按照層和速凝快速成型技術(shù)的要求，提出快速成型機(jī)的兩種設(shè)計(jì)方案，利用Pro/E軟件對樣機(jī)進(jìn)行了建模與裝配，分析了兩種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣;運(yùn)用ANSYSWorkbench軟件分別對兩種方案的關(guān)鍵部件，鋪料臺升降裝置進(jìn)行了靜力學(xué)分析，模擬兩種方案在實(shí)際工作中的變形量;結(jié)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(jī)構(gòu)可靠性低于方案二的設(shè)計(jì)，選擇方案二為最優(yōu)設(shè)計(jì);相對傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，提高了效率，縮短了研發(fā)周期，并為樣機(jī)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(dāng)下研究的一個(gè)熱點(diǎn)。目前適合陶瓷材料快速成型的設(shè)備大多需要激光成型，制造成本較高，且設(shè)備昂貴，或者對材料的要求較高，很難達(dá)到經(jīng)濟(jì)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(shù)，并以該技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合陶瓷材料和石蠟的特性，設(shè)計(jì)出一種更加經(jīng)濟(jì)合理的新型快速成型裝置。

　　傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，需要根據(jù)物理樣機(jī)反復(fù)安裝調(diào)試，設(shè)計(jì)周期長、成本高，而虛擬樣機(jī)技術(shù)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(jī)各零部件的三維實(shí)體模型，進(jìn)行整機(jī)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(jìn)行深入分析，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性和可靠性，為物理樣機(jī)的研制提供依據(jù)和參考。

2、新型快速成型機(jī)設(shè)計(jì)

　　2.1、工作原理

　　按照層和速凝快速成型技術(shù)的要求，需要設(shè)計(jì)一種能夠快速且簡單的生產(chǎn)陶瓷零件的加工設(shè)備，該設(shè)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(jì)算機(jī)控制刻刀在蠟板上刻出制件的截面輪廓，通過吹風(fēng)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(fù)步驟1～4，逐層疊加，最后完成實(shí)體成型;

　　(6)排蠟燒結(jié)，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(shè)備需要具備水平運(yùn)動裝置、料斗攪拌裝置和鋪料臺升降裝置三部分。水平運(yùn)動裝置主要帶動料斗分別完成石蠟和陶瓷漿料的鋪設(shè);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(shí)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(jī)生產(chǎn)工藝流程圖

4、結(jié)論

　　(1)相對于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，Pro/E技術(shù)使設(shè)計(jì)更加直觀，零部件的相對位置關(guān)系清晰，同時(shí)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(guān)鍵部件，鋪料臺升降裝置的靜力學(xué)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(jī)構(gòu)可靠性方面考慮，選擇方案二為最終設(shè)計(jì)結(jié)果。