基于Pro/E的快速成型機設計與分析

　　按照層和速凝快速成型技術的要求，提出快速成型機的兩種設計方案，利用Pro/E軟件對樣機進行了建模與裝配，分析了兩種設計方案的優(yōu)劣;運用ANSYSWorkbench軟件分別對兩種方案的關鍵部件，鋪料臺升降裝置進行了靜力學分析，模擬兩種方案在實際工作中的變形量;結果表明，方案一在豎直方向的最大變形量0.13828mm，超過誤差允許的范圍，且機構可靠性低于方案二的設計，選擇方案二為最優(yōu)設計;相對傳統(tǒng)的設計方法，提高了效率，縮短了研發(fā)周期，并為樣機的研制提供了借鑒和依據(jù)。

1、引言

　　陶瓷零件的快速成型是當下研究的一個熱點。目前適合陶瓷材料快速成型的設備大多需要激光成型，制造成本較高，且設備昂貴，或者對材料的要求較高，很難達到經(jīng)濟的目的。為了解決以上難題，提出了基于石蠟的層和速凝快速成型技術，并以該技術為基礎，結合陶瓷材料和石蠟的特性，設計出一種更加經(jīng)濟合理的新型快速成型裝置。

　　傳統(tǒng)的設計方法，需要根據(jù)物理樣機反復安裝調試，設計周期長、成本高，而虛擬樣機技術可解決這一問題。Pro/Engineer是一款基于特征的參數(shù)化建模軟件，利用Pro/E建立快速成型機各零部件的三維實體模型，進行整機裝配，縮短研發(fā)周期。與有限元分析軟件配合使用，可以對模型進行深入分析，驗證設計的合理性和可靠性，為物理樣機的研制提供依據(jù)和參考。

2、新型快速成型機設計

　　2.1、工作原理

　　按照層和速凝快速成型技術的要求，需要設計一種能夠快速且簡單的生產(chǎn)陶瓷零件的加工設備，該設備的加工工藝為:

　　(1)鋪料系統(tǒng)在雕刻平臺上鋪一層熔融的石蠟，待凝固后作為雕刻的基板;

　　(2)計算機控制刻刀在蠟板上刻出制件的截面輪廓，通過吹風裝置將石蠟碎屑吹走;

　　(3)在鏤空的石蠟基板上鋪一層混有石蠟的陶瓷漿料，刻痕以外的多余陶瓷漿料通過刮板清除;

　　(4)鋪料平臺通過絲杠在豎直方向向下平移距離0.1～2mm;

　　(5)重復步驟1～4，逐層疊加，最后完成實體成型;

　　(6)排蠟燒結，獲得所需陶瓷制件。

　　其生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。通過對工藝流程的分析，該設備需要具備水平運動裝置、料斗攪拌裝置和鋪料臺升降裝置三部分。水平運動裝置主要帶動料斗分別完成石蠟和陶瓷漿料的鋪設;料斗攪拌裝置主要用來盛放漿料并保證漿料處于熔融狀態(tài);鋪料臺升降裝置主要實現(xiàn)鋪料臺的平穩(wěn)下降，保證陶瓷片層厚度均勻，直接影響陶瓷制件的精度。

圖1 快速成型機生產(chǎn)工藝流程圖

4、結論

　　(1)相對于傳統(tǒng)的設計方法，Pro/E技術使設計更加直觀，零部件的相對位置關系清晰，同時也便于修改，提高了效率，大大縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期。

　　(2)通過對兩種方案的關鍵部件，鋪料臺升降裝置的靜力學分析發(fā)現(xiàn)，方案一鋪料臺在豎直方向最大變形量為0.13828mm，方案二在豎直方向最大變形量0.0205mm，從產(chǎn)品精度要求和機構可靠性方面考慮，選擇方案二為最終設計結果。