简述熔融沉积制造快速成形技术

　　1）工作原理

　　丝状成型材料和支撑材料由供丝机构送至各自对应的喷头，并在喷头中加热至熔融态，另外加热喷头在计算机的控制下按照相关截面轮廓的信息作X-Y平面运动，同时挤压并控制液体流量，使粘稠液体均匀地铺撤在断面层上。这样成型材料和支撑材料就被选择性地涂彼在工作台上，快速冷却后形成截面轮廓，一层成型完成后，喷头上升一截面层的高度再进行下一层的涂覆如此循环，最终形成三维产品。

　　2）系统组成

　　以清华大学推出的 MEM--250 为例说明。该制造系统主要包括硬件系统、软件系统供料系统。硬件系统由两部分组成，一部分是以机械运动承载加工为主，另一部分以电气运动控制和温度控制为主。

　　机械系统

　　MEM--250 机械系统包括运动、喷头、成型室、材料室、控制室和电源室等单元。其机械系统采用模块化设计，各个单元相互独立。如运动单元只完成扫描和升降动作，而且整机运动精度只决定于运动单元的精度，与其他单元无关。因此每个单元可以根据其功能需求采用不同的设计。运动单元和喷头单元对精度要求较高，其部件的选用及零件的加工都要特别考虑。电源室和控制室需要具有防止干扰和抗干扰功能，应采用屏蔽措施。

　　基于PC总线的运动控制卡能实现直线、圆弧插补和多轴联动。PC总线的喷头控制卡用于完成喷头的出丝控制，具有超前和滞后动作补偿功能。喷头控制卡与运动控制卡能够协同工作，通过运动控制卡的协同信号控制喷头的启停和转向。

　　制造系统配备了三套独立的温度控制器，分别检测与控制成型喷嘴、支撑喷嘴和成型室的温度。为了适应对控制长时间连续工作下高可靠性的要求，整个控制系统采用了多微处理机二级分布式集散控制结构，各个控制单元具有故障诊断和自修复功能，使故障的影响局部化。由于采用了PC总线和插板式结构，使系统具有组态灵活、扩展容量大、抗干扰能力强等特点。

　　该系统关键部件是喷头，这里以上海富力奇公司推出的TSJ系列快速成型机为例介绍了一下喷头的结构。喷头内的螺杆与送丝机构用可沿R方向旋转的同一步进电动机驱动，当外部计算机发出指令后，步进电动机驱动螺杆，同时，又通过同步齿形带传动与送料辊将塑料丝送入成型头，在喷头中，由于电热棒的作用，丝料呈熔融状态，并在螺杆的推挤下，通过铜质喷嘴涂覆在工作台上。

　　3）软件系统

　　统软件系统包括几何建模和信息处理两部分。几何建模单元是由设计人员借助CAD 软件，如 Pro-E、AutoCAD 等构造产品的实体模型或由三维测量仪（ CT、MRI 等）获取的数据重构产品的实体模型。最后以 STL 格式输出原型的几何信息。

　　信息处理单元由 STL 文件处理、工艺处理、数控、图形显示等模块组成，分别完成 STL 文件错误数据检验与修复、层片文件生成、填充线计算、数控代码生成和对成型机的控制。其中，工艺处理模块根据 STL 文件判断制件成型过程中是否需要支撑，如需要则进行支撑结构设计，然后对 STL 分层处理。最后根据每一层的填充路径设计与计算，并以 CLI 格式输出产生分层 CLI 文件。信息系统是在 Pentinm 微机上用 VisualC ++开发的，系统界面采用窗口、菜单、对话框等方式输人输出信息，使用十分方便。

　　4）供料系统

　　MEM--250 制造系统要求成型材料及支撑材料为直径 2mm的丝材，并且具有低的凝固收缩率、陡的粘度温度曲线和一定的强度、硬度、柔韧性。一般的塑料、蜡等热塑性材料经适当改性后都可以使用。目前已成功开发了多种颜色的精密铸造用蜡丝、 ABS 材料丝。

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