1引言

　　到目前為止，全世界已經(jīng)形成了很多種不同的成型方法和工藝。其中國內(nèi)清華大學(xué)開發(fā)的相近于熔融沉積成型(FDM-Fused DeposITion Modeling)的熔融擠壓快速成型(MEM～Melted Extrusion Modeling)是RP技術(shù)中的一種重要方法，也是RP技術(shù)的后起之秀。該工藝原理是將絲狀熱熔性材料(ABS、PC、蠟)通過液化器熔化，擠壓噴出并堆積一個(gè)層片，然后用同樣的方法加工下一個(gè)層片，并與前一個(gè)層片熔結(jié)在一起，如此層層堆積而獲得一個(gè)三維實(shí)體。

　　快速成型技術(shù)(Rapid Prototyping，簡稱RP)是近20多年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新的造型技術(shù)。它是將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)(CNC)、材料科學(xué)和激光技術(shù)等結(jié)合起來的綜合性造型技術(shù)。它是采用數(shù)字化(離散)的方法、通過增材加工來構(gòu)建最終實(shí)體。它與傳統(tǒng)意義上的減材加工方法不同，加工過程無需刀具、模具和工裝夾具，材料的利用率極高；突破了零件幾何形狀復(fù)雜程度的限制，理論上可以制造出任意復(fù)雜形狀的零件；成型迅速，從CAD模型到完成原型制作通常只需幾小時(shí)到幾十小時(shí)，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)的快速閉環(huán)反饋，并且可以方便地修改CAD模型后重新制造產(chǎn)品原型，具有高度柔性；能實(shí)現(xiàn)與CAD／CAM的無縫連接。由于該技術(shù)無需工模具設(shè)計(jì)／制造／調(diào)整，大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，減少了開發(fā)成本。從全程來看，能夠快速完成設(shè)計(jì)／制造一體化。

　　2概念車身模型的制造方法

　　快速成型工藝過程是一個(gè)涉及CAD／CAM、數(shù)據(jù)編程、材料制備及后處理等環(huán)節(jié)的集成制造過程。在整個(gè)工藝過程中每一個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)對成型件的精度、成型時(shí)間及材料利用率產(chǎn)生影響。而成型件的精度和成型時(shí)間是MEM工藝中的兩個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)。材料利用率也是一個(gè)比較重要的問題。同時(shí)，還要防止加工過程中由于熱應(yīng)力而出現(xiàn)的翹曲變形。所以。合理地設(shè)計(jì)加工方法及加工工藝至關(guān)重要。由于要加工的概念車身模型的尺寸較大，超過了所用MEM設(shè)備的成型空問，因此需要將整體概念車身模型分割處理，分割為若干個(gè)部分再進(jìn)行加工。為減小加工過程中的臺階效應(yīng)，提高精度，需要合理放置加工件，盡量使加工過程中加工件的主要表面與水平面的夾角最大；為防止成型件出現(xiàn)翹曲變形，就要盡量減小在加工過程中的內(nèi)應(yīng)力，其實(shí)質(zhì)是使加工件在加工過程中的不同部分的溫度差不要太大。為達(dá)到這一目的，可以采用縮小加工截面積的辦法，即將概念車車身立起來放置。這樣既能減小加工過程中任意橫截面的面積，減小內(nèi)應(yīng)力，遏制翹曲變形；又能使概念車身模型的主要表面(外表面)與水平面的夾角最大，減小加工過程中的臺階效應(yīng)，提高精度；還能省掉加工過程中不必要的支撐，提高材料利用率。

　　另外，熔融擠壓快速成型的工藝參數(shù)在MEM的加工過程中起著相當(dāng)重要的作用。這些工藝參數(shù)包括分層厚度、噴頭溫度、環(huán)境溫度、擠出速度、填充速度、理想輪廓線的補(bǔ)償量及延遲時(shí)間等。在工藝過程中為了保證相鄰兩層能夠牢固的粘結(jié)，就應(yīng)使分層厚度小于噴嘴的直徑，擠出速度與填充速度合理匹配，使得噴絲從噴嘴擠出時(shí)的體積等于粘結(jié)時(shí)的體積。研究表明對改性ABS這種材料，噴頭溫度一般控制在248℃，工作室的環(huán)境溫度設(shè)定為比擠出絲的熔點(diǎn)溫度低I℃一2℃為宜，一般取55℃。同時(shí)需要合理設(shè)置延遲時(shí)間參數(shù)，設(shè)置調(diào)整理想輪廓補(bǔ)償量。
　　3概念車身模型的制造過程

　　3．1利用Rhino軟件進(jìn)行三維CAD模型的構(gòu)建使用Rhino軟件進(jìn)行3D建模，完成后的三維圖形。

　　目前快速成型設(shè)備能夠接受STL、SLC、CLI、RPI、LEAF、SIF等多種格式的文件，其中sTL文件格式被大多數(shù)快速成型機(jī)所接受，被認(rèn)為是目前快速成型數(shù)據(jù)的準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，幾乎所有的快速成型系統(tǒng)都采用STL數(shù)據(jù)格式。本系統(tǒng)也接受STL數(shù)據(jù)格式，因此要在快速成型之前，先要對3D實(shí)體模型進(jìn)行三角網(wǎng)格劃分以生成STL文件。Rhino軟件生成、輸出STL文件的過程為：①File(文件)-Save As(另存為)；②選擇文件類型為STL；③輸入文件名；④Save(保存)；⑤選擇BInary STL Files(二進(jìn)制STL文件)。

　　3.2  Aurora軟件輸出CLI文件

　　Aurora是專業(yè)快速成型數(shù)據(jù)處理軟件，它接受STL模型，進(jìn)行分層處理后輸出CU格式標(biāo)準(zhǔn)文件，可供多種工藝的快速成型系統(tǒng)使用。Aurora軟件具有輸入、輸出、模型分割、幾何變換、三維模型顯示、效驗(yàn)與修復(fù)、自動(dòng)支撐功能和分層等功能。

　　概念車身模型進(jìn)行整體加工時(shí)，由于概念車身模型的幾何尺寸大于所用快速成型系統(tǒng)的成型空間，無法加工，這時(shí)需要通過Aurora軟件對模型進(jìn)行分割，利用分割命令將概念車身的STL模型在一個(gè)確定的高度分解，生成兩個(gè)STL模型，然后分次進(jìn)行加工。這里我們通過對STL模型坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換，選擇的放置角度，設(shè)定分層參數(shù)(厚度為0．2ram)，進(jìn)行模型分層。這樣立起來放置，不僅可以減小臺階效應(yīng)、提高成型件精度，而且可以節(jié)省加工時(shí)間，減少支撐，節(jié)省材料。

　　3．3快速成型工藝參數(shù)的選擇

　　MEM成型機(jī)對設(shè)計(jì)三維模型進(jìn)行分層處理后開始加工，加工之前首先要調(diào)整工藝參數(shù)。概念車身模型的加工設(shè)備和加工過程中的主要工藝參數(shù)如下。

　　加工設(shè)備采用北京殷華激光快速成形有限公司研制的MEM-300-II型單噴嘴熔融擠壓快速成型機(jī)，其加工精度±0.2／100；掃描速度0-80mm／s；噴嘴直徑為0.3mm；材料為ABS樹脂，材料的膨脹系數(shù)為Δ=7x10-5／℃，原絲直徑D=2mm。

　　利用以上工藝參數(shù)在MEM-300-II型快速成型機(jī)上成功地加工出了概念車身模型的上、下兩部分。

　　3．4概念車身模型的后處理

　　在快速成型系統(tǒng)中原型疊層制作完畢后，需要去除支撐結(jié)構(gòu)，用粘結(jié)劑將模型的上、下兩部分粘結(jié)在一起。然后進(jìn)行打磨、拋光、噴漆。

　　4結(jié)論

　?、倩诳焖俪尚偷脑O(shè)計(jì)與制造是快速成型技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，本文通過概念車身模型的設(shè)計(jì)與制造，依據(jù)理論知識從實(shí)際生產(chǎn)中總結(jié)出其加工工藝，確定了較佳的工藝參數(shù)，為利用MEM技術(shù)進(jìn)行大型、薄壁產(chǎn)品的開發(fā)、設(shè)計(jì)提供了理論的依據(jù)和實(shí)現(xiàn)的可能性。

　?、趹?yīng)用MEM技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品模型的快速開發(fā)，試制周期短，能夠提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，具有很強(qiáng)的市場競爭能力，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)／制造一體化。

（轉(zhuǎn)載）