CN111688191A - 一种工程塑料激光快速成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工程塑料激光快速成型方法，属于涉及快速成型领域，包括以下步骤：模型准备阶段，利用计算机辅助设计软件完成快速成型产品的三维模型设计，三维模型设计完成之后，对三维模型进行结构分析；三维模型Z向离散化阶段，根据快速成型工艺需求将模型分成不同厚度的层，通过分层使得产品的三维模型转化至二维平面信息；层面信息处理、制作阶段，通过数控代码表示分层后的二维平面信息，利用激光扫描二维平面信息后通过平面加工方式依次加工各个二维平面模型；原型制作和检查阶段，将制作好的各个二维平面模型依次粘接，直至堆积完成最终的三维产品制件，制作完成之后对三维产品进行检查，判断其是否符合产品的设计和质量要求。

Description

一种工程塑料激光快速成型方法
技术领域
本发明涉及快速成型领域，具体涉及一种工程塑料激光快速成型方法。
背景技术
激光快速成型是将CAD、CAM、CNC、激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术集成的一种全新制造技术，与传统制造方法相比具有：原型的复制性、互换性高；且制造工艺与制造原型的几何形状无关；加工周期短、成本低，一般制造费用降低50％，加工周期缩短70％以上；具有高度技术集成，实现设计制造一体化。
但是，目前在使用激光快速成型制作产品原型时，整个过程常常会花费大量时间，而最后生产出来的产品原型却不能够符合使用或设计的要求，进而需要再次对产品进行设计改进，直至多次改进到符合设计和使用要求为止，造成时间上和资源上的浪费，与激光快速成型原有的周期短、成本低的特点相悖，不利于快速成型产品原型的快速制作。
针对以上需求，故提出一种工程塑料激光快速成型方法，有效解决上述问题。
发明内容
本发明为了解决上述问题提出一种工程塑料激光快速成型方法，能够提高产品原型的制作效率，提高原型的设计满意度，节省材料，降低产品原型的制作周期。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种工程塑料激光快速成型方法，包括以下步骤：
模型准备阶段，根据需要利用计算机辅助设计软件完成快速成型产品的三维模型设计，在产品的三维模型设计完成之后，先进行分析与优化，对三维模型进行结构分析，结构分析完成后，根据结构分析的结果，对模型进行修改，对不符合设计要求的尺寸进行改进，然后对产品进行快速成型的成型工艺分析，根据产品的结构形状选择快速成型工艺；
三维模型Z向离散化阶段，根据快速成型工艺需求将模型分成不同厚度的层，通过分层使得产品的三维模型转化至二维平面信息；
层面信息处理、制作阶段，通过数控代码表示分层后的二维平面信息，利用激光扫描二维平面信息后通过平面加工方式依次加工各个二维平面模型；
原型制作和检查阶段，将制作好的各个二维平面模型依次粘接，直至堆积完成最终的三维产品制件，制作完成之后对三维产品进行检查，判断其是否符合产品的设计和质量要求，若符合相应的要求，则可继续进行制造，若不符合相应的要求，则根据需要对产品的三维模型进行改进或改变快速成型工艺，直至生产出来的原型符合要求。
优选的，所述结构分析为对三维模型进行应力应变分析，利用软件对三维模型进行分析，根据分析的结果判断模型的局部厚度是否符合应力应变要求，若不符合，则改变三维模型相应部位的尺寸。
优选的，所述模型准备阶段包括产品形态设计和眼动数据形态优化设计。
优选的，所述眼动数据形态优化设计需要先确定目标产品，选取目标产品的同类产品的图片，依据产品形态特征差异性挑选具有代表性的样本图片，去除图片中表面图案并无彩化处理样本图片，通过形态分析法确定产品形态设计要素。
优选的，所述快速成型工艺为立体光造型工艺或选择性激光烧结工艺或激光熔覆成形工艺或激光诱发热应力成形工艺。
本发明一种工程塑料激光快速成型方法的有益效果：
1、本发明中的一种工程塑料激光快速成型方法可以降低原型的生产时间和成本，通过对三维产品模型的结构分析，能够使得快速成型产品原型能够符合设计要求，不会造成制作成本的浪费，能够节省材料，降低产品原型的制作周期，提高快速成型原型的制作效率。
2、本发明中的一种工程塑料激光快速成型方法可以提高产品原型的制作效率，通过产品形态设计和眼动数据形态优化设计，提高产品的达标程度，使得制作的快速成型产品原型符合设计需求。
具体实施方式
下面对本发明具体实施例作详细说明。
一种工程塑料激光快速成型方法，包括以下步骤：
模型准备阶段，根据需要利用计算机辅助设计软件完成快速成型产品的三维模型设计，在产品的三维模型设计完成之后，先进行分析与优化，对三维模型进行结构分析，结构分析完成后，根据结构分析的结果，对模型进行修改，对不符合设计要求的尺寸进行改进，然后对产品进行快速成型的成型工艺分析，根据产品的结构形状选择快速成型工艺，根据产品的外观和设计需要，使用行业设计如UG软件对产品进行建模，设计出需要快速成型的产品三维模型，完成三维模型之后，根据产品的使用需求，再使用ANSYS软件对该三维模型进行分析，根据分析的结果判断产品的结构尺寸是否合适，若不符合要求，则需要做出相应的改进，直至符合要求为止，能够使得设计的产品一次性符合设计和使用的要求，提高快速成型产品原型的可使用性，降低原型产品的制作周期，提高材料的利用率；
三维模型Z向离散化阶段，根据快速成型工艺需求将模型分成不同厚度的层，通过分层使得产品的三维模型转化至二维平面信息；
层面信息处理、制作阶段，通过数控代码表示分层后的二维平面信息，利用激光扫描二维平面信息后通过平面加工方式依次加工各个二维平面模型；
原型制作和检查阶段，将制作好的各个二维平面模型依次粘接，直至堆积完成最终的三维产品制件，制作完成之后对三维产品进行检查，判断其是否符合产品的设计和质量要求，若符合相应的要求，则可继续进行制造，若不符合相应的要求，则根据需要对产品的三维模型进行改进或改变快速成型工艺，直至生产出来的原型符合要求；
所述结构分析为对三维模型进行应力应变分析，利用软件对三维模型进行分析，根据分析的结果判断模型的局部厚度是否符合应力应变要求，若不符合，则改变三维模型相应部位的尺寸，在三维模型建好之后，导入到ANSYS分析软件，设置好参数之后，进行仿真计算，得出计算结果，根据结果指导模型尺寸上的改进；
所述模型准备阶段包括产品形态设计和眼动数据形态优化设计，产品形态设计中，利用产品形态单元的变化与组合的方式，构思出产品形态设计的一系列初步方案，通过多方面的综合评价，可以选择若干可行的构思方案，再进行深入细致的研究，最后从中确定优秀的形态设计方案，在形态单元的变化与组合时，需要注意各种约束条件和实际要求，在合乎要求的范围内进行变化和组合的构思，使得设计方案既现实可行，又能节省设计工作量，这样有利于精力集中的进行创造构思，产品形态是吸引消费者购买产品的重要原因之一，为缩短产品研发周期、优化产品设计，可以在激光快速成型产品设计时，先进行产品形态设计，利用形态分析获取产品形态设计要素，通过眼动追踪技术统计产品形态的眼动数据，采用方差法提取与产品形态关联度高的眼动数据，从而建立眼动追踪数据与设计要素的关系模型，获取形态优化设计结果，根据设计结果运用数据处理软件采集并处理产品数据，并通过反求软件将产品以三维CAD模型形式展示，对三维CAD模型实施切片与程序处理获取产品数控代码，利用激光快速成型技术加载数控代码制作出三维产品，采用该方法可获取用户满意度较高的形态优化产品设计方案，设计效果逼真；
所述眼动数据形态优化设计需要先确定目标产品，选取目标产品的同类产品的图片，依据产品形态特征差异性挑选具有代表性的样本图片，去除图片中表面图案并无彩化处理样本图片，通过形态分析法确定产品形态设计要素，形态优化方法是通过眼动指标确定产品形态设计要素，从而获取最优产品设计结果的方法，可辅助设计师以用户认知视角优化产品形态，将形态优化方法与激光快速成型技术结合，研究基于形态优化的激光快速成型产品设计，利用用户认知的客观数据优化设计产品形态，通过激光快速成型技术将所设计产品以三维实体形态展示，方便设计师依据不同需求修改设计方案，使所设计产品更具有合理性与科学性，提升产品市场竞争力，有效缩短了产品研发制作周期；
所述快速成型工艺为立体光造型工艺或选择性激光烧结工艺或激光熔覆成形工艺或激光诱发热应力成形工艺；立体光造型工艺是计算机控制激光束对光敏树脂为原料的表面进行逐点扫描，被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层，工作台下移一个层厚的距离，以便固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，进行下一层的扫描加工，如此反复，直到整个原型制造完毕，由于光聚合反应是基于光的作用而不是基于热的作用，故在工作时只需功率较低的激光源，此外，因为没有热扩散，加上链式反应能够很好地控制，能保证聚合反应不发生在激光点之外，因而加工精度高，表面质量好，原材料的利用率接近100％，能制造形状复杂、精细的零件，效率高。对于尺寸较大的零件，则可采用先分块成形然后粘接的方法进行制作；选择性激光烧结工艺是用粉末原料取代了液态光聚合物，并以一定的扫描速度和能量作用于粉末材料，该技术具有原材料选择广泛、多余材料易于清理、应用范围广的优点，适用于原型及功能零件的制造；激光熔覆成形工艺是一种常用来制作模具的新型快速成形技术，原理是先用大功率激光束切割金属薄片，然后将多层薄片叠加，并使其形状逐渐发生变化，最终获得所需原型的立体几何形状，用来制作合模、薄料模、级进模等，经济效益也甚为显著，但其也有成本价格高、精度低，材料浪费，系统设备比较复杂，工作性能不稳定的缺点；激光诱发热应力成形工艺是基于金属热胀冷缩的特性，具有无模具成形、无外力成形、非接触式成形、热态累积成形等特点，该技术已被用于汽车覆盖件的柔性校平和其他异形件的成形；激光熔覆成形工艺是利用具有高能密度的激光束使某种特殊性能的材料熔覆在基体材料表面与基材相互熔合，形成与基体成分和性能完全不同的合金熔覆层，其优点是：激光熔覆的作用不仅仅是提高材料表面层的性能，而是赋予它新的性能，并降低制造成本和能耗，节约有限的战略金属元素，使用时根据实际需求选择相应的快速成型工艺。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种工程塑料激光快速成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
模型准备阶段，根据需要利用计算机辅助设计软件完成快速成型产品的三维模型设计，在产品的三维模型设计完成之后，先进行分析与优化，对三维模型进行结构分析，结构分析完成后，根据结构分析的结果，对模型进行修改，对不符合设计要求的尺寸进行改进，然后对产品进行快速成型的成型工艺分析，根据产品的结构形状选择快速成型工艺；
三维模型Z向离散化阶段，根据快速成型工艺需求将模型分成不同厚度的层，通过分层使得产品的三维模型转化至二维平面信息；
层面信息处理、制作阶段，通过数控代码表示分层后的二维平面信息，利用激光扫描二维平面信息后通过平面加工方式依次加工各个二维平面模型；
原型制作和检查阶段，将制作好的各个二维平面模型依次粘接，直至堆积完成最终的三维产品制件，制作完成之后对三维产品进行检查，判断其是否符合产品的设计和质量要求，若符合相应的要求，则可继续进行制造，若不符合相应的要求，则根据需要对产品的三维模型进行改进或改变快速成型工艺，直至生产出来的原型符合要求。
2.根据权利要求1所述的一种工程塑料激光快速成型方法，其特征在于，所述结构分析为对三维模型进行应力应变分析，利用软件对三维模型进行分析，根据分析的结果判断模型的局部厚度是否符合应力应变要求，若不符合，则改变三维模型相应部位的尺寸。
3.根据权利要求1所述的一种工程塑料激光快速成型方法，其特征在于，所述模型准备阶段包括产品形态设计和眼动数据形态优化设计。
4.根据权利要求3所述的一种工程塑料激光快速成型方法，其特征在于，所述眼动数据形态优化设计需要先确定目标产品，选取目标产品的同类产品的图片，依据产品形态特征差异性挑选具有代表性的样本图片，去除图片中表面图案并无彩化处理样本图片，通过形态分析法确定产品形态设计要素。
5.根据权利要求1所述的一种工程塑料激光快速成型方法，其特征在于，所述快速成型工艺为立体光造型工艺或选择性激光烧结工艺或激光熔覆成形工艺或激光诱发热应力成形工艺。
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