快速成型台阶误差分析及其降低措施.pdf

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1、机械设计与制造第4期MachineryDesign&Manufacture2011年4月文章编号：1001—3997(2011)04—0228—02快速成型台阶误差分析及其降低措施穆存远宋祥波(沈阳建筑大学，沈阳110168)SteperroranalysisanditsreducemeasuresforrapidprototypingMUCun-yuan，SONGXiang-bo(ShenyangJianzhuUniversity，Shenyang110168，China)中图分类号：TH16文献标识码：A1问题的

2、提出直表面外)，这不仅破坏了模型表面的连续性与光洁程度，而且不可避免地丢失了两切片层问的信息，导致原型产生形状和尺寸上快速成型技术是20世纪80年代末期发展起来的一项先进的误差。当用分层厚度块与CAD模型相交的较大截面作为分层制造技术『ll。熔融沉积成型(FDM—FusedDepositionModeling)是目截面时产生正偏差，如图1所示。反之，使用较小截面时则产生负前比较成熟的快速成型方法之一，相对其它成型方式具有独特的偏差，如图2所示。如果只是制造原型以检查概念设计或进行功优势，其成型原料比较广泛、成本低、材

3、料利用率高121。由于该技术能验证，希望出现正偏差，因为通过打磨抛光等后处理过程可以的成型原理是逐层成型，必然存在成型原理误差。旨在通过其成获得较理想的表面尺寸及形状；如果是用原型通过快速制模技术型原理误差的分析，找出减小该误差的措施，以便使该技术更好来制作模具，则希望出现负偏差，因为用原型作母模得出的反型将地为新产品研发服务。与传统的制造工艺相比，快速成型技术具产生正偏差，同样通过打磨抛光可获得较好的表面尺寸及形状。有生产周期短、成本低的优势，并且可以灵活地改变设计方案，实现柔性生产，特别适用于传统方法难以成形的复

4、杂零件的多品理想表面实际模型表面种、小批量生产。与其他先进制造技术相比，快速成型技术具有自由成型制造、高度柔性、技术高度集成、经济效益显著、应用广、＼J泛、快速性、节约环保等特点[41。在快速成型加工前需要对三维／1fCAD模型进行一系列离散化处理阶段，三维实体模型格式转化为STL格式后，输入快速成型软件控制系统进行分层切片，根据图1正偏差图2台阶误差计算示意图层片信息产生加工路径，然后逐层加工成制件目。3台阶误差的计算2切面引起的台阶效应台阶误差是由快速成型原理所决定的，因此不可避免，但可由于熔融沉积成型(FDM)

5、是由喷头喷出的具有一定厚度的以把这种误差进行量化，下面以正偏差为例，推导出计算台阶误丝层层粘接堆积而成的，因此不可避免地会产生台阶效应，使得差的公式。目前在快速成型技术中，评价陕速成型技术的指标为6，零件的表面只是原CAD模型表面的一个阶梯近似(除水平和垂表示沿CAD模型表面的法向量方向度量的曲边三角形的顶点到。^。_J。u^第4期穆存远等：快速成型台阶误差分析及其降低措施229CAD模型表面的距离日。如图3所示，其中h表示分层厚度，R表示的误差8也会逐渐减小，只不过减小得缓慢而已。球体的半径，表示模型表面的法向量方

6、向与堆积平面的夹角。由(4)当成型母线垂直于工作台平面的柱体时，相当于R一。。，图2可知：d=O，此时所产生的误差为0，这时可以增大层厚提高加工效率。在成型曲面立体时，为了保证其加工的精度，应该相对减小分层6：=：：、／一+R：、／(Rsi“+h)2+(R【．od)R厚度，保证成型件尺寸精度。：、／只++2RhlsindlR(a#90。、270。)(1)4减小台阶误差的方法(1)减小分层厚度在适当照顾生产效率的基础上，尽量减小分层厚度，可以直接减小台阶效f产生的误差。据介绍，国外一些公司的分层厚度已经达到0．05mm

7、以—F(2)在分层厚度的选择中要考虑成型件的整体厚度，一般应是分层厚度的整数倍。否则将影响成型件纵向尺寸精度。如制件的厚度为324mm，分层厚度为0．1mm时，制作她的碌型厚度为3．2mm曲为O．Odmm当选择分层厚度为O．05mm时，制件厚度为3．25mm，误差为0．01rain。当选择层厚为O．09mm时，制件厚度为324mm，误差为零。(3)选择合理的分层、加工方向在相同切片厚度的情况下，选择合理分层方向对减小成型件台阶误差起图3R为100ram时的8一d曲线图到非常重要的作用。以圆柱体为例，在对三维数字模型分

8、层处理前，以半径R=100mm的球体为例讨论正偏差问题，似设分层厚先对分层方向进行调整，分别如图4所示，图中虚线表示三维CAD度h分别取0．】llllll、0．2mm、0．3turn、0．4ram、0．5ram、0．6ram、0．7ram、模型的轮廓，实线表示分层后实际加工后成型件的轮廓。0．8InIl、0．9ram和1nlln，分别取0。、1