教学课件智能制造数字化增材制造第7章增材制造前处理.pptx

1、授课教师：XXXX智能制造数字化增材制造目录/CONTENTS01建立打印环境02设计支撑03空间布置04输出打印文件本章将详细地介绍增材制造的过程（图7-1），包括如何使用软件来设置、编辑和生成增材制造项目的加工程序。增材制造工艺的加工编程大致可分为以下几步：1）建立打印环境。2）创建模型需要的支撑结构。3）根据需要使用模式和嵌套功能安排多个组件。4）将最后生成的打印文件发送到打印机。增材制造前处理01建立打印环境1安装配置软件打开NX 安装目录，打开【mach】【auxiliary】【mfgam】文件夹。在【mfgam】文件夹中找到【Build Processor Interface.ex

2、e】可执行文件。运行此文件来安装构建处理器管理器，用于查看任何已安装的3D 打印机配置文件及其构建处理器（图7-2）。建立打印环境2）图7-3 所示为一些其他先前安装的3D 打印机配置文件，它们引用的构建处理器与演示构建处理器不同。在这两种情况下，都需要使用【Add a Machine】命令在管理器中选择一个新的3D 打印机配置文件。建立打印环境3）在图7-4 所示的窗口中选择所需的机器。窗口中包含着管理器可以识别的所有打印机类型。在本例中，有五个机器选项与演示构建处理器相关，可以选择其中任何一个添加到管理器视图中。4）运行【mfgam】文件中【DemoBuildProcessor-x64】应

3、用程序。然后重新启动机器。建立打印环境如果要创建并输出可运行的文件，需要一个官方的构建处理器连接打印机。它将以与演示构建处理器相同的方式进行安装，并包含在构建处理器管理器中。在购买官方的构建处理器时会提供其许可证。演示构建处理器的许可证也可以直接获得。要申请许可证，可转到机器配置页面并单击下面的许可证按钮，如图7-5 所示。建立打印环境5）最后要安装的是【Inspector_1.1.0.167_x64.msi】应用程序，它同样在【mfgam】文件夹中。安装完成后，程序的路径应该显示在【Path to Executable】文本框中，如图7-5所示。这将是启动切片查看器的方式。建立打印环境如果在

4、安装构建处理器时出现【Unexpected open contours after slicing】错误提示，选择【Profile Editor】选项卡，并勾选【Gap Fill】即可，如图7-6 所示。建立打印环境2定义构建处理器配置文件启动【Build Processor】程序，单击【Add&Machine】按钮，选择小正方形的金属粉末打印机。在【Description】文本框中输入【small demo】，并设置【Machine Location】，如图7-7 所示。建立打印环境根据需要可以多次添加相同的打印机，因为每个3D 打印机都有自己的配置文件。实际操作中可能有许多相同类型的打印机

5、。可以查看添加的打印机的属性以及设置的名字和描述。还可以对其设置访问权限。1）打开【Configure Printer】窗口，对打印机进行设置，如图7-8 所示。选择【ProfileEditor】选项卡，可以将输出文件发送到指定的文件夹，该文件夹可以是打印机的自动输入文件夹。建立打印环境2）在【Profile Editor】选项卡中可以对【Machine Settings】【Material】【General】【Slice Profile】和【Build Strategy】进行编辑或自定义。3）在【Material】选项组中，可以对材料进行重命名。然后，可以修改它的一般属性。具体操作如图7-9

6、 所示。建立打印环境4）选择【Material 1】，并打开它的切片配置文件【Slice Profile】，重命名为【Slice Profile 1】，把它的厚度【Slice Thickness】设置为【0.1】，其他选项默认设置。具体操作如图7-10a 所示。还可以再添加一个【Slice Profile 2】，将其【Slice Thickness】设置为【0.12】，并将最大间隙【Maximal Gap Size】设置为【0.2】，以建立不同的切片剖面。具体操作步骤如图 7-10b 所示。建立打印环境5）更改默认的构建策略【Build Strategy】。将其命名为【Build Strate

7、gy 1】，将边界距离【Border Distance】更改为【0.02】。具体操作如图7-11 所示。建立打印环境6）单击添加按钮，创建【Build Strategy 2】。具体操作如图7-12 所示。选择【Build Strategy 2】，设置边框数【Number of Borders】为【2】，并将边框距离【Border Distance】设置为【0.05】。具体操作如图7-13 所示。建立打印环境此时构建了两个切片配置文件【Slice Profile】，并为【Slice Protile 1】构建了策略【Bulid Strategy】。通过这种方式，可配置所有构建处理器能够完成的操作。

8、构建策略【Build Strategy】由以下四个部分组成：1）切片信息【Slicing】：可以指定切片厚度，并指定扫描的支持层级。如果需要扫描更高层级，需要使用更高的激光功率或一些方法来融合几层材料，同时对支撑结构的精度要求不能太高。2）重缩放【Rescaling】：材料的收缩或非线性变化时，当需要其分量向一两个方向收缩时，可以在【Rescaling】中修改。建立打印环境3）路径生成【Path Generation】：【Part Border】取决于填充区域的轮廓。【Up Skin】【In Skin】和【Down Skin】是指切片相对于组件的位置。【Up Skin】是最上面的一层，代表组件

9、的上表面，下一层的构建是在熔融粉末上的松散粉末上；【In skin】表示组件体内部的层；【Down Skin】是第一个融合层，代表一个向下的表面，在这个表面下面的层是松散的粉末，这一层是这个区域的第一个融合层。4）扫描【Scanning】：可对用于在切片中跟踪几何图形轮廓的激光进行设置。至此，已经完成了【Build Strategy】的基本配置。现在打开NX 并加载一个增材制造项目。建立打印环境【Large Squave Platform】在NX 构建托盘中有两个选项，选择大型方形托盘。为这个托盘选择一个3D 打印机。在【Select 3D Printer】列表中包括两台3MF 打印机和一台S

10、TL打印机。它们没有与之关联的实际构建处理器。除了这些之外，还有刚才在构建处理器管理器中查看的机器。具体的操作如图7-14 所示。建立打印环境使用选定的打印机，可以编辑构建托盘的构建策略【Edit Build Strategy】，图7-15 所示为可用于该打印机的材料、片配置文件和构建策略选项。建立打印环境3初始化托盘1）启动NX，创建一个新的NX 部件文件。选择【增材制造】选项卡，创建一个新文件，选择【空的构建托盘】，命名文件并指定它的文件夹。2）进入增材制造环境后，选择3D 打印机关联到构建托盘。【Select 3D Printer】中的3MF 和STL 打印机是开箱即用打印机，而大型的方

11、形平台金属打印机【Large quarePlatform，metal powder bed printer】是在构建处理器管理器中加载的，在这里选择它，它使用的是Demo 构建处理器。此处可以随时更改3D 打印机的选择。建立打印环境当选择打印机时，会得到该打印机的相关几何图形。图形区中有一个构建板，还有一个构建空间，组件必须放入其中才能在这台3D 打印机上打印。3D 打印机的坐标系统也是可见的，如图7-16 所示。建立打印环境3）向构建托盘添加部件。使用【Add Part】命令添加一个NX 部件，或者使用【Import STL File】命令引入一些扫描的几何图形。添加完模型文件后，图形区如图

12、7-17 所示。此时，NX 会询问【是否要添加约束】，因为这是一个新的组装项，选择【否】。建立打印环境4）在打印空间中添加了组件，就可以使用【移动组件】命令【Move Component】移动它们。选择组件，单击【Specify Orientation】，如图7-18 所示，设置X、Z 值，使组件向后倾斜，并向上移动。然后在增材制造导航器【Additive Manufacturing Navigator】中会出现添加模型的链接，如图7-19 所示。建立打印环境02设计支撑自动支撑设计是为增材制造项目构建结构支撑的一种快速方法。1）打开NX 导航中的支撑结构库。在本例中设置了两个库，一个命名为【

13、my default】，另一个命名为【perforation】，如图7-20 所示。设计支撑2）在刚创建的构建托盘中有两个组件可定位，可以快速为组件创建自动支撑，如图 7-21 所示。设计支撑3）选择要支撑的组件，单击鼠标右键，使用【创建自动支撑】命令，根据默认的支撑配置文件构建支撑结构。这些支撑有轮廓结构和内部结构，这些都在与每个支撑相关的属性列表中被列出和定义，如图7-22 所示。每个支撑都具有相同的属性，因为它们都是以相同的配置文件生成的。设计支撑在支撑结构库中指定【Perforation】配置文件作为默认文件。完成支撑结构库的更改后，在另一个构建托盘组件上使用【创建自动支撑】，新支撑与

14、以前的支撑有很大的不同，一个使用默认的结构，另一个结构为穿孔剖面。图7-23 所示为两种支撑结构，很容易通过左边支撑包含的大的穿孔来区分。设计支撑03空间布置1阵列组件的模式模型一般布置在XY 平面，这有利于构建多个相同的部件，尤其是需要构建托盘支撑的金属部件。图7-24 所示为构建托盘中心的一个小组件，可以使用右键菜单中的命令或工具栏中的阵列组件命令【Pattern Part】对其进行阵列。空间布置设置指定矢量【Specify Vector】为Y 轴，选择线性模式【Linear】，设置组件间隔【Pitch Distance】为30mm，组件数量【Count】为2。图7-25 所示为阵列完成后

15、的结果。空间布置使用快捷键Ctrl+Z撤销阵列操作。然后为组件创建自动支撑。再打开【PatternPart】对话框，设置指定矢量为X 轴，设置间隔为50mm，数量为3，并勾选对称模式【Symmetric】。图7-26 所示为第二次阵列的结果。空间布置如果勾选了对称模式，就会沿着指定矢量的正反两个方向进行阵列。然后勾选使用方向2【Use Direction 2】。再次使用不同的指定矢量来进行阵列，选择指向矢量为Y 轴，设置数量为2，间隔为30mm。单击【OK】，在两个指定矢量方向均得到对称的阵列结果，如图7-27 所示。空间布置还有其他的阵列模式可以尝试，如螺旋【Spiral】。选择螺旋模式时，

16、需指定一条平面法线。在本例中，设置圈数【Turns】为3，径向螺距【Redial Pitch】为50mm。其余参数设置和阵列结果如图7-28 所示。空间布置2创建异常组件图7-29 所示为一个构建托盘阵列特征的实例，它是以基本节点创建的53 阵列特征。空间布置可以在导航器或图形区中进行模型的选择，从图形中选择一个支撑，它将立即在导航器中突出显示并出现其属性。选择图7-29 中的支撑，将其对应的模型用作第二次阵列的基础。空间布置把这个模型阵列新的一行。设置指定矢量为Y 轴，然后使其反向，让它指向新的一行。取消勾选对称模式和方向2，将间隔设置为30mm。在新行中创建一个新模型，如图 7-30 所示

17、。空间布置接着对这个新阵列特征做一个改变，使这里有两个模型的阵列特征，从第一个开始。对它做一些修改，编辑它的支撑结构。将其改为实体支撑（图7-31）。因为在这台3D 打印机中，当激光接近实体模型边缘时，其构建特性并不完全相同，所以需要修改。空间布置现在可以创建另一种阵列特征，从这个阵列特征开始，全部使用实体支撑，如图7-32所示。空间布置3嵌套三维组件对构建托盘使用自动嵌套命令【Automatic Nesting】，如图7-33 所示。空间布置在自动嵌套对话框（图7-34）中，设置【Solution Mode】为【Distribute in Heigh】，在整个构建集中以高度分布所有这些组件。

18、设置【Stop After（minutes）】为【2】，要求优化2min，然后停止。空间布置图7-35 所示为自动嵌套三维组件的结果。所有的组件都与完成添加时一样置于构建托盘中。空间布置在自动嵌套对话框中的约束【Constraints】下拉列表中有一个选项是保持这些方向【Fix Rotation】，就像前面设置的那样。或者可以允许有一些旋转，前提是不会对组件造成影响。如果选择固定底部和XY【Fix Bottom And XY】（图7-36），那么这些组件就可以围绕Z 轴旋转，只能以180为增量，相对于零件保持在X 轴方向和Y 轴方向不变。向上移动约束下拉列表，可以看到更多的选项。空间布置还可以

19、减少对组件的约束，来优化打印高度，将所有的组件压缩得更紧凑，更接近构建托盘，这意味着3D 打印的总层更少，打印速度更快。从图7-37 中可以看出约束选项改变了组件的排列，组件被压缩得更紧，并且都在一定高度内，即不能再进一步压缩的总体高度。空间布置应用另一种解决方案【Solution Mode】，将联锁选项设置为避免隧道【Avoid Tunnels】，然后选择优化切片体积【Optimize Slice Volume】作为解决方案，如图7-38 所示。这个选项将使零件移动，以使每层得到大约相同的激光扫描量，尽可能均匀地分配热量。因为涉及更多的计算，这个优化稍微慢一些。空间布置在图7-39 中可以看

20、到再次使用构建空间的全部高度来进行嵌套组件。空间布置也可以通过勾选从空构建托盘开始选项【Start From Empty Buildtray】来清除构建托盘，并强制使用嵌套算法重新定位构建空间中的每个部分，以从头开始，尽管没有对参数做任何更改，但是从一个空的构建托盘开始确实会得到与顺序解决方案不同的结果，如图 7-40 所示。空间布置04输出打印文件1设置网格精度打开具有圆柱形和球形的模型（图7-41），该实例有助于看到和理解网格精度。选择【View】（视图）选项卡，显示刻面棱。显示刻面棱用于在屏幕上绘制显示的精确表面的近似值。输出打印文件打印托盘中的每个部分都可以分配网格属性，可以使用右键菜

21、单中的网格属性命令【Mesh Properties】，也可以使用工具栏中对应的按钮，如图7-42 所示。在网格属性对话框中可以修改实际的属性值。输出打印文件构建托盘中单个部件的所有特征都具有相同的网格面。在本例中，构建托盘实际上包含两个独立的部件，它们实体形状一样，所以可以很容易地在演示中比较面片的差异，但它们是不同的NX 部件，所以可以应用不同的网格属性，现在都被设置为精细，如果将其更改，可以看到这些网格精度显示得不同，如图7-43 所示。输出打印文件选择【view】选项卡，展示这些部分在面片上的不同。图7-44 所示为发送到打印机的文件。输出打印文件用户定义的选项中有公差设置，在NX 帮助

22、文档中可以看到这些选项是如何定义的。图7-45 所示为【Additive Manufacturing】部分关于网格属性的公差定义内容。其中有关于粗糙【Coarse】、标准【Standard】、精细【Fine】等不同公差等级的描述。图左边为公差类型，每个预先定义的网格分辨率都在这个图表中列出了它的实际公差值，可以看到这些设置实际上为每个选项。可以向下滚动查看每个公差术语的定义。输出打印文件2构建策略在NX 中使用【编辑构建策略】命令时可用的四种材质，对于铝材料，选择粗略的0.150mm 厚度（图7-46），可以看到一组相关的信息。输出打印文件关于此材料的构建策略，NX 中有三种策略可供选择。第一

23、个是系统安装的默认值，它的切片厚度为0.1mm。切片被分解为边框和填充（或孵化），有几个类别的填充方式。在这里默认象棋模式，它会以棋盘图样交替方块。这就是为整个构建托盘选择的构建策略（图7-47）。输出打印文件3生成打印文件使用Generate 命令将输出文件写到一个文件夹中（图7-48），这需要一点时间，因为软件正在制作所需的所有切片，并根据我们选择的构建策略将每个切片分解成激光轨迹。也可以使用类似的命令如Print，将输出文件直接发送到打印机，而不是发送到文件夹。可以在构建处理器中看到打印机中处理队列的进展（图7-49）。输出打印文件当处理完成后，可以使用【Explore Output D

24、irectory】命令直接写入该文件的文件夹中（图7-50），可以看到它大约有92MB，是一个【任务调度器任务】文件，由它的“.job”文件名表示。这是由构建处理器管理器中为这台机器的特定实例建立的构建策略选择向导。输出打印文件4切片检查在查看切片查看器之前，需要确认打印文件已完成。可以使用切片查看器查看它的内容。选择左侧导航器中的项目并在右键下拉菜单中打开切片查看器（图7-51），看到所有支持的横截面在第一个切片上满足构建托盘要求。可以使用左上角的增量箭头逐层递增，或者使用滑块来移动关卡。输出打印文件在水平滑块上，我们可以看到每一层都是从头开始构建的，移动时得到了激光追踪到的矢量的数量。也可

25、以直接输入一个关卡来跳转到一个特定的切片，当跳到第250 片，看到进入组成部分的体积，其材料是固体的。由于之前对这两个组件使用了两种不同的构建策略，在第一种情况下，使用象棋模式，其中正方形的大小是100 笔画，我们用了两种轮廓笔画。如果继续放大，可以看到象棋的方块，再进一步放大，会看到每个轮廓有两条轨迹（图7-52）。输出打印文件如果我们稍微缩小一点，就可以看到这两个组件在一起，并识别出正在使用的不同构建策略。也可以显示笔画之间的跳跃。可以看到每条轨迹都有一个与之相关的方向（图7-53）。输出打印文件使用切片查看器如果一直向上移动到打印作业的最后几片，会看到圆柱形状，因为横截面正在缩小，以完成圆柱造型（图7-54）。这些平行的笔画展示了In Skin 区域与UpSkin 区域之间的区别，In Skin 区域是一个零件的内表面，而Up Skin 区域是一个零件朝上的外表面。Up Skin 代表这个区域的最后一层熔融粉末，而上一层未熔融，因此，建立平行的直线冲程以作为圆柱体顶部来完成。输出打印文件通过以这种方式打破传统的填充模式，每隔一个正方形跟踪填充，然后返回来填充其余的正方形（图7-55），从而将热量均匀传递。要用这种方式来控制热量，以减少制件的翘曲和变形，要防止把热量放在一个地方从而避免发生问题。输出打印文件The year-end summary report谢谢聆听