浙江科技学院快速成型实验报告

快 速 成 型 实 验 报 告

一、实验目的

随着社会需求和科学科技的发展，市场竞争越来越激烈，产品更新周期越来越短，因而要求设计者不但能根据市场要求很快的设计出新产品，而且能在尽可能短的时间内制造出新产品的样品，进行必要的性能测试，征求用户的意见并进行必要的修改，最后形成能投放市场的定型产品。用传统的方法制造样品，需采用多种加工机床，以及相应的工具和模具，既费时、又成本高，周期往往达几个星期甚至几个月，大型复杂设计所费的工时甚至以年来计算，完全不能适应市场日新月异的变化。为克服上述问题，近几年来出现了快速成型技术和相应的快速制模技术。

通过实验要求学生熟悉用计算机设计的三维图形直接制取模型的方法，掌握快速成型机制取模型的过程及技巧。

了解快速成型机的工作原理，操作方法和步骤。

掌握CO2激光器切割的工作原理和设备组成。

二、实验设备、仪器和实验材料

1.HRP-II B快速成型机

2.雕刻刀

3.502胶水

4.砂纸

5.热熔树脂涂覆纸

6.内六角扳手

HRP-II B快速成型机的简介

HRP-II B 快速成型机有三部分组成：数控系

统、精密数控机械系统、激光器及冷却系统。如图

是实验室中的快速成型机。接下来分别介绍快速成

型机的三个部分。

（1）数控系统：他由高可靠性工业计算机、性能可靠的各种控制模块、电动驱动单元、高精度的传感器组成，配以HRP2004软件。其功能用于三维图形数据处理，加工过程的实时控制及模拟。HRP2004软件还具有STL文件识别及重新编码，容错及数据过滤切片技术，变网格划分技术，系统故障诊断，故障自动停机，STL文件可视化，及具有图形旋转、平移、缩放等功能。

（2）精密数控机械系统（主机）：它由伺服驱动的激光扫描单元、可升降工作台、送收料装置、热压层叠装置、通风排尘装置、机身及机壳等装置组成。它主要完成系统的加工传动功能。激光X-Y扫描单元采用交流伺服驱动和滚珠丝杆传动，升降工作台为4柱导向和双滚珠丝杆传动，保证了系统的高精、高速和平稳传动。

（3）激光器及冷却系统：激光器由二氧化碳激光管，激光电源，控制器及外光路组成，他能提供加工所需能量。冷却装置由可调恒温水冷却器及外管路组成，用于冷却激光器，以提高激光能量稳定性。 HRP-II B快速成型机主要性能参数

（1）主机外型尺寸：1470mmX1100mmX1250mm

（2）主机重量：

700kg

（3）电源：50HZ,220V,10A

（4）最大成型空间：450mmX350mmX350mm

（5）激光器：输出功率：50watts

光斑直径：0.1~0.2mm

（6）切割速度：500mm/s

（7）成型材料：涂敷有热熔胶的纸，厚约0.1mm

（8）接口：STL格式数据文件

（9）输入方式：网络 光盘 U盘或软件

（10）成型精度：+-0.1mm

用快速成型系统直接制造产品，一般只需传统加工方法30%~50%的成本。这种样品与最终产品相比，虽然在材质上有所差别，但在形状及尺寸方面几乎完全相同，而且有较好的机械精度和机械强度，经过适当的表面处理（如表面喷涂）后，看起来与真实产品一模一样。因此，他可供设计者和用户进行直观检测，评判和优比，可用来摄制产品照片，并可迅速反复修改和制造，直到最大限度的满足用户要求。

三、实验原理

快速成型技术将计算机辅助设计，计算机辅助制造，计算机数字控制，精密伺服电动机驱动和新材料等先进技术集于一体，依据计算机上构成的产品三维设计模型对其进行分层切片，得到各层截面的轮廓，按照这些轮廓，激光束选择性的切割一层层的纸，形成截面轮廓，

并逐步叠加成三维产品。RP技术核心是由三维设计模型直接通软件驱动快速成形机，基于离散/堆集成形原理，逐步堆集成形材料，层层叠加形成物理模型。

四、实验步骤、方法及注意事项

步骤一：通过三维软件设计及绘制实体造型

本实验注重的是制作过程，所以设计及绘制实

体造型本人将粗略带过。本次实验设计的模型是人脸

面具如右图。我们可先用Pro/E等三维软件绘制模型。

步骤二：材料叠层快速成型系统结构及实体制作过程

1.熟悉HRP-IIB快速成型系统的组成和结构。

2.接通电源，启动计算机，运行HRP2004程序。

3.在【制造】下拉菜单中点击【打开强电】，设备强电启动，同时制冷器开始制冷。然后再点击【制造】下拉菜单中【打开加热器】，加热器开始加热升温，设置加热参数。

4.通过磁盘，光盘，U盘或网格将准备加工的STL文件调入计算机中。在HR2004系统中打开此文件

5.对图形作预处理。

6.设置加工参数

7.点击【制造】下拉菜单中【回零】项，系统各轴回到各自的起点位置。

8.

做成型件的基底，根据成型件的需要性质做不同的基底。作

基底前先要清理实验台，保证试验台清洁。如下图

在工作台上固定一张白纸，待加热器、制冷器达到设定值，点击【制造】下拉菜单中的【制造】，出现对话框，点击框中的“切外框”钮，X-Y激光扫描单元在纸上扫描出模型外框的最大轮廓线，做好标记，在最大轮廓线内部粘上双面胶带（如图右下图）。胶带上再粘满一层成型用纸（与胶带接触的纸面不

能涂胶），然后点击对话框中的

“切外框”钮，除去激光切割轮

廓外多余的白纸和双面胶带。选

择对话框中的“调试”按钮，弹

出调试对话框，在加热辊点动

框。中，按向左、向右钮使加热辊来回滚压工作台面4~6次，使台面预热，最后关闭调试对话框。

9.装上成型用纸，将纸穿引至工

作台面并铺好，在制造对话框中，单击

“基底”按钮，系统进行一次基底制造。

按此法重复做4~6层，使不在基底范围

内的纸不沾工作台面即可（如右图）。

10.在制造对话框中，单击“回零”按钮，使系统回零。再设置制造对话框中的编辑框，在“从：”后输入起始高度，起始高度设置为比所要做的模型的开始高度低0.03~0.05mm。在“到”后输入终止高度。最后单击“连续制造”按钮，即可开始全自动制造。如图是

在切割人脸面具的外

轮廓。当随着纸不断

的叠加，升降台会不

断的下降，此时切割

的图片会在不断的变

化。我们小组用相机

记入了一系列的图形

变化

此图还是在大致的人脸轮廓

下图是刚开始时的人脸轮廓

图

随着时间的推移，激光切割的图形在不断的变化，如下一系列图就是我们小组记录的图形变化。

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到此过程人脸的模型基本加工完成。在制作过程

中我们不间断的有人看守，就是为了出现纸走偏

现象，我们可以及时调整。若出现纸走偏或其他

小故障，可单击制造对话框中的“暂停”按钮，

系统切完当前层，会自动停下来，待人工排除故

障后，点击制造对话框中的“继续”按钮即可继续制造。

11.模型做完后，系统自动停机。

12.点击【制造】下拉菜单中【关闭加热器】和【关闭强电】。退出HRP2004系统，关闭计算机，关闭总电源。

13。待模型冷却后，方可从工作台上取下。

并做搞好设备清洁

卫生。

步骤三：成型件的后处理

从快速成型机工作台上取下的模型是一块包含废料的实心长方体（如右图

所示），需要

将废料从模

型实体旁剥

离出来，然

后将模型进

行整修，打

磨，上胶，

再打磨，喷色等工序处理，最后才能得到我们所要求的模型件。

1.废料剥离。首先用雕刻刀将长方体下部的基底剥离，根据模型情况将准备先剥的面（正面或反面）朝上且将长方形平面中心向外（注意不要将四周的边框先剥离）、从上往下将废料逐渐剥离。在剥到突变网格处要小心，对细小处、薄壁处要仔细，一旦模型被刻刀弄破、分离药剂师用502胶水粘牢。剥离工作要求操作人员熟悉模型实体形状，操作仔细，小心自己的手不要被刻刀划破，用力不要过猛以免模型被损坏。以下是我们剥离的图片过程

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2.模型剥离出来后，先检查一遍模型是否完整齐全牢固，将一些破损、分离、变形处用502胶水固定、整形。尤其对模型的一些细小处、Z轴方向凹凸曲面顶点处要确定模型应已完整将废料剥离干净，否则要进一步修整。

3.对经过初步修整过的模型用砂纸进行打磨（如下图所示）。主要是为

了消除一

些残存的

纸片、曲面

Z轴方向

的台阶以

及一些激

光切割焦

痕（对一些不上色的模型需尽量消除焦痕）。

4.将打磨过的

模型清理干净，用

502胶水内外涂一

遍，以增加模型的牢

度及防止模型受潮

变形（如左图所示）。

5.再用砂纸对模型进行打磨，要求模型表面平整、打毛，以便上色牢固。若模型表面平整度很差或尺寸相差较多，可用石膏填补，再打磨。

6.根据模型所要求的颜色用漆调好色，用喷枪上色，注意漆不要喷太厚，要均匀。若一个模型有多种颜色，要注意每喷一种颜色需把其他颜色处遮住。如下图就是处理后的人脸模

具

五、快速成型件实验结束语

通过本次的快速成型件的设计与制作实验，我学到了不少知识，受益匪浅。大致了解并学会了怎样把一个复杂的零件通过快速成型技术加工出来，而且这种成型技术成本低，加工周期短，灵活性高，为以后涉及这方面的加工增长了了解度，便于以后自己对各种产品的设计加工。

快速成型件的与制造 实验报告 班 级

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