基于sla的快速模具設(shè)計(jì)與制造研究畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1 引言</b></p><p>　　本次課題是基于SLA的快速模具設(shè)計(jì)與制造研究，并且選定了鼠標(biāo)作為本課題研究的初始實(shí)物原型，如圖1.1所示。本次課題涉及3DSS、Geomagic、Magics、Pro/E等軟件的使用，快速成型機(jī)等設(shè)備的使用及硅膠模具的制作。根據(jù)制作過程，我們大致把本次課題分為三個(gè)階段，分別為：模型的反求及重建、快速原型的建立和硅膠模具的制作

2、。針對(duì)本次課題，我主要側(cè)重快速原型和硅膠模具的制作這兩方面的研究。</p><p>　　圖1.1 鼠標(biāo)的初始實(shí)物</p><p>　　1.1 快速成形技術(shù)的背景</p><p>　　快速成形技術(shù)又稱快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，簡(jiǎn)稱RP)技術(shù)，誕生于20世紀(jì)80年代后期，是基于材料堆積法的一種產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造技術(shù)。它不受

3、傳統(tǒng)加工模式的局限，不需要機(jī)械加工設(shè)備便可快速制造出形狀復(fù)雜的工件，被看作是產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域的重大研究成果。其對(duì)制造行業(yè)的沖擊可與五六十年代的數(shù)控技術(shù)相比，尤其是產(chǎn)品的原型制造，為面向21世紀(jì)的新產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了一種切實(shí)可行的技術(shù)途徑[2] 。</p><p>　　快速成形技術(shù)綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械工程、CAD技術(shù)、逆向工程、分層制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、激光技術(shù)等高新技術(shù)，可以自動(dòng)、精確、直接、快速地

4、將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑?，或可以直接制造零件，從而為零件原型制作、新設(shè)計(jì)思想的校驗(yàn)等方面提供了一種高效、低成本的實(shí)現(xiàn)手段[3]。</p><p>　　快速成形技術(shù)在不需要任何刀具、模具及工裝夾具的情況下，直接接受產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜形狀新產(chǎn)品的快速制造，快速制造出新產(chǎn)品的樣件、模具或模型，優(yōu)越性顯而易見。通過RP技術(shù)快速制造出的模型或樣件可直接用于新產(chǎn)品設(shè)計(jì)驗(yàn)證、功能驗(yàn)證、

5、外觀驗(yàn)證、工程分析、市場(chǎng)訂貨等，有利于優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，大大提高了新產(chǎn)品開發(fā)的一次成功率，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力[4]。</p><p>　　1.2 快速成形技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　快速成形技術(shù)概念的提出可追溯到1979年，日本東京大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所的中川威雄教授發(fā)明了疊層模型造型法，1980年小玉秀男又提出了光造型法，該設(shè)想提出后，由丸谷洋二于19

6、84年繼續(xù)研究，并于1987年進(jìn)行產(chǎn)品試制。1988年，美國(guó)3D Systems公司率先推出快速原型實(shí)用裝置——激光立體造型即SLA(Stereo Lightgraphy Apparatus)，并以年銷售增長(zhǎng)率為30%～40%的增幅在世界市場(chǎng)出售[5]。</p><p>　　世界上，美國(guó)是最重要的RP設(shè)備生產(chǎn)國(guó)，1999年美國(guó)生產(chǎn)的RP設(shè)備占全世界的81.5％。而對(duì)于本課題主要采用的光固化成形法，主要進(jìn)行研究的有

7、3D Systems公司、EOS公司、CMET公司、D-MEC公司、Teijin Seiki公司、Mitsui Zosen公司等。3D Systems公司于1999年推出SLA-7000機(jī)型，掃描速度可達(dá)9.52m/s，層厚最小可達(dá)0.025mm。AUTOSTRADE公司（日本）使用680nm左右波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器作為光源，并開發(fā)出針對(duì)該波長(zhǎng)的可見光樹脂。</p><p>　　在國(guó)內(nèi)，清華大學(xué)主要研究RP方面的現(xiàn)

8、代成形學(xué)理論、SSM（slicing solid manufacturing）、FDM工藝，開展了基于SLA工藝的金屬模具的研究。華中科技大學(xué)研究LOM工藝，推出了HRP系列成形機(jī)和成形材料。西安交通大學(xué)開發(fā)出LPS和CPS系列的光固化成形系統(tǒng)及相應(yīng)樹脂，CPS系統(tǒng)采用紫外燈為光源，成形精度為0.2mm，體積略同柜式空調(diào)機(jī)。南京航空航天大學(xué)重點(diǎn)研究了SLS成形工藝。華北工學(xué)院研究了基于SLS工藝的金屬零件的RP制造。南京師范大學(xué)與南京理

9、工大學(xué)主要研究光造型工藝及微結(jié)構(gòu)快速成型工藝，并研制了低成本桌面快速成型系統(tǒng)及微結(jié)構(gòu)桌面快速成型系統(tǒng)，同時(shí)還開展了成形材料及新型RP用光學(xué)技術(shù)的研究[6]。</p><p>　　快速成形技術(shù)是一種具有廣泛應(yīng)用前景的、正在不斷完善的高新技術(shù)。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，該技術(shù)將會(huì)被越來越多的企業(yè)所采用，對(duì)企業(yè)的發(fā)展起到越來越重要的作用，并將給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，快速成形技術(shù)作為一門多學(xué)科交叉的專業(yè)技術(shù)，其本身

10、的發(fā)展也將推動(dòng)相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[7]。</p><p>　　1.3 快速成形技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　從目前技術(shù)的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀來看，快速成型技術(shù)的進(jìn)一步研究和開發(fā)工作主要有以下幾個(gè)方面： </p><p>　　(1)開發(fā)性能好的快速成型材料，如成本低、易成形、變形小、強(qiáng)度高、耐久及無污染的成形材料；</p><p>　　(2)

11、提高RP系統(tǒng)的加工速度和開拓并行制造的工藝方法；</p><p>　　(3)改善快速成形系統(tǒng)的可靠性，提高其生產(chǎn)率和制作大件能力，優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，尤其是提高成形件的精度、表面質(zhì)量、力學(xué)和物理性能，為進(jìn)一步進(jìn)行模具加工和功能實(shí)驗(yàn)提供基礎(chǔ)；</p><p>　　(4)開發(fā)快速成形的高性能RP軟件。提高數(shù)據(jù)處理速度和精度，研究開發(fā)利用CAD原始數(shù)據(jù)直接切片的方法，減少由STL格式轉(zhuǎn)換和切片處理過程

12、所產(chǎn)生精度損失；</p><p>　　(5)開發(fā)新的成形能源；</p><p>　　(6)快速成形方法和工藝的改進(jìn)和創(chuàng)新。直接金屬成形技術(shù)將會(huì)成為今后研究與應(yīng)用的又—個(gè)熱點(diǎn)；</p><p>　　(7)進(jìn)行快速成形技術(shù)與CAD、CAE、RT、CAPP、CAM以及高精度自動(dòng)測(cè)量、逆向工程的集成研究；</p><p>　　(8)提高網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)的研

13、究力度，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制[8]。</p><p>　　1.4 基于快速成形技術(shù)的硅膠模型技術(shù)</p><p>　　采用快速成形技術(shù)制造用于新產(chǎn)品開發(fā)與試制的技術(shù)稱為快速模具制造技術(shù)(Rapid Tooling，簡(jiǎn)稱RT)。傳統(tǒng)模具制造的方法有很多，如：數(shù)控銑削加工、成形磨削、電火花加工、線切割加工等。由于這些工藝復(fù)雜、時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高而影響了新產(chǎn)品對(duì)于市場(chǎng)的響應(yīng)速度。而傳統(tǒng)的快速模具（例如中低熔

14、點(diǎn)合金模具、電鑄模、噴涂模具等）又由于工藝粗糙、精度低、壽命短，很難完全滿足用戶的要求。此外，傳統(tǒng)的快速模具常常因?yàn)槟＞叩脑O(shè)計(jì)與制造中出現(xiàn)的問題無法改正，而不能做到真正的“快速”。因此，應(yīng)用快速成形技術(shù)制造快速模具，在最終生產(chǎn)模具、開模之前進(jìn)行產(chǎn)品的試制與小批量生產(chǎn)，可以大大提高產(chǎn)品開發(fā)的一次成功率，有效地節(jié)約開發(fā)時(shí)間和費(fèi)用。</p><p>　　快速模具的目標(biāo)是以較低的成本，快速地生產(chǎn)出具有較好尺寸精度、表面粗

15、糙度和一定復(fù)雜度的模具。根據(jù)模具的使用壽命，快速模具的種類可以分為軟模具、中間模具和硬模具。模具相對(duì)壽命在200次以下定義為軟模具(Soft Tooling)，壽命在200～5000次定義為中間模具或過渡模具(Firm Tooling Bridge Tooling)，壽命在5000次以上為硬模具(Hard Tooling)。軟模具適合中小批量零件生產(chǎn)，是一種周期短、成本低的模具制造工藝。本次課題擬采用軟模具。</p>&l

16、t;p>　　硅膠模具技術(shù)是一種常見的快速軟模具制造技術(shù)。其定義為：以硅膠為基料灌入已固定原型的型框中，待硅膠硬化后沿分型面用刀具切開，取出原型，即得到模具。硅橡膠模具制造工藝是一種比較普及的快速模具制造方法。硅橡膠模具具有良好的柔性和彈性，能制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜、花紋精細(xì)、無拔模斜度，甚至倒拔模斜度以及具有深凹槽類的零件，制造周期短，制件質(zhì)量高。</p><p>　　硅膠模具與傳統(tǒng)模具制造技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢(shì)：&

17、lt;/p><p>　?。?）復(fù)印性能好，可良好地翻印母模上的細(xì)小特征，基本上無尺寸精度損失； </p><p>　?。?）硅膠作為彈性體，可供制作形狀復(fù)雜樣件的模具，并且不需要設(shè)置拔模斜度就能脫模，大大簡(jiǎn)化了模具設(shè)計(jì)； </p><p>　?。?）硅膠模具的延展性、韌性好；</p><p>　　（4）硅膠模具的離型性好；</p>

18、<p>　　（5）耐高溫，可以直接澆注低溫合金或金屬；</p><p>　?。?）生產(chǎn)周期短，一般僅為十幾個(gè)小時(shí)，甚至幾個(gè)小時(shí)；</p><p>　?。?）制成的樣件產(chǎn)品性能，根據(jù)聚氨酯配比可直接與ABS、PE、PP等類比。</p><p>　?。?）成本低，硅膠模的制作費(fèi)用要比傳統(tǒng)模具制作的費(fèi)用低得多[9]。</p><p>　　

19、2 模型的反求及重建</p><p>　　2.1 逆向工程技術(shù)的介紹</p><p>　　2.1.1 逆向工程的定義</p><p>　　逆向工程（Reverse Engineering，簡(jiǎn)稱RE），也稱反求工程、反向工程等，其思想最初來自于油泥模型到產(chǎn)品實(shí)物的設(shè)計(jì)過程。作為消化吸收先進(jìn)技術(shù)的一種手段。逆向工程的主要任務(wù)是將原始的物理模型轉(zhuǎn)化成為工程設(shè)計(jì)概念或數(shù)字化

20、模型：一方面為提高工程設(shè)計(jì)及加工分析的質(zhì)量和效率提供充足的信息，另一方面為充分利用CAD/CAM/CAE技術(shù)已有的產(chǎn)品進(jìn)行再設(shè)計(jì)服務(wù)。</p><p>　　逆向工程是對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的一種描述。在工程技術(shù)人員的一般概念中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一個(gè)從無到有的過程：設(shè)計(jì)人員首先構(gòu)思產(chǎn)品的外形、性能和大致的技術(shù)參數(shù)等，然后利用CAD技術(shù)建立產(chǎn)品的三維數(shù)字化模型，最終將這個(gè)模型轉(zhuǎn)入制造流程，完成產(chǎn)品的整個(gè)設(shè)計(jì)制造過程。這樣的產(chǎn)品設(shè)計(jì)

21、過程可稱之為“正向設(shè)計(jì)”。反之，可以認(rèn)為逆向工程是“將產(chǎn)品樣件轉(zhuǎn)化為CAD模型的相關(guān)數(shù)字化技術(shù)和幾何模型重建技術(shù)”的總稱[10]。</p><p>　　2.1.2 逆向工程的系統(tǒng)組成</p><p>　　逆向工程系統(tǒng)主要由3部分組成：產(chǎn)品實(shí)體外形的數(shù)字化、CAD模型的重建、產(chǎn)品樣本和模具制造。</p><p>　　逆向工程系統(tǒng)中設(shè)備和軟件因素主要包括以下幾個(gè)方面：&

22、lt;/p><p>　　（1）測(cè)量機(jī)與探頭；</p><p><b>　?。?）數(shù)據(jù)處理；</b></p><p><b>　?。?）模型的重建；</b></p><p><b>　?。?）快速成型機(jī)；</b></p><p>　　（5）產(chǎn)品制造設(shè)備。<

23、;/p><p>　　2.1.3 數(shù)據(jù)采集與處理</p><p>　　逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)為：數(shù)據(jù)的采集與處理，既數(shù)字化技術(shù)；曲面構(gòu)造，既建模技術(shù)。輔以其他方法構(gòu)成逆向工程的技術(shù)體系。</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)采集的方法</p><p>　　數(shù)據(jù)采集的方法可分為接觸式采集法和非接觸式采集法。接觸式數(shù)據(jù)采集方法包括基于力觸發(fā)原理的觸發(fā)式數(shù)據(jù)采集法

24、、連續(xù)式數(shù)據(jù)采集法、磁場(chǎng)法、超聲波法等。非接觸式數(shù)據(jù)采集方法主要運(yùn)用光學(xué)原理進(jìn)行數(shù)據(jù)的采樣，包括激光三角測(cè)距法、結(jié)構(gòu)光法、圖像解析法及斷層掃描成像法等。我們本次課題所采用的3DSS三維掃描儀就是基于圖像解析法這樣的原理。</p><p>　　不同零件的材質(zhì)不同，曲面凹凸程度不同，其對(duì)照射光線的反射也會(huì)不同，而曲面上的反射光會(huì)影響2CCD傳感器檢測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)。因此，通常應(yīng)在零件原型數(shù)據(jù)采集之前，先將零件需要數(shù)據(jù)采集的部

25、位全部噴成白色。</p><p>　?。?）測(cè)量數(shù)據(jù)的處理</p><p>　　按數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量，測(cè)量數(shù)據(jù)分為一般點(diǎn)云和“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)；按測(cè)量數(shù)據(jù)是否規(guī)整，分為散亂數(shù)據(jù)點(diǎn)和規(guī)則數(shù)據(jù)點(diǎn)。不同的測(cè)量數(shù)據(jù)類型，在數(shù)據(jù)處理特別是造型方法的選擇上是不同的，如對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)處理。</p><p>　　“點(diǎn)云”是一種特殊的測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)，由激光掃描儀獲得，由于數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量較通常

26、的接觸式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)大得多，也稱海量數(shù)據(jù)或“點(diǎn)云”（Point Cloud），而且點(diǎn)云數(shù)據(jù)具有不同于接觸式數(shù)據(jù)的一些特點(diǎn)，因此其處理方式也不同。</p><p>　　在CAD造型中，通常的逆向軟件都具有將點(diǎn)云顯示為多種模型的狀態(tài)功能，以方便處理，一般有Scatter（點(diǎn)云宣示為個(gè)別的像素）、折線（Polyline,點(diǎn)之間線連接）、掃描線（Scanline）、網(wǎng)格（Grid）、三角面片（Polygonized）等形

27、態(tài)。</p><p>　　由于實(shí)際測(cè)量過程中受到各種人為或隨機(jī)因素的影響，使得測(cè)量結(jié)果包含噪音。為了消除或降低噪音對(duì)后續(xù)建模質(zhì)量的影響，有必要對(duì)測(cè)量的“點(diǎn)云”進(jìn)行濾波或平滑濾波處理。目的是去除誤差或噪音、數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)和抽取模型的特征信息，多數(shù)過濾都是針對(duì)掃描線數(shù)據(jù)的，如果數(shù)據(jù)點(diǎn)是無序的，將影響過濾結(jié)果[11]。</p><p>　　2.1.4 重新造型</p><p>

28、　　“重新造型”是一種逆向工程模式，它是一個(gè)直接建模環(huán)境，使用戶可專注于多面模型的特定區(qū)域，并使用不同的工具來獲得期望的曲面形狀和屬性。允許用戶在多面數(shù)據(jù)或三角化數(shù)據(jù)的頂部重建曲面CAD模型。用戶可直接輸入數(shù)據(jù)或使用Pro/E的“小平面建?！惫δ芡ㄟ^轉(zhuǎn)換點(diǎn)集數(shù)據(jù)進(jìn)行模型創(chuàng)建。</p><p>　　在重新造型模式中一般流程如下：</p><p>　?。?）在Pro/E中打開或插入所需的小平面

29、特征，也可以是獨(dú)立的幾何特征。執(zhí)行菜單欄中的“插入﹥重新造型”命令，進(jìn)入重新造型模式。</p><p>　?。?）使用不同的曲面重建工具重建曲面，例如使用曉平面上重創(chuàng)建的曲線、由平面相交創(chuàng)建的曲線或3D曲線創(chuàng)建曲面。</p><p>　　（3）可以在小平面表面上創(chuàng)建區(qū)域，使用此區(qū)域創(chuàng)建僅受該區(qū)域影響的分析曲面。對(duì)于自由形式的曲面，還可使用“擬合”與“投影”工具。</p>&l

30、t;p>　?。?）若曲面必須彼此相交，則可能需要延伸這些曲面。在某些情況下，在延伸后需要重新擬合自由形式的曲面。如有必要，可為現(xiàn)有的曲面指定區(qū)域以進(jìn)行擬合或查看?？稍谛∑矫嫣卣魃献詣?dòng)創(chuàng)建樣條曲線，然后可使用曲線或曲面的現(xiàn)有工具進(jìn)行修改曲面。</p><p>　?。?）使用“診斷”工具可實(shí)現(xiàn)曲面和曲線特征的動(dòng)態(tài)可視化。利用各種曲面分析工具進(jìn)行分析。使用著色視圖了解所需曲面某些的結(jié)構(gòu)。執(zhí)行菜單欄中的“重新造型﹥

31、重新造型分析”命令，在彈出的“重新診斷樣式”對(duì)話框中控制曲面和曲線的診斷顯示。</p><p>　?。?）使用“重新造型樹”來刪除所選區(qū)域或曲面；刪除位于更高級(jí)的原件。</p><p>　?。?）完成“重新造型”特征后，可使用所創(chuàng)建的幾何創(chuàng)建常規(guī)的Pro/E特征。</p><p><b>　　2.2 模型的反求</b></p>&

32、lt;p>　　2.2.1 關(guān)于3DSS三維掃描儀</p><p>　　3DSS（Three Dimentional Sensing System）是一種對(duì)實(shí)物進(jìn)行數(shù)字化建模的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于逆向工程、計(jì)算機(jī)輔助工程或有限元分析技術(shù)中。它能對(duì)物體進(jìn)行高速高密度掃描，輸出三維點(diǎn)云以供進(jìn)一步后處理使用。它是一種非接觸掃描設(shè)備，能對(duì)任何材料的物體表面進(jìn)行數(shù)字化掃描，如工件、模型、模具、雕塑、人體等，用于逆向工程、工

33、業(yè)設(shè)計(jì)、三維動(dòng)畫、文物數(shù)字化等領(lǐng)域。</p><p>　　圖2.1 3DSS三維掃描儀</p><p>　　3DSS的基本原理是：采用一種結(jié)合結(jié)構(gòu)光技術(shù)、相位測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的復(fù)合三維非接觸式測(cè)量技術(shù)。測(cè)量時(shí)光柵投影裝置投影數(shù)幅特定編碼的結(jié)構(gòu)光到待測(cè)物體上，成一定夾角的兩個(gè)攝像頭同步采得相應(yīng)圖像，然后對(duì)圖像進(jìn)行解碼和相位計(jì)算，并利用匹配技術(shù)、三角形測(cè)量原理，解算出兩個(gè)攝像機(jī)公共視區(qū)

34、內(nèi)像素點(diǎn)的三維坐標(biāo)。采用這種測(cè)量原理，使得對(duì)物體進(jìn)行照相測(cè)量成為可能。所謂照相測(cè)量，就是類似于照相機(jī)對(duì)視野內(nèi)的物體進(jìn)行照相，不同的是照相機(jī)攝取的是物體的二維圖像，而3DSS三維掃描儀獲得的是物體的三維信息。</p><p>　　3DSS系統(tǒng)包含掃描硬件和掃描軟件。硬件包括電腦、攝像頭、數(shù)字光柵發(fā)生器、三腳架；掃描軟件的操作系統(tǒng)是win2000/XP，軟件對(duì)攝像頭和光柵發(fā)生器進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和控制，對(duì)采集的圖像進(jìn)行軟件

35、處理，生成三維點(diǎn)云，并能進(jìn)行三維顯示，輸出各種格式（asc，wrl，igs，stl等）的點(diǎn)云文件，可用Surfacer、Geomagic等軟件進(jìn)行進(jìn)一步處理。</p><p>　　掃描控制軟件的主界面如圖2.2所示，客戶區(qū)被固定分成四個(gè)區(qū)域，其中第一象限是掃描點(diǎn)云顯示區(qū)；第二象限是參考點(diǎn)管理區(qū)；第三象限是左攝像頭圖像顯示區(qū)；第四象限是右攝像頭圖像顯示區(qū)。</p><p>　　圖2.2 掃描

36、控制軟件的主界面</p><p>　　2.2.2 掃描前置處理</p><p>　　2.2.2.1 表面處理</p><p>　　物體的表面質(zhì)量對(duì)掃描結(jié)果影響很大，為保證表面質(zhì)量，下面幾種表面必須做表面處理：</p><p><b>　?。?）黑色表面</b></p><p><b>　

37、　（2）透明表面</b></p><p><b>　?。?）反光面</b></p><p>　　物體最理想的表面狀況是亞光白色。常用的表面處理方法是在物體表面上噴涂一層白色的顯影劑，這種物質(zhì)很容易去掉，便于掃描完成后還原物體的本來面目。噴涂顯影劑時(shí)要注意不要噴得太厚，不要追求表面顏色的均勻而過多噴涂，只要薄薄的一層就可以，否則會(huì)造成誤差。</p>

38、;<p>　　2.2.2.2 參考點(diǎn)</p><p>　　要完整地掃描一個(gè)物體，往往要進(jìn)行多次、多視角掃描，才能獲得整體外形的點(diǎn)云。這時(shí)就需要進(jìn)行多視拼合運(yùn)算，把不同視角下測(cè)得的點(diǎn)云轉(zhuǎn)換到同一個(gè)統(tǒng)一的坐標(biāo)系下。而參考點(diǎn)就是用來協(xié)助坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的，它實(shí)際上是一些貼在物體表面的原點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)于參考點(diǎn)，應(yīng)注意如下事項(xiàng)：</p><p>　?。?）

39、相鄰兩次掃描之間，至少要有三個(gè)重合的參考點(diǎn)，才能進(jìn)行拼合；</p><p>　　（2）參考點(diǎn)貼在相鄰掃描的重疊區(qū)域；</p><p>　?。?）參考點(diǎn)的排列應(yīng)避免在一條直線上；</p><p>　?。?）參考點(diǎn)之間的距離應(yīng)該互不相同，不要貼成規(guī)則點(diǎn)陣的形狀；</p><p>　　（5）高低盡量錯(cuò)開；</p><p>　

40、?。?）參考點(diǎn)應(yīng)貼在有效位置，即那些至少兩個(gè)角度掃描時(shí)都能掃描到的公共位置，某些死角里的參考點(diǎn)是沒什么用的。</p><p>　　如圖2.3即為此次鼠標(biāo)上蓋模型前置處理后的效果。</p><p>　　圖2.3 模型的前置處理</p><p>　　2.2.3 使用3DSS對(duì)模型進(jìn)行掃描</p><p>　　選擇模型五個(gè)不同的視角分別進(jìn)行掃描，然

41、后對(duì)其進(jìn)行匹配，這樣就完成了整個(gè)模型的掃描。圖2.4是我們選取的兩個(gè)不同角度的掃描圖。</p><p>　　圖2.4 不同角度的掃描圖</p><p>　　依次對(duì)五個(gè)側(cè)面進(jìn)行了掃描匹配，將得到的模型導(dǎo)入Gemagic Studio中進(jìn)行修改。 </p><p>　　2.3 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理</p><p>　　在這一過程中使用Gemagic S

42、tudio對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，步驟如下：</p><p>　?。?）將在3DSS中掃描得到的“點(diǎn)云”文件導(dǎo)入Gemagic軟件中，并著色，如圖2.5所示。</p><p>　　圖2.5 著色后的文件</p><p>　?。?）選擇套索工具，將文件中非鼠標(biāo)上蓋部分的點(diǎn)云刪除，得到如圖2.6所示的文件。</p><p>　　圖2.6 去除多余點(diǎn)云

43、后的文件</p><p>　　由于掃描的方位不夠準(zhǔn)確等原因，我們可以清楚地看到鼠標(biāo)上蓋模型并不完整，有部分缺損，但這對(duì)我們的設(shè)計(jì)并沒有過多的影響，我們將會(huì)在后續(xù)部分使用Pro/E進(jìn)行模型重建。</p><p>　?。?）由于“點(diǎn)云”文件所含的點(diǎn)數(shù)量過多，大約在百萬(wàn)以上，為了減少數(shù)據(jù)量，需要進(jìn)行統(tǒng)一采樣。將參數(shù)改為0.3，這樣文件數(shù)據(jù)量將會(huì)大大減少。</p><p>

44、　?。?）選取體外孤立點(diǎn)，如圖2.7所示，在軟件運(yùn)行結(jié)束后，把選出的點(diǎn)刪除。這樣可以減少很多非必要的“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)，重復(fù)這樣的操作幾次，可以減少很多數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖2.7 選取文件中的體外孤立點(diǎn)</p><p>　?。?）減少噪聲。點(diǎn)擊減少噪聲，將下面的偏差限制參數(shù)改為0.1。</p><p>　?。?）進(jìn)行全局注冊(cè)。點(diǎn)擊全局注冊(cè)，將最大迭代參數(shù)改為10

45、0，采樣大小的參數(shù)改為10000，如圖2.8所示。</p><p>　　圖2.8 對(duì)文件進(jìn)行全局注冊(cè)</p><p>　?。?）選擇點(diǎn)，在下拉菜單中選擇合并，并給文件命名，然后進(jìn)行封裝?！包c(diǎn)云”數(shù)據(jù)將會(huì)變成以三角形形式存在的數(shù)據(jù)，這樣就使得“點(diǎn)云”文件變成“面”的文件，方便進(jìn)行處理，如圖2.9所示。</p><p>　　圖2.9 進(jìn)行封裝后的文件</p>

46、<p>　　（8）運(yùn)用套索工具刪除文件中多余的三角片，將鼠標(biāo)上蓋的外殼修整得盡量平滑，以確保掃描得到的鼠標(biāo)上蓋外殼與模型的誤差不是很大。</p><p>　?。?）在掃描過程中，由于貼標(biāo)志點(diǎn)等原因，會(huì)產(chǎn)生一些孔洞，這就需要我們使用孔填充工具對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)。填充工具中前4個(gè)比較常用，第一個(gè)是選擇邊界填充，第二個(gè)是選擇空缺處填充，第三個(gè)是過橋式填充，第四個(gè)是刪除浮動(dòng)數(shù)據(jù)。填充工具在修整平面時(shí)是非常有用的，

47、我們此次掃描的模型上貼標(biāo)志點(diǎn)的地方也可近似看作平面，得到如圖2.10所示的文件。</p><p>　　圖2.10 修補(bǔ)空洞后的文件</p><p>　?。?0）松弛邊界。選擇松弛邊界，再選擇整個(gè)邊界，將最大迭代數(shù)改為100。</p><p>　　（11）如果還有不滿意的表面，可以使用去除特征工具，它相當(dāng)于刪除和填充工具，可以使鼠標(biāo)上蓋的表面更加光滑平整。</p

48、><p>　?。?2）如果對(duì)選擇的區(qū)域不滿意，可以按鍵盤上的ctrl+c鍵撤銷操作。</p><p>　　（13）選擇簡(jiǎn)化，把百分比調(diào)為30%。這樣會(huì)使數(shù)據(jù)量減少到最小。</p><p>　?。?4）創(chuàng)建基準(zhǔn)：創(chuàng)建三個(gè)基準(zhǔn)平面。首先選擇最佳擬合來創(chuàng)建第一個(gè)基準(zhǔn)面，然后創(chuàng)建一個(gè)垂直于平面的基準(zhǔn)軸，再創(chuàng)建第二個(gè)基準(zhǔn)平面2，選擇類型為通過軸并且垂直于剛剛創(chuàng)建的基準(zhǔn)平面1，最后

49、創(chuàng)建通過點(diǎn)同時(shí)垂直于基準(zhǔn)平面1和基準(zhǔn)平面2的基準(zhǔn)平面3，這樣就創(chuàng)建了三個(gè)特征平面，如圖2.11。</p><p>　　圖2.11 創(chuàng)建三個(gè)特征平面</p><p>　?。?5）創(chuàng)建好三個(gè)特征平面后，選擇對(duì)齊工具里的對(duì)其到全局，進(jìn)行平面對(duì)齊，這樣可以確保在后續(xù)的操作中將圖形導(dǎo)入到Pro/E中使坐標(biāo)對(duì)齊，輸入選為特征，XY平面和平面1創(chuàng)建對(duì)；XZ平面和平面2創(chuàng)建對(duì)；YZ平面和平面3創(chuàng)建對(duì)，操作

50、如圖2.12所示。</p><p>　　圖2.12 將文件對(duì)齊到全局</p><p>　　（16）在Geomagic中選擇曲線下面的從界面創(chuàng)建曲線來構(gòu)造相交特征曲線。在截面類型中選取平面，首先用平面2去截鼠標(biāo)上蓋的表面，在多重截面中調(diào)整截面的距離為2mm和截面的數(shù)量為100，以確保界面將鼠標(biāo)上蓋此方向上截面完整，得到界面和鼠標(biāo)上蓋特征實(shí)體相交的界面曲線，如圖2.13所示。再以同樣的方法用平

51、面3來截另一方向的界面曲線，調(diào)整截面與截面的距離為2mm，數(shù)量為100，達(dá)到自己滿意的位置。最后得到如圖2.14所示的界面圖。</p><p>　　圖2.13 得到單方向的界面曲線</p><p>　　圖2.14 得到相交的界面曲線</p><p>　　（17）保存文件另存為，文件的擴(kuò)展名為.igs，輸出對(duì)象為曲線對(duì)象，選項(xiàng)為僅限活動(dòng)對(duì)象，點(diǎn)擊確定。</p&g

52、t;<p><b>　　2.4 模型的重建</b></p><p>　　在這一過程中使用Pro/E軟件對(duì)模型進(jìn)行重建，步驟如下：</p><p>　?。?）打開Pro/E，新建一個(gè)零件模塊，將上一步在Geomagic中處理好的.igs文件導(dǎo)入，如圖2.15所示。</p><p>　　圖2.15 將.igs文件導(dǎo)入Pro/E中<

53、;/p><p>　?。?）點(diǎn)擊草繪，以Front平面為草繪平面，使用樣條曲線繪制鼠標(biāo)上蓋底部的輪廓線，繪制結(jié)果如圖2.16所示。</p><p>　　圖2.16 草繪鼠標(biāo)上蓋底部輪廓線</p><p>　　（3）保存上一步所繪制的輪廓線。由于鼠標(biāo)上蓋下部是近似垂直于底面的，故我們要先將鼠標(biāo)上蓋下部按此方法創(chuàng)建。點(diǎn)擊造型工具，以Front平面為基準(zhǔn)平面，平移10mm設(shè)置活

54、動(dòng)平面，在平面上繪制與Front平面上重合的輪廓線，如圖2.17所示。</p><p>　　圖2.17 繪制與Front平面上的輪廓線重合的線</p><p>　　（4）以Right平面為基準(zhǔn)，繪制幾個(gè)與Right平面平行的活動(dòng)平面，并在活動(dòng)平面上繪制與兩輪廓線相交的直線，如圖2.18所示。</p><p>　　圖2.18 繪制連接兩輪廓線的直線</p>

55、<p>　?。?）使用造型工具，將相鄰兩直線間用面連接，由于鼠標(biāo)上蓋的頭部與尾部曲率較大，不能使用造型工具連接，故只連接兩側(cè)面，如圖2.19所示。</p><p>　　圖2.19 用曲面連接鼠標(biāo)上蓋兩側(cè)面</p><p>　?。?）使用邊界混合工具，選擇鼠標(biāo)上蓋頭部部分相鄰的兩直線及兩直線間的一條直線作為第一方向，進(jìn)行邊界混合，鼠標(biāo)上蓋尾部部分也是同樣的操作，這樣鼠標(biāo)上蓋的下

56、半部分就創(chuàng)建好了，如圖2.20所示。</p><p>　　圖2.20 創(chuàng)建好的鼠標(biāo)上蓋下半部分</p><p>　　（7）由于鼠標(biāo)上蓋下部是由幾個(gè)曲面組成的，我們需要把它合并成一個(gè)整體。</p><p>　?。?）以Right平面為草繪平面，繪制鼠標(biāo)上蓋在此平面上的輪廓線，如圖2.21所示。</p><p>　　圖2.21 鼠標(biāo)上蓋在Righ

57、t平面上的輪廓線</p><p>　?。?）以Right平面為基準(zhǔn)，分別在其兩側(cè)創(chuàng)建幾個(gè)活動(dòng)平面，并在各個(gè)活動(dòng)平面上繪制鼠標(biāo)上蓋在此平面上的輪廓線，需要注意的是，每條輪廓線都必須穿過鼠標(biāo)上蓋的下部，如圖2.22所示。</p><p>　　圖2.22 鼠標(biāo)上蓋上部的輪廓線</p><p>　?。?0）使用邊界混合工具，選擇上一步創(chuàng)建的鼠標(biāo)上蓋上部輪廓線作為第一方向，進(jìn)

58、行邊界混合，需要注意的是，選擇曲線的時(shí)候，必須從一側(cè)向另一側(cè)依次選擇，如圖2.23所示。</p><p>　　圖2.23 邊界混合后的鼠標(biāo)上蓋上部</p><p>　?。?1）選擇合并工具，將鼠標(biāo)上蓋上部與下部合并起來，并依次去除多余的部分，如圖2.24所示。</p><p>　　圖2.24 合并后的鼠標(biāo)上蓋</p><p>　?。?2）選擇

59、編輯下拉菜單中的加厚選項(xiàng)，將厚度設(shè)置為3mm，如圖2.25所示。</p><p>　　圖2.25 加厚的鼠標(biāo)上蓋</p><p>　　（13）選擇拉伸工具，以Front平面為草繪平面，繪制鼠標(biāo)按鍵及滾輪的輪廓線，保存草繪，選擇去除材料，選擇拉伸至選定的點(diǎn)、曲線、平面或曲面，選擇鼠標(biāo)上蓋頂面的上表面，得到的圖形如圖2.26所示。</p><p>　　圖2.26 去除按

60、鍵和鼠標(biāo)滾輪后的鼠標(biāo)上蓋</p><p>　?。?4）選擇拉伸工具，以Front平面為草繪平面，繪制鼠標(biāo)上蓋與下蓋連接柱的輪廓線，保存草繪，選擇拉伸至選定的點(diǎn)、曲線、平面或曲面，選擇鼠標(biāo)上蓋頂面的下表面，保存，這樣就完成了鼠標(biāo)上蓋的繪制，如圖2.27所示。</p><p>　　圖2.27 完成后的鼠標(biāo)上蓋</p><p>　　（15）下面我們繪制鼠標(biāo)下蓋。選擇拉伸工

61、具，以Front平面為草繪平面，將復(fù)制的鼠標(biāo)上蓋底部輪廓線粘貼在上面，保存并向上拉伸2mm，如圖2.28所示。</p><p>　　圖2.28 拉伸的鼠標(biāo)下蓋底面</p><p>　?。?6）繪制與鼠標(biāo)上蓋的配合面。選擇拉伸工具，以Front平面為草繪平面，選擇偏移工具，將外輪廓線分別偏移3mm和4mm，保存并向上拉伸4mm，如圖2.29所示</p><p>　　圖

62、2.29 繪制與鼠標(biāo)上蓋的配合面</p><p>　　（17）繪制與鼠標(biāo)上蓋配合的連接柱。選擇拉伸工具，以鼠標(biāo)下蓋上表面為草繪平面，繪制與鼠標(biāo)上蓋配合的連接柱輪廓線，保存并拉伸3mm，如圖2.30所示。</p><p>　　圖2.30繪制與鼠標(biāo)上蓋配合的連接柱</p><p>　　（18）繪制定位鼠標(biāo)按鍵的定位柱。選擇拉伸工具，以鼠標(biāo)下蓋上表面為草繪平面，繪制定位鼠

63、標(biāo)按鍵的定位柱輪廓線，保存并拉伸8mm，如圖2.31所示。</p><p>　　圖2.31 繪制定位鼠標(biāo)按鍵的定位柱</p><p>　?。?9）繪制線路板的定位框。選擇拉伸工具，以鼠標(biāo)下蓋上表面為草繪平面，繪制線路板的定位框輪廓線，保存并拉伸1mm，如圖2.32所示。</p><p>　　圖2.32繪制線路板的定位框</p><p>　　（

64、20）繪制線路板的定位孔。選擇拉伸工具，以鼠標(biāo)下蓋上表面為草繪平面，繪制線路板的定位孔輪廓線，保存，選擇去除材料，選擇拉伸至選定的點(diǎn)、曲線、平面或曲面，選擇鼠標(biāo)下蓋的下表面，保存，這樣就完成了鼠標(biāo)下蓋的繪制，如圖2.33所示。</p><p>　　圖2.33 完成的鼠標(biāo)下蓋</p><p>　?。?1）為保證鼠標(biāo)上蓋與下蓋的配合，我們需要將兩部分裝配起來，如圖2.34所示，兩部分配合較好，

65、基本符合要求。</p><p>　　24）由于經(jīng)費(fèi)所限，本次設(shè)計(jì)只制造出鼠標(biāo)上蓋的原型，所以，我們將鼠標(biāo)上蓋的圖形保存為副本，在文件類型上選取STL（*.stl），點(diǎn)擊確定。</p><p>　　3 快速原型的制作工藝</p><p>　　3.1 快速成形技術(shù)的介紹</p><p>　　快速成形技術(shù)的分類有多種，根據(jù)成型方法可分為兩類：基于激

66、光及其他光源的成型技術(shù)（Laser Technology），例如：光固化成型（stereolithography，簡(jiǎn)稱SLA）、分層實(shí)體制造（laminated object manufacturing，簡(jiǎn)稱LOM）、選擇性激光粉末燒結(jié)（selected laser sintering，簡(jiǎn)稱SLS）、形狀沉積成型（sharp deposition manufacturing，簡(jiǎn)稱SDM）等；基于噴射的成型技術(shù)（Jetting Techn

67、oloy），例如：熔融沉積成型（fused deposition modeling，簡(jiǎn)稱FDM）、三維印刷（three dimensional printing，簡(jiǎn)稱3DP）、多相噴射沉積（MJD）。</p><p>　　下面對(duì)我們本次課題所采用的光固化成型工藝作簡(jiǎn)單的介紹。SLA技術(shù)是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作的。這種液態(tài)材料在一定波長(zhǎng)和強(qiáng)度的紫外光照射下能迅速發(fā)生光聚合反應(yīng)，分子量急劇增大，材料也就從液

68、態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。</p><p>　　圖3.1 SLA工作原理</p><p>　　SLA工作原理：液槽中盛滿液態(tài)光敏樹脂，激光束在偏轉(zhuǎn)鏡的作用下，能在液態(tài)表面上掃描，掃描的軌跡及光線的有無均由計(jì)算機(jī)控制，光點(diǎn)打到的地方，液體就固化。成型開始時(shí)，工作平臺(tái)在液面下一個(gè)確定的深度．聚焦后的光斑在液面上按計(jì)算機(jī)的指令逐點(diǎn)掃描，即逐點(diǎn)固化。當(dāng)一層掃描完成后．未被照射的地方仍是液態(tài)樹脂。然后升降臺(tái)帶動(dòng)

69、平臺(tái)下降一層高度，已成型的層面上又布滿一層樹脂，刮板將粘度較大的樹脂液面刮平，然后再進(jìn)行下一層的掃描，新周化的一層牢固地粘在前一層上，如此重復(fù)直到整個(gè)零件制造完畢，得到一個(gè)三維實(shí)體模型[12]。</p><p>　　SLA方法是目前快速成型技術(shù)領(lǐng)域中研究得最多的方法．也是技術(shù)上最為成熟的方法。SLA工藝成型的零件精度較高，加工精度一般可達(dá)到0.1mm，原材料利用率近100％。但這種方法也有自身的局限性，比如需要支

70、撐、樹脂收縮導(dǎo)致精度下降、光敏樹脂有一定的毒性等。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：(1)成型過程自動(dòng)化程度高；(2)尺寸精度高；(3)表面質(zhì)量?jī)?yōu)良；(4)可以制作結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的模型；(5)可以直接制作面向熔模精密鑄造的具有中空結(jié)構(gòu)的消失型。</p><p>　　缺點(diǎn)：(1)成型過程中伴隨著物理和化學(xué)變化，所以制件較易彎曲，需要支撐；(2)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)成本較高；(3)可使用的材料種類較少；(4

71、)液態(tài)樹脂具有氣味和毒性，并且需要避光保護(hù)，以防止提前發(fā)生聚合反應(yīng)，選擇時(shí)有局限性；(5)需要二次固化；(6)液態(tài)樹脂同化后的性能尚不如常用的工業(yè)塑料，一般較脆、易斷裂，不使進(jìn)行機(jī)加工。</p><p>　　3.2 快速原型的前期處理</p><p>　　在這一過程中，是將前面處理好的文件在magics軟件中進(jìn)行修復(fù)、抽殼、添加支撐等操作，最終將模型處理得符合要求，再導(dǎo)入快速成型機(jī)中進(jìn)行加

72、工。</p><p>　　3.2.1 設(shè)備設(shè)置</p><p>　　點(diǎn)擊菜單：File - Machine Setup，彈出如圖3.2所示的界面。</p><p>　　圖3.2 設(shè)備設(shè)置界面</p><p><b>　　(1) 創(chuàng)建新設(shè)備</b></p><p>　　點(diǎn)擊按鈕New Machine

73、，添加本次所用的加工設(shè)備sps-450快速成型激光機(jī)，按照?qǐng)D3.3修改設(shè)備屬性，設(shè)置完成后點(diǎn)擊下一步。</p><p>　　圖3.3 設(shè)備屬性界面</p><p>　　(2) 修改平臺(tái)屬性</p><p>　　按照?qǐng)D3.4設(shè)置以下參數(shù)：</p><p>　　a 采用加工平臺(tái)尺寸生成封套</p><p>　　b 平臺(tái)位置

74、，加工平臺(tái)的坐標(biāo)系插入點(diǎn)</p><p><b>　　c 默認(rèn)零件位置</b></p><p><b>　　d Z向調(diào)整</b></p><p>　　圖3.4 平臺(tái)屬性界面</p><p><b>　　（3）修改支撐屬性</b></p><p>　　按照

75、圖3.5設(shè)置支撐屬性，將層厚改為0.1。</p><p>　　圖3.5 支撐屬性界面</p><p><b>　?。?）修改切片屬性</b></p><p>　　按照?qǐng)D3.6修改切片屬性，將層厚改為0.1，刀具補(bǔ)償改為0.06。</p><p>　　圖3.6 切片屬性界面</p><p>　?。?

76、）其他選項(xiàng)默認(rèn)，設(shè)備設(shè)置完成。</p><p>　　3.2.2 讀取零件</p><p>　　菜單：File - Load Part快捷鍵：CTRL+L</p><p>　　該指令將從制定的路徑下讀取一個(gè)零件到當(dāng)前的平臺(tái)中來。如圖3.7所示。</p><p><b>　　圖3.7 打開界面</b></p>

77、<p>　　3.2.3 對(duì)零件進(jìn)行診斷并自動(dòng)修復(fù)</p><p>　　菜單：tools-fix wizard</p><p>　　快捷鍵：CTRL+L</p><p><b>　　如圖3.8所示。</b></p><p>　　圖3.8 自動(dòng)診斷界面</p><p>　　3.2.4 若零

78、件中有一些錯(cuò)誤無法自動(dòng)修復(fù)，需要手動(dòng)修復(fù)零件中錯(cuò)誤的邊界、三角片等。但由于本次在Pro/E中重建的模型質(zhì)量較好，并沒有出現(xiàn)錯(cuò)誤，故不需手動(dòng)修復(fù)。</p><p>　　3.2.5將零件添加到新建的平臺(tái)上，通過移動(dòng)、翻轉(zhuǎn)工具將其放置于平臺(tái)中間，距底面6mm，如圖3.9所示。</p><p>　　圖3.9 將零件置于平臺(tái)上</p><p>　　3.2.6 添加支撐<

79、/p><p>　　在零件底部與平臺(tái)之間添加支撐，如圖3.10所示。</p><p>　　圖3.10 添加支撐</p><p>　　3.2.7 加強(qiáng)支撐</p><p>　　由于上一步添加的支撐由好幾部分組成，在加工過程中容易被刮板刮跑，故需要將這幾部分連接起來，起到加強(qiáng)的作用，如圖3.11所示。</p><p>　　圖3.

80、11 加強(qiáng)支撐</p><p>　　3.2.8 檢查零件是否在所要求的平面上</p><p>　　將零件沿著Z平面切開，看其是否在所要求的平面上，如圖3.12所示。</p><p>　　圖3.12檢查零件是否在所要求的平面上</p><p>　　3.2.9將零件以.SLC格式導(dǎo)出，加載到快速成型機(jī)上。</p><p>

81、　　3.3 鼠標(biāo)原型件的制作</p><p>　　3.3.1 快速成型機(jī)的介紹</p><p>　　本次課題所使用的快速成型機(jī)型號(hào)為SPS 450B，如圖3.13所示。</p><p>　　圖3.13 SPS 450B激光快速成型機(jī)</p><p>　　該設(shè)備采用材料累加原理，由CAD數(shù)據(jù)直接控制激光掃描光敏樹脂，快速精確地制造出任意幾何形狀

82、的產(chǎn)品原型，無需考慮其復(fù)雜程度，真正實(shí)現(xiàn)無模制造。SPS 450B具有成型速度快，成型精度高，表面質(zhì)量好，后處理簡(jiǎn)單省時(shí)等特點(diǎn)。 </p><p>　　SPS 450B激光快速成型機(jī)的優(yōu)勢(shì)：技術(shù)功能產(chǎn)品創(chuàng)新、CAD驗(yàn)證、產(chǎn)品功能驗(yàn)證、零件裝配關(guān)聯(lián)測(cè)試與結(jié)構(gòu)分析，與客戶或供應(yīng)商的交流手段，制作快速模具的母模技術(shù)優(yōu)勢(shì)，能制作非常精細(xì)的薄壁，空心結(jié)構(gòu)精度高，成型表面質(zhì)量好，材料利用率高，接近100%，容易成型，過程速

83、度快，可提供自主研發(fā)的光敏材料。</p><p>　　應(yīng)用領(lǐng)域：適用于汽車、摩托車、家用電器、航空、航天、船舶、輕工、玩具、醫(yī)療修復(fù)、科研院校等所有制造及制造研究行業(yè)。</p><p><b>　　技術(shù)參數(shù)：</b></p><p>　　Laser Beam Scanning Speed 激光掃描速度：8m/s</p><p

84、>　　Laser Light Spot Diameter 激光光斑直徑：<0.2mm </p><p>　　Building Volume 成型體積：SPS 450B：450mm*450mm*350mm</p><p>　　Building Accuracy 加工精度： +0.1mm（L≤100mm）or+0.1%（L>100mm）</p><p>

85、;　　Layer Thickness 加工層厚： 0.55mm~0.3mm</p><p>　　Max building Speed 最大成型速度：60g/h </p><p>　　Equipment Volume 設(shè)備體積 ：SPS 450B：1665mm*1095mm*1930mm </p><p>　　Power Consumption 設(shè)備功率：3kw<

86、;/p><p>　　CAD Interface 數(shù)據(jù)接口：STL</p><p>　　最大加工尺寸：450*450*350（mm)</p><p>　　3.3.2 光敏樹脂的介紹</p><p>　　本次課題所使用的光敏樹脂型號(hào)：DSM Somos 11122</p><p>　　DSM Somos Water Shed

87、11120光敏樹脂是一種用于SL成型機(jī)的低粘度液態(tài)光敏樹脂，能制作具有耐用、堅(jiān)硬、防水等功能的零件。用此材料制作的樣件呈淡綠色透明(類似于平板玻璃)。 DSM SOMOS 11122是SOMOS11120的升級(jí)換代產(chǎn)品。</p><p>　　DSM SOMOS 11122及Somos Water Shed 11122光敏樹脂性能優(yōu)越，該材料類似于傳統(tǒng)的工程塑料（包括ABS和PBT等）。它能理想地應(yīng)用于汽車、醫(yī)療器

88、械、日用電子產(chǎn)品的樣件制作,還被應(yīng)用到水流量分析，風(fēng)管測(cè)試以及室溫硫化硅橡膠模型、可存放的概念模型、快速鑄造模型的制造等方面上。 </p><p>　　3.3.3 SPS 450B激光快速成型機(jī)的操作規(guī)程和制件前檢查</p><p>　　3.3.3.1 儀器設(shè)備的管理使用需由專人負(fù)責(zé)，應(yīng)嚴(yán)格遵守設(shè)備的如下操作規(guī)程： </p><p>　?。?）避免產(chǎn)生灰塵影響損害光

89、路系統(tǒng)，避免具有紫外線的光源照射樹脂；</p><p>　?。?）檢查實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度、濕度及避光情況，應(yīng)保持室溫在22~24攝氏度之間，相對(duì)濕度在40%以下；</p><p>　?。?）制件前確保樹脂溫度在30~32攝氏度之間，若制件間隔在一周內(nèi)，則不應(yīng)關(guān)斷加熱電源；</p><p>　?。?）打開總電源上電（單向電源）；</p><p>　

90、?。?）制件時(shí)應(yīng)依次打開激光器、工控件、伺服電源、運(yùn)行Rp Build。</p><p>　　（6）打開計(jì)算機(jī)，進(jìn)入 WIDOWS 2000 用戶界面，再將殺毒后的U盤中的.SLC文件拷貝到工控機(jī)中；</p><p>　　（7）運(yùn)行控制程序，調(diào)入工件分層文件并處理；</p><p>　?。?）檢查相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，然后進(jìn)行加工模擬；</p><p&

91、gt;　?。?）打開控制面板上的溫控、照明、樹脂循環(huán)、驅(qū)動(dòng)、光路、激光按鈕，并檢查工作狀態(tài)；</p><p>　?。?0）檢查槽內(nèi)的樹脂液位，應(yīng)在中間位置，如不足則應(yīng)添加樹脂；</p><p>　　（11）加工前應(yīng)清除工作臺(tái)上、刮板以及樹脂槽內(nèi)漂浮的固化樹脂屑；</p><p>　　（12）刮平測(cè)試前應(yīng)確保工作臺(tái)在樹脂液面以下，以免出現(xiàn)碰撞，損傷刮板和工作臺(tái)的情況；

92、</p><p>　　（13）調(diào)整工作臺(tái)的初始位置與液面相平；</p><p>　　（14）加工開始后，注意觀察前幾層的掃描及粘結(jié)情況，優(yōu)化相應(yīng)參數(shù)設(shè)置，以保證加工正常進(jìn)行；</p><p>　?。?5）加工完畢后，升起工作臺(tái)，待液態(tài)樹脂被淋凈后鏟下工件，并及時(shí)清理工作臺(tái)及槽內(nèi)的固化樹脂屑； </p><p>　　（16）依次關(guān)閉激光器、伺服

93、電源、Rp Build程序； </p><p>　?。?7）如不加工下一批工件，應(yīng)依次關(guān)閉激光、光路、驅(qū)動(dòng)、溫控、樹脂循環(huán)；</p><p>　?。?8）每周檢測(cè)樹脂粘度，并對(duì)液態(tài)樹脂進(jìn)行20分鐘左右的攪拌；</p><p>　?。?9）滾珠絲杠與導(dǎo)軌每月需用絲綢織品擦洗一次，涂新潤(rùn)滑油；</p><p>　?。?0）每3個(gè)月水平校正一次整機(jī)

94、，制件的尺寸精度校正為每光路系統(tǒng)調(diào)整一次就需要校正一次；</p><p>　?。?1）工作時(shí)需要佩戴橡膠手套，以避免液態(tài)樹脂直接接觸皮膚。</p><p>　　3.3.3.2 制件前檢查：</p><p>　?。?）刷新激光功率，看是否在220以上；</p><p>　?。?）檢查真空吸附；</p><p>　　（3）

95、檢查網(wǎng)板是否干凈；</p><p><b>　?。?）檢查零位；</b></p><p>　　（5）戴橡膠手套檢查刮平是否有附著物；</p><p>　?。?）查看浮塊的位置，看是否需要添加液態(tài)樹脂；</p><p>　?。?）對(duì)待制件進(jìn)行仿真檢查。</p><p>　　3.4 鼠標(biāo)原型件的后期處

96、理</p><p>　?。?）將鼠標(biāo)原型件上的液態(tài)樹脂淋凈，取出；</p><p>　?。?）把網(wǎng)板清理干凈；</p><p>　?。?）檢查導(dǎo)軌，刮板等是否濺到液態(tài)樹脂，并清理干凈；</p><p>　?。?）稱量制件的毛重，為20g，并記錄在記錄本上；</p><p>　?。?）去除制件上的支撐，注意不要將工件損壞

97、；</p><p>　　（6）放入無水酒精中用細(xì)毛刷仔細(xì)清洗，不好清洗的地方應(yīng)用注射器吸取酒精沖洗，至少清洗兩遍，待不黏手時(shí)方可；</p><p>　?。?）晾干，放入固化箱中固化11分鐘；</p><p>　　（8）取出，稱量制件的凈重，為14g，并記錄在記錄本上；</p><p>　　（9）用180#～2000#的砂紙，從小標(biāo)號(hào)到大標(biāo)號(hào)逐

98、次打磨，尤其注意階梯面及支撐點(diǎn)處一定要打磨光滑；</p><p>　?。?0）用洗衣粉水清洗，將附著在表面上的樹脂粉末清洗干凈，否則在下面制作過程中，未清理干凈的樹脂粉末會(huì)影響硅膠模具的質(zhì)量，并且最終會(huì)影響澆注件的質(zhì)量。</p><p>　　如圖3.14所示為經(jīng)過打磨并清洗的鼠標(biāo)上蓋原型件。</p><p>　　圖3.14 鼠標(biāo)上蓋原型件</p>&l

99、t;p>　　4 硅膠模具的制作工藝及真空注型</p><p>　　4.1硅膠模具的澆注設(shè)備</p><p>　　本次課題所采用的澆注設(shè)備是真空澆注成型機(jī)（如圖4.1所示）。</p><p>　　圖4.1 真空澆注成型機(jī)</p><p>　　真空澆注成型機(jī)的技術(shù)原理：將模具材料或成型零件材料按一定的比例混合后放入容器，然后將容器放入真空澆

100、注成型機(jī)中攪拌、抽真空，澆注到模架或模具中，待固化成型后取出模具或產(chǎn)品零件。其特點(diǎn)是復(fù)雜形面的零件脫模容易，無需考慮分型及斜抽芯。適合于數(shù)十件注塑件的快速制造。</p><p>　　真空澆注成型機(jī)的技術(shù)功能：</p><p>　?。?）采用負(fù)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)真空泵，形成穩(wěn)定的真空負(fù)壓；</p><p>　?。?）采用電子安全壓力閥，保證了設(shè)備運(yùn)行的安全性；</p&g

101、t;<p>　?。?）攪拌器轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)，適用于不同組分的材料；</p><p>　?。?）特殊結(jié)構(gòu)攪拌器，攪拌阻力小、攪拌均勻；</p><p>　?。?）設(shè)備抽真空速度快，5秒內(nèi)可達(dá)到－0.06Mpa的負(fù)壓；</p><p>　?。?）輻射加熱，保證真空室溫度均勻。</p><p>　　真空澆注成型機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域：真空澆注成型

102、機(jī)可用于硅橡膠模具、聚氨酯模具的快速制造，小批量注塑零件的真空澆注成型，廣泛應(yīng)用于汽車、家電、輕工、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)機(jī)械及軍工等行業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)和小批量生產(chǎn)。</p><p>　　4.2 硅膠模具的制造流程</p><p>　　如圖4.2所示為硅膠模具的快速制造工藝流程，我們本次課題就是按照這個(gè)流程來完成的。</p><p>　　圖4.2 硅膠模具的快速制造工藝流程<

103、/p><p>　　4.2.1 制作母模</p><p>　　母模成最終成件的正形，對(duì)母模的要求如下幾點(diǎn)：</p><p>　?。?）不會(huì)阻礙硅膠模的固化；</p><p>　?。?）有足夠的尺寸精度；</p><p>　?。?）能拋光至要求的表面光潔度；</p><p>　?。?）為了便于上下模在剖

104、切時(shí)分離，對(duì)原型樣件中的通孔，在樣件內(nèi)表面上粘貼透明膠帶。對(duì)不易脫模的原型樣件，噴少許脫模劑。</p><p>　　針對(duì)本次課題所設(shè)計(jì)的鼠標(biāo)上蓋模型，需要將其上表面的按鍵孔和滾輪孔用透明膠帶貼住，并且為了使脫模容易，應(yīng)噴少許脫模劑。</p><p>　　4.2.2 分析鼠標(biāo)上蓋原型，確定分型面</p><p>　　為了使脫模較為方便，不損傷模具，避免模具變形或影響模

105、具應(yīng)有的壽命，分型面應(yīng)選在鼠標(biāo)上蓋原型的下表面。</p><p>　　4.2.3 粘貼分型線</p><p>　　因?yàn)槟＞邼沧⒑煤螅枰玫陡罘中兔孢M(jìn)行分模，所以需要在鼠標(biāo)上蓋原型的分型面的邊緣上，粘上沿分型面畫線的透明膠帶作為分型線標(biāo)記，以備后面的操作中分模用。</p><p>　　4.2.4 硅膠?？虻闹谱?lt;/p><p>　　根據(jù)鼠標(biāo)上

106、蓋原型的大小，用薄板制成?？?，并用膠帶和強(qiáng)力膠密封框板之間的縫隙，然后將母模和澆口粘在?？虻撞?，如圖4.3所示。母模與澆注框之間的間隙為10厘米到15厘米。為了開模時(shí)方便找到分型面的位置，我在模框的內(nèi)側(cè)用記號(hào)筆大致畫出了分型面的位置。</p><p>　　圖4.3 放置好母模的模框</p><p>　　4.2.5 硅膠的計(jì)量。</p><p><b>　　

107、所制的?？蝮w積為；</b></p><p>　　硅橡膠與固化劑的比例為100:2.3；</p><p><b>　　硅膠的密度為；</b></p><p><b>　　硅膠的質(zhì)量為；</b></p><p><b>　　固化劑的質(zhì)量為。</b></p>

108、<p>　　4.2.6 硅膠的一次脫泡</p><p>　　硅膠與固化劑混合后，室溫下即進(jìn)行反應(yīng)，并釋放低分子醇，為使醇分子脫離膠體，需在負(fù)壓下排泡1-3分鐘，故需要在真空澆注成型機(jī)中完成操作。將稱量好的硅膠置于A杯中，將稱量好的固化劑置于B杯中，放入真空澆注成型機(jī)，令其在真空下攪拌2分鐘。如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.4硅膠的一次脫泡</p>&l

109、t;p>　　4.2.7 硅膠的二次脫泡</p><p>　　待一次脫泡完成后，將硅膠倒入?？蛑?，注意要沿著?？蜻吘壍?，不要將原型件壓倒，如圖4.5所示。將?？蛑糜谡婵諠沧⒊尚蜋C(jī)中，進(jìn)行二次脫泡，脫去硅膠在澆注過程中夾雜的氣泡，保證型腔內(nèi)特征的完整性。二次脫泡的時(shí)間應(yīng)略長(zhǎng)于一次脫泡的時(shí)間，取3分鐘。</p><p>　　圖4.5 將硅膠倒入模框中</p><p>

110、;　　4.2.8 硅膠模具的固化</p><p>　　從真空澆注成型機(jī)中取出澆注好的硅膠模具，在室溫下放置至其完全固化。選擇不同品種的膠料固化時(shí)間有所差異。如圖4.6所示。</p><p>　　圖4.6 固化后的硅膠模具</p><p>　　4.2.9拆除?？颉⒌镀书_模具并取出原型件</p><p>　　待硅膠完全固化以后，拆除?？?，切除硅膠

111、模具上的毛邊。開模的時(shí)候，刀尖要走直線，刀尾走波浪線，沿著事先畫好的分型面線，將硅膠模具割開，取出母模。切割時(shí)使靠近硅膠模具外緣的切口成波浪形，靠近母模處的切口比較光滑，凸凹波浪能使上下模精切地對(duì)準(zhǔn)定位。</p><p>　　4.2.10 后處理</p><p>　　后處理主要包括：清除型芯、型腔中由于開模過程中留下的小顆粒；如發(fā)現(xiàn)型芯、型腔中有小缺陷，可配置一些膠水，如AB膠，進(jìn)行模具的

112、修補(bǔ)，待固化后即可使用。如圖4.7所示即為用手術(shù)刀分開的硅膠模具。</p><p>　　圖4.7用手術(shù)刀分開的硅膠模具</p><p><b>　　4.3 真空注型</b></p><p>　　硅膠模具制作完成之后，就可以采用AB水在真空狀態(tài)下注型，對(duì)原型樣件進(jìn)行復(fù)制，其過程為：</p><p>　　(1)澆注前需要對(duì)硅

113、膠模進(jìn)行預(yù)處理。首先應(yīng)進(jìn)行必要的清理工作，例如清除溝槽內(nèi)的殘留物，檢查排氣孔是否堵塞等。我們用固定樣件的圓棒所形成的孔來代替澆口，但由于澆口所處的位置是硅膠模的最高處，所以我們打算在澆注時(shí)將硅膠模傾斜放置，并在一些AB水不易充滿的死角處，用氣針開出氣孔。</p><p>　?。?）噴灑離型劑，組合硅膠模。為了便于澆注件從硅膠模中取出，需要在模具型腔表面噴灑離型劑，特別是深溝槽、深孔等難以脫模處。然后將硅膠模上下模