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    [分享]RP基本原理及运用 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 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 #[[ en  
    X5w$4Kj&4l  
    1.任何……无论多复杂的形状都非常容易成形 A]3k4DLYS  
    2.任谁……因无机器各部动作干涉问题,对操作者无熟练要求 7uk[Oy<_  
    3.即刻……因无需准备工具夹具等,可迅即开始加工 >8[Z.fX  
    4.自动……加工过程完全自动化,可完全无人运转 {K!)Ss  
    5.安静……无加工噪音,振动,无大量切屑 HK% 7g  
    6.短期……可在短时间内制作模型,交货快,费用省 43 :X,\~)  
    !d T4  
    RP种类 l}P=/#</T  
    _tycgq#  
    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: Rk8P ax/JK  
    1.液态制程(Liquid Process) EiaW1Cs  
    2.粉末制程(Power Process) Ni7nq8B<  
    3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process) f?)-}\[IR{  
    4.纸层积制程(Paper Lauination Process) J9 I:Q<;  
    5.面曝光制程(Solid Ground Curing) (w zQ2Dk  
    6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing) )YI(/*+]  
    DW3G  
    1.液态制程(Liquid Process) '0,^6'VWOV  
    x|29L7i  
    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: BL4-7  
    A/?7w   
    (I)具有相当良好之表面质量,可以做为RTV模之母型 Fs^Mw g o  
    (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。 5E <kwi  
    (3)材料收缩量很小,故成品之弯曲程度亦最低。 J,6yYIq  
    (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"。 ;9'OOz|+1  
    Zgb!E]V[  
    最佳应用范围: IUct  
    nT)vNWT=  
    (1)以艺术用途为主要考虑之概念模型。 ll?X@S  
    (2)以复杂度、精度为主要考虑之成品。 &>}5jC.I  
    (3)需后续制程(如RTV模具)之母型。 {7pli{`  
    (4)某些快速仿制之应用。 U`s{Jm  
    #Rr%:\*  
    2.粉末制程(PowerProcess) ]]Ufas9  
    !1b;F*H  
    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: 9MqGIOQ${j  
    8a"%0d#  
    (1)可快速交货(依成品大小区分,一般约在2一4天) S`]k>' l  
    (2)不需支撑。 '4<1 1(U  
    (3)可直接制造出金属件,同应用于塑料射出成形之暂用模。 N4HqLh23H  
    (4)可于表面涂布一层树脂增加成品强度。 wI "U7vr  
    h@wgd~X9  
    应用范围: pmYHUj #  
    SZCze"`[  
    (1)相当完美的概念模型且兼其部份功能性。 rQ snhv  
    (2)当表面粗度不是首要考置时可广泛被用于铸造之母型。 @=f\<"$vt  
    (3)吹气成型模产品原型(如瓶子)。 f`66h M[  
    (4)功能测试用产品原型(如流场测试)。 yEQs:v6L~  
    =H]@n|$(  
    3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process) M rb)  
    0C ,`h `  
    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: h!9ei6  
    S`Rs82>  
    (1)操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。 kg\ >k2h  
    (2)时效及成本效益极佳。 |(^PS8wG  
    (3)材料之重量与感觉与ABS相近。 <ZR9GlIr  
    (4)材料缩小率低(约在0.005一0.008之间)。 UkGCyGyZ[  
    Y\'}a+:@Ph  
    应用范围: ~flV`wy$$1  
    8*a&Jl  
    (1)小齿轮,尤其是具有小齿者。 g< .qUBPKX  
    (2)小功能件。 Q=yg8CQ  
    (3)薄壁小件。 eb$#A _m  
    (4)造模用缩小比例件。 DLNb o2C  
    BING{ew  
    4.纸层积制程(Paper Lauination Process) [z9Z5sLO  
    kB%JNMF{A  
    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: FHI ;)wn=  
    lsNd_7k  
    (1)系统购置成本低。 C$)onk  
    (2)可在办公室环境下使用。 Pj% |\kbNs  
    (3)时效佳。 ^sWT:BDh  
    _v]MsT-q  
    应用范围: D^;Uq8NDKq  
    A&jlizN7  
    (1)设计确认模型。 R ViuJ;  
    (2)翻砂铸造用母型。 U :_^#\p  
    0_t!T'jr7  
    5.面曝光制程(Solid Ground Curing) uY'HT|@:{  
    Q&bM\;Ml  
    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: D. XvG_  
    |LKXOU c  
    (1)不需另增支撑。 R*r#E{!V;  
    (2)整层一次成型,时效佳。 P7/X|M z  
    (3)精度佳,约在0.1%左右。 _zMW=nypdx  
    .#pU=v#/[  
    应用范围: v/=}B(TDF  
    jRV/A!4  
    (1)最适需要多件原型之场合。 SasJic2M  
    (2)可用于需翻制模具之母型。 q> C'BIr  
    (3)部份功能性需求之产品开发原型。 >[*qf9$  
    (4)大型件。 4+ Z]3oIRE  
    /&94 eC  
    6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing) H<N,%G  
    :9 ^* ^T  
    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: Y:a]00&)#Y  
    pz>>)c`  
    (1)不须支撑者。 ?FcAXA/J{  
    (2)工作环境可适用于办公室。 S{m% H{A!  
    (3)时效佳。 u;c?d!E  
    HHsmLo c4  
    应用范围: &:) Wh[  
    U/NoP4~{  
    (1)最适于设计确认。 J7p),[>I<  
    (2)加工性之评估件。 "9e\c;a  
    u.Dz~$T  
    RP应用实例 92KRb;c  
    G'A R`"F  
    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。 M/gGoE{  
    ?5 7Sk+  
    RP 应用实例

    RP未来发展方向 g}',(tPMZ  
    E^eVvP4uC@  
    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: "#\ ;H$+  
    ySDH "|0  
    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‥‥‥。 _aT5jR=  
    :6\qpex  
    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。 {{p7 3 'u  
    Jg| XH L)  
    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!