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    家具制造中的快速成型技术

    -------------------------------------------------------------------------- 发布时间 2019/2/19 14:20:35 浏览(
    【导读】为了让大家更好的了解快速成型的种类和原理,我们以古典家具模型制作为例,看一看它的技术特点,并以此展望下未来的家具生产。

      快速成型技术作为一种迅猛发展的先进技术,在多个领域的生产环节具有广泛应用,而这种技术在家具生产中最为人乐道的成果莫过于3D打印家具了。为了让大家更好的了解快速成型的种类和原理,我们以古典家具模型制作为例,看一看它的技术特点,并以此展望下未来的家具生产。

      快速成型的工艺分类

      根据成型原理和成型材料的不同,目前在家具设计与制造过程中使用的快速成型工艺可以分为以下4 种类型:

      熔融沉积工艺

      熔融沉积(FDM)工艺是将丝状的热塑性材料按特定温?#28909;?#21270;,使材料始终保持液体状态,通过挤出头匀速挤出。在成型数据的控制下,有选择的沉积在工作平台上,沉积后立即冷却并固化成型。

    家具制造中的快速成型技术

    家具制造中的快速成型技术

      立体光固化工艺

      立体光固化(SLA)工艺利用了光敏树脂的材料特性,即在一定波长和强度的紫外光束照射下可以实现从液态?#28966;?#24577;的相变。紫外光束的运动轨迹通过成型数据来控制,在光敏树脂表面进行选择性的扫描,实?#31181;?#28857;固化成型。

    家具制造中的快速成型技术

    家具制造中的快速成型技术

      三维印刷工艺

      三维印刷(3DP)工艺的原理为粉末状材料在黏合剂的作用下的黏结成型。在工作平台上先铺一层粉末状材料,再使?#38376;?#22068;将黏合剂分布于需要成型的粉末区域,实现了粉末的黏合成型。

    家具制造中的快速成型技术

    家具制造中的快速成型技术

      选择性激光烧结工艺

      选择性激光烧结(SLS)工艺的原理为粉末状材料在激光烧结下的熔化结合。在工作平台上先铺一层接近熔点的粉末状材料,再使用激光在该层粉末上选择性的扫描,被扫描区域的粉末温度升高, 熔化后烧结成型。

    家具制造中的快速成型技术

    家具制造中的快速成型技术

      古典家具模型制作工艺筛选

      工艺要求

      中国古典家具模型由于需要呈现经典家具器型的形态,有大量的曲面或者异形构件。因此,模型的制作对于整体形态的呈现要力求精确。同时, 模型表面要尽量光滑,体现制作工艺的美?#23567;?/p>

      中国古典家具模型的展示不光是“形态美”,更有其“结构美”。作为中国古典家具精髓的榫卯结构需要特别展示,模型设计要求为包含榫卯结构的可拆装形式。可拆装的榫卯结构对构件的机械性能提出较高的要求。

    家具制造中的快速成型技术

      四种快速成型工艺的对比

      根据中国古典家具模型的制作工艺要求,对4 种主要快速成型工艺进行试制试验,初步筛选适合本?#25991;?#22411;制作的快速成型工艺。

      选取明式圈?#25991;?#22411;中的背板作为试件,通过对背板的试制,对比制作效果、制作时间、制作成?#23613;?#34920;面质量和机械性能等5 个要素,对比结果如下图所?#23613;?/p>

    家具制造中的快速成型技术

      观察过程中发现,SLA 工艺制作的试件表面光滑,FDM 工艺制作的试件表面有台阶效应,3DP工艺制作的试件表面有颗粒状的感觉,SLS 工艺制作的试件表面有分层状感觉。

      手掰过程中发现, 3DP 工艺制作的试件轻轻用力就被掰断,且有粉末?#27492;?#23633;。加大力量后,SLA 工艺和SLS 工艺制作的试件相继出现断裂,而FDM 工艺制作的试件最不容易掰断。因此,FDM 快速成型工艺在机械性能表现方面最优。而?#28082;?#32493;的拉伸试验分析,FDM 工艺制作的试件机械性能也更好。

      熔融沉积工艺(FDM)制作家具模型

      通过筛选,选取FDM 工艺制作中国古典家具模型。本?#25991;?#22411;制作使用的是Stratasys Fotus 450 快速成型机,选取的模型为明式圈?#25991;?#22411;,制作过程如下:

      使用UG 软件建立明式圈?#25991;?#22411;,通过测绘及参考二维尺寸图等手段进行建模。模型一共32个零件,各零件分开建立,通过装配模块进行装配。零件与零件间的连接方式均为榫卯结合,明式圈?#25991;?#22411;的整体效果和炸裂图如图所?#23613;?/p>

    家具制造中的快速成型技术

    家具制造中的快速成型技术

      将圈?#25991;?#22411;的STL 文件导入Fotus 450 快速成型设备中,对模型大小进行设置。本次制作过程中明式圈?#25991;?#22411;与实物的比例设置为1∶9,该比例下模型尺寸刚好适宜。

      设置Fotus 450 快速成型设备的参数,设置加工层厚为0.1 mm,材料挤出速度为50 mm/min,其余参数一般默认由系统进行设置。

      参数设置完成后,快速成型控制软件自动切片,生成机代码,并开?#25216;?#24037;过程。

      模型加工完成后,进行后处理工艺。后处理工艺的第一步是去除支撑材料,通过手工剥离的方法。支撑剥离过程中产生的毛刺和凹槽,通过打磨抛光去除。主要使用的工具为砂纸、纱绸布、羊绒轮等。进行后续处理后,完成古典家具模型的制作。

    家具制造中的快速成型技术

    家具制造中的快速成型技术

      得益于先进制造技术的发展,通过快速成型技术制作中国古典家具模型,不仅能提高制作效率、降低制作成本,而且实现了科技和文化的融合,凝聚了深刻而丰富的内涵,具有较高的市场推广价值,同时也促进了文化的传播。

      我们以此来展望未来的家具生产,快速成型技术早日能够实现工业化生产。

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