| cyqdesign | 2006-10-22 11:52 |
RP基本原理及運用
1.任何……無論多復雜的形狀都非常容易成形 2.任誰……因無機器各部動作干涉問題，對操作者無熟練要求 3.即刻……因無需準備工具夾具等，可迅即開始加工 4.自動……加工過程完全自動化，可完全無人運轉(zhuǎn) 5.安靜……無加工噪音，振動，無大量切屑 6.短期……可在短時間內(nèi)制作模型，交貨快，費用省 RP種類 自1987年美國3D Systems公司首先公開系統(tǒng)以來，各先進國家陸績開發(fā)出各式各樣的系統(tǒng)，大致可分成以下幾大類： 1.液態(tài)制程(Liquid Process) 2.粉末制程(Power Process) 3.塑料擠出制程(Polymer Extrusion Process) 4.紙層積制程(Paper Lauination Process) 5.面曝光制程(Solid Ground Curing) 6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing) 1.液態(tài)制程(Liquid Process) 液態(tài)制程亦被稱為光造形法(Stereo Lithography Apparatus)，系以紫外線光束照射光硬化樹脂，使被照射之樹脂固化逐層堆棧。而制造出產(chǎn)品原型。目前使用此原理之RP系統(tǒng)包括，最早公開上市之SLA系統(tǒng)(美國3DSystems公司)，日本的SOUP系統(tǒng)(CMET公司)及SCS系統(tǒng)(D-MEC公司)等10余種此類系統(tǒng)被開發(fā)并公開上市。截至目前該類系統(tǒng)占有RP市場的比例最高，以日本為例，前述三家公司之光造形系統(tǒng)即占有日本RP市場的70%以上。此類系統(tǒng)之加工原理如圖所示。
(I)具有相當良好之表面質(zhì)量，可以做為RTV模之母型 (2)原型實物可以很迅速、且輕易地修整到許多美術(shù)品模具母型所需之表面質(zhì)量。 (3)材料收縮量很小，故成品之彎曲程度亦最低。 (4)公差范圍在±0.1%范圍以內(nèi)，而且在X、Y軸之公差更低，在5”之成品公差可控制在±0.003"之內(nèi)，而縮水率約在每英吋±0.001"。 最佳應(yīng)用范圍： (1)以藝術(shù)用途為主要考慮之概念模型。 (2)以復雜度、精度為主要考慮之成品。 (3)需后續(xù)制程(如RTV模具)之母型。 (4)某些快速仿制之應(yīng)用。 2.粉末制程(PowerProcess) 此類制程系以雷射光照射燒結(jié)粉末狀塑性材料或金屬粉末，使其結(jié)合而成型，鋪設(shè)粉未系以滾筒左、右滾動方式達成在工作平臺上鋪上一層、一層均勻的粉末。此類系統(tǒng)主要有美國DTM公司的SLS系統(tǒng)及德國EOS公司之Stereos系統(tǒng)等，其原理如圖所示
(1)可快速交貨(依成品大小區(qū)分，一般約在2一4天) (2)不需支撐。 (3)可直接制造出金屬件，同應(yīng)用于塑料射出成形之暫用模。 (4)可于表面涂布一層樹脂增加成品強度。 應(yīng)用范圍: (1)相當完美的概念模型且兼其部份功能性。 (2)當表面粗度不是首要考置時可廣泛被用于鑄造之母型。 (3)吹氣成型模產(chǎn)品原型(如瓶子)。 (4)功能測試用產(chǎn)品原型(如流場測試)。 3.塑料擠出制程(Polymer Extrusion Process) 此類系統(tǒng)傳以加熱頭(Heated Head)熔化線狀之熱塑性材料，并從加熱頭經(jīng)內(nèi)噴嘴均勻擠出，遂層堆積成型。主要的系統(tǒng)有美國sratasys公司的FDM系統(tǒng)。其加工原理如圖所示。
(1)操作環(huán)境干凈、安全可在辦公室環(huán)境下進行。 (2)時效及成本效益極佳。 (3)材料之重量與感覺與ABS相近。 (4)材料縮小率低(約在0．005一0．008之間)。 應(yīng)用范圍: (1)小齒輪，尤其是具有小齒者。 (2)小功能件。 (3)薄壁小件。 (4)造模用縮小比例件。 4.紙層積制程(Paper Lauination Process) 此類系統(tǒng)系以薄片材料(紙為主)，經(jīng)由雷射切割出每一層的形狀，并加熱粘合而成型，主要的系統(tǒng)有美國Helisys公司的LOM系統(tǒng)及日本Kira公司的Solid Centel系統(tǒng)等，其中Kira公司的系統(tǒng)可采用普通紙，且以特殊刀片切割形狀，使用上更為方便且價格低廉，其加工原理如圖所示。
(1)系統(tǒng)購置成本低。 (2)可在辦公室環(huán)境下使用。 (3)時效佳。 應(yīng)用范圍: (1)設(shè)計確認模型。 (2)翻砂鑄造用母型。 5．面曝光制程(Solid Ground Curing) 以色列的Cubita(公司開發(fā)的此種系統(tǒng)稱為SGC系統(tǒng)，系以紫外線照射每一層斷面形狀而產(chǎn)生光罩，再以紫外線透過光罩之透明區(qū)域，使其下之樹脂固化，未固化(陰暗區(qū)域)之樹脂需去除后補上一層蠟，經(jīng)機械加工整平后，再重復上述步驟，遂層堆積成型，其成型原理如圖所示。
(1)不需另增支撐。 (2)整層一次成型，時效佳。 (3)精度佳，約在0．1%左右。 應(yīng)用范圍: (1)最適需要多件原型之場合。 (2)可用于需翻制模具之母型。 (3)部份功能性需求之產(chǎn)品開發(fā)原型。 (4)大型件。 6．3-D印刷制程(3-Dimensional Printing) 此種制程系以類似噴墨式打印機之方式，將陶瓷或金屬粉末噴灑在一基板，再由一噴嘴噴出黏結(jié)劑加黏結(jié)，最后逐層堆積成型。此類系統(tǒng)主要有MIT所發(fā)展的3-D Printing系統(tǒng)及Sanders Prototype之3D Plotting等……，其加工原理如圖所示。
(1)不須支撐者。 (2)工作環(huán)境可適用于辦公室。 (3)時效佳。 應(yīng)用范圍: (1)最適于設(shè)計確認。 (2)加工性之評估件。 RP應(yīng)用實例 快速原型技術(shù)乃是將復雜的計算機3D實體(如手工具本體及零組件)經(jīng)軟件處理切成2D的切片﹐各切層積層推迭后﹐經(jīng)快速原型機快速制造實體原型之技術(shù)﹔快速模具技術(shù)為利用快速原型對象快速制作對象暫用模具之技術(shù)。自從1988年第一臺商用RP機器開發(fā)以來﹐快速原型與快速模具技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各大產(chǎn)業(yè)(尤其是汽機車及3C產(chǎn)業(yè))的產(chǎn)品開發(fā)流程中﹐主要原因是這些技術(shù)發(fā)展已漸成熟而且應(yīng)用成效良好﹐符合快速開發(fā)制造的目的。 RP 應(yīng)用實例
RP系統(tǒng)正式開發(fā)上市后，短短數(shù)年間，各式各樣的新系統(tǒng)，紛紛被開發(fā)上市、且發(fā)展呈相當多樣化，更由于各種RP系統(tǒng)使用材料的不同、制程的不同、機體構(gòu)造的不同……．等，導致各種RP系統(tǒng)各具特色。況且，使用者在選購RP系統(tǒng)時，亦有各種不同的用途及功能需求。因此，RP系統(tǒng)雖然各有優(yōu)缺點，但卻沒有一套RP系統(tǒng)可以滿足使用者的所有需求。一套RP系統(tǒng)對使用者是否適合，端視使用者的主要應(yīng)用范圍是否適合該套系統(tǒng)的功能特性而定。使用者在購買前應(yīng)從多方面考慮 (使用材料特性、精度、生產(chǎn)速度、應(yīng)用范圍、成品強度等……)審核評估，才能找出最適合自己的系統(tǒng)。RP系統(tǒng)可趨向于二大類型式： 高價型RP系統(tǒng)：具高精度，但價格昂貴，適合高應(yīng)用之RP系統(tǒng)，如EOS、SOUP、SLA等‥‥‥。 廉價型RP系統(tǒng)：精度較差但價格低廉，可置在辦公之桌上型3D Printer，主要用來做設(shè)計確認輔助之用。 未來發(fā)展趨勢可分為新的成型方式、材料配方的開發(fā)及制程上的改善。在材料的配方上，期望能更快速的制造出更精確、機械性質(zhì)更堅硬且可以后加工的原型，以滿足直接可以有功能性運用的原型制作，甚至醫(yī)學用模型的醫(yī)學用材料開發(fā)。在制程上，成形掃瞄路徑的持續(xù)研究，期望以較少的層數(shù)及掃瞄路徑（較快的速度），加速原型的制作及減少原型的變形。例如自動調(diào)適的層厚設(shè)定(Adaptive Slicing)已經(jīng)開始被重視，藉由對成型軸方向低鈄率輪廓的變化，采用厚層成形以在相同精度要求下，縮短制作時間；彈性層加工以精密的輪廓構(gòu)建及彈性的內(nèi)部充填，大幅節(jié)省原型制作的時間。 |
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