汽车设计试验参考指导书.doc

试验二 快速成形技术

一、 试验目标
1. 了解快速成形制造技术原理、特点及应用。
2. 了解快速成形制造数据处理软件（Aurora）使用方法。
3. 了解三维打印机（快速成形系统）设备操作方法和快速成形制造工艺过程。
二、 试验内容
1. 讲解快速成形制造原理、特点和应用。
2. 讲解快速成形制造数据处理软件（Aurora）使用方法。
3. 演示快速成形制造设备操作方法。
4. 学生学习快速成形制造数据处理软件（Aurora）。
5. 学生操作设备，完成选择CAD实体模型制作，得到实体零件。
三、 试验设备
1. 硬件设备：三维打印机（快速成形系统PrintA）设备三台、微型计算机90台
2. 软件：快速成形制造数据处理软件（Aurora）。
四、 试验方法和步骤
1. 老师讲解快速成形制造工艺原理、特点和应用。
2. 老师讲解快速成形制造数据处理软件（Aurora）使用方法和参数设定。
3. 演示快速成形制造设备操作方法。
4. 学生学习快速成形制造数据处理软件（Aurora）。
5. 学生操作设备，完成选择CAD实体模型制作，得到实体零件。
五、 试验注意事项
因为快速成形设备价格昂贵，自动化程度高，操作中应避免设备损坏事故发生，对初学者要求以下：
1. 上机操作前应仔细阅读“快速成形安全操作规程”。
2. 在操作或加工之前，必需请指导老师检验程序和设备状态。
3. 操作或加工过程中，如碰到问题，应立即请教指导老师，切勿鲁莽行事。
4. 试验过程中，不准擅动其它设备，不准离开机床。
5. 试验结束后，应按要求清理设备和周围场地。
六、 试验具体步骤
1. 试验样件设计
试验之前试验老师应使用三维实体设计软件设计试验样件（三维CAD模型），样件输出格式为STL格式。
另有多个三维CAD模型文件作为学生备选模型，分别为：齿轮、象棋、花瓶等。
2. 试验数据准备
开机床总电源和计算机电源。
（1）系统初始化
运行数据处理软件Aurora。
操作路径：文件＞三维打印机＞初始化，X、Y、Z轴回原点。初始化完成，系统鸣笛报警，画面显示“初始化完成”，点击“确定”，完成初始化。
（2）加载STL文件
在Aurora软件中，载入STL模型：选择菜单“文件＞载入＞STL文件”，选择命令后，系统弹出打开文件对话框，选择事先准备好STL文件。选择STL文件，系统开始读入STL模型，并在最下端状态条中显示已读入面片数（Facet）和顶点数（Vertex）。读入模型后，系统自动更新，显示STL模型，图1所表示。

图1 齿轮STL文件
（3）自动布局和变形
STL文件输入后，点击“模型＞自动布局”数据处理软件自动把原型放在工作台中心，距工作台面高度为3mm。如造型位置和角度不合理，必需进行模型变形。按下面次序操作：“模型＞变形”，可对模型进行移动、旋转、缩放、镜像等操作。模型变形完成后，必需再“自动布局”一次，使模型处于合理造型位置。图2所表示。

图2 模型自动布局和变形
（4）分层参数设置
大部分参数已经固化在三维打印机/快速成形系统中，用户只需依据喷嘴大小和成型要求选择适宜参数集即可，通常无需对这些预设参数进行修改。

图3 参数设置对话框

分层参数包含三个部分，分别为分层，路径和支撑。选择菜单“模型＞分层”，设置参数图3所表示。参数设置完成后，单击“确定”按钮，系统自动生成和原STL文件同名后缀为CLI文件，并自动保留到原STL文件目录下。

图4 CLI文件图形
分层后层片包含三个部分，分别为原型轮廓部分，内部填充部分和支撑部分。轮廓部分依据模型层片边界取得，能够进行数次扫描。内部填充使用单向扫描线填充原型内部非轮廓部分，依据相邻填充线是否有间距，能够分为标准填充（无间隙）和空隙填充（有间隙）两种模式。标准填充应用于原型表面，孔隙填充应用于原型内部（该方法能够大大减小材料用量）。支撑部分是在原型外部，对其进行固定和支撑辅助结构。
（5）确定辅助支撑
辅助支撑作用：预防等候工作喷头口处有不规则丝堆积，影响模型质量。
操作路径：点击“工具”＞“预设支撑1~4”;则支撑CLI文件图形显示在造型区域右下角，按住：Ctrl+鼠标左键，能够拖动支撑到适宜位置，图5所表示。

图5 带辅助支撑CLI文件图形
3. 制造原型
（1）调试
操作路径：文件＞三维打印机＞调试，弹出系统控制对话框，点击方向控制键，可操作X、Y、Z各轴运动到所需位置。

图6 系统控制对话框
（2）挤丝：
挤丝目标一是为预防喷头堵塞而清理喷头孔端部，二是检验喷丝机构是否正常工作，三是将丝前一段已经变色丝挤掉。
操作路径：将图6系统控制对话框内点击“开温控”按钮，系统温度（主、副喷头和成型室）会很快升高，当温度达成：主喷头大于226℃，副喷头大于216℃，成型室36℃，点击“主喷头开”按钮，则主喷头挤丝，挤出100~200mm即可，点击“停止”按钮，再点击“副喷头开”按钮，则副喷头挤丝，挤出100~200mm即可，点击“停止”按钮，挤丝过程结束。挤丝过程中要观察挤丝机构运行情况，挤丝结束后要检验已挤出丝情况，确定正常后方可继续下面工作。尤其注意：温控不能关！
（3）造型
先操控“图6系统控制对话框”中工作台升降按钮，使操作工作台上升，距喷头10mm左右即可，再将喷头移到工作台中心部位。
造型路径：文件＞三维打印＞打印模型：弹出“三维打印”对话框，图7所表示，选择好参数，点击确定，弹出“工作台高度”对话框，点击“确定”即可。
（4）后处理
原型制作完成后，系统自动关闭温控按钮，工作台下降，喷头移至安全位置。将原型留在成型室内，保温5~10分钟。10分钟后，用小铲子小心取出原型，并清理工作台面，关闭计算机，关闭机床电源。
4. 学生完成试验汇报。
七、 思索题
1. 快速成形技术基础原理是什么？
2. 快速原型制造通常由哪多个步骤组成？
3. 熔融沉积制造（FDM）工艺原理、工艺过程和特点是什么？
4. 快速成形技术在现代优异制造技术中有和作用？