产品形态设计及快速成型方法实验教程版讲诉.docx
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产品形态设计及快速成型方法实验教程版讲诉
产品形态设计及快速成型方法
实验教程
李明主编
二〇一四年七月
实验一产品形态设计及快速成型方法介绍
一、实验任务
掌握产品形态的基本概念、基本理论和基本的产品形态设计技能,从感性和理性两个方面培养学生对产品形态的想象能力、认知能力及创造能力。
逐步让学生掌握产品形态设计中相关的技术结构知识,了解产品形态的功能作用、产品形态的审美价值和产品形态的语义。
培养学生综合思维的能力、平衡协调的能力、分析问题和解决问题的能力及空间想象能力,通过学习不断提高学生的设计素质,为进一步学习后续的设计专业课打下基础。
掌握产品形态设计及快速成型制造技术的工作原理;进一步理解快速成型制造的方法;加深对快速成型技术的理解和认识;熟悉快速成型技术的基本流程。
二、实验目的及训练要点
通过本实验的学习,使学生掌握产品形态设计和快速成型的基本概念,逐步让学生了解产品形态设计和快速成型中相关的技术结构知识,了解产品形态的功能作用、产品形态的审美价值和产品形态的语义。
通过整个实验演示过程逐渐强化学生综合思维的能力、平衡协调的能力、分析问题和解决问题的能力及空间想象能力,提高学生的设计素质,为进一步学习后续的设计专业课打下基础。
三、实验原理
(一)快速成型技术简介
快速成型技术(RapidPrototyping,快速成型,简称RP技术)是20世纪80年代后期发展起来的,被认为是近年来制造技术领域的一次重大突破,其对制造业的影响可与数控技术的出现相媲美。
RP系统综合了机械工程、CAD、数控技术,激光技术及材料科学技术,可以自动、直接、快速、精确地将设计思想物化为具有一定功能的原型或直接制造零件,从而可以对产品设计进行快速评价、修改及功能试验,有效地缩短了产品的研发周期。
四、实验设备、仪器、工具及资料
1.计算机、投影仪,或电视机、VCD影碟机。
2.MEM300-II快速成型系统,Up!
3D打印机。
3.ABS丝状材料;整形工具。
五、实验内容及步骤
本实验通过了解MEM300-II快速成型机的工作原理及快速成型过程,全面掌握使用该成型机进行产品快速成型的方法及过程。
实验步骤如下:
1.快速成型技术简介
MEM,熔融挤压成形(类似于美国FDM工艺),是RPM家族中的后起之秀。
该工艺将丝状热熔型材料(ABS、PC)通过液化器熔化,而后挤压喷出并堆积一个层片,然后将第二个层片用同样的方法加工,并与前一个层面熔结在一起,如此层层堆积而获得一个三维实体。
2.熟悉3D打印技术
3D打印,即快速成型技术的一种,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。
常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,后逐渐用于一些产品的直接制造,已经有使用这种技术打印而成的零部件。
该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车,航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。
实验二产品的形态设计(Rhino部分)
一、实验任务
利用Rhino软件进行三维实体建模。
二、实验目的及训练要点
通过本实验的学习,使学生了解并掌握Rhino软件建模和渲染工具面板的应用,提高学生提取生活中的形象在计算机中绘制三维效果图的能力。
通过具体实例使学生熟练应用该软件。
三、实验原理
本实验主要通过运用Rhino软件当中主工具栏1、2的子工具按钮中的多种命令来实现产品设计的三维建模过程。
例如旋转曲线成形(revolve)的命令、布尔运算(boolean)、两轨成形(sweep2rails)、沿一条曲线阵列物体(arrayalongcurve)等多种命令。
从而实现产品的三维效果。
四、实验设备、仪器、工具及资料
微型计算机及相关软件(Rhino3.0)
实验中用到的参考资料:
北京洪恩教育科技有限公司编著,巧夺天工——犀牛Rhino3产品模型设计,天津电子出版社,2004年2月第一次印刷及其他相关书目。
五、实验内容及步骤
以螺丝刀为例在Rhino3中进行三维建模。
实验步骤如下:
1.刀柄的制作
a)制作木柄
b)制作刀体与木柄连接的金属包块
c)制作金属包块与刀体相接的圆柱形金属销子
2.刀体的制作
a)绘制放样曲线
b)绘制放样截面
c)放样形成曲面
d)封盖
3.渲染出图
图2-1渲染图
4.将所设计的零件转化为Stl格式文件。
六、实验报告要求
写出使用Rhino软件进行产品形态设计的实验步骤,上交Rhino源文件。
七、思考题
1.放样成形与两轨成形的相同点与不同点。
2.通过以上用到的工具按钮命令还可以实现哪些产品设计的三维建模。
(侯力莉)
实验三产品的形态设计(Pro/E部分)
一Pro/E系统简单操作
一、实验任务
利用Pro/E软件进行简单操作及命令的练习。
二、实验目的及训练要点
通过该实验,使学生初步掌握Pro/Engineer软件系统的组成和各功能模块即简单的操作,并熟悉其工作界面和简单的命令。
三、实验原理
Pro/Engineer是美国PTC公司推出的基于特征造型的参数化设计(ParametricDesign)系统。
本次实验中涉及到的Pro/E的基本操作有:
长方体绘制、鼠标的操作、长方体修改、工作目录建立、文件名称特点、文件管理和文件的存储。
四、实验设备、仪器、工具及资料
微型计算机及相关软件(Pro/ENGINEERWildfire5.0)
实验过程中可以参考以下资料:
1.钟日铭等编著.Pro/ENGINEERWildfire5.0从入门到精通(第二版).北京:
机械工业出版社,2013.
2.唐俊编著.Pro/ENGINEER中文野火版应用教程.北京:
清华大学出版社,2004.
五、实验内容及步骤
1.绘制一个长为100,宽为40,高为20的简单长方体,熟悉Pro/E软件的功能,并以自己名字的汉语拼音+序号命名存储在硬盘中,如可命名文件名为wangyi001;
2.使用鼠标操作,从各个角度观察刚才绘制的长方体,同时对长方体进行缩放、平移及旋转操作。
3.对绘制好的长方体,进行修改制作成符合要求的长方体。
4.建立工作目录
从菜单栏中选择“文件/设置工作目录”命令,出现“选取工作目录”对话框,可选择其中已有的文件夹或新建文件夹作为新的工作目录,设置工作目录便于统一管理属于同一项目的模型文件。
5.文件名称特点
Pro/E软件对于模型文件的保存与其他一般常见的文件保存不同,对于模型文件来说,采用多版本存储方式,即每存盘一次,产生一个新文件,而以前的文件仍旧保留。
假如在建立了工作目录后再次作一遍长方体模型,文件名还是采用默认的PRT00l,做完模型后,连续存盘三次,退出Pro/E,找到刚才的工作目录,你会看到,这里有三个模型文件,分别为PRT001.PRT.1、PRT001.PRT.2、PRT001.PRT.3,这就是Pro/E软件采用多版本管理文件的特点。
Pro/E软件采用多版本管理的文件主要包括以下类型:
Ø*.sec草图文件
Ø*.prt零件文件
Ø*.asm装配文件
Ø*.drw二维工程图文件
Øtrail.txt操作历程文件
Ø*.inf信息文件
6.文件管理
Pro/E软件可打开指定(含当前)目录下的任意零件、装配等文件,也可通过配置文件目录管理指定搜索路径来打开大型装配。
Pro/E软件的文件管理含内存文件管理和硬盘文件管理两部分,对文件的打开、读取遵照内存优先硬盘的原则。
文件在内存的存储是自动的,但对文件存储于硬盘必须执行存盘命令。
7.文件的存储
分别使用【保存】、【保存副本】、【备份】命令进行文件的存储,掌握各自区别。
六、思考题
1.在Pro/E软件中,常见文件类型及对应的扩展名是什么?
2.在Pro/E软件中,【拭除】与【删除】命令有何区别?
二Pro/E零件设计
一、实验任务
利用Pro/E软件进行典型零件的三维建模。
二、实验目的及训练要点
通过该实验,使学生掌握Pro/E的零件设计模块的功能、命令,进行零件设计的方法和步骤。
三、实验原理
本实验主要通过运用Pro/E软件中的基准特征(基准平面)、基础特征(拉伸特征、旋转特征)、工程特征(孔、圆角)等特征创建典型的零件。
四、实验设备、仪器、工具及资料
微型计算机及相关软件(Pro/ENGINEERWildfire5.0)
实验过程中可以参考以下资料:
1.钟日铭等编著.Pro/ENGINEERWildfire5.0从入门到精通(第二版).北京:
机械工业出版社,2013.
2.唐俊编著.Pro/ENGINEER中文野火版应用教程.北京:
清华大学出版社,2004.
五、实验内容及步骤
1.双击桌面快捷图标,启动Pro/E软件;
2.在Pro/E软件中创建零件文件;
3.从图2-1中选择两个模型进行其三维模型的创建;
4.将所设计的零件转化为Stl格式文件;
5.进行文件的保存。
图2-1各种零件造型
六、思考题
1.利用旋转特征创建模型时需要注意哪些问题?
2.在Pro/E软件中,有哪几种类型的倒圆角特征?
(编者:
许小侠)
实验四产品快速成型的前处理
一、实验任务
使用快速成型机制作产品模型的前期准备工作。
二、实验目的及训练要点
掌握快速成型制造技术的工作原理;进一步理解快速成型制造的方法;加深对快速成型技术的理解和认识;熟悉快速成型技术的基本流程;熟练掌握快速成型前处理的操作步骤。
三、实验原理
在数控系统的控制下,快速成形机中的成形头(激光头或喷头)按照分层切片处理得到的截面轮廓及一定的算法在X.Y平面内作轨迹运动,切割纸或固化液态树脂、烧结粉末材料,或喷射粘结剂、热熔材料,从而获得具有一定厚度的某一层截面轮廓的制件。
每层截面轮廓成形之后,快速成形机就将下一层材料送至(或铺设在)已成形的轮廓表面上,然后进行新一层截面轮廓的成形,从而将一层层的截面轮廓制件逐步叠合在一起,最终形成三维的产品原型。
四、实验设备、仪器、工具及资料
1.MEM300-II快速成型系统。
2.ABS丝状材料。
五、实验内容及步骤
(一)成形准备工作
准备工作包括数控初始化及预热
1.打开电源
打开专用计算机、接通总电源按钮,按下照明,温控、散热按钮。
注意事项:
(1)应该保证电源为单相220V(200~240V,50/60Hz)。
(2)每次开机前请检查电源系统是否正常。
2.材料及成形室预热
按下温控、散热按钮,系统将以50℃为一升温梯度,将成型材料逐步升温至220℃;以10℃为一升温梯度,将成型室温度逐步升温至55℃。
注意事项:
(1)升温时应注意散热风扇是否正常。
(2)成型室升温时应打开散热开关,否则成型室不加温。
注:
温控系统在升温过程中或造型过程中“断电”,应在5分钟后重新打开温控按钮!
此时其主电源开关和散热开关应处于打开状态。
3.数控初始化
打开计算机,运行Cark控制软件,读出需要造型加工的CLI文件。
打开数控按钮,在“造型”菜单下单击“数控系统初始化”菜单。
注意事项:
(1)尽量少开关数控按钮。
关闭数控按钮后,应至少间隔1分钟后才能再次打开数控按钮。
(2)一定要先启动计算机,再按下数控按钮。
(3)开关数控按钮后一定要进行数控系统初始化。
4.挤丝
确保材料温度到达指定的220℃后,打开喷头按钮,选择菜单“造型>控制面板”,弹出控制面板对话框后,在喷头区域按下“喷丝”,按钮(参见图4-7),观察喷头出丝的情况,并持续出丝一段时间。
喷头中已经老化的丝材吐完后,观察新吐出的ABS丝是否光滑;如果不光滑,查看成型材料温度或对丝材进行除湿处理。
喷头正常出丝后,按下“停止”按钮,系统将关闭喷头停止送丝。
图4-7控制面板
5.工作台水平校准
选择菜单“造型>控制面板”,调出控制面板(参见图4-7)。
(1)使用“工作台”区域左侧的箭头,调节工作台高度,使喷嘴与工作底板间的距离大于调平量块的高度。
(2)点击XY扫描区域,使喷头运动到工作台的中前部。
(3)将调平量块放到工作台上,喷头附近。
(4)点击“工作台”区域右侧的箭头将工作台运动速度降低,点击左侧的箭头调节工作台的高度,使喷嘴与调平量块上表面的高度差为0(此步骤需慢慢调节高度,防止量块撞击喷头)。
(5)点击XY扫描区域,使喷头运动到工作台左后部。
(6)将调平量块放到喷头附近,调节工作台左侧调平螺母,使喷嘴与量块之间的距离也为0。
(7)点击XY扫描区域,使喷头运动到工作台右后部。
(8)将调平量块放到喷头附近,调节工作台右侧调平螺母,使喷嘴与量块之间的距离也为0。
(9)反复几次,使工作台与XY扫描平面平行。
注意事项:
粘结底板安装到工作台后,必须进行调节水平高度。
但是只要不重新安装底板,就不需要重新调节水平高度。
警告:
升降工作台时一定要小心,低速,微调,注意喷头不能与量块相撞,如果相撞会损坏喷头。
6.工作台高度校准
选择菜单“造型>控制面板”,调出控制面板(参见图4-7)。
有两种方法可以完成工作台的高度校准;第一种是直接单击“控制面板”工作台区域的“对高”按钮,单击后系统可自动完成工作台高度校准。
此方法适用于工作台底板较平时使用。
第二种是采取手动方法,将喷头移动到工作台中部,使用工作台区域左侧箭头,上升工作台,使之上表面接近喷嘴,微调工作台,并用普通纸不断测量喷头和台面的距离。
当纸可以插入喷头和台面之间,并有一定的阻力时,标明高度比较合适,间隙大约为0.1毫米,完成高度校准。
如果底板已经加工过几个零件,造成底板不够平整,需要用砂纸或木工刨刨平底板,重新安装底板后,要再次进行工作台水平校准。
如果工作底板不平,调高以要零件的成形区高度为准(将喷头移动到成形区后进行高度校准)。
警告:
调高时严禁喷头与台面距离过小,或喷嘴扎进底板的情况发生,这样可能会使喷头堵死。
六、思考题
1.材料及成型室的预热温度是多少?
2.如何校准工作台?
(编者:
汪澜)
实验五产品快速成型过程
一、实验任务
对实验二和实验三完成的产品进行快速成型。
二、实验目的及训练要点
熟练掌握使用快速成型机进行产品快速成型的操作过程。
三、实验原理
使用控制软件进行造型的步骤如下:
图5-1造型顺序图
四、实验设备、仪器、工具及资料
1.MEM300-II快速成型系统。
2.ABS丝状材料。
五、实验内容及步骤
(一)成形准备工作
准备工作包括数控初始化及预热(详细步骤参见实验四)。
(二)造型
1.设定参数
2.造型
设定好参数后,选择菜单“造型>造型……”,此时弹出如图5-3所示的提示对话框,请选择“是”,该功能为预留升级功能。
此时又弹出如图5-4、图5-5所示的“选择造型层”提示对话框,如需要请输入起始层和结束层的层数。
单击“Start”,系统开始估算造型时间。
估算造型时间后,系统开始扫描成型原型。
如果发现加工时出现问题如粘结不牢固,可以单击“Pause”按钮(推荐),或直接单击“Stop”按钮。
解决问题后,单击“Start”按钮继续工作。
造型时如果需要修改参数,选择菜单“系统>工艺参数”,修改后的下一层会按照新参数进行加工。
图5-3造型准备提示对话框图5-4选择造型层
图5-5造型状态
注意事项:
为了避免估算时间过长,喷头烤到底板。
在底板对高前,先单击“造型>造型……”使系统有足够的时间估算造型时间。
在造型前应注意加工的零件的摆放位置,为减少设备磨损应该尽量每次加工都摆放不同的位置。
(1)加工零件如需要增加基底,可在“工艺参数”里设定基底的层数。
(2)虽然加工过程中可以随时改变工艺参数,但尽量不要改变参数。
警告:
加工前一定注意所有准备工作是否完毕,如材料温度,成形室温度,对高等。
否则会损坏设备。
发生报警后,请检查原因。
不可强行继续工作。
(编者:
李明)
实验六产品快速成型的后处理
一、实验任务
对用MEM300-II快速成型系统制作的成型件进行快速成型的后处理。
二、实验目的及训练要点
通过本实验了解、掌握产品快速成型的后处理的步骤、手段、方法、及其注意事项。
了解产品快速成型的后处理在产品造型设计中的必要性。
其训练要点如下:
(1)熟悉产品快速成型的后处理阶段设备的操作程序并正确使用。
了解零件保温过程中的注意事项。
(2)了解产品快速成型后取出模型时的注意事项及取模技巧。
(3)了解产品快速成型的后处理程序,掌握针对模型可能出现的各种表面缺陷而应采取的处理方式和相应的操作技巧。
(4)及时发现原来造型设计方案的不足。
三、实验原理
快速成型的最后阶段就是修整工作也就是所谓后处理,而修整原型的主要目的是将原型件上面多余部分移除,此工作通常需要以手工操作,因此常导致原型件的损毁。
另外修整加工包括磨光、涂漆主要是改善原型件最后的加工面,当然也包含一些机械加工如钻孔、攻牙和铣削等,以完成原型必要特征。
四、实验设备、仪器、工具及资料
整形工具(工作台、砂纸、锉刀、手锯、小刀、填补液、丙酮溶液/等)
五、实验内容及步骤
(1)设备降温:
关闭温控按钮,10分钟后关闭散热按钮和总开关
(2)零件保温:
关闭温控后保温15-20分钟
(3)取出工件:
用小铲子小心取出原型。
注意不要损坏零件,并尽量避免破坏粘结底板。
关闭系统其他按钮和电源,关闭计算机。
(4)剥离支撑:
将工件的支撑剥离。
(5)表面处理:
用砂纸打磨台阶效应比较明显处。
用小刀处理多余部分。
用填补液处理台阶效应造成的缺陷。
如需要可用少量丙酮溶液把原型表面上光。
Ø表面打磨修补:
遇有凹坑、接缝、裂纹可用腻子修补,形成的台阶,可根据粗糙程度选择用刀刮、锉刀锉、砂纸打磨等方式
Ø涂饰:
实验课里主要采用涂刷、喷雾等涂饰方式,必要时还可进行机械抛光。
六、思考题
快速成型件后处理过程中应注意哪些问题?
(编者:
汪澜)
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