快速成型机
快速成型技术，又称快速原型制造技术，是现代先进制造技术的重要组成部分。它基于离散/堆积成型原理，通过计算机辅助设计(CAD)模型，将三维模型按一定厚度进行分层处理，转化为二维平面模型，并逐层加工、粘结，最终堆积成三维实体零件。这一过程实现了从设计构想到实际零件的快速、精确转换。
快速成型机工作原理
1、三维模型构建：
使用CAD设计软件创建零件的三维实体模型。这些模型通常包含复杂的曲面和内部结构。
将CAD模型转换为快速成型系统可识别的文件格式，如STL(Stereolithography)文件，该文件通过一系列小三角平面来近似模型表面。
2、模型分层处理：
利用分层软件将STL文件的三维模型沿制作方向进行分层切片处理，获取每一薄层的截面轮廓及实体信息。
分层厚度直接影响零件的精度和表面粗糙度，通常分层越薄，精度越高，但加工时间也会相应增加。
3、数控加工与材料堆积：
根据分层数据，数控系统控制成型设备逐层加工。不同的快速成型工艺方法采用不同的材料和加工方式。
例如，在光固化成型(SLA)中，紫外激光照射液态光敏树脂，使其逐层固化;在熔融沉积成型(FDM)中，丝状材料(如ABS塑料)被加热熔化后从喷嘴挤出，按预定轨迹逐层沉积。
每一层加工完成后，成型设备会进行下一层的加工，直至整个零件制作完成。
4、后处理：
去除支撑结构(如果工艺需要的话)，对零件进行打磨、抛光等表面处理，以提高其表面质量和精度。
根据需要进行其他后处理步骤，如烘干、渗铜等，以满足特定的使用要求。
快速成型机工艺方法
光固化立体造型(SLA)：以液态光敏树脂为原材料，通过紫外激光逐层扫描固化成型。
选择性激光烧结(SLS)：在工作台上均匀铺上一层金属或塑料粉末，激光束按零件分层截面轮廓逐点扫描烧结成型。
熔融沉积成型(FDM)：将丝状材料加热熔化后从喷嘴挤出，按预定轨迹逐层沉积成型。
分层实体制造(LOM)：将单面涂有热溶胶的纸片通过加热辊粘接在一起，激光切割器按CAD分层模型切割轮廓成型。
一、快速成型机的特点
1、高精度：
快速成型机能够实现高精度的零件制作，通常可以达到微米级别的精度，满足对产品精度要求较高的行业需求。这种高精度得益于先进的数控技术和精密的机械结构。
2、材料多样性：
快速成型机可以使用多种材料进行加工，包括塑料、金属、陶瓷、复合材料等。这种材料多样性使得快速成型机能够适应不同领域、不同需求的应用场景。
3、快速制造：
相比传统加工方法，快速成型机能够显著缩短产品从设计到实物的周期。通过逐层堆积的方式，快速成型机能够在较短时间内完成复杂形状零件的制作，提高了生产效率。
4、设计灵活性：
快速成型机可以处理复杂的三维CAD模型，并将其转化为实际零件。无论是曲面、空心还是实心结构，快速成型机都能轻松应对，为设计师提供了极大的设计自由度。
5、成本效益：
尽管快速成型机的初期投资可能较高，但考虑到其能够缩短产品开发周期、降低试制成本并减少废品率等因素，整体而言具有较高的成本效益。
6、自动化程度高：
快速成型机通常配备有先进的数控系统和自动化装置，能够实现从模型加载、加工到成品取出的全过程自动化操作，降低了人工干预的需求和劳动强度。
7、绿色环保：
随着环保意识的提高，现代快速成型机在设计和制造过程中也更加注重环保。例如，采用环保材料、优化能源利用等措施，有助于减少环境污染和资源浪费。
二、快速成型机的用途
1、产品设计验证：
在产品开发初期，快速成型机能够快速制作原型或零件，帮助设计师验证设计方案的可行性和合理性。通过实物模型，设计师可以更直观地了解产品的外观、结构和功能，从而及时发现并解决问题。
2、模具制造：
快速成型技术还可以应用于模具制造领域。通过快速成型机制作模具原型或零件，企业能够缩短模具开发周期、降低模具制造成本，并提高模具的精度和可靠性。这对于需要频繁更换模具或生产复杂形状产品的行业尤为重要。
3、定制化生产：
随着个性化消费需求的不断增长，定制化生产已成为制造业的重要趋势之一。快速成型机能够根据客户需求快速制作个性化零件或产品，满足市场对多样化和定制化产品的需求。
4、教育与科研：
在教育和科研领域，快速成型机也发挥着重要作用。通过快速成型技术，学生可以更直观地了解产品设计和制造过程;科研人员则可以快速制作实验模型或零件，加速科研成果的转化和应用。
5、医疗领域：
医疗领域是快速成型技术的重要应用领域之一。通过快速成型机，可以精确制作出人体骨骼和器官的模型，为手术规划和教学提供重要支持。此外，快速成型技术还可以用于制作定制化的医疗器械和植入物等。
一、日常清洁与保养
1、外表面清洁：
定期对快速成型机的外表面进行清洁，去除灰尘、杂质等。可以使用干净的抹布或刷子进行清洁，同时避免使用带有腐蚀性的清洁剂。
清洁过程中，特别注意清理可能积聚在机器缝隙、接口等处的灰尘和碎屑，以防影响机器的正常运行。
2、内部清洁：
根据机器使用情况，适时清理机器内部，特别是与材料接触的部分，以防材料残留导致机器故障或影响产品质量。
二、润滑维护
定期对快速成型机的润滑部位进行润滑，保证设备的正常运转。使用适量的润滑油或润滑脂进行润滑，并根据设备的使用情况和制造商的要求，合理安排润滑周期。
特别关注传动部件、轴承等关键部位的润滑情况，确保它们得到充分的润滑以减少磨损和摩擦。
三、零部件检查与更换
1、定期检查：
定期检查快速成型机的各个零部件，包括电机、传动部件、喷嘴、加热元件等，确保其完好无损。
特别关注易损件的磨损情况，如皮带、轴承等，一旦发现磨损严重或损坏，应及时更换。
2、紧固螺丝：
检查并紧固机器上的所有螺丝和紧固件，以防松动导致机器故障或安全事故。
四、系统检测与维护
1、电气系统：
定期检查电气系统的连接情况，确保所有电线、电缆连接牢固，无破损或老化现象。
检测电气元件(如接触器、继电器等)的工作状态，确保它们能够正常工作。
2、控制系统：
检查控制系统的稳定性和可靠性，确保它能够准确控制机器的各项操作。
定期对控制系统进行软件更新和升级，以提高其性能和稳定性。
3、其他系统：
根据快速成型机的具体类型，还可能涉及液压系统、气动系统等其他系统的检测与维护。这些系统的检测与维护应参照制造商提供的维护手册进行。
五、停机维护
当快速成型机长时间停机不用时，应进行必要的停机维护。这包括关闭电源、清理机器内部、检查并更换易损件等。同时，还应定期对机器进行通电试机，以防机器因长时间闲置而出现故障。
六、培训与记录
1、人员培训：
对操作和维护人员进行专业培训，使其掌握快速成型机的操作方法和维护技巧。
强调安全操作规程和注意事项，确保操作和维护过程中的安全。
2、维护记录：
建立完善的维护记录制度，记录每次维护的时间、内容、发现的问题及处理方法等。这有助于积累维护经验并及时发现潜在问题。
七、专业维修服务
当快速成型机出现复杂故障或需要专业维修时，应及时联系制造商或专业维修服务机构进行处理。他们具备专业的维修技术和设备，能够迅速准确地诊断并修复机器故障。
快速成型技术是一种集CAD技术、数控技术、激光加工、新材料科学、机械电子工程等多学科、多技术为一体的新技术，其核心在于通过逐层堆积的方式快速制造出三维实体零件。
快速成型机生产工艺步骤
1、三维模型设计：
使用三维CAD造型软件(如PRO/E、SolidWorks、SolidEdge或UG等)进行零件的三维模型设计。这些软件提供强大的几何造型功能，能够精确构建出零件的三维结构。
2、模型数据处理：
将三维CAD模型输出为STL(Stereolithography)格式文件，这是一种广泛使用的三维模型文件格式，用于快速成型技术的数据交换。
使用数据转换与处理软件(如MAGIC9.0)对STL文件进行数据处理与参数设置，包括错误修复、模型修补、缩放补偿等，以确保模型的准确性和完整性。
3、分层切片处理：
将STL格式的三维模型文件导入切片处理软件(如ARPS)，进行分层切片处理。这一过程将三维模型沿某一方向(通常是Z轴)切成一系列等厚度的二维截面，生成每一层的截面信息。
根据成型精度要求设置层厚，一般不超过0.4mm。层厚越薄，成型精度越高，但成型时间也会相应增加。
4、成型过程：
快速成型机根据切片处理生成的截面信息，通过数控系统控制成型头(如激光束、喷嘴等)逐层堆积材料。
不同的快速成型技术有不同的成型原理和方法，如光固化立体造型(SLA)、选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积造型(FDM)等。以FDM为例，加热喷头受计算机控制，根据水平分层数据作x-y平面运动，丝材由送丝机构送至喷头，经过加热、熔化后挤出粘结到工作台面，然后快速冷却并凝固。每一层截面完成后，工作台下降一层的高度，再继续进行下一层的造型。
5、后处理：
成型完成后，对零件进行后处理，包括去除支撑结构、打磨、抛光、烘干等，以提高零件的表面质量和精度。
对于某些特殊材料或应用需求，可能还需要进行进一步的加工或处理。
1. 完整的设备培训：在使用快速成型设备之前，确保接受完整的设备培训。了解设备的工作原理、操作步骤和安全规定是非常重要的，这样可以减少意外事故的发生。
2. 确保工作环境安全：保证快速成型设备周围的工作环境安全，确保设备周围没有杂物，通道畅通，以确保操作人员的安全。此外，还应该确保设备摆放在稳定的表面上，以避免设备震动或移动时可能引起的问题。
3. 定期维护保养：定期检查和维护快速成型设备，包括清洁设备的内部和外部部件、润滑旋转部件等。定期维护保养有助于延长设备的使用寿命，减少故障发生的可能性。
4. 选择合适的材料：在使用快速成型设备时，需要选择适合的材料。不同的设备适用于不同的材料，因此在选择材料时要仔细考虑材料的特性和设备的要求。确保所选择的材料能够满足所需的精度和强度要求。
5. 安全操作：在操作快速成型设备时，务必穿戴适当的个人防护装备，如手套、眼镜和口罩。确保操作时远离设备的运动部件和加热部件，以避免受伤。操作过程中要保持警觉，注意观察设备的运行情况，随时监控设备的运行状态。
6. 测试验证：在使用快速成型设备制造实物模型之前，进行必要的测试验证。通过制作样品或原型进行测试，以确保设计满足预期要求。如有必要，还可以进行一些材料的实验验证，以确保所选材料适用于所需的应用。
1. 低压报警
故障现象：成型机在运行过程中发出低压报警。
排除方法：
检查模具：确认模具内是否有异物，及时清理。
检查压力设定：检查低压压力设定是否适当，根据需要进行调整。
检查调模距离：确保调模距离适当，避免过近或过远。
检查设定位置：确认低压设定位置是否准确。
检查动作顺序：确保机器动作顺序正确，手动情况下应先合模再射座前进。
2. 熔胶量不足
故障现象：成型机熔胶量不足，影响生产。
排除方法：
检查原料：确认料筒是否有原料，进料口是否堵塞。
检查加热：检查料筒各段加热是否正常，确保温度适宜。
检查冷却水：确认料筒冷却水是否打开，避免过度冷却。
检查螺杆：检查螺杆转速是否正常，调整至合适速度。
检查保护时间：确认熔胶保护时间设定是否正常。
3. 温度异常
故障现象：成型机温度控制异常，温度过高或过低。
排除方法：
检查温度设定：确认温度上、下限设定是否正确。
检查热电偶：检查热电偶是否松动或损坏，及时修复或更换。
检查加热片：检查加热片是否短路或烧毁，必要时进行更换。
4. 喷嘴堵塞
故障现象：喷嘴堵塞，导致无法正常出料。
排除方法：
清洗喷嘴：将喷嘴取下，用专用清洗剂清洗，彻底清除堵塞物。
更换喷嘴：如清洗后问题依旧，可能是喷嘴磨损严重，需更换新喷嘴。
5. 顶针异常
故障现象：顶针动作异常，如速度过慢、压力不足等。
排除方法：
检查设定值：确认顶针设定速度和压力是否正确。
检查顶出距离：确保顶出距离设定合理，避免过长或过短。
检查接近开关：确认后限接近开关是否正常工作。
检查固定螺丝：检查顶针固定螺丝是否松动，及时紧固。
原点复位：确认电子尺原点位置是否正常，必要时进行原点复位。
6. 周期过长
故障现象：成型周期过长，影响生产效率。
排除方法：
检查周期设定：确认周期设定时间是否合适，避免过短导致机器无法完成动作。
检查动作状态：检查注射机各周期动作是否正常，有无卡死现象。
调整压力和流量：根据生产需求调整压力和流量设定值。
7. 溢料
故障现象：成型过程中出现溢料现象。
排除方法：
调整射胶压力：降低射胶压力设定值。
增加锁模力：加大机器锁模高压或锁模力。
检查调模位置：确保调模位置充足。
检查料筒温度：避免料筒温度过高导致材料流动性过强。
清理模具：检查并清理模具内异物和磨损部件。
8. 不射胶
故障现象：成型机无法正常射胶。
排除方法：
检查射胶设定：确认射胶压力速度设定是否正确。
检查限位开关：检查射座限位开关设定是否正常。
检查料筒温度：确保料筒温度达到设定值。
清理射嘴：检查并清理射嘴堵塞物。
