预分割快速原型制造方法技术

本发明专利技术属于快速原型工艺技术领域，包括：首先铺上一层层片材料；然后用刀具在计算机控制下，对该层进行预分割成多个小部分；用粘接或连接使新铺上的一层牢固的固定在已成型体上；然后用刀具在计算机控制下切出本层轮廓，非零件部分切除；再铺上一层新层片材料，如此反复直到加工完毕；最后去除网格部分以得到完整的原型零件。本发明专利技术使原型的变形小，生产的零件的精度高、强度大，可应用在大型模具制造领域，具有广阔的发展前景。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于快速原型工艺
，特别涉及连续层片堆积的快速原型工艺的改良。目前世界上连续层片堆积的快速原型工艺(Rapid Prototyping Technology)都遵循着统一原理，即根据零件连续的分层几何信息切割箔材(如纸、陶瓷片、金属薄片等)，将所获层片粘结成三维实体。具体工艺过程如附图说明图1所示，首先铺上一层箔材，然后用刀具(如激光、刻刀等)在计算机控制下切出本层轮廓，非零件部分全部切碎成小块以便于切除。当本层完成后，再铺上一层箔材，用粘接或连接的方法(如加热加压)，使新铺上的一层牢固的固定在已成型体上，再切割该层的轮廓，如此反复直到加工完毕。最后去除切碎部分以得到完整的原型零件。在上述分层制造过程中，当新层21堆积在已存在旧层22上时，就在内部形成了残余应力。这个残余应力的产生是由于新层21都要经过凝固和冷却的收缩过程或经过周期性大压力施加的过程。于是已存在的层22中的残余应力和由于新层21的收缩就引起了两层之间的弯曲，如图2所示。但是当型长小于400mm时，这个问题基本显现不出来，而当型长增大，尤其是当型长超过800mm以后，由于零件的尺寸越大，层间的粘接面积就越大，片层材料的可靠粘接与原型的变形控制就越困难。上述所示的变形就显得特别突出，它不仅影响了零件的精度强度，而且会严重影响制造过程的正常进行，导致无法做出符合要求的原型零件。本专利技术的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种，在原有技术的基础上添加了一个预分割的工艺过程，使片层材料粘接可靠，原型的变形小，生产的零件的精度高、强度大，可将快速成形技术应用在大型模具制造领域，具有广阔的发展前景。本专利技术提出的一种，包括以下步骤(1)先铺上一层层片材料；(2)然后用刀具在计算机控制下，按照设定好的一些网格形式对该层进行预分割；(3)用粘接或连接的方法使新铺上的经过预分割后的一层牢固的固定在已成型体上；(4)然后用刀具在计算机控制下切出本层轮廓，非零件部分全部切成网格小块以便于切除；(5)当本层完成后，再铺上一层新层片材料，(1)-(4)如此反复直到加工完毕；(6)最后去除多余部分以得到完整的原型零件；本专利技术的成形材料可为箔材如纸、陶瓷片、塑料薄膜、金属薄片等。粘接方式可采用预涂敷粘接剂、实时涂敷粘接剂、机械连接等多种方式。本专利技术的优点是在新层片材料与已有材料层粘接或连接之前，先用刀具将新层片材料进行预分割成多个小部分。由于大的成型材料被间接的分成一些小的部分(＜400mm)，所以就能较好的控制零件的变形，不再出现弯曲开裂等现象。附图简要说明图1为已有的一种连续层片堆积的快速原型工艺方法流程图。图2为采用已有的工艺方法中材料的变形示意图。图3为本专利技术的一种流程图。图4为本专利技术进行预分割的层片材料实施方式例一示意图。图5为本专利技术进行预分割的层片材料实施方式例二示意图。图6为本专利技术进行预分割的层片材料实施方式例三示意图。图7为本专利技术进行预分割的层片材料实施方式例四示意图。图8为本专利技术进行预分割的层片材料实施方式例五示意图。图9为本专利技术进行预分割的层片材料实施方式例六示意图。图10为本专利技术进行预分割的层片材料实施方式例七示意图。图11为本专利技术进行预分割的层片材料实施方式例八示意图。图12为本专利技术实施预分割的成形件侧面示意图例。图13为本专利技术进行预分割快速原形制造成形工艺过程示意图例。本专利技术提出的实施例结合各附图详细说明如下本实施例采用涂覆纸作为成形材料，采用热压板加热加压的粘接方式。本实施例采用SSM1600超大型快速分层实体制造设备，此超大型快速成形系统采用先进的并行加工方式，为世界最大的快速成型设备，可成型零件的最大尺寸为1600mm×800mm×700mm(长×宽×高)，适用于制造大规模快速原型。该设备采用分布式控制系统，两套独立的控制系统控制两套独立的激光系统，两套精巧设计的独立运动机构，并行扫描加工。本实施例的如图3所示，包括以下步骤(1)首先铺上一层层片材料；(2)然后用刀具在计算机控制下，按照设定好的网格形式对该层进行预分割；(3)用粘接或连接的方法使新铺上的经过预分割后的一层牢固的固定在已成型体上；(4)然后用刀具在计算机控制下切出本层轮廓，非零件部分全部切成网格小块以便于切除；(5)当本层完成后，再铺上一层新层片材料，(1)-(4)如此反复直到加工完毕；(6)最后去除多余部分以得到完整的原型零件；本专利技术的预分割的网格形式可采用多种具体的实施方案，归纳起来，比较典型的可有如下一些网格形式，分别描述如下实施方式例一如图4所示，为纵向连续分割网格形式，图中41为新的一层层片材料，42为预分割网格线，它是使用刀具对新的一层层片材料沿纵向方向进行连续切割，形成多条间隔一定距离的连续的直线型刀缝，43为成形件边框位置(此时还未切割，为双点划线)，尺寸L1为网格线42的纵向间距，可根据具体情况在程序中设定为任意值。实施方式例二如图5所示，为纵向间断分割网格形式，图中51为新的一层层片材料，52为预分割网格线，它是使用刀具对新的一层层片材料沿纵向方向进行间断切割，形成多条间隔一定距离的间断的点划线型刀缝，53为成形件边框位置(此时还未切割，为双点划线)，尺寸L2、L3为网格线52的纵向和横向间距，可根据具体情况在程序中设定为任意值。实施方式例三如图6所示，为横向连续分割网格形式，图中61为新的一层层片材料，62为预分割网格线，它是使用刀具对新的一层层片材料沿横向方向进行连续切割，形成多条间隔一定距离的连续的直线型刀缝，63为成形件边框位置(此时还未切割，为双点划线)，尺寸L4为网格线62的横向间距，可根据具体情况在程序中设定为任意值。实施方式例四如图7所示，为横向间断分割网格形式，图中71为新的一层层片材料，72为预分割网格线，它是使用刀具对新的一层层片材料沿横向方向进行间断切割，形成多条间隔一定距离的间断的点划线型刀缝，73为成形件边框位置(此时还未切割，为双点划线)，尺寸L5、L6为网格线72的纵向和横向间距，可根据具体情况在程序中设定为任意值。实施方式例五如图8所示，为斜向连续分割网格形式，图中81为新的一层层片材料，82为预分割网格线，它是使用刀具对新的一层层片材料沿斜向进行连续切割，形成多条间隔一定距离的连续的斜直线型刀缝，83为成形件边框位置(此时还未切割，为双点划线)，尺寸L7为网格线82的斜向间距，A1为预分割网格线的倾斜角度，可根据具体情况在程序中设定为任意值。实施方式例六如图9所示，为斜向间断分割网格形式，图中91为新的一层层片材料，92为预分割网格线，它是使用刀具对新的一层层片材料沿斜向进行间断切割，形成多条间隔一定距离的间断的斜点划线型刀缝，93为成形件边框位置(此时还未切割，为双点划线)，尺寸L8、L9为网格线92的交叉间距，A2为预分割网格线的倾斜角度，可根据具体情况在程序中设定为任意值。实施方式例七如图10所示，为交叉连续分割网格形式，图中101为新的一层层片材料，102为预分割网格线，它是使用刀具对新的一层层片材料沿纵、横、斜的交叉方向进行连续切割，形成多条间隔一定距离的连续的交叉直线型刀缝，103为成形件边框位置(此时还未切割，为双点划线)，尺寸L10、L11为网格线102的交叉间距，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预分割快速原型制造方法，包括以下步骤：（１）首先铺上一层层片材料；（２）然后用刀具在计算机控制下，按照设定好的网格形式对该层进行预分割；（３）用粘接或连接的方法使新铺上的经过预分割后的一层牢固的固定在已成型体上；（４）然 后用刀具在计算机控制下切出本层轮廓，非零件部分全部切成网格小块以便于切除；（５）当本层完成后，再铺上一层新层片材料，（１）－（４）如此反复直到加工完毕；（６）最后去除多余部分以得到完整的原型零件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：颜永年，郭永红，张人佶，卢清萍，闫旭日，吴任东，郭戈，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]