实验指导书_快速成型制造技术_201308.doc

实验一：零件的快速成型技术
课程编号：
课程名称：快速成型制造技术
一、实验目的
了解和掌握激光快速制造技术，了解薄型材料选择性切割（LOM：Laminated Object Manufacturing 分层物体制造）机理，培养学生综合分析问题和解决问题的能力，提高学生动手实验和实践的能力。
二、实验的主要内容
样件的快速成形制造
三、实验设备和工具
本实验采用ZIPPY-I-b型激光快速成型机。该设备采用二氧化碳激光发生器。
四、实验原理
• 一、零件快速成型的原理
快速成型技术是由CAD模型直接驱动，快速制造任意复杂形状的三维物理实体的技术。其核心是由CAD模型直接驱动，其基本过程包括；
1． CAD模型设计：主要解决零件的几何造型，因此需有较强的实体造型或曲面造型功能，并与后续的软件具有良好的数据接口。目前大多数商业软件均配有STL数据转换接口，如PRO/E，UG，MDT，CATIA等。
2． Z向离散化：这是一个分层过程，它将CAD模型在Z向上分成一系列具有一定厚度的薄层，厚度在0.05~0.3mm之间。离散化破坏了零件在Z向的连续性，使之在Z向产生了“台阶”。但从理论上讲，只要将分层厚度定得合理，就可以满足零件的加工精度要求
3． 层面信息处理：为控制成型机对层面的加工轨迹，就必须把层面的几何形状信息转换成控制成型机运动的数控代码。
4． 层面加工与粘接：成型机根据控制指令进行二维扫描。同时进行层与层的粘接。
5． 层层堆积：当一层制造完毕后，成型机工作台下降一个层厚的距离，再加工新的一层，如此反复进行直至整个原型加工完毕。对完成的原型进行后处理，如深度固化、去除支撑、打磨、着色等，使之达到要求。
• 二、零件分层数据的产生方法
首先由CAD三维造型软件生成产品三维曲面模型或实体模型；然后将CAD数据模型网格化处理后生成三角形面化数据模型，即STL数据模型；然后再利用切片软件，将所表达的三维数据模型用一系列平行于XY平面，在Z方向有一定间距的平面来切割，以生成一层一层的截面轮廓信息，每一层的边界是由许多小线段组成，同时对轮廓截面网格划分；最后再对分层信息进行NC后置处理，生成控制成型机的数控成型代码，并进行分层制造，层层迭加，最后形成产品的三维原型。
• 三、LOM型激光快速成型设备的组成
计算机、原料存储及送进机构、热粘压机构、激光切割系统、可升降工作台和数控系统、模型取出装置和机架等组成。
五、实验方法和步骤
实验开始前首先调用CAD系统中的STL文件格式转化模块将三维CAD模型转化为STL格式文件，并使用MagicRP软件对STL文件进行检查处理，确定加工方向并进行加工模拟。
1．数据准备
加载STL文件→修改系统参数设置→零件缩放和定位→加网格和边框
2．快速成型制作
设备准备→启动成型软件→选择工艺参数→数控系统初始化→手工制作工艺基础层→造型→退出系统
3．下件及后处理
下件→用夹具固定冷却→剥除废料→零件表面涂清漆并烘开
六、实验报告主要内容及要求
1、本次实验的详细步骤及注意事项。
2、回答思考题：
①在ZIPPY-I-b型激光快速成型机加工制件时，零件当前加工高度是怎样获得的？
②成型高度方向对纸件的强度有无影响？
③激光头的功率和激光头加工时的运动速度对成型精度有无影响？对剥件有无影响？
④是否每一次切割只能加工一层纸？
七、实验注意事项

实验二：逆向工程技术实验
课程编号：
课程名称：快速成型制造技术
一、实验目的
了解逆向工程的基本原理和工作流程，初步掌握使用柔性关节臂式三坐标扫描仪系统对样件进行测量的方法，并了解利用测量所得的数据进行三维重构的过程。
二、实验的主要内容
样件外形测量与三维重构过程演示。
三、实验设备和工具
柔性关节臂式三坐标扫描系统
装有IMAGEWARE软件的计算机
四、实验原理
1．三维测量的方法简介
不同的测量对象和测量目的，决定了测量过程和测量方法的不同。
2．非接触式测量的三角测量原理
激光探头的测量原理目前均以三角法为主。如下图所示，激光由激光二氧化碳激光发生器产生，经聚光透镜（F1）投射到工件表面，由于光束反射作用，部份光源经固定透镜（F2）聚焦后投射在光传感器（D）上。当物体沿y方向上下运动或者探头沿y方向移动，其散射光投射在光传感器的位置（X）亦将改变。
3．柔性关节臂式三坐标扫描仪系统简介
柔性关节臂式三坐标扫描仪系统由柔性关节臂式（FARO）三坐标测量机和Kreon激光扫描系统构成。
Kreon激光扫描系统是基于激光截面三角测量的原理，对工件表面进行非接触式的扫描，在激光线条上采集非常密集的数字化(坐标)点，通过与电子控制器(ECU)的连接，记录激光线与工件相交的位置。摄像机摄取激光线位置获得立体影像，ECU电子控制器对每条激光线条上所记录的600个坐标点在Z轴方向的位置，以初始校正时所记录的绝对零位为依据作重复计算。
4．三坐标测量技术在逆向工程上的应用
测量数据的三维实体重构是目前逆向工程领域研究的“瓶颈”，实际应用中，因原始数据的获取方式、三维重构支撑环境、三维重构方法和目标不同，其理论依据、技术路线、算法和工作内容有较大差异。
数据压缩、曲线曲面的光顺处理噪声去除、数据匀化数据预处理曲面重构特征提取与数据分块
五、实验方法和步骤
1．启动Kreon激光扫描系统→选择机器→选择标定文件→标定。
2．新建文件→确定扫描步距、频率等→对样件进行扫描
扫描完成后，可用Face功能检查，未扫到部分再换方向局部补扫。
3．将已扫的结果点云过滤→将结果输出，保存为逆向工程软件所用的格式文件。
4．在IMAGEWARE软件中处理测量所得的数据，并进行部分曲面重构，得到局部三维模型，最后在三维CAD软件中继续进行样件的三维造型设计。
三维实体重构的任务是：
l 将测量数据按实物原型的几何特征进行分割，
l 针对不同数据块采用不同的曲面建构方案（如初等解析曲面、B-spline曲面、Bezier曲面、NURBS曲面等）进行造型，
l 将这些曲面块拼接成实体。
六、实验报告主要内容及要求
1、本次针对样件进行三维扫描重构实验的步骤及注意事项。
2、回答思考题：
①获取实物的表面数据的方法一般有哪几种？
②三坐标测量机的应用可用于哪些方面？
③被扫描的物体的表面特性（软、硬，特征大、小，有无内部深孔式特征等）对于扫描有无影响？
④是否每一种物体都适用同一种方式进行逆向设计？
七、实验注意事项