2022年快速成型技术与试题---答案 .docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 试卷一、填空题1.快速成型技术是由 运算机帮助设计及制造技术、逆向工程技术、分层制造技 术SFF 、材料去除成形 MPR 、材料增加成形 MAP 技术 等如干先进技术集成的；2. 3.快速成型技术的主要优点包括 品开发和单间零件生产 等成本低,制造速度快,环保节能,适用于新产4.光固化树脂成型（ SLA）的成型效率主要与 扫描速度,扫描间隙,激光功率 等因素有关5.快速成型技术的英文名称为：Rapid Prototyping Manufacturing（RPM ）,其目前也被称为： 3D 打印,增材制造 ；6.挑选性激光烧结成型工艺（SLS）可

2、成型的材料包括 塑料,陶瓷,金属 等；7.挑选性激光烧结成型工艺（SLS）工艺参数主要包括 分层厚度,扫描速度,体积成型率,聚焦光斑直径 等；8.快速成型过程总体上分为三个步骤,包括：由成型）,后处理 ；数据前处理,分层叠加成型（自9.快速成型技术的特点主要包括 原型的复制性、互换性高,加工周期短,成本低,高度技术集成 等；10.快速成型技术的将来进展趋势包括：开发性能好的快速成型材料,改善快速成形系统的牢靠性,提高其生产率和制作大件才能,优化设备结构,开发新的成形能源,快速成形方法和工艺的改进和创新,提高网络化服务的讨论力度,实现远程掌握 等；11.光固化快速成型工艺中,其中 前处理施加支撑

3、 工艺需要添加支撑结构,支撑结构的主要作用是 防止翘曲变形,作为支撑保证外形；二、术语说明1.STL数据模型是由 3D SYSTEMS 公司于 1988 年制定的一个接口协议,是一种为快速原型制造技术服务的三维图形文件格式；STL 文件由多个三角形面片的定义组成,每个三角形面片的定义包括三角形各个定点的三维坐标及三角形面片的法矢量；stl 文件是在运算机图形应用系统中,用于表示三角形网格的一种文件格式；它的文件格式特别简洁,应用很广泛； STL是最多快速原型系统所应用的标准文件类型； STL是用三角网格来表现3D CAD模型； STL只能用来表示封闭的面或者体, stl 文件有两种：一种是 A

4、SCII明码格式,另一种是二进制格式；2.快速成型精度包括哪几部分 原型的精度一般包括外形精度,尺寸精度和表面精度,即光固化成型件在形 状、尺寸和表面相互位置三个方面与设计要求的符合程度；外形误差主要有：翘曲、扭曲变形、椭圆度误差及局部缺陷等；尺寸误差是指成型件与 CAD模型 相比,在 x、y、z 三个方向上尺寸相差值；表面精度主要包括由叠层累加产生 的台阶误差及表面粗糙度等；3.阶梯误差名师归纳总结 由于快速成型技术的成型原理是逐层叠加成型,因此不行防止地会产生台阶第 1 页,共 5 页效应,使得零件的表面只是原CAD模型表面的一个阶梯近似（除水平和垂直表- - - - - - -精选学习资

5、料 - - - - - - - - - 面外）,导致原型产生外形和尺寸上的误差；4.摆放方位摆放方位是指成型零件的成型的第一层与最终一层的挑选,影响到成型零件 的表面质量与后续支撑的施加；5.三维打印快速成型（ 3DP）三维打印快速成型工艺是以某种喷头作为成型源,其运动方式与喷墨打印机 的打印头类似,在台面上做 X-Y平面运动,所不同的是喷头喷出的不是传统喷 墨打印机的墨水,而是粘结剂、熔融材料或光敏材料等,基于快速成型技术基 本的积累建造模式,实现原型的快速制作；依据使用材料或固化方式不同,3DP快速成型技术可分为粉末材料三维喷涂粘结成型、熔融材料喷墨三维打印 成型两大类工艺；6.翘曲变形光

6、固化成型工艺中,液态光敏树脂在固化过程中都会发生收缩,收缩会在公 件内产生内应力,沿层厚从正在固化的层表面对下,随固化程度不同,层内应 力呈梯度分布；在层与层之间,新固化层收缩时要受到层间粘合力限制；层内 应力和层间应力的合力作用致使工件产生翘曲变形；三、简答题3.1 快速成型方法主要包括哪几种（写出 写是什么？5 种）,这几种方法的英文全称及缩全部的快速成型工艺方法都是一层一层地制造零件,区分是制造每一层的方法 和材料不同而已 SLA 光固化成型法 Stereo Lithography Apparatus 将激光聚焦到液态材料如光固化树脂表面依据 CAD模型令其有规律的固化,由点到线,由线到

7、面完成一个层面的制造,然后升降平台移动一个层片厚度的 距离重新掩盖一层液体材料,再重复建层,由此叠加完成一个三维实体的制 造； FDM 熔融沉积成型 Fused Deposition Modeling 将热熔性材料通过加热器融解,挤压喷出并积累一个层面,同样的方法造出 其次个层面并与前一层融解在一起,层层积累可以获得三维实体 LOM 分层实体制造 Laminated Object Manufacturing 采纳激光或刀具对箔材进行切割从而获得一个层面；通过升降平台的移动和 箔材的送给,可以切割出新的层面并用粘结剂与原层面粘结,层层迭加获得三 维实体； SLS挑选性激光烧结Selecting

8、Laser Sintering 第一将粉末预热到稍低于其熔点的温度,然后在刮平棍子的作用下将粉末铺 平；激光束在运算机掌握下依据分层截面信息进行有挑选地烧结,一层完成后进行下层烧结,全部烧结完后去掉余外的粉末就可以得到一烧结好的零件； 3DP 三维打印技术 Three-Dimensional Printing 三维打印的工作原理类似喷墨打印机,故名三维打印,不过喷墨打印机是把 墨水打印到纸上,而三维打印是把粘结剂、液态的蜡、塑料或树脂通过喷射粘 结剂或挤出的方式实现层层积累形成三维实体；这项技术不需要激光；3.2 表达从 CAD模型到快速成型获得实体零件的整个过程 一般分为前处理,原型制作以及

9、后处理三个过程；名师归纳总结 前处理主要是对原型的CAD模型进行数据转换（生成STL数据文件）,确定第 2 页,共 5 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 摆放方位,施加支撑以及切片分层（依据设定的分层厚度沿着高度方向进行切 片,生成所需的 SLC格式的层片数据文件）原型制作是在专用的快速成型设备上进行的,依据不同的工艺需要对系统设 备有不一样的操作；后处理主要是对半成品的处理,第一是清洗除去零件表面的剩余材料,然后 是去除修整原型的支撑,最终是依据不同的精度要求对零件进行加工；3.3 熔融沉积快速成型过程中确定摆放方位的作用是什么？双喷头熔融沉积快

10、速成型工艺的突出优势是什么？摆放方位影响到成型零件的表面质量与后续支撑的施加；在高度方向上,正 确的摆放方位可以减小阶梯误差,同时可以得到最合适,最简洁拆卸的支撑结 构；双喷头的好处在于成型速度快,同时可以使用两种成型材料；3.4 简述快速成型技术产业面临的挑战,并请谈一谈目前快速成型技术与传统 制造业（如数控机床等）的关系 1材料问题 .目前快速成型技术中成型材料的成型性能大多不太抱负,成型件的 物理性能不能满意功能性、半功能性零件的要求,必需借助于后处理或二次开 发才能生产出令人中意的产品；由于材料技术开发的特地性,一般快速成型材 料的价格都比较贵,造成生产成本提高；CAD/CAM集 2昂

11、扬的设备价格；快速成型技术是综合运算机、激光、新材料、成等技术而形成的一种全新的制造技术,是高科技的产物,技术含量较高,所 以,目前快速成型设备的价格较贵,限制了快速成型技术的推广应用；3功能单一；现有快速成型机的成型系统都只能进行一种工艺成型,而且大多 数只能用一种或少数几种材料成型；这主要是由于快速成型技术的专利爱护问 题,各厂家只能生产自己开发的快速成型工艺成型设备,随着技术的进步,这 种爱护体制已成为快速成型技术集成的障碍；4成型精度和质量问题；由于快速成型的成型工艺进展仍不完善,特殊是对快 速成型软件技术的讨论仍不成熟,目前快速成型零件的精度及表面质量大多不 能满意工程直接使用的需要

12、,不能作为功能性零件,只能作原型使用；为提高 成型件的精度和表面质量,必需改进成型工艺和快速成型软件；5应用问题；虽然快速成型技术在航空航天、汽车、机械、电子、电器、医 学、玩具、建筑、艺术品等很多领域都已获得了广泛应用,但大多仅作为原型 件进行新产品开发及功能测试等,如何生产出能直接使用的零件是快速成型技 术面临的一个重要问题；随着快速成型技的进一步推广应用,直接零件制造是 快速成型技术进展的必定趋势；6软件问题；随着快速成型技术的不断进展,快速成型技术的软件问题越来越 突出,快速成型软件系统不但是实现离散 /积累成型的重要环节,对成型速度,成型精度,零件表面质量等方面都有很大影响,软件问题

13、已成为快速成型技术 进展的关键问题；与传统的制造过程相比,采纳快速成型和快速制模技术后,可以将产品试制和 批量生产的模具预备工作并行作业,明显缩短新产品设计和试制周期,并节约 产品开发费用；但是快速成型技术普遍需要借助传统加工工艺来后处理实现产 品的性能；3.5 熔融沉积快速成型工艺在加工前需要对数据处理,数据处理主要包括哪些 步骤？数据处理： CAD建模,并生成 STL格式数据文件名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 分层,分层后的层片包括三个部分,分别为原型的轮廓部分、内部填 充部分和支撑部分；）层面处理 成型加工：

14、逐层积累,生成实体,后处理 依据 STL文件判定成型过程,由运算机设计出支撑结构并生成支撑,然后对 STL文件分层切片,最终依据每一层的填充路径将信息输给成型系统完成成 形；3.6 请分别用 1-2 句话简要表达 5 种（ SLA,FDM,LOM,SLS,3DP）快速成型 工艺的基本原理 四、判定题 1.快速成型技术制造的零件的表面质量超过了传统的加工方法（）2.快速成型技术目前采纳的数据是 STL格式（ ）3.熔融沉积快速成型工艺可以同时成型两种或以上材料（）4.针对所以的快速成型工艺,层厚越小,成型零件精度越低（）5.针对 CAD数据处理过程中,切片软件的精度过低,可能遗失两相邻切片层之

15、间的小特点结构（如窄槽、小助片）（）6.LOM工艺对原型进行表面涂覆处理可以提高强度和改进抗湿性（）7.金属零件直接熔化成型工艺需要较高激光功率（密度）熔化金属粉末（）8.STL数据中小三角形数量越少,就成型件的精度越高（）五、基于以下材料回答疑题 1.从 2022 年 5 月份开头,快速成型技术（3D 打印）在媒体的宣扬下变得很 热,来自北京航空航天高校的王华明教授谈了他对快速成型技术的一些看法：“ 我认为这种技术的确带有一种变革性的,短流程、低成本、数字化,高性能 的制备构建制造一体化的技术,对构建的制造是重要的,特殊是这种技术一部 分高性能难加工构建技术的革命；”“ 我觉得它的潜力应当也

16、是很大的,它是一匹千里马,增材制造（快速成型技 术）和传统制造也是一样,每一种技术都有各自的优势,并不是取代传统制造 技术,但是有很多的确趋势很有用武之地；说道 3D 打印与第三次工业革命的 关系,我觉得第一,它绝不是划等号,至多是作为第三次工业革命的元素或者 是组成部分,其实第三次工业革命已经在发生,我觉得增材制造（快速成型技 术）需要提前、需要创新,也需要理性；”通过阅读上述王华明教授对快速成型技术的评判,结合您对快速成型技术优缺 点的明白,请谈一谈快速成型技术与传统制造技术的关系,并分析将来快速成 型技术的可能进展方向有哪些？快速成型技术与传统成形方式的区分快速原型技术成形机理和工艺掌握

17、与传统成形方式有很大差别,主要表现在：（1）RP加工不是一般意义上的模具或刀具,而是利用光、热、电等物理手段实现材料的转移或积累；（2）原型是通过积累不断增大,其力学性能不但取决于成型材料本身,而且与成型中所施加的能量大小及施加方式有亲密关系,故在成型工艺掌握方面,需要对多个坐标进行精确的动态掌握；（ 3）能量在成型物理过程中是一个极为关键的因素,在以往的去除成形和受迫成形中,能量是被动地供应的,一般无须对加工能量进行精确的猜测与掌握,而在离散、积累类型的RP中,单元体制造中能量是主动供给的,需要精确地猜测与掌握,对成型中的能量形式、强度、分布、供应方式名师归纳总结 - - - - - - -

18、第 4 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 以及变化等进行有效的掌握,从而经由单元体的制造而完成成型；（1）大力改善现行快速成型制作机的制作精度、牢靠性和制作才能,提高生产 效率,缩短制作周期；特殊是提高成型件的表面质量、力学和物理性能,为进 一步进行模具加工和功能试验供应平台；（2）随着成型工艺的进步和应用的扩展,其概念逐步从快速成型向快速制造转 变,从概念模型向批量定制转变,成型设备也向概念型、生产型和专用型三个 方向分化；（3）开发性能更好的快速成型材料；材料的性能既要利于原型加工,又要具有 较好的后续加工性能,仍要满意对强度和刚度等不同的要求；（4）提高 R

19、P 系统的加工速度和开拓并行制造的工艺方法；目前即使是最快的 快速成型机也难以完成象注塑和压铸成型的快速大批量生产；将来的快速成型 机需要向快速和多材料的制造系统进展,以便可以直接面对产品制造；（5）开发直写技术；直写技术对于材料单元有着精确的掌握才能,开发直写技 术,是快速 RP技术的材料范畴扩大到细胞等活性材料领域,（6）开发用于快速成型的RPM 软件；这些软件有快速高精度直接切片软件,快速造型制造和后续应用过程中的精度补偿软件,考虑快速成型原型制造和后 续应用的 CAD 等；（7）开发新的成型能源；目前大多数成型机都是以激光作为能源,而激光系统 的价格和修理费用昂贵,并且传输效率较低；这方面也需要得到改善和进展；（8）RPM 与 CAD、CAM、CAPP、CAE 以及高精度自动测量、逆向工程的集成一 体化；该项技术可以大大提高新产品的第一次投入市场就特别胜利的可能性,也可以快速实现反求工程；（9）研制新的快速成型方法和工艺；除了目前 接金属成型工艺将是以后的进展焦点；SLA、LOM、SLS、FDM 外,直（10）提高网络化服务,进行远程掌握,实现全球化异地协同合作；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 5 页