修 订 历 史 文 档 版 本 时 间 撰 写 人 备 注 实 验 项 目 教 学 资 料 V1.0 2013.07.17 朱 传 敏 第 一 次 整 理 完 成 i

产 品 创 新 设 计 与 快 速 实 现 综 合 实 验 实 验 项 目 编 号 :000503020304 实 验 教 学 资 料 类 别 内 容 关 键 词 实 验 教 学 管 理 实 验 项 目 摘 要 教 学 组 长 本 文 为 实 验 项 目 的 相 关 教 学 资 料 主 任

修 订 历 史 文 档 版 本 时 间 撰 写 人 备 注 实 验 项 目 教 学 资 料 V1.0 2013.07.17 朱 传 敏 第 一 次 整 理 完 成 i

实 验 教 学 资 料 管 理 管 理 内 容 & 目 标 实 验 安 全 控 制 防 激 光 护 目 镜 防 止 烫 伤 实 验 设 备 管 理 FDM 快 速 原 型 机 每 周 保 养 一 次,SPS 快 速 原 型 机 恒 温 恒 湿, 每 周 保 养 一 次 实 验 发 展 规 划 每 组 同 学 设 计 由 几 个 零 件 组 成 的 小 产 品, 利 用 不 同 的 快 速 原 型 技 术 加 工 零 件, 进 行 组 装 验 证 及 评 价 工 作 如 能 与 数 控 加 工 技 术 结 合 在 一 起 最 好, 部 分 零 件 也 可 采 用 数 控 加 工 方 法 制 造 总 控 管 理 人 员 组 织 监 控 执 行 管 理 方 法 监 控 执 行 2

专 业 综 合 实 验 ( 机 械 工 程 ) 教 学 大 纲 课 程 编 号 :041370 学 分 :2 学 时 :2 周 大 纲 编 制 主 笔 人 : 朱 传 敏 大 纲 审 核 人 : 邱 惠 清 一 课 程 性 质 与 目 的 课 程 性 质 : 专 业 试 验 课 本 课 采 用 教 学 实 验 及 实 践 活 动 形 式, 加 强 对 电 气 液 压 传 动 数 控 加 工 技 术 系 统 综 合 测 试 模 态 分 析 钢 结 构 减 隔 振 技 术 材 料 成 型 技 术 数 控 驱 动 技 术 液 压 顶 升 技 术 快 速 原 型 设 计 加 工 基 本 原 理 的 理 解, 巩 固 课 堂 上 所 学 的 理 论 知 识, 培 养 学 生 综 合 应 用 所 学 知 识 分 析 和 解 决 工 程 实 际 问 题 的 能 力 二 课 程 面 向 专 业 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 工 业 工 程 三 实 验 课 程 的 基 本 要 求 认 真 阅 读 实 验 指 导 书, 弄 清 实 验 题 目 的 动 作 要 求, 目 的 和 实 验 报 告 要 求, 完 成 实 验 数 据, 整 理 有 关 图 形, 并 能 正 确 回 答 指 导 书 中 提 出 的 思 考 题 四 实 验 课 程 教 学 基 本 内 容 该 实 验 课 设 置 A B C D E F 六 组 开 放 性 实 验 项 目, 其 中 A B C 组 为 必 做 项 目,D~G 组 为 选 做 一 组 : A 组 为 自 行 设 计 自 行 搭 建 电 子 液 压 系 统 开 放 性 实 验 学 生 根 据 教 师 提 出 的 八 个 以 上 的 生 产 实 际 机 械 设 备 动 作 要 求, 自 己 选 择 其 中 几 项 动 手 设 计 回 路, 并 在 进 口 的 Festo 教 学 实 验 台 架 上 加 以 方 案 的 实 现, 或 在 计 算 机 上 进 行 系 统 仿 真 实 验 另 外, 有 意 识 性 的 设 置 实 验 故 障, 培 养 学 生 分 析 问 题 解 决 问 题 的 创 新 能 力 B 组 为 数 控 加 工 技 术 应 用 综 合 实 验 学 生 利 用 开 放 式 数 控 加 工 设 备, 学 习 开 放 式 数 控 加 工 机 床 的 结 构 和 工 作 原 理, 并 学 习 利 用 开 放 式 数 控 加 工 机 床 加 工 零 件 的 工 艺 和 方 法 ; 学 习 计 算 机 辅 助 制 造 技 术 (CAM) 及 相 应 的 切 削 加 工 工 艺, 学 会 测 量 材 料 硬 度 表 面 粗 糙 度 和 加 工 切 削 力, 培 养 学 生 数 控 加 工 技 术 的 综 合 能 力 C 组 为 产 品 创 新 设 计 与 快 速 实 现 综 合 实 验 学 习 产 品 设 计 和 快 速 实 现 方 法, 学 习 基 本 的 CAD 建 模 方 法, 学 习 快 速 原 形 的 基 本 知 识 和 快 速 原 型 机 的 操 作 方 法, 学 习 快 速 原 形 制 造 的 前 处 理 技 术 和 后 处 理 技 术, 利 用 所 学 知 识 设 计 零 件, 并 进 行 快 速 原 形 零 件 的 加 工 和 处 理 D 组 为 钢 结 构 减 隔 振 综 合 实 验 学 生 利 用 实 验 室 电 磁 振 动 台, 自 行 选 用 不 同 的 试 验 模 型, 如 仪 表 设 备, 汽 车 座 椅, 集 装 箱 起 重 机 模 型 等, 设 计 加 工 3

或 选 用 不 同 的 减 隔 振 装 置, 选 用 传 感 器 放 大 器 信 号 采 集 系 统 构 建 测 试 系 统, 进 行 模 型 的 有 减 隔 振 装 置 和 无 减 隔 振 装 置 的 实 验 对 比 等 E 组 为 无 线 测 试 系 统 综 合 实 验 学 习 传 感 器 工 作 原 理 和 使 用 方 法, 了 解 无 线 测 试 系 统 的 系 统 组 成 及 工 作 原 理, 设 计 无 线 测 试 系 统 并 进 行 现 场 测 试 实 验 F 组 为 成 型 技 术 综 合 实 验 学 习 成 型 技 术 的 基 本 方 法 原 理 和 工 艺, 了 解 成 型 加 工 设 备 的 结 构 和 工 作 原 理, 设 计 实 验 对 象 的 成 型 加 工 工 艺, 确 定 成 型 加 工 工 艺 参 数, 进 行 现 场 成 型 加 工, 对 成 型 加 工 的 质 量 进 行 分 析 和 讨 论 G 组 为 数 控 驱 动 技 术 与 应 用 综 合 实 验 学 习 数 控 驱 动 技 术 的 基 本 知 识, 了 解 基 本 数 控 驱 动 元 器 件 的 结 构 和 工 作 原 理, 设 计 实 验 数 控 驱 动 系 统, 并 进 行 系 统 连 结 和 实 验 H 组 为 数 控 磨 削 加 工 综 合 实 验 学 习 数 控 磨 削 技 术 的 基 本 知 识, 了 解 数 控 磨 削 机 床 的 结 构 和 工 作 原 理, 学 习 数 控 磨 削 加 工 的 基 本 工 艺, 进 行 磨 削 加 工 I 组 为 PLC 应 用 综 合 实 验 学 习 PLC 相 关 知 识, 设 计 PLC 综 合 实 验, 并 进 行 验 证 和 改 进 五 实 验 内 容 和 主 要 仪 器 设 备 与 器 材 配 置 序 号 实 验 项 目 内 容 提 要 自 行 设 计 自 行 搭 建 自 行 设 计 自 行 搭 建 000503020301* 电 子 液 压 系 统 开 放 电 子 液 压 系 统 开 放 性 实 验 性 实 验 数 控 加 工 技 术 应 用 数 控 加 工 技 术 应 用 000503020303* 综 合 实 验 综 合 实 验 产 品 创 新 设 计 与 快 产 品 创 新 设 计 与 快 000503020304* 速 实 现 综 合 实 验 速 实 现 综 合 实 验 钢 结 构 减 隔 振 设 计 钢 结 构 减 隔 振 综 合 000170030301* 实 验 等 提 高 开 放 性 实 验 实 验 000170030302* 000170030303* 无 线 测 试 系 统 综 合 无 线 测 试 系 统 综 合 实 验 实 验 实 验 类 别 验 证 综 合 4 设 计 每 组 人 数 实 验 学 时 4-5 9 4-5 9 4-5 9 4-5 4.5 4-5 4.5 成 型 技 术 综 合 实 验 成 型 技 术 综 合 实 验 4-5 4.5 主 要 仪 器 设 备 德 国 FESTO 液 压 教 学 实 验 台 CAM 系 统 和 铣 削 加 工 中 心 LOM 快 速 原 形 机 一 台 FDM 快 速 原 形 机 一 台 电 磁 液 压 振 动 台, 各 种 模 型, 传 感 器 放 大 器 信 号 采 集 和 信 号 分 析 系 统 各 种 模 型, 传 感 器 放 大 器 信 号 采 集 和 信 号 分 析 系 统 油 压 机 加 热 炉 传 感 器 和 测 试 分 析 系 统 设 备 复 套 数 主 要 消 耗 材 料 4 液 压 油 2 2 2 1 1 所 在 实 验 室 机 械 工 程 综 合 实 验 机 械 工 程 刀 具 金 综 合 实 验 属 材 料 纸 材 油 机 械 工 程 漆 后 处 综 合 实 验 理 工 具 机 械 工 程 导 线 传 综 合 实 验 感 器 备 注 六 项 选 做 机 械 工 程 导 线 传 四 项 综 合 实 验 感 器 项 液 压 油 机 械 工 程 钢 板 导 综 合 实 验 线 传 感 器 等

000170030304* 西 门 子 控 制 数 控 驱 动 技 术 与 应 数 控 驱 动 技 术 与 应 4-5 4.5 模 块 计 算 用 综 合 实 验 用 综 合 实 验 机, 传 感 器 等 2 000170030305* 数 控 磨 削 加 工 综 合 数 控 磨 削 加 工 综 合 实 验 实 验 4-5 4.5 数 控 磨 床 2 000170030306* PLC 应 用 综 合 实 验 PLC 应 用 综 合 实 验 4-5 4.5 PLC 试 验 台 机 械 工 程 导 线 传 综 合 实 验 感 器 等 砂 轮, 工 机 械 工 程 件, 冷 却 综 合 实 验 液 机 械 工 程 综 合 实 验 六 实 验 预 习 和 实 验 报 告 的 要 求 考 核 方 式 每 个 学 生 完 成 四 项 目 综 合 实 验 项 目, 实 验 教 师 检 查 实 验 预 习 及 设 计 初 步 方 案, 按 实 验 课 中 的 动 手 能 力, 分 析 问 题 的 主 动 性, 实 验 报 告 质 量 等, 对 四 组 实 验 分 别 计 分, 最 后 综 合 评 定 总 实 验 成 绩 七 学 时 分 配 本 课 程 总 学 理 论 课 学 时 实 验 学 时 习 题 学 时 现 场 实 践 学 上 机 学 时 考 核 学 时 数 数 数 数 时 数 数 时 数 68 20 45 3 八 教 材 实 验 指 导 书 与 主 要 参 考 书 课 程 教 材 及 实 验 指 导 书 : 1. 电 子 液 压 系 统 回 路 自 行 设 计 实 验 指 导 书. 2. 数 控 加 工 技 术 应 用 综 合 实 验 指 导 书. 3. 快 速 成 形 技 术 综 合 实 验 指 导 书. 4. 钢 结 构 减 隔 振 综 合 实 验 指 导 书. 5. 无 线 测 试 系 统 综 合 实 验 指 导 书. 6. 成 型 技 术 综 合 实 验 指 导 书. 7. 数 控 驱 动 技 术 与 应 用 综 合 实 验 指 导 书 8. 数 控 磨 削 加 工 综 合 实 验 指 导 书 9.PLC 应 用 综 合 实 验 指 导 书 5

机 械 工 程 综 合 实 验 产 品 创 新 设 计 与 快 速 实 现 综 合 实 验 指 导 书 专 业 综 合 实 验 三 同 济 大 学 机 械 与 能 源 工 程 学 院 2012 年 10 月 6

快 速 原 型 对 产 品 创 新 和 市 场 开 拓 有 着 不 可 替 代 的 作 用 在 汽 车 航 天 家 电 等 许 多 行 业 获 得 日 益 广 泛 的 应 用 快 速 原 型 技 术 是 一 种 基 于 离 散 和 堆 积 原 理 的 崭 新 制 造 技 术 它 将 零 件 的 CAD 模 型 按 一 定 方 式 离 散, 成 为 可 加 工 的 离 散 面 离 散 线 和 离 散 点 而 后 采 用 多 种 物 理 或 化 学 手 段, 将 这 些 离 散 的 面 线 段 和 点 堆 积 而 形 成 零 件 的 整 体 形 状 具 体 的 方 法 是, 依 据 零 件 的 三 维 CAD 模 型, 经 过 格 式 转 换 后, 对 其 进 行 分 层 切 片, 得 到 各 层 截 面 的 两 维 轮 廓 形 状 按 照 这 些 轮 廓 形 状, 用 激 光 束 选 择 性 地 固 化 一 层 层 的 液 态 光 敏 树 脂, 或 切 割 一 层 层 的 纸 或 金 属 薄 片, 或 烧 结 一 层 层 的 粉 末 材 料, 以 及 用 喷 射 源 选 择 性 地 喷 射 一 层 层 的 粘 结 剂 或 热 熔 性 材 料, 形 成 各 截 面 的 平 面 轮 廓 形 状, 再 逐 步 叠 加 成 三 维 立 体 零 件 根 据 快 速 制 造 所 用 的 材 料 不 同, 快 速 原 型 机 有 许 多 类 型 请 同 学 对 市 场 上 的 快 速 原 型 机 进 行 调 研, 比 较 各 种 快 速 原 型 机 的 性 能 参 数, 如 所 用 材 料 工 件 制 造 难 易 程 度 工 件 尺 寸 场 地 限 制 价 格 和 性 能 1. 产 品 的 CAD 设 计 产 品 的 设 计 是 制 造 企 业 的 一 个 最 重 要 的 环 节, 产 品 设 计 在 很 大 程 度 上 决 定 了 产 品 和 性 能 制 企 业 的 经 济 效 益 据 统 计 资 料 表 明, 设 计 周 期 约 占 新 产 品 试 制 开 发 周 期 的 40%, 产 品 生 产 成 本 的 70% 取 决 于 设 计, 而 产 品 的 质 量 事 故 中, 约 有 50% 是 由 于 不 良 设 计 所 造 成 的, 所 以 产 品 的 快 速 设 计 直 接 关 系 到 产 品 投 放 市 场 的 周 期 质 量 和 成 本 在 设 计 过 程 中, 利 用 计 算 机 作 为 工 具, 帮 助 工 程 师 进 行 设 计 的 一 切 实 用 技 术 的 总 和 称 为 计 算 机 辅 助 设 计 (CAD,Computer Aided Design) 计 算 机 辅 助 设 计 包 括 的 内 容 很 多, 如 : 概 念 设 计 优 化 设 计 有 限 元 分 析 计 算 机 仿 真 计 算 机 辅 助 绘 图 计 算 机 辅 助 设 计 过 程 管 理 等 这 里 以 SolidWorks 软 件 为 例 学 习 计 算 机 辅 助 设 计 的 方 法, 并 探 讨 使 用 逆 向 工 程 技 术 进 行 产 品 创 新 设 计 的 方 法 和 步 聚 2. 快 速 原 型 制 造 的 前 处 理 1) Magic RP 软 件 的 基 本 功 能 可 以 完 成 标 准 STL 文 件 的 检 查 和 修 改, 正 确 摆 放 零 件 的 位 置, 为 零 件 的 快 速 原 形 加 工 作 好 准 备 2) Stl 文 件 的 检 查 和 修 补 对 于 一 些 具 有 缺 陷 的 STL 文 件, 制 作 快 速 原 形 时, 会 导 致 快 速 原 形 机 不 识 别 这 类 零 件, 以 致 无 法 完 成 快 速 原 形 零 件 的 加 工 所 以 在 正 式 进 行 快 速 原 形 件 制 作 前, 要 对 STL 文 件 进 行 检 查 和 修 补 3. 快 速 原 型 零 件 的 制 造 (1) 快 速 原 型 的 基 本 概 念 快 速 原 型 技 术 是 一 种 基 于 离 散 和 堆 积 原 理 的 崭 新 制 造 技 术 它 将 零 件 的 CAD 模 型 按 一 定 方 式 离 散, 成 为 可 加 工 的 离 散 面 离 散 线 和 离 散 点 而 后 采 用 多 种 物 理 或 化 学 手 段, 将 这 些 离 散 的 面 线 段 和 点 堆 积 而 形 成 零 件 的 整 体 形 状 具 体 的 方 法 是, 依 据 零 件 的 三 维 CAD 模 型, 经 过 格 式 转 换 后, 对 其 进 行 分 层 切 片, 得 到 各 层 截 面 的 两 维 轮 廓 形 状 按 照 这 些 轮 廓 形 状, 用 激 光 束 选 择 性 地 固 化 一 层 层 的 液 态 光 敏 树 脂, 或 切 割 一 层 层 的 纸 或 金 属 薄 片, 或 烧 结 一 层 层 的 粉 末 材 料, 以 及 用 喷 射 源 选 择 性 地 喷 射 一 层 层 的 粘 结 剂 或 热 熔 性 材 料, 形 成 各 截 面 的 平 面 轮 廓 形 状, 再 逐 步 叠 加 成 三 维 立 体 零 件 快 速 原 型 不 同 于 传 统 的 用 刀 具 切 除 大 于 工 件 的 毛 坯 上 的 多 余 材 料 而 得 到 所 需 零 件 形 状 的 加 工 方 法, 而 是 采 用 新 的 材 料 增 长 的 加 工 方 法, 即 用 一 层 层 的 薄 片 毛 坯 逐 步 叠 加 7

成 复 杂 形 状 的 零 件 由 于 它 的 制 作 基 本 原 理 是 将 复 杂 的 三 维 加 工 分 解 成 二 维 加 工 的 叠 加, 所 以 也 称 为 叠 层 制 造 各 种 快 速 原 型 技 术 的 过 程 流 都 包 括 CAD 模 型 建 立 前 处 理 原 型 制 作 和 后 处 理 四 个 步 骤, 如 图 1 所 示 CAD 模 型 前 处 理 快 速 原 型 过 程 后 处 理 表 面 或 立 体 模 型 生 成 STL 文 件 格 式 构 建 支 撑 ( 需 要 时 ) 制 作 原 型 的 过 程 : 固 化 树 脂 切 割 薄 片 烧 结 粉 末 材 料 熔 覆 材 料 喷 洒 去 除 支 架 清 理 表 面 固 化 处 理 将 模 型 分 层 切 片 完 成 的 零 件 原 型 图 1 快 速 原 型 的 过 程 流 (2) 典 型 的 快 速 原 型 工 艺 和 系 统 1) 分 层 实 体 制 作 分 层 实 体 制 作 (Laminated Object Manufacturing) 快 速 原 型 技 术 是 薄 片 材 料 叠 加 工 艺, 简 称 LOM 分 层 实 体 制 作 是 根 据 三 维 CAD 模 型 每 个 截 面 的 轮 廓 线, 在 计 算 机 的 控 制 下, 用 CO 2 激 光 束 对 薄 形 材 料 ( 如 底 面 涂 胶 的 卷 纸 ) 进 行 切 割, 逐 步 得 到 各 层 轮 廓, 并 将 其 粘 结 在 一 起, 形 成 三 维 产 品 分 层 实 体 制 作 快 速 原 型 由 供 料 和 收 料 机 构 激 光 切 割 系 统 可 升 降 的 工 作 台 热 压 机 构 和 计 算 机 数 控 系 统 组 成 其 工 作 原 理 如 图 2 所 示 激 光 发 生 器 热 压 机 构 收 料 机 构 升 降 台 供 料 机 构 图 2 分 层 实 体 制 作 的 工 作 原 理 计 算 机 接 受 和 存 储 产 品 的 三 维 模 型, 沿 模 型 的 高 度 方 向, 提 取 一 系 列 的 横 截 面 轮 廓 线, 发 出 控 制 激 光 束 的 指 令 供 料 机 构 将 底 面 涂 有 热 熔 胶 的 纸 一 段 段 地 送 至 工 作 台 的 上 方 激 光 切 割 系 统 按 照 计 算 机 提 取 的 横 截 面 轮 廓 线, 逐 一 将 工 作 台 上 的 纸 割 出 轮 廓 线, 并 将 纸 的 无 轮 廓 区 切 割 成 小 碎 片 热 压 机 构 将 一 层 层 纸 粘 合 在 一 起 可 升 降 工 作 台 支 撑 正 在 成 形 的 工 件, 并 在 每 层 成 形 之 后, 降 低 一 个 纸 厚, 以 便 送 进 粘 合 和 切 割 新 的 层 纸 最 后 形 成 由 许 多 小 废 料 块 包 围 的 三 维 产 品, 然 后 用 人 工 将 多 余 的 废 料 小 块 剔 除 8

2) 光 敏 树 脂 选 择 性 固 化 光 敏 树 脂 选 择 性 固 化 是 采 用 立 体 印 刷 (Stereolithography) 原 理 一 种 工 艺, 简 称 SLA 在 树 脂 液 槽 中 盛 满 液 态 光 敏 树 脂, 它 在 紫 外 激 光 束 的 照 射 下 会 快 速 固 化 成 型 过 程 开 始 时, 可 升 降 的 工 作 台 处 于 液 面 下 一 个 截 面 层 厚 的 高 度, 聚 焦 后 的 激 光 束, 在 计 算 机 的 控 制 下, 按 照 截 面 轮 廓 的 要 求, 沿 液 面 进 行 扫 描, 使 被 扫 描 区 域 的 树 脂 固 化, 从 而 得 到 该 截 面 轮 廓 的 塑 料 薄 片 然 后, 工 作 台 下 降 一 层 薄 片 的 高 度, 已 固 化 的 塑 料 薄 片 上 就 被 一 层 新 的 液 态 树 脂 所 覆 盖, 以 便 进 行 第 二 层 激 光 扫 描 固 化, 新 固 化 的 一 层 牢 固 地 粘 结 在 前 一 层 上, 如 此 重 复 不 已, 直 到 整 个 产 品 成 型 完 毕 最 后 升 降 台 升 出 液 体 树 脂 表 面, 即 可 取 出 工 件, 进 行 清 洗 和 表 面 光 洁 处 理 整 个 成 型 过 程 的 原 理 如 图 3 所 示 万 向 反 射 镜 Z 激 光 发 生 器 激 光 束 升 降 台 刮 平 器 工 件 液 面 支 架 液 态 光 敏 树 脂 图 3 液 态 光 敏 树 脂 选 择 性 固 化 的 原 理 光 敏 树 脂 选 择 性 固 化 快 速 原 型 技 术 适 合 制 作 小 型 工 件, 能 直 接 得 到 塑 料 产 品 主 要 用 于 概 念 模 型 的 原 型 制 作, 用 来 作 装 配 检 验 和 工 艺 规 划, 代 替 蜡 模 作 浇 铸 的 模 具, 以 及 作 为 金 属 喷 墨 环 氧 树 脂 模 以 及 其 他 软 模 制 造 的 母 模 3) 丝 状 材 料 选 择 性 熔 覆 丝 状 材 料 选 择 性 熔 覆 (Fused Deposition Modeling) 快 速 原 型 工 艺 是 一 种 不 依 靠 激 光 作 为 成 型 能 源 而 将 各 种 丝 材 加 热 熔 化 的 成 型 方 法, 简 称 FDM 丝 材 选 择 性 熔 覆 快 速 原 型 机 的 工 作 室 局 部 放 大, 如 图 4 所 示 加 热 喷 头 供 料 管 图 4 正 在 成 型 的 工 件 FDM-8000 型 快 速 原 型 机 的 外 形 和 工 作 室 9 升 降 工 作 台

丝 材 选 择 性 熔 覆 的 原 理 是, 加 热 喷 头 在 计 算 机 的 控 制 下, 根 据 产 品 零 件 的 截 面 轮 廓 信 息, 作 X Y 平 面 运 动 热 塑 性 丝 材 ( 如 直 径 为 1.78mm 的 塑 料 丝 ) 由 供 丝 机 构 送 至 喷 头, 并 在 喷 头 中 加 热 和 熔 化 成 半 液 态, 然 后 被 挤 压 出 来, 有 选 择 性 地 涂 覆 在 工 作 台 上, 快 速 冷 却 后 形 成 一 层 大 约 0.127mm 厚 的 薄 片 轮 廓 一 层 截 面 成 型 完 成 后, 工 作 台 下 降 一 定 高 度, 再 进 行 下 一 层 的 熔 覆, 好 像 一 层 层 画 出 截 面 轮 廓, 如 此 循 环, 最 终 形 成 三 维 产 品 零 件 这 种 工 艺 方 法 同 样 有 多 种 材 料 可 选 用, 如 ABS 塑 料 浇 铸 用 腊 人 造 橡 胶 等 这 种 工 艺 干 净, 易 于 操 作, 不 产 生 垃 圾, 小 型 系 统 可 用 于 办 公 环 境, 没 有 产 生 毒 气 和 化 学 污 染 的 危 险 但 仍 须 对 整 个 截 面 进 行 扫 描 涂 覆, 成 型 时 间 较 长 此 外, 成 型 精 度 较 低, 不 适 合 于 制 作 结 构 复 杂 的 零 件 (4) 快 速 原 形 机 的 操 作 方 法 : a. 打 开 实 验 室 电 源 总 开 关, 快 速 原 型 机 启 动, 计 算 机 上 电 启 动 b. 确 保 实 验 室 空 调 打 开, 保 证 实 验 室 内 恒 温 c. 将 已 经 制 作 好 的 零 件 的 STL 文 件 装 入 计 算 机, 并 打 开 随 机 附 带 的 快 速 原 型 软 件 加 载 文 件 d. 设 置 加 工 的 起 始 坐 标 以 及 相 关 的 加 工 参 数 e. 在 工 作 台 上 选 择 合 适 位 置, 为 零 件 打 底 并 将 底 部 多 余 的 部 分 切 掉 f. 把 卷 纸 装 入 原 型 机, 并 固 定 卷 纸 头 部, 确 保 卷 轴 能 正 常 带 动 卷 纸 g. 试 切 一 层, 使 激 光 头 归 位 h. 检 查 无 误, 启 动 机 器, 开 始 加 工 4. 快 速 原 形 零 件 的 后 处 理 1) 快 速 原 形 零 件 后 处 理 的 方 法 及 注 意 事 项 在 用 快 速 原 型 机 加 工 好 零 件 后, 得 到 的 是 一 层 层 纸 粘 结 而 成 的 长 方 形 块, 需 要 对 其 进 行 手 工 处 理 才 能 得 到 所 要 的 零 件 快 速 原 形 零 件 后 处 理 的 方 法 大 体 可 分 为 三 步 : 第 一, 进 行 粗 处 理, 用 手 或 螺 丝 刀 将 大 块 的 易 于 剥 落 的 多 余 纸 块 去 掉 第 二, 进 行 细 致 处 理, 用 刻 刀 锥 子 和 小 锉 刀 将 不 易 剥 落 的 细 小 的 部 分 去 掉, 并 用 砂 纸 将 表 面 打 磨 干 净 第 三, 对 零 件 表 面 进 行 涂 漆, 晾 干 注 意 事 项 : 在 处 理 零 件 前, 先 将 打 底 的 纸 板 剥 掉 处 理 从 正 面 开 始 ( 即 打 底 的 反 面 ) 处 理 大 的 纸 块 时, 不 要 损 坏 零 件 细 致 处 理 时, 尽 量 小 心, 不 要 把 零 件 薄 弱 处 和 小 的 结 构 ( 如 凸 台 螺 钉 座 ) 弄 断 如 果 不 小 心 弄 断, 保 留 断 块, 在 涂 漆 前 用 胶 水 粘 上 不 要 将 外 围 的 框 去 掉, 这 样 易 于 处 理 使 用 工 具 时, 不 要 将 头 部 朝 向 人, 以 免 伤 人 在 涂 漆 时, 由 于 漆 中 含 有 毒 元 素, 尽 量 不 要 把 让 漆 弄 到 皮 肤 上 万 一 不 小 心 弄 到 皮 肤, 立 即 用 汽 油 进 行 清 洗 2) 快 速 原 形 零 件 的 后 处 理 (1) 首 先, 用 铲 刀 把 零 件 从 工 作 台 上 取 下 来, 放 在 一 边 晾 干, 用 汽 油 把 工 作 台 清 洗 干 净 选 择 那 些 比 较 大 的 纸 块, 看 是 否 容 易 松 动, 与 零 件 分 离 借 助 螺 丝 刀, 用 手 将 它 们 与 零 件 分 离 (2) 确 定 没 有 大 的 纸 块 可 以 去 除, 用 锥 子 刻 刀 等 工 具 把 小 块 纸 块 去 除 在 具 体 处 理 时, 可 以 先 用 锥 子 把 纸 块 一 次 剥 落 几 层, 而 不 是 剥 这 个 纸 块, 这 样 不 容 10

易 损 坏 零 件 对 最 后 附 在 零 件 上 的 纸 屑, 用 刻 刀 从 零 件 表 面 剥 落 细 致 处 理 时, 可 能 会 把 零 件 的 薄 弱 处 弄 断, 保 留 断 块 并 记 住 每 个 断 块 的 位 置, 在 涂 漆 前 用 胶 水 把 断 块 粘 上, 然 后 在 涂 漆 ( 所 涂 的 漆 也 有 固 定 断 块 的 作 用 ) 在 零 件 外 形 基 本 显 现 以 后, 把 外 框 去 掉, 以 用 砂 纸 打 磨 零 件 表 面, 使 其 光 滑, 在 零 件 薄 弱 处 应 小 心 用 力 (3) 零 件 打 磨 完 毕, 用 刷 子 刷 去 零 件 表 面 的 纸 末, 进 行 第 一 遍 涂 漆 漆 要 涂 的 均 匀, 漆 干 后 不 能 在 表 面 留 下 凸 瘤 第 一 遍 涂 的 漆 晾 干 后, 用 砂 纸 打 磨 光 滑, 刷 去 表 面 碎 末, 涂 第 二 遍 漆 晾 干, 观 察 效 果, 如 果 涂 漆 效 果 可 以, 零 件 就 已 经 制 造 完 成 如 果 效 果 不 能 令 人 满 意, 再 涂 一 遍 漆 一 般 情 况 下, 涂 2~3 遍 漆 就 可 以 达 到 满 意 的 效 果 5. 产 品 的 快 速 制 造 快 速 制 模 (Rapid Tooling, 简 称 RT) 技 术, 就 是 将 传 统 的 制 模 方 法 ( 如 数 控 加 工 铸 造 金 属 喷 涂 硅 胶 模 等 ) 与 快 速 原 型 制 造 技 术 相 结 合, 使 得 模 具 制 造 周 期 短 成 本 低 综 合 经 济 效 益 好, 在 模 具 的 精 度 和 寿 命 方 面 能 满 足 生 产 使 用 要 求 的 模 具 制 造 技 术, 它 已 成 为 现 代 模 具 制 造 的 强 有 力 手 段 换 言 之, 快 速 模 具 制 造 工 艺 的 特 点 在 于 快 速 原 型 技 术 与 传 统 制 模 技 术 相 互 结 合, 互 相 补 充, 使 模 具 的 设 计 和 制 造 周 期 缩 短 从 模 具 的 概 念 设 计 到 出 模, 快 速 制 模 一 般 是 传 统 模 具 加 工 方 法 所 需 时 间 的 1/3 左 右 本 实 验 主 要 学 习 硅 胶 模 的 制 造 和 真 空 注 塑 件 与 反 应 试 注 逆 件 的 加 工 方 法 硅 胶 模 制 造 技 术 的 工 艺 过 程 如 图 5 所 示 真 空 室 真 空 室 RTV 硅 胶 制 模 箱 快 速 原 型 图 a 液 态 RTV 放 入 真 空 室 内 抽 真 空 图 b 将 液 态 RTV 倒 入 制 模 箱 中 真 空 室 RTV 硅 胶 图 c 再 次 抽 真 空 快 速 原 型 图 d 待 硅 胶 固 化 后 取 出 硅 胶, 并 用 刀 具 沿 分 型 面 划 开 硅 胶, 取 出 其 中 原 型, 得 到 硅 胶 模 图 5 RTV 硅 胶 模 11

优 点 : 软 模 制 造 技 术 已 在 工 业 中 应 用 多 年, 技 术 成 熟 工 艺 可 靠, 与 快 速 原 型 制 造 技 术 相 结 合, 使 得 工 艺 简 单, 制 模 时 间 短, 费 用 低, 除 真 空 机 外 无 需 任 何 其 他 专 用 设 备, 可 复 制 出 细 微 的 表 面 几 何 形 状, 可 浇 铸 具 有 倒 扣 的 制 件 RTV 硅 胶 应 用 普 及, 易 于 购 买, 并 且 由 于 硅 胶 的 非 粘 附 性, 使 得 制 件 出 模 容 易, 表 面 质 量 好 该 工 艺 也 可 用 于 浇 铸 易 熔 金 属 缺 点 :RTV 硅 胶 模 依 靠 重 力 进 行 浇 铸, 所 以 适 于 浇 铸 厚 壁 制 件 且 浇 口 大 浇 铸 用 材 料 只 能 选 用 流 动 性 好 的 热 凝 性 塑 料 和 易 熔 金 属, 而 不 能 使 用 如 ABS POM 等 常 用 的 塑 料, 以 及 如 铝 铜 钢 等 常 用 金 属 由 于 硅 胶 的 导 热 性 能 差, 制 件 固 化 时 间 长, 因 此 制 件 周 期 长 RTV 硅 胶 模 属 于 软 模, 易 变 形, 制 件 的 精 度 低, 通 常 会 带 有 少 许 飞 边 RTV 硅 胶 模 寿 命 短, 仅 适 用 于 10~25 件 的 小 批 量 生 产 硅 胶 模 制 造 完 成 以 后, 可 以 用 真 空 注 塑 机 或 反 应 式 注 塑 机 快 速 制 造 样 件, 图 6 展 示 了 用 RTV 硅 胶 模 及 浇 铸 的 塑 料 制 品 图 6 RTV 硅 胶 模 浇 铸 及 制 品 6. 产 品 快 速 原 形 及 产 品 快 速 制 造 的 小 结 用 快 速 原 型 法 制 造 一 个 零 件, 一 般 可 分 为 三 个 阶 段 : 零 件 设 计 零 件 加 工 和 零 件 的 后 处 理 这 三 个 阶 段 是 顺 序 执 行 的, 每 个 阶 段 的 质 量 都 会 影 响 到 下 一 步 的 操 作 下 面 具 体 讲 一 下 用 快 速 原 型 法 制 造 零 件 的 步 骤 1) 首 先, 设 计 零 件, 用 业 界 CAD 软 件 把 零 件 绘 制 成 三 维 实 体 图, 如 SolidWorks,Catia, 或 Unigraphics 等 然 后, 检 查 模 型, 如 果 没 有 错 误, 将 三 维 实 体 图 导 出 为 STL 格 式 的 文 件, 用 于 快 速 原 型 加 工 最 后, 由 于 模 型 文 件 转 存 STL 文 件 的 协 议 还 不 完 善, 转 成 的 STL 文 件 还 会 存 在 某 些 不 可 预 知 的 缺 陷, 所 以 需 要 用 辅 助 软 件 对 其 进 行 修 补 和 处 理, 如 Magic RP 软 件 2) 首 先, 将 STL 文 件 拷 入 快 速 原 型 机 的 微 机 中, 用 随 机 附 带 的 软 件 加 载 文 件 做 好 加 工 前 的 准 备 : 用 一 块 厚 纸 板 为 零 件 打 底, 运 行 一 次 激 光 头 把 多 余 的 部 分 切 掉 ; 将 卷 纸 放 好, 使 其 能 正 常 卷 动 完 成 软 件 设 置, 开 动 机 器, 进 行 加 工 ; 每 隔 一 段 时 间 ( 如 1 小 时 ) 观 察 一 次 加 工 情 况, 如 果 出 现 断 纸 情 况, 停 止 机 器, 重 新 装 入 卷 纸, 重 新 开 动 机 器, 继 续 加 工 3) 首 先, 用 铲 子 将 零 件 与 工 作 台 分 离, 放 在 实 验 室 内 晾 干 一 段 时 间 然 后, 用 锥 子 螺 丝 刀 和 刻 刀 等 工 具 将 多 余 的 部 分 去 除 用 砂 纸 打 磨 零 件 表 面, 使 其 光 滑 最 后, 在 零 件 表 面 涂 上 喜 欢 颜 色 的 漆, 使 表 面 光 滑, 颜 色 美 观 产 品 的 快 速 原 形 制 作 完 成 以 后, 要 进 行 产 品 的 快 速 制 造, 常 用 的 一 种 方 法 就 是 用 快 速 原 形 零 件 制 造 硅 胶 模, 然 后 利 用 真 空 注 塑 或 反 应 式 注 塑 的 方 法 加 工 样 件, 这 样 就 实 现 了 产 品 的 快 速 原 形 制 作 和 零 件 的 快 速 制 造 12

产 品 创 新 设 计 与 快 速 实 现 综 合 实 验 报 告 姓 名 学 号 1. 介 绍 产 品 设 计 的 过 程 和 实 现 的 方 法 2. 介 绍 CAD 软 件 的 特 点 和 主 要 的 特 征 造 型 方 法 3. 介 绍 MAGIC RP 软 件 的 用 途 13

4. 介 绍 快 速 原 形 方 法 ( 至 少 两 种 ) 5. LOM 快 速 原 形 制 作 的 基 本 过 程 和 步 骤 6. FDM 快 速 原 形 制 作 的 基 本 过 程 和 步 骤 14