proe快速成型制造技術

2013-07-11 by:廣州proe/creo培訓中心來源:仿真在線

proe快速成型制造技術

0 引言

快速成型制造技術(Rapid Prototyping Manufacturing,簡稱RPM)最早出現(xiàn)于20世紀80年代的美國,該技術根據(jù)在計算機上構建的三維模型,采用“分層制造、逐層疊加”的加工原理,無需任何傳統(tǒng)的加工機床、刀具和工模具,即可在很短的時間內(nèi)制造出實體零件、產(chǎn)品樣品或模具。因此在工業(yè)領域表現(xiàn)出了很強的生命力和廣闊的應用前景。

目前,快速成型制造技術的實現(xiàn)方法主要有分層實體制造法(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)和選擇性激光燒結法(SLS,Selective Iaser Sintering)等。

本文利用SLS方法,將在proengineer軟件中設計的手機外殼加工成型。

1 SLS的工藝原理

首先由CAD產(chǎn)生制件的三維模型,用分層切片軟件對其進行切片處理,獲得各截面形狀的信息參數(shù),作為激光束進行二維掃描的軌跡。同時將SLS成型機粉床上的粉末材料預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數(shù)據(jù),在計算機的控制下,激光以一定的掃描速度和能量密度有選擇地對材料粉末分層掃描,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。一層燒結完成后,電機驅動工作臺,使粉末固化層下降一個層厚高度,用鋪粉輥將新粉末材料均勻地鋪放在前一固化層上,再進行下一層掃描燒結,新的一層和前一層自然地燒結在一起,如此層層疊加,最終生成所需要的三維實體制件。

2 試驗設備及試驗材料

(I)試驗設備:試驗設備選用華中數(shù)控HRPS-ⅢA激光快速成型機,其主要技術參數(shù)見表1。該設備主要由計算機控制系統(tǒng)、主機和激光冷卻器三部分組成。計算機控制系統(tǒng)由高可靠性計算機、性能可靠的控制模塊、電機驅動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、加工過程的實時控制及模擬;主機由可升降工作缸、落粉桶、鋪粉輥裝置、聚焦掃描單元、加熱裝置、機身與機殼六個單元組成;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,保護激光。

(2)試驗材料:試驗材料選擇聚苯乙烯(PS)粉末。聚苯乙烯是無色無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 試驗過程及結果分析

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

(2)在計算機中對模型進行切片處理,使二維模型變成一系列二維的平面圖形。對應每一個平面圖形,計算生成相應的掃描軌跡。

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

(4)C02激光束在計算機控制下,按照截面輪廓信息,對粉末進行掃描二激光掃描區(qū)域,粉末溫度升至熔化點,于是粉末顆粒交界處熔化,相互粘結;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,活塞工作臺下降一截面層的高度,再進行下一層的鋪料和燒結,如此循環(huán),最后形成一個三維制件。

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

燒結完畢后得到的制件如圖5所示。從制備成型件的結構上看,基本體現(xiàn)出設計思路。對制件的壁厚、鑄造圓角半徑、鑄孔、脫模斜度及表面質量等結構要素進行觀察可以看出:手機外殼的壁厚較為均勻,可以避免因為壁厚不均勻而產(chǎn)生缺陷及裂紋;手機外殼需要抽芯的孔徑脫模斜度設計較好,能夠使抽芯動作順利進行。

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