产品创新设计与3D打印：熔融沉积成型技术（二）

产品创新设计与3D打印：熔融沉积成型技术（一）

* * * * 三维工程设计 三维模型设计方法 本节学习目标 了解产品三维模型设计的几种方式 了解目前市场上主要的3D建模软件 构造三维模型 模型近似处理 成型方向选择 切片处理 前处理 分层叠加成型 后处理 光固化快速成型－SLA 叠层实体制造－LOM 选择性激光烧结－SLS 熔融沉积制造－FDM 工件剥离或 去支撑等 强硬化处理 表面处理 快速成型制作过程 快速成型的前处理 设计过程 先通过计算机软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。 什么是产品三维模型设计？ 就是利用三维制作软件通过虚拟三维空间构建出具有三维数据的模型。 河南工业职业技术学院 一、构建三维模型的三种方式： 1.利用3D建模软件构建模型 2.基于图像构建3D模型 3.利用3D扫描仪构建3D模型（逆向设计） 1.利用3D建模软件构建模型 　 　 目前市场上有很多3D建模软件，其中包括SketchUp、Blender、3Done等开源的3D建模产品，以及CAD、3DMax、pro/E、maya等商业软件。 它们专注于不同的领域，例如CAD主要应用于工业设计、而maya则主要应

三维喷涂粘结技术（三维打印成型） 本节学习目标 了解三维打印成型技术（3DP）的特点熟悉三维打印成型技术（3DP）的基本原理 了解三维打印成型技术的打印机课程导入点评猜一猜立体城堡和全彩人物是通过什么方法制作的？三维喷涂粘结全称与简称：Three Dimensional Printing (3DP)，又称三维打印成型，三维印刷成型。来源：上世纪80年代美国麻省理工学院开发的一种独特的喷墨技术。分类：根据成型过程中使用的材料划分。国外对3DP技术研究：美国和以色列为主代表公司。1 3d打印机使用标准喷墨打印技术，通过将液态粘结剂铺放在粉末薄层上，逐层创建各部件。 与2d平面打印机在打印头下送纸不同，3d打印机是在一层粉末的上方移动打印头，打印横截面数据。三维打印成型技术定义2 三维喷涂粘结（3DP）工艺是美国麻省理工学院Emanual Sachs等人研制的。E.M.Sachs于1989年申请了3DP（Three-Dimensional Printing）专利，该专利是非成形材料微滴喷射成形范畴的核心专利之一。历史简介3原理阐述三维打印成型技术原理 3DP工艺与SLS工艺类似，采用粉末材料

一、 实训目的 1. 熟悉先临三维扫描仪结构（扫描头，云台，三脚架）及操作方法 2. 掌握使用先临三维扫描仪测量产品三维轮廓数据的方法 二、实训仪器 1.先临三维扫描仪、显像剂、标志点、橡皮泥、支架、棉签、口罩、手套等。 2.扫描产品：彩虹灯、小鱼、电话等。 ;三、实训内容;2.扫描的整个流程;3.扫描前期准备工作;(2)粘贴标志点：因要求为扫描整体点云，所以需要粘贴标志点，以进行拼接扫描。 标志点粘贴注意事项： ? 标志点尽量粘贴在平面区域或者曲率较小的曲面，且距离工件边界较远一些； ? 标志点不要粘贴在一条直线上，且不要粘贴对称； ? 公共标志点至少为4个，但因扫描角度等原因，一般建议5-7个为宜； 标志点应使相机在尽可能多的角度可以同时看到； 如下图所示标志点的粘贴较为合理，当然还有其他粘贴方式方法。 ;(3)制定扫描策略开始扫描：观察发现该工件为对称且中间存在一个大面积的过渡面，所以扫描一面之后通过过渡面上的标志点定拼接扫描另一面数据。 ;（3）制定扫描策略 观察发现该工件为对称且中间存在一个大面积的过渡面，所以扫描一面之后通过过渡面上的标志点定拼接扫描另一面数据。 （4）

本节知识点;;四、选择性激光烧结工艺的特点 ;　　但是，选择性激光烧结工艺的缺点也比较突出，具体如下： ; 选择性激光烧结技术是以粉末作为烧结材料，它的来源较为广泛。 选择性激光烧结技术的粉末材料有什么特性？分哪几类？各自又有什么性能呢？ ;（1）粒径。 粉末的粒径会影响到SLS成形件的表面光洁度、精度、烧结速率及粉床密度等。 在SLS成形过程中，粉末的切片厚度和每层的表面光洁度都是由粉末粒径决定的。由于切片厚度不能小于粉末粒径，当粉末粒径减小时，SLS制件就可以在更小的切片厚度下制造，这样就可以减小台阶效应，提高其成形精度。同时，减小粉末粒径可以减小铺粉后单层粉末的粗糙度，从而提高制件的表面光洁度。 因此，SLS用粉末的平均粒径一般不超过100 μ m，否则制件会存在非常明显的阶梯效应，而且表面非常粗糙。 但平均粒径小于10 μ m（小麦粉一般不会小于20微米的直径）的粉末同样不适用于SLS工艺，因为在铺粉过程中，由于摩擦产生的静电会使此种粉末吸附在辊筒上，造成铺粉困难。; 粒径的大小也会影响高分子粉末的烧结速率。一般地，粉末平均粒径减少越小，其烧结速率越大，烧结件的强度也越高。

选择性激光烧结工艺(Selective Laser Sintering，SLS)又称为选区激光烧结技术，该方法最初是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C. R. Dechard于1989年提出的，稍后组建了DTM公司，于1992年开发了基于SLS的商业成型机(Sinterstation)。20年来，奥斯汀分校和DTM公司在SLS领域做了大量的研究工作，并取得了丰硕成果。德国的EOS公司在这一领域也做了很多研究工作，并开发了相应的系列成型设备。 国内华中科技大学（武汉滨湖机电产业有限责任公司）、南京航空航天大学、中北大学和北京隆源自动??型有限公司等，也取得了许多重大成果和系列的商品化设备。 SLS工艺是利用粉末材料（金属粉末或非金属粉末）在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下层层堆积成型。SLS的原理与SLA十分相似，主要区别在于所使用的材料及其性状不同。SLA所用的材料是液态的紫外光敏可凝固树脂，而SLS则使用粉状的材料。　　;一、 选择性激光烧结工艺的基本原理 ;选择性激光烧结技术的打印工作过程; 当实体构建完成并在原型部分充分冷却后，粉末块会上升到初始的位置，将其拿出并放置到后处理工

本节知识点;; 四、LOM成型的优、缺点; 缺 点;课后练习; 1.对材料的要求 分层实体制造中的成形材料为涂有热熔胶的薄层材料，层与层之间的粘结是靠热熔胶保证的。 LOM材料一般由薄片材料和热熔胶两部分组成。 ;对纸材性能要求;对热熔胶的性能要求;课后练习; 而热熔胶方面，目前EVA型热熔胶应用最广。EVA型热熔胶由共聚物EVA树脂、增粘剂、蜡类和抗氧剂等组成。 增粘剂的作用是增加对被粘物体的表面粘附性和胶接强度。 抗氧剂的作用是防止热熔胶热分解、胶变质和胶接强度下降，延长胶的使用寿命，一般加入量为0.5％-2％。 填料的作用是降低成本，减少固化时的收缩率和过度渗透性。; 分层实体制造（LOM）的工件用途不同，对薄片材料和热熔胶的要求也不同。 当LOM工件用作功能构件或代替木模时，满足一般性能要求即可； 若将LOM工件作为消失模进行精密熔模铸造，则要求高温灼烧时LOM工件的发气速度较小，发气量及残留灰分较少等。 LOM工件直接作模具时，还要求片层材料和粘结剂具有一定的导热和导电性能。; ; 减小台阶误差的方法： 1）减小层厚。薄层材料一般在0.05-0.3mm，若采用非常小的分层厚

本节 知识点;快速成型制造系统;按制造工艺原理分以下几种; 右边这组耳环、戒指、项链等穿戴饰品是不是很漂亮呢？想知道它们是怎么制作的吗？; 光固化成型工艺，也常被称为立体光刻成型，英文的名称为StereoLithography，简称SL，也有时被简称为SLA（StereoLithography Apparatus），该工艺是由Charles Hull于1984年获得美国专利，是最早发展起来的快速成型技术。自从1988年3D Systems公司最早推出SLA商品化快速成型机以来，SLA已成为最为成熟而广泛应用的RP典型技术之一。 它以光敏树脂为原料，通过计算机控制紫外激光使其凝固成型。这种方法能简捷、全自动地制造出历来各种加工方法难以制作的复杂立体形状，在加工技术领域中具有划时代的意义。 ;1. 根据光照的方式，当前光固化成型方式主要有两种方式。 (1)传统型光固化成型技术： 光从上至下照射，成型平台在下方。 (2)下置式???固化成型技术：光从下面往上照射，成形件倒置于工作台上。 2. 根据光源的类型，当前光固化成型方式主要有两种方式。 （1）扫描式光固化成型技术。激光线扫描-SLA成

知识点;四、 光固化快速原型的工艺过程 ;a) CAD三维原始模型 ;?（2）数据转换; ?（3）确定摆放方位 ;a) CAD三维原始模型 ; 1）支撑的作用： 相当于传统加工中的夹具，起固定零件的作用。 2）添加支撑的情况： 当上层截面大于下层截面时，上层截面多出的部分由于无材料的支撑将会出现悬浮(或悬空)，从而使多出的截面部分发生塌陷或变形甚至使零件不能成型。 有些成型工艺中的支撑是生产过程中自然产生的 。分层实体制造( LOM ) 中切碎的纸、三维印刷(3DP) 中未粘结的粉末、选择性激光烧结 ( SLS) 中未烧结的材料都成为上一层的支撑 。对于熔融堆积成型( FDM) 和光固化成型( SLA) 必须人工加支撑或通过软件自动加支撑。 ;3）支撑添加需考虑如下因素： ;4）光固化成型的支撑结构 ; 支撑的类型： 支撑按其作用不同分为： 基底支撑——加于工作台之上，形状为包络零件原型在XOY平面上投影区域的矩形。 零件原型的支撑——支撑零件中悬空部位。;零件原型支撑结构的类型：;?面支撑——支撑与需要支撑的模型面是面接触。 ; 步骤：首先，寻找模型上需要添加支撑的悬垂部分，若曲面法