《D打印技术应用》PPT课件.ppt

快速成型技術 -3D印刷製程 組員：宋明峰 黃介宏 詹勳旻 沈恩瑋 陳竑志 RP (Rapid Prototyping) 是一種可以在數小時內從所建 構的模型直接製作出正確尺寸雛形的 新製造技術。 快速原型系統 可製作出任意 複雜形狀或是細微機構的雛形，完全擺脫 切削加工的限制，克服手工模型易失真的 缺失，並能 節省昂貴 的模具製作費用。 下表來比較 CNC加工機與 RP成型機適用性 RP (Rapid Prototyping) RP所賦予的主要效益包括： 1.縮短加工階段所需時間 。 2.將 概念實體化 ，以減少設計時的可能錯誤修正。 3.將 設計實體化 ，以減少組合時的尺寸錯誤修正。 4.製作樣品 ，測試機構運動干涉、功能強度測試。 5.樣品確認尺寸 ， 減少 尺寸錯誤而需修改模具費用。 6.成品快速實體化 ，直接生產少量多樣成品。 立體列印技術 (3D Printing)是快速原型技術的一種， ZCorporation公司於 1993年乃針對立體列印技術有別於 他 RP系統的多項優勢進行研發工作。 並於 1996年推出 Z Printer系統。它是一種簡單的快速成 型技術，主要的成型概念與一般的 RP系統均相同，均 是將 3D模型進行分層切割（ SLICING） 後再做分層處理 來 堆疊 出 3D成品，而 Z Corporation在進行分層處理的 過程中，乃 利用印表機列印的原理對分層切割後模型材 料進行分層列印 。 新一代快速原型系統 ZCorporation 立體列印技術 (3D Printing) -工作原理 1 置放粉末 首先將左側的粉末供應活塞降至最底層，右側的 堆疊活塞則提升至最上層，並將粉末狀的模型原 料至放於供應容器中。 立體列印技術 (3D Printing) -工作原理 2 塗敷粉末 當粉末供應活塞上升之後堆疊活塞會同時下降 ，並利用上層的滾輪將粉末供應盒中的原料往 右帶至成型空間中。 立體列印技術 (3D Printing) -工作原理 3 收集粉末 當滾輪將左右容器的高度舖平之後多餘的粉末 會掉落至收集容器內，而這些粉末原料在工作 結束之後，都可以回收再使用。 噴塗黏著劑 再回程中，上層的噴頭會再在模型的分層斷面 範圍內對粉末進行 黏 著劑的噴敷，並藉此黏著劑將粉 末結合。 立體列印技術 (3D Printing) -工作原理 4 重複步驟，直到模型堆疊完成 當粉末供應活塞再度上升之後堆疊活塞會同時 下降，每一階段都重複進行去程的塗敷粉末以 及回程的噴敷黏 著劑動作，藉此 達到模型的堆疊 成型。 立體列印技術 (3D Printing) -工作原理 5 請觀看 01影片 Z Printer的機構概述 下圖代表 Z Printer系統的設 備機構概念，伺服馬達控制上 部的粉末塗敷滾輪及粘著劑噴 頭進行 XY方向的移動，而在 Z方 向則控制了供料活塞及堆疊活 塞的上升及下降動作，當左側 的粉末供應活塞上升後，右側 的堆疊活塞會同時下降，利用 滾輪將粉末供應盒中的原料往 右帶至成型空間中，並再往左 的回程中以噴頭在模型分層斷 面 範圍內對粉末進行粘著劑的 噴敷。 模型製作流程 請觀看 02影片，內容從建模到使用 3DP來製成模型到完成 Z Corp系統與其他 RP系統均相同，在製作 RP模型之前必 須都要有 三維資料圖檔 ，而這些三維資料圖檔的來源必須 仰賴 3D軟體建構或者藉由逆向工程設備的掃瞄 來生成，但 對於大部分的 RP的使用者來說，他的需求在於 希望夠快速 的得到一個概念性的實體模型 ，而這個概念大部份仍存在 於設計者的頭腦當中，因此 對於一個還沒有產生實體模型 的概念，利用逆向工程的方式建模可能比較不適當 ，因此 若以 RP需求作為考量，大部分的 RP使用者還是會選擇 利用 3D軟體進行建模 ，目前 3D軟體廠商眾多，功能性也都很 強，而現在開發出來的 3D軟體都以 Windows介面為基礎， 加上以 Solid Model為核心架構，因此操作十分簡單，也幾 乎都支援 RP格式（ STL）。 模型製作流程 1. 3D CAD建模 在 得到 3D模型之後 ， 接下來我們必須將之轉換為 RP設備所能夠接受的檔案格式 ， STL是一般 RP 系統 所共同使用的檔案格式 ， STL格式的轉換原理 ， 是 將 CAD Model用無數的三角形來模擬趨近 CAD Model， 這有點類似 CAE軟體在運算之前要對模型做 的網格劃分 ， 除了 STL 之外 ， Z Corp系統也支援 ZBD、 BLD、 PLY、 ZCP、 SFX、 ZEC、 VRML等格式 ， 而 VRML格式可對模型外觀定義色彩 ， 因此 Z Corp系統可藉由 VRML檔案進行彩色模型的列印 ， 值得一提的是 ， 目前市面上所有的 RP系統當中 ， 也 只有 Z C o r p 系 統 可 製 作 全 彩 的 模 型 。 模型製作流程 2. 檔案轉換 在 列印模型之前，我們會使用 Z Corp系統所提 供的 Z Printer6.2進行模型的排列和傳輸，排列 模型的主要目的除了 防止模型超出列印範圍 之 外，並可在模型 不互相干涉 的情況下，將模型 排列至最高密度進行列印，以避免分次列印而 浪費時間，除此之外， Z Printer6.2也可對 模型 進行旋轉 ， 縮放 ，以及 模型表面的文字貼附 。 在輸出列印之前還可預估列印時間以及 比對模 型和現有原料高度 ，以確認機器中的原 料是否 足夠，當所有設定動作完成後即可進行列印傳 輸。 模型製作流程 3.排列模型 在 模型輸出列印指令之後之後， Z Printer6.2中 的模型資料便傳輸到 Z Printer設備進行列印動作 ，而 Z Printer6.2與 Z Printer之間的連線方式 可 使用 TCP/IP和 Serial Port進行列印的傳輸，尤其 是透過 TCP/IP的網路連線方式，更可達到遠端 遙控列印的效果。 模型製作流程 3.排列模型 在此是可順道一提的是， Z Corp系統 是唯 一不需進行 模型支撐 (Support)的系統 ， 因為在 列印完成後模型完全被包覆在粉末 原料當中 ，這些粉末成為最好的支撐材料 ，因此我們只 需清除這些粉末即可取出 模型，因此完全可以免去清除支撐材料的 困擾，清除過程中你可使用刷子、吸塵器 、噴槍等工具將模型外的粉末清除，而這 些清除下來的粉 末材料都可以加以回收 後再利用。 模型製作流程 5.去除粉末 在 此是可順道一提的是， Z Corp系統是 唯一不需進行 模型支撐 (Support)的系統 ，因為在列印完成後模型完全被包覆在粉 末原料當中，這些粉末成為最好的支撐材 料，因此我們 只需清除這些粉末 即可取出 模型，因此完全可以免去清除支撐材料的 困擾，清除過程中你可使用刷子、吸塵器 、噴槍等工具將模型外的粉末清除，而這 些清除下來的粉 末材料都可以加以回收 後再利用。 模型製作流程 5.去除粉末 模型製作流程 6.硬化處理 為 了強化模型的 強度 與 韌性 ，或者想要 的讓模型具有如同橡膠般的彈性特型， Z Corp除了提供各種粉末原料之外，另外需 搭配不同的硬化劑，讓模型得到不同的材 質效果，模型在清除粉末之後即可加入 硬 化劑 ，而硬化劑的使用分為 滲透 、 塗刷 、 噴灑 、 浸泡 等各種方式，使用者可依模型 外觀決定適合的方式。 Z Printer的應用優勢 1.無可匹敵的印刷速度 2.多樣化的材料特性 3.無須支撐用耗材可節省粉末 4.強悍的系統軟體 Z Printer6.2 5.便利與簡易的操作與維修 6.網路相容 Z Printer的應用範圍 結論 Z Corporation 公司所生產的 3D實體印刷 (3D Printer)快速原型 (Rapid Prototyping) 設備系統，可以提供任何一個設計團隊進 行更為廣泛的建模需求。 請觀看 03影片，以電腦 3D來模擬 3DP之過程作。 感想 3D模型實物的製作上，從 汽車研發 、 航 空製造 、 消費性電子 產品設計 、 建築 、 地理資訊 、 醫學工程 與學術教育上的原型 實物製作上，都得到相當廣泛的應用，其 需求範圍包括可以從快速的概念性模型產 生，到完全以功能作為 測試目的的原型 製作，讓所有的產品設計在省時節費的技 術下得到實現。 資料來源： 實威科技 CAD/CAM 技術部捷銳 2003/12/20 本文發表於 CADesign雜誌 2004年一月刊