应用范围是否适合该套系统的功能特性而定。使用者在购买前应从多方面考虑 (使用材料特性、精度、生产速度、应用范围、成品强度等……)审核评估,才能找出最适合自己的系统。RP系统可趋向于二大类型式: #Rg|BfV-  
    w.& 1%X(k  
    高价型RP系统:具高精度,但价格昂贵,适合高应用之RP系统,如EOS、SOUP、SLA等‥‥‥。 )xb|3&+W  
    WM)-J^)BJ  
    廉价型RP系统:精度较差但价格低廉,可置在办公之桌上型3D Printer,主要用来做设计确认辅助之用。 <C9 XX~  
    }K8/-d6  
    未来发展趋势可分为新的成型方式、材料配方的开发及制程上的改善。在材料的配方上,期望能更快速的制造出更精确、机械性质更坚硬且可以后加工的原型,以满足直接可以有功能性运用的原型制作,甚至医学用模型的医学用材料开发。在制程上,成形扫瞄路径的持续研究,期望以较少的层数及扫瞄路径(较快的速度),加速原型的制作及减少原型的变形。例如自动调适的层厚设定(Adaptive Slicing)已经开始被重视,藉由对成型轴方向低钭率轮廓的变化,采用厚层成形以在相同精度要求下,缩短制作时间;弹性层加工以精密的轮廓构建及弹性的内部充填,大幅节省原型制作的时间。
     
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    只看该作者 1楼 发表于: 2006-10-25
    值得学习,谢谢!