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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 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 4W~pAruwr  
    X<_(gg  
    1.任何……无论多复杂的形状都非常容易成形 R\MM2_I  
    2.任谁……因无机器各部动作干涉问题,对操作者无熟练要求 Q,Hw@w<1  
    3.即刻……因无需准备工具夹具等,可迅即开始加工 ;58l_ue  
    4.自动……加工过程完全自动化,可完全无人运转 z![RC59 S  
    5.安静……无加工噪音,振动,无大量切屑 yEy} PCJ&  
    6.短期……可在短时间内制作模型,交货快,费用省 _{KQQ5k\  
    H |Z9]+h)7  
    RP种类 @P4fR7  
    ^x4I  
    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: ^$24231^  
    1.液态制程(Liquid Process) MMD4b}p  
    2.粉末制程(Power Process) E:(flW=  
    3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process) \QstcsEt  
    4.纸层积制程(Paper Lauination Process) uOEy}&fH  
    5.面曝光制程(Solid Ground Curing) f$NudG!S  
    6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing) ! 9k)hP  
    jhUab],  
    1.液态制程(Liquid Process) X26gl 'U  
    'u{m37ZJ  
    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: v1QE|@  
    Gb<)U[Hfd  
    (I)具有相当良好之表面质量,可以做为RTV模之母型 ,+KZn}>  
    (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。 S>aN#  
    (3)材料收缩量很小,故成品之弯曲程度亦最低。 u}JL*}Q  
    (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"。 IR?ICXmtx  
    # h]m8  
    最佳应用范围: j>+x|!k  
    I`}-*% ki(  
    (1)以艺术用途为主要考虑之概念模型。 jnYFA[Ab  
    (2)以复杂度、精度为主要考虑之成品。 &p^ S6h  
    (3)需后续制程(如RTV模具)之母型。 "?EA G  
    (4)某些快速仿制之应用。 _0 USe  
    kV(}45i]s  
    2.粉末制程(PowerProcess) 0"kNn5  
    :O{`!&[>L  
    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: <bWhTNOb  
    @ O5-w  
    (1)可快速交货(依成品大小区分,一般约在2一4天) >o>r@;  
    (2)不需支撑。 '%yWz)P  
    (3)可直接制造出金属件,同应用于塑料射出成形之暂用模。 E#`=xg  
    (4)可于表面涂布一层树脂增加成品强度。 Xlpu_H|  
    |rka/_  
    应用范围: F"#bCnS  
    cj`g)cX|  
    (1)相当完美的概念模型且兼其部份功能性。 #{1w#Iz;  
    (2)当表面粗度不是首要考置时可广泛被用于铸造之母型。 VJS|H!CH  
    (3)吹气成型模产品原型(如瓶子)。 j~(rG^T  
    (4)功能测试用产品原型(如流场测试)。 j` 9pZAF  
    {j+w|;dZF  
    3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process) o> WH;EBL  
    )d bi  
    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: lV: R8^d  
    p[VBeO^%  
    (1)操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。 FylL7n  
    (2)时效及成本效益极佳。 K3$83%E  
    (3)材料之重量与感觉与ABS相近。 Pdmfn8I]%  
    (4)材料缩小率低(约在0.005一0.008之间)。 L"&j(|{  
    iv2did4  
    应用范围: 9w^1/t&=04  
    AqZ{x9g!  
    (1)小齿轮,尤其是具有小齿者。 ;"hED:z6%  
    (2)小功能件。 ='q:Io?T  
    (3)薄壁小件。 k]!Fh^O~,  
    (4)造模用缩小比例件。 3*"$E_%  
    Gy hoo'<  
    4.纸层积制程(Paper Lauination Process) 1hw1AJ}(F  
    Zj99]4?9  
    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: 'due'|#^  
    r j#K5/df  
    (1)系统购置成本低。 R"EX$Zj^E  
    (2)可在办公室环境下使用。 E% t_17,=j  
    (3)时效佳。 Jp=eh   
    OW- [#r  
    应用范围: Q0i.gEwe  
    `9n%Dy<  
    (1)设计确认模型。 <UOx>=h  
    (2)翻砂铸造用母型。 fpJM)HU  
    BoE;,s>]NW  
    5.面曝光制程(Solid Ground Curing) 6e3s |  
    AA"?2dF  
    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: 3`S|I_$(T"  
    K9B_o,  
    (1)不需另增支撑。 l5F>v!NA  
    (2)整层一次成型,时效佳。 uo;aC$US  
    (3)精度佳,约在0.1%左右。 zV_U/]y  
    q{5wx8_U  
    应用范围: GoP,_sd\O  
    +dw$IMwb  
    (1)最适需要多件原型之场合。 RO+B/)~0<  
    (2)可用于需翻制模具之母型。 Kq e,p{=  
    (3)部份功能性需求之产品开发原型。 OvqCuX  
    (4)大型件。 D7H,49#1Q  
    |7XSC,"  
    6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing) 3o&PVU? Q  
    S C7Tp4  
    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: pXf!8X&y  
    ZqT?7|i  
    (1)不须支撑者。 p%toD{$  
    (2)工作环境可适用于办公室。 SQhk)S  
    (3)时效佳。 k nrR%e;  
    S=H<5*]g  
    应用范围: 86NAa6BW  
    -Zx hh  
    (1)最适于设计确认。 /` 891( f,  
    (2)加工性之评估件。 kY*3)KCp  
    ]#=43  
    RP应用实例 1ThONrxu  
    gKy@$at&  
    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。 EN />f=%  
    ):OGhWq  
    RP 应用实例

    RP未来发展方向 ngJi;9X8*t  
    "~j SG7h  
    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: dR~4*59Bg  
    qD=o;:~Km  
    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‥‥‥。 ]H<5]({F  
    wQbN5*82  
    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。  lc9aDt  
    0vOt. LC/S  
    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!