1 FDM的工艺原理及工艺特点
熔融沉积快速成型的原理是:基于绘图软件建立的三维模型切片后得到的几何信息(三维数据),由计算机控制FDM喷头,将在喷头内加热熔化的丝状或粒状熔融性材料(如ABS塑料)形成的熔体从喷头的微细喷嘴中挤喷出来,喷头沿零件CAD模型截面的轮廓和填充轨迹运动,材料迅速固化,并与周围的材料粘连,一层截面加工完成后,工作台下降一层,喷头开始加工下一层截面,最终层层堆积出零件模型。
熔融沉积快速成型工艺的主要特点有:(1)成形材料广泛;(2)不使用激光,设备成本低;(3)设备占地小,材料无毒无污染;(4)成型速度较快;(5)后处理方便。
2 FDM的工艺过程
工艺过程采用的是北京太尔时代科技有限公司生产的UP Plus 2桌面式快速成型机,如图1所示。实验使用的打印耗材为ABS塑料,打印软件为随机配套软件UP。
图1 UP Plus2成型机
2.1 三维建模
利用Creo、SolidWorks等绘图软件建立零件的三维模型。本文实验中使用SolidWorks,与其他三维CAD软件相比,它的主要特点就是没计过程简单方便,熟悉Windows操作系统的用户基本上都可以用SolidWorks来进行设计丁作。
用SolidWorks创建风扇叶片模型,然后将i维模型转化为STL 格式文件。任快速成型领域中,STL格式是最常用的一种文件标准。三维造型软件设计的三维实体,最终都会转化成STL格式,这种转化是用许多小三角形近似逼近三维实体的曲面。STL文件格式把CAD模型连续的表面离散成三角形面片的集合。
2.2 成型方向的确定
将风扇叶片的STL文件导入UP软件中,并选择合适的成型方向。叶片零件的成型方向有三种选择(图2),第一种方案是使叶片中心轴线平行下打印平台。同时有两片痢叶靠近台面;第二种方案是使风扇中心轴线平行于打印平台,只有一片扇叶靠近台面;第三种是使叶片中心轴线垂直于打印平台。成型方向设置以后,软件会给出估算的材料消耗和打印时间。三种不同的成型方向的数据对比如表l所示。
图2 不同的成型方向
表l 不同成型方向对材料和成型时间的影响
由表1中的数据.可知方案a是既省材料又省时的,方案C所需要的材料儿乎-是方案a的3倍,是方案b的2倍。南于材料的消耗,除了零件本体的材料消耗外,还有支撑结构和衬垫的材料消耗,所以,即使是同一个CAD模型,成型方向不同,对材料的消耗量也不同。
叶片为薄片式空问结构,必须依靠支撑结构才能成型。而不同的成型方向,将生成不同的支撑结构.所以才会有不同方案巾材料消耗的较火差别。成型方向不仪影响支撑结构,还影响零件的强度。根据分层堆积成型的原理可得,熔融沉积成型在垂直于工作台方向的强度低于水平方向,所以应该将重要的而置以平行于台面的方向上。本实例中,若考虑强度因素,则应该选用方案c。
2.3 支撑结构的设置
本实验中支撑结构以及卡}j火的UP软件幕本设置如图3所示。
UP软件中支撑结构有4个基本参数:
(1)密封层指的是在支撑材料与零件实体之问的隔离层,以防止主体塌陷到支撑材料的间隙中,以层数为单位.可选2~6层。
图3 UP打印机基本参数