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1、 成绩 西南科技大学城市学院 City College of Southwest University Of Science and Technology 《快速成型技术与应用》项目设计说明书 2013～2014学年第2学期 设计题目： 阿帕奇直升机的零件成型 题目类别： 快速成型 指导教师： 高旭芳 专业班级： 机制1103班
2、 姓 名： 李宏 学 号： 201140269 日 期： 机电工程系 制项目 报 告 实验名称 阿帕奇直升机的零件成型 指导老师 高旭芳 实验时间 实验地点 C-618 同组人 机制1103班第四组 试验目的 掌握pre三维建模成型基本流程，掌握ModelWizard软件的主要功能。 实验原理 该实验是采用PROE三维软件进行建模，而PROE的
3、系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/ENGINEER还提供了全面、集成紧密的产品开发环境。是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能的综合性MCAD软件。 该实验还采用3D打印技术—快速成型技术(Rapid Prototyping)，快速成型技术是对零件的三维 CAD 实体模型 ,按照一定的厚度进行分层切片处理,生成二维的截面信息,然后根据每一层的截面信息 ,利用不同的方法生成截面的形状。这一过程反复进行,各截面层层叠加,最终形成三
4、维实体。分层的厚度可以相等,也可以不等。分层越薄,生成的零件精度越高 ,采用不等厚度分层的目的在于加快成型速度。 FDM —熔融沉积制造工艺原理如图所示。成形时，丝状的成形材料和支撑材料由送丝机构送至各自对应的 微细喷头，在喷头的挤出部位被加热至熔融或半熔融状态。喷头在计算机控制 下，按照模型的CAD分层数据控制的零件截面轮廓和填充轨迹作 X-Y 平面运动；同时在恒定压力下，将融化的材料以较低的速度连续的挤 出并控制其流量。材料被选择性的沉积在层面指定位置后迅速凝固，形成截面轮廓，并与周围的材料凝结。一层截面完成后 ，工作台下降一层的高度（0.25-0.75mm） ，再继续进行下一层的沉积
5、如此重复 ，直至完成整个实体的造型。 该实验是采用熔融沉积制造，它是对零件的三维 CAD 实体模型 ,按照一定的厚度进行分层切片处理,生成二维的截面信息,然后根据每一层的截面信息 ,利用不同的方法生成截面的形状。这一过程反复进行,各截面层层叠加,最终形成三维实体。分层的厚度可以相等,也可以不等。分层越薄,生成的零件精度越高 ,采用不等厚度分层的目的在于加快成型速度。并且不依靠激光制作成型能源，而将各种丝材加热熔化进而堆积成喷头在计算机的控制下，根据产品零 件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动；热塑性丝材由供丝机构送至喷头，并在喷头被加热熔化成半液态，然后被挤压出 来，有选择性地涂覆在工作台上
6、快速冷却后形成一层薄片轮廓。一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的涂覆，好像一层层的“画出”截面轮廓，如此循坏，最终形成三维零件 在得到零件三维实体后，要完成最终造型，必须得到每一层的二维截面信息，所以必须对三维模型进行分层处理。目前最普遍的方法是采用美 国 3D System 公 司 开 发 的 STL(Sterolithgraphy)文件格式。这种文件格式是将CAD表面离散化为三角形面片，如图8所示。根据实体的表面曲率，实体的表面由众多的三角形面片组成，不同的精度时有不同的三角形网格划分。如图为对同一直径的球体在不同精度条件下的表面三角形面片表示 STL格式文件三角
7、面片表示 不同精度条件下球体表面三角片面表示 实验方法与步骤 1、阿帕奇直升机零件快速成型 1.1任务模型： 1.1.1阿帕直升机制作简介 波音AH-64“阿帕奇”武装直升机（英语：Boeing AH-64 Apache helicopter gunships）是现美国陆军主力武装直升机，发展自美国陆军上个世纪七十年代初的先进武装直升机（Advanced Attack Helicopter，AAH）计划，以作为AH-1眼镜蛇攻击直升机后继机种。AH-64武装直升机现已被世界上13个国家和地区使用，包括日本、中国台湾和以色列。AH-64以其卓越的性能、优异的实战表现，自
8、诞生之日起，一直是世界上武装直升机综合排行榜第一名。为AH-64的基本型双座攻击直升机，引擎为两具通用电气T700涡轮轴发动机，安装在旋转轴的两旁，排气口位于机身较高处。座位是一前一后，正驾驶员在后上方，副驾驶员兼火炮瞄准手在前。固定武装为一门 30mm M-203链炮。两侧的短翼上有四处武器挂载点，可搭载雷射导引的AGM-114地狱火反战坦克导弹，Hydra 70mm火箭。 整体结构如图1所示，此模型最重要是先根据二维图构建三维图，先绘制机身部分，在绘制其他零件， 图1 三维总装图 1.1.2后轮制作任
9、务 直升机的后轮在直升机的起降过程中有着重要的作用。 图2 降落后轮缓冲 1.1.3 火箭发射器制作任务 机身两侧各有一个短翼，每个短翼各有两个挂载点，每个挂载点能挂载一具M-261型19联装2.75英寸 （70mm）Hydra-70火箭发射器（或是M-260型七联装70mm火箭发射器）、一组挂载AGM-114地狱火(Hellfire)反坦克导弹的四联装M-299型导弹发射架。 图3 士兵装填火箭筒 图4 空中发射火箭筒弹药 1.2 零部件的创建 1.2.1 火箭发射器的创建 1.建立坐标系平面 图 5坐标系 2.画截面用旋转命令得圆柱
10、 图 6 绘制草图 图 7 旋转得圆柱 3.拉伸得到中间的圆形通孔 图 8 中心处圆形通孔 图 9 圆形通孔 4.阵列得到环形通孔 图 10 阵列通孔 5.利用上两步相同的命令得到最外圈的环形圆通孔 图 11 圆形通孔 图 12 阵列通孔 6.创建截面利用旋转命令得到实心圆柱 图 13 截面圆 图 14 旋转得实心圆柱 7.利用上步相同的命令在中外圈创建并阵列 图 15 旋转得实心圆柱 图 16 阵列实心圆柱 8.捡截面拉伸的两支柱 图 17 拉伸得支柱 1.2.
11、2 后轮的创建 1.创建基本的坐标系 图 18 空间坐标系 2.绘制基本的框架，然后拉伸 图 19 绘制草图 图 20 拉伸得实体 3.绘制轮廓线 图 21 轮廓线 4.使用扫描命令得到如图圆管 图 22 扫描得圆管 5.倒圆角得到轮子 图 23 倒角 6.绘制轮廓线并拉伸 图 24 绘制轮廓线 图 25 拉伸得实体 7.使用镜像命令得到对称图形 图 26 镜像 8.倒圆角是轮廓圆滑 图 27 倒圆角 1.3 3D打印阶段 传统打印，都是成像技术，而3D打印（3D
12、printing）是一种成型的新技术，即快速成型的新技术的典范。 传统制造业通过模具、机械加工方式对原材料定型、切削以最终加工生产成品，3D打印室完全不同的工艺与方法，3D打印将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂程度。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、不需要庞大的机床、不需要众多的人力，直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件或产品，使生产制造得以更广延伸。 3D打印的价值体现在想象力驰骋的各个领域，让“天马星空”转变为“脚踏实地”的可能，人们利用3D打印为自己所在的领域贴上了个性化的标签。如3D打印马铃薯、巧克力、小镇模型，甚至扩展汽
13、车和飞机。3D打印行业的发展犹如其定义本身，始终凸显着“创新突破”这一关键特质。国家工信部制定了“3D打印”路线图和中长期发展战略，将推动“3D打印”产业化。 1.3.1后轮3D打印阶段 图28 载入模型 图29进行分层处理 图30 分层结果 预估打印机器正被占用 图31 预估打印 1.3.2 火箭发射器3D打印 图32 载入模型 图33 分层处理 图34 分层结果 预估打印机器正占用中 图35 预估打印 1.4 工程图绘制 在Proe中打开后轮的三维图 图36 后轮三维图
14、 进入工程图界面创建工程图 图37 工程图创建 保存副本为DWG格式，在CAD中打开并标注 图38 CAD标注 在Proe中打开火箭发射器的三维图 图39 火箭发射器三维图 进入工程图界面创建工程图 图40 工程图创建 保存副本为DWG格式，在CAD中打开并标注 图41 CAD标注 1.5打印模型后处理 用胶水对粘合，并对其表面进行打磨处理，最后对外表面上漆（如图42） 图42 成型后处理 实验心得、体会 通过对阿帕奇机身快速成型试验，掌握pre三维建模成型基本流程，掌握ModelWizard
15、软件的主要功能。 快速成型技术(Rapid Prototyping)是 20 世纪80年代中后期发展起来的一项新型的造型技术。RP技术是将计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机数控技术(CNC)、材料学和激光结合起来的综合性造型技术。RP经过十多年的发展 ,已经形成了几种比较成熟的快速成型工艺光固化立体造型(SL-Stereo lithography)、分层物体制造(LOM-Laminated Object Manufacturing)选择性激光烧结(SLS-Selected Laser Sintering)和熔融沉积造型(FDM-Fused Deposition Mod
16、eling)等。这四种典型的快速成型工艺的基本原理都是一样的 ,但各种方法各有其特点。FDM（Fused Deposition Modeling）工艺是由美国学者Scott Crump于1988年研制成功，其后由Stratasys公司推出商品化的3D Modeler 1000、1100和FDM 1600、1650等系列产品。后来清华大学研究开发出了与其工艺原理相近的MEM（Melted Extrusion Modeling）工艺及系列产品。[1] 目前，FDM工艺已经广泛应用于汽车领域，如车型设计的检验设计、空气动力评估和功能测试；也被广泛应用于机械、航空航天、家电、通信、电子、建筑、医学、办
17、公用品、玩具等产品的设计开打过程，如产品外观评估、方案选择、装配检查、功能测试、用户看样订货、塑料件开模前检验设计以及少量产品制造等。用传统方法需机几个星期、几个月才能制造的复杂产品原型，用FDM成型法无需任何道具和模具，可快速完成。。 而此次试验是采用的是融化沉积法（FDM法）：使用PLA材料打印，融化后的PLA材料通过挤出头，按照3D模型数据进行逐层涂布堆积成型。 其优缺点：PLA材料较为环保，成品强度和刚度高，尺寸稳定性好，适于制作组件；但打印材料受限制，打印主体完成后需手工清理。 在此次对阿帕奇直升机的机身快速成型的试验中，其中最重要的是要设计好，在进行3D打印时的排版问题，这将关系到最后成品是否美观。还有就是对产品的打印后续处理，因为有的零件尺寸很小，在拆除支撑材料的时候，容易把主材料拆坏。在这次实验中，我的任务是打印火箭发射器及后轮尺寸比较小，拆支撑材料较难拆，在拆的时候经常拆坏，所以这个问题还是值得关注。 在这次实验中，我遇到了很多问题，这些问题为我们下一次做同样或类似的实验奠定了基础，在整个实验，我们是以组为单位，这个锻炼了我们的团队协作能力。 26
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