《材料成型综合实验》3D打印实验报告

《材料成型综合实验》3D打印实验报告一、实验目的1、掌握快速成型加工原理、方法及在模具加工中的应用；2、了解快速成型机床的组成、工作原理和操作方法。

二、实验仪器HTS-400pl快速成型机、树脂丝材、计算机等三、实验原理3D打印即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉未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。

RP技术基本原理：离散—堆积（叠加）。

3D打印技术与激光成型技术基本上是一样的。

简单来说，就是通过采用分层加工、迭加成形，逐层增加材料来生成3D实体。

称它为“打印机”的原因是参照了其技术原理，3D打印机的分层加工过程与喷墨打印机十分相似。

首先是运用计算机设计出所需零件的三维模型，然后再根据工艺需求，按照一定规律将该模型离散为一系列有序的单位，通常在Z向将其按照一定的厚度进行离散，把原来的三维CAD模型变成一系列的层片；然后再根据每个层片的轮廓信息，输入加工参数，然后系统后自动生成数控代码；最后由成型一系列层片并自动将它们连接起来，最后得到一个三维物理实体。

四、实验过程基本过程如下：对要打印的零件进行三维建模，绘制三维图形，保存STL通用格式。

用3D 打印软件打开保存的STL格式的零件，在3D打印软件中设置相关打印参数，生成路径。

将3D软件生成的GSD格式用插卡的形式放在打印机里。

随后启动打印机即可。

实验的详细过程如下：首先进行的三维模型构建经常使用的软件有Pro/E、UG、SolidWorks、激光扫描、CT断层扫描等。

然后要对三维模型做近似处理，也就是用三角形平面来逼近原来的模型（STL文件）。

近似处理后进行切片处理，即对加工方向（Z方向）进行分层（间隔一般取0.05m--0.5mm，常用0.1mm ）。

之后进行打磨、抛光、涂挂、烧结等后处理步骤。

最后成型加工。

成型头（激光头或喷头）按各截面轮廓信息扫描。

其中分解（离散）过程由计算机完成，组合（堆积）过程由成型机完成，后处理过程中的结构与性能的加强由其他辅助设备完成。

五、实验注意事项1、保存耐压壳三维模型时，应注意保存格式；2、在输入加工参数时应仔细，以免漏输参数，对打印带来损失；3、打印过程中和刚打印结束时，应避免碰撞打印机内部的结构和打印件，以免烫伤；4、取出打印件内部的支撑物时，应小心，动作慢，避免破坏耐压壳。

六、思考题1、简述基于快速成型技术的快速制模工艺？第一、能够快速成型是他最大的特征，也就是说模具成型产品的方案规划到实施生产周期变短，对目前的新型产品的开发具有积极的作用。

.第二、可选用的制作材料范围比较广，除了原有的化学塑料以及树脂以外，还可以选用陶瓷金属复合型材料等等相关的各种材料。

第三、可以实现方案优化和制作实施整合在一起，达到一个高水平的信息数据集成，也就是说从整个模具制造的程序控制以及材料的选型，包括生产过程中的激光切割，以及所选用的电脑装备，甚至说是整个过程当中进行的仿真模拟，以及实际生产过程中的数控加工，操作等都可以整合在一起进行。

第四、本身的制作的形态，不受相关条件的限制和约束。

.第五、是生产的周期短，速度快，而且在生产过程当中智能化的程度非常高，这样一来能够缩短生产周期，降低成本。

第六、必须针对原来已经有的模型，如果说需要替换的话，可复制性高。

第五、由于智能化程度比较高，即使产品的结构相对比较复杂，也不会加大制作的成本和时间。

第七、模具的原有的形状，不影响到制作的过程。

2、讨论影响3D 打印精度的因素？3D打印机器自身的精度、分层厚度、喷嘴温度、耗材类型、喷嘴直径。

三、每个实验项目涉及的材料成型方法的优缺点及适用场合比较（1）塑模：优点：高纯净度、高精度、高均匀性、质量好，强度、耐热性好，受压不宜变形，成型工艺简单，生产率高，具有一定的机械性能；缺点是：成型工艺复杂，生产效率低，耐热性差，刚度较低。

塑料制作模具应用的领域特别多，其中在生产各种工业产品时都离不开塑料制品。

其中在电子航空、航天、机械、船舶、汽车等工业部门的应用都是比较多的，而且产品对模具的要求也比较高。

传统的模具设计方法，已经没有办法适应如今人们的要求，所以会通过计算机辅助工程技术等等来提高生产力以及品质。

适用场合：注塑模具在加工当中应用率也是比较高的，在各种数控加工都可以用到，比如说加工中心以及数控电火花加工和数控线切割加工在模具数控加工当中的应用也特别常见。

因为现在有很多制造业当中的产品构件成型加工几乎都是需要使用模具来完成的，所以说模具产业现在的需求量特别大，塑料模具生产同样也是如此。

（2）冲模：冲压成型加工无论在技术方面，还是在经济方面，都具有许多的优点，主要表现在以下几方面：(1)尺寸精度由模具来保证，所以加工出来的零件质量稳定、一致性好，具有“一模一样”的特征(2)冲压成型可以获得其他加工方法所不能或难以制造的壁薄、质量轻、刚性好、表面质量高、形状复杂的零件；(3)材料利用率高，属于少、无屑加工；(4)效率高、操作方便，要求的工人技术等级不高；(5)模具使用寿命长，生产成本低。

冲压成型加工存在以下缺点：(1)噪声和振动大；(2)模具精度要求高、制造复杂、周期长、制造费用昂贵，因而小批量生产受到限制；(3)如果零件精度要求过高，冲压生产难以达到要求。

适用场合：目前，级进模的使用范围是相当广的，它可以加工多种材质，比如不锈钢、铝、碳钢、铜等金属材料。

（3）电火花切割：1）电火花线切割能切割加工传统方法难于加工或无法加工的高硬度、高强度、高脆性、高忍性等导电材料及半导体材料。

2）由于电极丝极细，可以加工细微异形孔、窄缝和复杂形状零件。

3）工件被加工表面受热影响小，适合于加工热敏感性材料。

同时，由于脉冲能量集中在很小的范围内，加工精度较高，线切割加工精度可达0.02~0.01mm,表面粗糙度可达Ra1.6μm。

4）加工过程中，工具与工件不直接接触，不存在显著的切削力，有利加工低刚度工件。

5）由于切缝很细，而且只对工件进行轮廓加工，实际金属蚀除量很少，材料利用率高，对于贵重金属加工更具有重要意义。

6）与电火花成形相比，以线电极代替成形电极，省去了成形工具电极的设计和制造费用，缩短了生产准备时间。

电火花线切割加工的缺点是生产率低，且不能加工盲孔类零件和阶梯表面。

电火花线切割主要用于各种冲模、塑料模、粉末冶金模等二维及三维直纹面组成的模具及零件。

也可切割各种样板、磁钢、硅钢片、半导体材料或贵重金属，还可进行微细加工，异形槽和试件上标准缺陷的加工。

广泛用于电子仪器、精密机床、轻工、军工等。

（4）雕刻机加工：激光雕刻的优点：1、精度高在雕刻精度上，激光雕刻机的光源直径非常小，所以激光雕刻机的精度会非常高，而刀具雕刻机本身刀具具有一定的刀宽，在精度上除了机器本身的质量还包含刀具的精度要求。

2、不需要固定激光雕刻机是非接触加工物件，对于平面雕刻来说就不需要固定工件了。

而机械雕刻是接触加工物件，所以要求对物件进行固定。

3、雕刻图片激光雕刻机可以雕刻照片，可以直接把GIF格式的照片进行雕刻，而刀具雕刻就做不到这一点。

激光雕刻机的缺点：1、无法深度雕刻激光雕刻机在金属材料上很难做到有深度的雕刻，也仅可能是金属表面的雕刻。

而机械雕刻机就可以做到一定深度的雕刻甚至是切割。

2、产生有害气体激光雕刻在工作过程中会产生有毒气体，需要特定的空气净化系统才能往空气中排放。

而刀具雕刻机就不会对空气产生污染。

适用场合：1.家具行业数控雕刻机广泛应用于家具加工中。

在我们的日常生活中，各种家具都是由雕刻机制成的，如橱柜、门、床、桌子、椅子、厨房柜台和许多其他家具。

数控雕刻机大大节省了劳动力成本。

2.服装行业与手工操作相比，数控雕刻机有许多优点。

首先，手工切割衣服需要在织物上留出额外的空间，以提高切割效率。

数控雕刻机不需要这个。

它可以直接切割，实现材料的最大利用。

第二，手工剪衣服很慢。

如果你需要大规模生产，你必须雇佣更多的工人。

这肯定会带来更多的钱。

数控雕刻机可以有效地制作适合大规模生产的衣服。

第三，手工切割不能保证高切割精度，准确的尺寸是服装消费者最关心的问题之一。

数控雕刻机可轻松实现高切割精度，加工过程中无误差。

3.乐器行业制作乐器也是数控雕刻机非常适合的行业。

数控雕刻机可以制造钢琴、吉他、小提琴小提琴等乐器。

我们都知道乐器对于精度和美感有很高的要求，若加工精度存在一定差距，可影响乐器的音准。

使用数控雕刻机使仪器达到高精度，输出高质量的仪器。

更重要的是，仪器需要在表面雕刻美丽的图案。

使用数控雕刻机，轻松雕刻精美的图案。

成品尺寸准确，雕刻表面完美。

（5）3D打印一、成品速度快快速、高效、低成本的3D打印和注塑工艺已取代了耗时且昂贵的制造技术。

现在，新开发人员可以获得注塑成型报价，并且几乎可以立即知道将新产品推向市场的成本。

注塑成型是制造大量相同塑料零件的具有成本竞争力的技术，一旦创建模具并设置机器后，就可以非常快速且低成本地制造其他零件。

二、构型精准多样3D打印可以轻松制造复杂的形状，其中许多形状无法通过任何其他制造方法来生成。

即使形状再复杂，利用3D打印技术也能完成产品设计及制造。

在飞机、汽车等精密零部件制造方面拥有突出优势。

三、无须机械加工3D打印技术不需要机械加工或任何模具，就可以直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件。

这样做，可以大大地缩短产品研制周期，提高生产率、降低生产成本。

和传统技术相比，3D打印技术通过摒弃生产线而降低了成本，减少了材料浪费。

四、产品定制化3D打印不仅可以提供更大的设计自由度，还可以完全定制设计。

由于当前的3D 打印技术一次只能制造少量零件，因此非常适合小批量定制化生产。

该定制化概念已被医学、牙科、骨科等领域所接受，用于生产定制义肢、植入物和牙科矫正器具等。

从量身定制的完美适合运动员的高级运动装备、跑鞋到定制太阳镜、耳环，3D打印可经济高效地一次性生产定制零件。

当然，3D打印不光有优点，同样也有不足之处。

下面几点，是3D打印技术应用过程中体现出的劣势。

随着技术的进步和相应研究成果的取得，未来这些状况有望得到改善。

一、打印效果受材料限制虽然高端工业可以实现塑料、某些金属或者陶瓷打印，但目前无法实现打印的材料都是比较昂贵、稀缺的。

从整个产业来看，材料质量的稳定性、易用性等还有待提高，新型材料研发面临的瓶颈也难以在短时间内取得突破。

此外，一些3D 打印设备还没有达到成熟的水平，无法支持在日常生活中人们所接触到的各种材料。

二、成品是否坚固耐用房子、车子固然能“打印”出来，但能否抵挡得住风雨，能否在路上顺利跑起来？3D打印目前比较常用的是高分子材料，而每种材料都有自己的熔点以及流体等各种性能，3D打印很难实现将目前各种材料配合，从而导致打印的成品脆性大等缺点。