proe快速成型制造技术

2013-07-11 by:广州proe/creo培训中心来源:仿真在线

proe快速成型制造技术

0 引言

快速成型制造技术(Rapid Prototyping Manufacturing,简称RPM)最早出现于20世纪80年代的美国,该技术根据在计算机上构建的三维模型,采用“分层制造、逐层叠加”的加工原理,无需任何传统的加工机床、刀具和工模具,即可在很短的时间内制造出实体零件、产品样品或模具。因此在工业领域表现出了很强的生命力和广阔的应用前景。

目前,快速成型制造技术的实现方法主要有分层实体制造法(LOM,Laminated Object Manufacturing)、立体光刻成型法(SLA,Stereo Lithography Apparatus)、熔丝沉积成型法(FDM, Fused Deposition Modeling)、三维喷涂粘接(3DP,Tluue Dimensional Printing)和选择性激光烧结法(SLS,Selective Iaser Sintering)等。

本文利用SLS方法,将在proengineer软件中设计的手机外壳加工成型。

1 SLS的工艺原理

首先由CAD产生制件的三维模型,用分层切片软件对其进行切片处理,获得各截面形状的信息参数,作为激光束进行二维扫描的轨迹。同时将SLS成型机粉床上的粉末材料预热至材料熔融温度以下,然后根据制件几何形体各层截面的坐标数据,在计算机的控制下,激光以一定的扫描速度和能量密度有选择地对材料粉末分层扫描,由于激光能量在选定的扫描轨迹L作用于粉末材料,使粉末材料粘接固化。一层烧结完成后,电机驱动工作台,使粉末固化层下降一个层厚高度,用铺粉辊将新粉末材料均匀地铺放在前一固化层上,再进行下一层扫描烧结,新的一层和前一层自然地烧结在一起,如此层层叠加,最终生成所需要的三维实体制件。

2 试验设备及试验材料

(I)试验设备:试验设备选用华中数控HRPS-ⅢA激光快速成型机,其主要技术参数见表1。该设备主要由计算机控制系统、主机和激光冷却器三部分组成。计算机控制系统由高可靠性计算机、性能可靠的控制模块、电机驱动单元和各种传感器组成,还配以HRPS2002控制软件用于三维图形数据处理、加工过程的实时控制及模拟;主机由可升降工作缸、落粉桶、铺粉辊装置、聚焦扫描单元、加热装置、机身与机壳六个单元组成;激光冷却器由可调恒温冷却器及外管路组成,用于冷却激光器,提高激光能量稳定性,保护激光。

(2)试验材料:试验材料选择聚苯乙烯(PS)粉末。聚苯乙烯是无色无臭的透明性刚硬固体,在热塑料中是最容易成型加工的品种之一。

3 试验过程及结果分析

(1)调用proengineer软件的STL文件生成格式模块,将三维模型转换成STL格式,并对其进行网格划分,准备进行分层处理。

(2)在计算机中对模型进行切片处理,使二维模型变成一系列二维的平面图形。对应每一个平面图形,计算生成相应的扫描轨迹。

(3)在活塞工作台上用辊筒铺上一层聚苯乙烯粉末材料,粉层的厚度应等于对应模型切片层的厚度,并将其加热至略低于它的熔化温度(一般低于2-3℃)。

(4)C02激光束在计算机控制下,按照截面轮廓信息,对粉末进行扫描二激光扫描区域,粉末温度升至熔化点,于是粉末颗粒交界处熔化,相互粘结;未被扫描的区域,粉末还是松散状态,作为工件和下一层粉末的支撑。

(5)扫描完成后,活塞工作台下降一截面层的高度,再进行下一层的铺料和烧结,如此循环,最后形成一个三维制件。

当激光功率为25%时,调节激光扫描间距、激光烧结层厚、制件摆放角度等工艺参数,观察各工艺参数组合下烧结件的表面粗糙情况。试验中工艺参数的设置如图4所示。

烧结完毕后得到的制件如图5所示。从制备成型件的结构上看,基本体现出设计思路。对制件的壁厚、铸造圆角半径、铸孔、脱模斜度及表面质量等结构要素进行观察可以看出:手机外壳的壁厚较为均匀,可以避免因为壁厚不均匀而产生缺陷及裂纹;手机外壳需要抽芯的孔径脱模斜度设计较好,能够使抽芯动作顺利进行。

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