针对上述问题，本文对管道弯管段脉冲涡流检测理论与方法进行了系统研究，主要内容包括：脉冲涡流检测的基本原理、管道弯管段脉冲涡流检测的理论模型、管道弯管段脉冲涡流探头及其配套机构的设计。
全文结构安排如下:
第一章为绪论。本章首先简单介绍了管道弯管段检测的研究背景。然后总结了下国内外脉冲涡流检测技术在管道方面的研究进展与现状。最后指出了全文的研究内容和总体框架。
第二章建立了弯管脉冲涡流检测的理论模型。本章首先对脉冲涡流检测的原理进行了介绍。然后建立弯管检测的有限元模型，查看各时刻管壁中涡流的分布情况，以及接受线圈上任意一点的随时间变化的感应电压信号。
第三章对弯管段脉冲涡流探头及配套机构进行了设计。首先对探头检测时的位置要求作了分析，然后针对要求做出方案，最后建立出三维装配图，画出工程图。
第四章为结语。本章对全文进行了总结，并指出今后可进一步对扶正机构的完善。
第二章  3D打印机方案确定
2.1 3D打印机设计关键
ANSYS分析时GUI操作方式
1. 指定工作文件名和分析标题
File>Change Jobname

Change Title

最后都是单击“OK”确定。
2.建立几何模型
建立管道的横截面和旋转轴
2.1建立圆面
Preprocessor>Modeling>Create>Area>Circle>Solid Circle

同样的方法，建立两圆面半径分别为0.0365m和0.0265m。
2.2建立旋转轴上的两个关键点
Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CS

在如上的对话框中依次键入(0.073,0,0),(0.073,0.073,0)两个点，最后单击OK结束。
2.3布尔运算建立出圆环面
Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract>Area

2.4建立管道模型
利用Extrude命令来旋转和拉伸横截面得到管道的一半模型
Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Areas>About Axis(By XYZ Offset)

2.5建立激励线圈和接收线圈的模型
在建立模型之前先要平移工作面WorkPlane>Offset WP by Increments，然后再在此工作平面做局部圆柱系WorkPlane>Local Coordinate Systems>Create Local CS>At WP Origin。
2.2总体方案分析
2.2.1方案设计工作分配
在有限的时间里，要将整体设计完成需要花费大量的时间与精力，故而工作进度的合理安排对于提高工作效率尤为重要，主要工作大致分以下几方面进行：
1、搜集资料，熟悉并了解国内外桌面3D打印机的结构、组成及工作情况，分析其优劣，找出可以改进或需要改进的地方；并弄懂采用熔融沉积制造技术的3D打印机的工作原理、工作特性。
2、总体方案设计，包括方案的提出与确定，方案的实现，必要的设计计算以及必要的校核。
3、完成打印的装配图，及重要零件的零件图，并完成设计说明书等。
具体的进度安排灵活运用工作时间。
总体方案及功能的实现：
1 、机床框架采用2020欧标铝型材，便于组装。
2、 为了追赶桌面3D打印机方便、快速的潮流，同时也考虑到应用于办公环境的需求，设计最大打印尺寸为200*200*280（mm）。
3、 因采用熔融沉积制造技术，与大多数桌面3D打印机不一样的是，喷头受水平分层数据控制在X-Z平面作联动扫描，工作台在Y轴方向运动，按照成形件的截面轮廓作填充轨迹运动，当一层成形完后，再做Z轴方向运动。
4 、运动机构的驱动采用步进电机，步进电机每步的精度在百分之三到百分之五，而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性。
5、 为了消除层层累加制造所产生的台阶效应，提高打印精度，Z轴方向步进电机机床导轨应采用精度高的滚珠丝杆，然而，鉴于本方案中本款桌面3D打印机的市场定位，滚珠丝杆价格太贵，故采用价格便宜，耐用的T型丝杆。
6、为了实现折叠功能，Y轴铝型材框架外部长度比Z轴铝型材短1mm。
2.3主要特色及任务要求
2.3.1主要特色
基于桌面级的3D打印机现如今仍处于萌芽阶段，为了让3D打印走进人类生活，满足各种需求，打印机的视觉冲击无疑显得格外重要，毕竟，要想让人接受并使用，就必须让人产生浓厚的兴趣，而视觉效果首当其冲，故而，本设计采用机床折叠方案，极大缩小了机床存放和运输尺寸，具备很大的便携性，也具备很大的市场潜力。
2.3.2任务要求 
鉴于时间的紧迫性和自身能力的局限性，在完成总体设计任务的前提下，本方案设定预期目标如下：
1、能用AutoCAD2013 建模；
2、导出二维平面图，完成完整的打印装配图，及重要零件的CAD图。
3、具备市场可执行力。  
第三章  机床折叠功能的实现
3.1机架材料以及型号的选取
桌面级3D打印机强调的是“桌面”二字，这就意味着打印机机身的整体尺寸必须符合办公环境的要求，也即尺寸不能过大，而且，随着世界潮流的发展，更多使用者更倾向于DIY模式，即自我组装模式，这就要求3D打印机容易组装，同时在此方案中，为了实现打印机便携，美观，折叠的功能，机架的选择尤为重要。
基于以上要求以及本方案对于打印尺寸的界定，故选择2020欧标铝型材作为机架选材。
铝型材的使用范围极广泛，通用性强，它因环保、组装拆卸方便、节省时间和金钱的特点而闻名。其具备以下特点：
1、铝型材品种多、规格全，适合各类型机械装置使用；
 2、无须焊接过程、调整尺寸方便、更改结构容易；
 3、尺寸公差要求高、表面光洁度要求高；
 4、组装过程方便快捷，生产率高；
 5、表面经阳极氧化处理，防腐蚀、美观大方，可提高产品附加价值。
市场上常见工业铝型材如下：
 
图3-1
P6-2020适用于轻型结构的框架组合，本方案中的桌面级3D打印机具备很高的便携性，故而机体重量不大，2020铝型材具体参数如下图：
 
图3-2
3.2 机床结构分析
本方案中，为实现折叠功能，设计整体机架如图所示，整个Y床的铝型材外部长度要比Z轴铝型材内部高度小1mm。
 
图3-3
对于机床的稳固问题，本方案采用滚花高头螺栓以及和2020铝型材相配套的一字槽条配件结合来固定整个Y床，如图所示：
 
图3-4
要实现折叠，只需将滚花高头螺栓拧松直至脱离Y床铝型材，然后将整个Y床移出Z轴铝型材框架向上折叠，使其嵌入Z轴铝型材，使用时将其取出，复拧上滚花高头螺栓即可。
 第四章  电机驱动部分选型与计算 
4.1步进电机的选取
首先，我们来比较一下步进电机和伺服电机，如下表：
从表中可以看出，步进电机更适合本方案中小力矩，低速度，低价格的桌面级3D打印机。
步进电机是直接将电脉冲转化为机械运动的装置，通过控制施加在电机线圈上的电脉冲顺序、频率及数量，可以实现对步进电机的转向、速度以及旋转角度的控制。在不借助带位置感应的闭环反馈控制系统的情况下、使用步进电机与其配套的驱动器共同组成的控制简便、低成本的开环控制系统，就可以实现精确的位置以及速度控制。
考虑到本方案中打印机需要正向/反向转动，而且要求位置急停和锁定功能以及在低转速条件下的精确位置控制功能，故而采用二相混合式步进电机。
以1.8度两相步进电机为例：当两相绕组都通电励磁时，电机输出轴将静止并锁定位置。在额定电流下使电机保持锁定的最大力矩为保持力矩。如果其中一相绕组的电流发生了变向，则电机将顺着一个既定方向旋转一步（1.8度）。同理，如果是另外一项绕组的电流发生了变向，则电机将顺着与前者相反的方向旋转一步（1.8度）。当通过线圈绕组的电流按顺序依次变向励磁时，则电机会顺
着既定的方向实现连续旋转步进，运行精度非常高。对于1.8度两相步进电机旋转一周需200步。 

图4-1
4.2步进电机选型计算
上述已初步确定采用二相步进电机驱动，下面对具体的电机型号进行选取计算，其中某些数据为大体估算值。
1. 传动比计算
 脉冲当量：一个指令脉冲使步进电机驱动拖动的移动距离s =0.01mm/p（输入一个指令脉冲工作台移动0.01毫米）
 初选二相步进电机的步距角为1.8度，其每转的脉冲数：
S=360°/φ          （4-1）
     步进电机与T型丝杆的传动比：
     i=L/ss =1.25        (4-2)
T型丝杆导程2mm,节圆直径8mm。
     在步进电机和T型丝杆之间加Z1=20，Z2=25模数m=2.5的一对齿轮。
2. 计算工作台，丝杆以及齿轮折算至电机轴上的惯量Jt
Jt=J1+（1/i2)[(J2+Js）+W/g（S/2π)2]=0.043 g.cm.s2 (4-3)
  J1、J2 -齿轮惯量(Kg.cm.s2)
  Js -丝杆惯量(Kg.cm.s2)
3.  计算电机输出的总力矩M
  M=Ma+Mf+Mt=0.38 N.m （4-4）
  Ma=（Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2  （4-5）
  Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2    （4-6）
  Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2      （4-7）
  Ma -电机启动加速力矩（N.m) 
  Jm、Jt-电机自身惯量与负载惯量(Kg.cm.s2)
  n-电机所需达到的转速（r/min）
  T---电机升速时间（s）
  Mf-导轨摩擦折算至电机的转矩（N.m)
  u-摩擦系数
  η-传递效率
根据负载转矩M=0.38 N.m和总转动惯量Jt=0.043 kg.cm.s2，选定步进电机型号为42BYG250B-0151两相混合式步进电机，其最大静扭矩为0.43N.m，转子转动惯量为57 g.cm.s2，符合要求。
第五章  齿轮的强度计算
5.1齿轮的损坏原因及形式
齿轮传动形式很广，应用广泛，总体来说，齿轮传动具备如下主要特点：效率高，结构紧凑，工作可靠、寿命长，传动比稳定。
齿轮的损坏形式分三种：轮齿折断、齿面疲劳剥落和移动换档齿轮端部破坏。
轮齿折断分两种：一是轮齿受足够大的冲击载荷作用，造成轮齿弯曲折断；一是轮齿再重复载荷作用下齿根产生疲劳裂纹，裂纹扩展深度逐渐加大，然后出现弯曲折断。
齿轮工作时，一对相互啮合，齿面相互挤压，这时存在齿面细小裂缝中的润滑油油压升高，并导致裂缝扩展，然后齿面表层出现块状脱落形成齿面点蚀。他使齿形误差加大，产生动载荷，导致轮齿折断。
3D打印机要求能够进行正反转运动，齿轮容易产生疲劳而出现弯曲或者折断现象。
5.2 齿轮的强度校核与计算
5.2.1选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数          
（1）3D打印机挤出部分要求齿轮在竖直方向转动，选用直齿圆柱齿轮传动。
（2）3D打印机为一般工作机器，故选用7级精度（GB 10095—88）。
（3）材料选择。选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS，取失效概率为1%，安全系数S=1。
（4）选择小齿轮齿数为z1=19，大齿轮齿数z2=31。
（5）选取螺旋角，初选螺旋角ß=30º。
5.2.2由齿面接触强度计算
即               （5-1）
5.2.2.1确定公式内的各计算数值
（1）试选Kt=1.6。
（2）选取区域系数Zh=2.22。
（3）查表得
（4）许用接触应力

5.2.2.2计算


（4）计算载荷系数K
已知使用系数Ka=1,根据v=33.3m/s，7级精度，查得动载系数Ky=1.12，查得Khß=1.423，Kfß=1.35,Kha=Kfa=1。故载荷系数K=KaKvKhaKhß=1*1.2*1.4*1.423=1.594
（5）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，得

（6）计算模数

 
5.2.3按齿根弯曲强度设计  由式
    （5-7）
5.2.3.1确定计算参数 
（1）计算载荷系数K=KaKvKfaKfß=1*1.12*1*1.35=1.512。
（2）查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限

大齿轮的弯曲强度极限

（3）取弯曲疲劳寿命系数

（4）计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数S=1.4，得
   
（5)查齿形系数查得
。
（6）查取应力校正系数查得
。
（7）计算大小齿轮的

并加以比较

大齿轮的数值大。
5.2.3.2设计计算
 
         （5-10）
由弯曲强度算得的模数2.58并就近圆整为m=2.5mm，算出小齿轮齿数

5.2.4几何尺寸计算
（1）计算分度圆直径d1=z1*m=28*2.5=70mm；d2=40*2.5=100mm
（2）计算中心距

（3）计算齿轮宽度

3D打印机齿轮使用条件与其他产品相差不大，包括齿轮所用的材料、热处理方法、加工方法、精度等级等。因此，用于计算通用齿轮强度公式更为简化一些的计算公式来计算打印机齿轮，同样可以获得较为准确的结果。在这里所选择的齿轮材料为40Cr。
5.2.5齿轮弯曲强度计算 
（1）直齿轮弯曲应力式

 
图5-1
应力集中系数，可近似取1.65；

b----齿宽（mm），取20
t----端面齿距（mm）；     
y----齿形系数，如图5-1所示。          
 输出轴上的计算扭矩为：

   故由  
    
可以得出Ft10；再将所得出的数据代入式（5-11）可得

当计算载荷取作用到输出轴上的最大扭矩时，直齿轮的弯曲应力在400~850MPa之间。 
5.2.6齿轮接触应力
      （5-13）
式中，   Qj----齿轮的接触应力（MPa）；
F----齿面上的法向力（N），；
F1----圆周力在（N），          ；
A----节点处的压力角（°）；
ß----齿轮螺旋角（°）；
E----齿轮材料的弹性模量（MPa），查资料可取；
b----齿轮接触的实际宽度，20mm；
Pz Pb----主、从动齿轮节点处的曲率半径（mm）；
   

其中，Rz   Rb分别为主从动齿轮节圆半径（mm）。
将作用在输出轴上的载荷作为计算载荷时，打印机齿轮的许用接触应力Pj=1998.61 MPa，符合渗碳齿轮1900~2000 MPa区间，因此，所设计打印机齿轮的接触应力基本符合要求。
 第六章  同步带的设计计算
6.1同步带传动特点
带传动是一种挠性传动。同步带传动是由一根内表面设有等间距齿形的环行带及具有相应吻合的轮所组成。它综合了带传动、链传动以及齿轮传动各自的优点。同步带传动对轴作用力小，传动比精确，结构紧凑，耐油，耐磨性好，抗老化性能优越，对于本方案中低速运行的3D打印机来说实为不二选择。
同步带传动运用越来越广泛，其特点如下：
（1）可用于长距离传动，中心距可达10m以上；
（2）后期维护保养方便，不需润滑，维护费用较低；
（3）传动效率比较高，可达0.98；
（4）传动过程平稳，具有减振、缓冲能力，噪声低；
（5）速比范围大，具有较大的功率传递范围，可达几瓦到几百千瓦；
（6）传动很精确，工作时无滑动现象，具备恒定的传动比。
同步带齿分梯形齿和弧齿两类，弧齿又有三种系列：圆弧齿(H系列又称HTD带)、平顶圆弧齿(S系列又称为STPD带)和凹顶抛物线齿（R系列)。
梯形齿同步带分单面有齿和双面有齿两种，简称为单面带和双面带。双面带又按齿的排列方式分为对称齿型（代号DA)和交错齿型(代号DB〕。
梯形齿同步带有两种尺寸制：节距制以及模数制。我国现采用节距制。
6.2同步带传动失效形式同步带传动常见的失效形式有如下几种：
（1）同步带的承载绳断裂破坏；
（2）同步带的爬齿和跳齿；
（3）带齿的剪切破坏；
（4）带齿的磨损；

（5）同步带带背的龟裂。
通过对同步带传动失效形式的分析，可知带、轮的尺寸控制严格，如果同步带与带轮材料有较高的机械性能，制造工艺合理，安装调试也正确，那么许多失效形式均可以避免。因此，在正常的工作条件下，同步带传动的主要失效形式为如下三种：
(1)同步带的承载绳疲劳拉断；
(2)同步带的打滑和跳齿；
(3)同步带带齿的磨损。
 6.3同步带传动计算与选型
1、电机额定输出功率估算
P=Tw=4.8*0.1/0.067=7.16W
2、确定计算功率
电动机每天使用24小时左右，查表4-1得到工作情况系数Ka=1.7。则计算功率为:
Pca=KaP=7.16*1.7=12.17W
3、小带轮转速计算 n=v/r=0.1/0.067*60=8.96r/min

4、选定同步带带型和节距由同步带选型图6-1可以看出，由于在这次设计中功率转速都比较小，所以带的型号可以任意选取，现在选取H型带，节距
 Pb=12.7mm
 
图6-1
 
图6-2
5、选取主动轮齿数
查表4-2知道小带轮最小齿数为14，现在选取小带轮齿数为41。
6小带轮节圆直径确定

 
图6-3

7、大带轮相关数据确定
   由于系统传动比为，所以大带轮相关参数数据与小带轮完全相同。齿数Z2=29，节距Pb=12.7mm
8、带速v的确定

9、初定周间间距
根据公式



现在选取轴间间距为600mm。
10、同步带带长及其齿数确定

11、带轮啮合齿数计算
由于在本次设计中传动比为一，所以啮合齿数为带轮齿数的一半，即Zm=20。
12、基本额定功率的计算

查基准同步带的许用工作压力和单位长度的质量表4-3可以知道Ta=2100.85N，m=0.448kg/m。
 所以同步带的基准额定功率为

  
图6-4
13、计算作用在轴上力

第七章  小结
桌面级3D打印机随着技术的成熟已经渗透到人类日常生活，也许将来某一天还能成为生活必不可少的一部分，给人们带来新的体验。对于我们还没有踏出校门的学生来说，桌面级3D打印机的设计有助于提高我们的设计水平以及实践能力。对于本次设计，其特点是：步进电机低速运行，没有大型机床的噪声，容易操控；不管是电机还是丝杆，亦或是光轴等，都充分参考了产品市场定价及规格，属于低成本制造，服务于大众，每个人都有能力购置这样一台3D打印机，市场潜力巨大；组装简便，此设计遵循DIY设计原则，符合广大DIY群体的需求，给制造商减去诸多负担，大大提高了生产率；零件构架不是很复杂，易于加工。当然，这次设计也有诸多不足之处，在产品选型方面，并没有严格按照计算所得来选择产品型号，而是在市场上寻找相似，功能可以相互替代的产品进行构建，所以，此方案可能更偏向于实际而非理论，故而缺乏一定的严谨性，在以后的学习和工作当中，我会继续研究桌面级3D打印机技术，力求将此方案设计的更加合理。一个学期紧张忙碌的毕业设计已经接近尾声，这次设计是对我大学四年来的学习的一次最综合的检验与考验，也是一次综合学习的过程。毕业设计不仅使我学习和巩固了专业课知识而且深刻了解了不少相关专业的知识，个人能力得到很大提高。同时也锻炼了与人协作的精神，为以后我踏入社会工作打下了良好的基础。
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文献翻译
Feasibility Study of manufacturing using rapid prototyping: FDM Approach
1. Introduction
Prototypes are very important for realization of concepts in design, manufacturing and analysis. Prototyping isan essential part of product development and manufacturing cycle required for assessing the form, fit and functionality of a design before a significant investment is made.
Presently, a dominant technology for producing physical models for testing and evaluation purposes has beenrapid prototyping (RP). CNC prototyping has its own limitations involving the geometric errors due to machinetool accuracy and inaccuracy of machining and thermal errors arise due to frictional forces between the tool and thejob (Kosinar and Kuric 2011). Other disadvantages includes the loss of the raw material as the process issubtractive, the fixtures required in CNC machining have their different complicated designs for different types ofparts, increased costing due to manufacturing of valves and fixtures themselves, tedious programming associatedwith the CNC’s and hiring skilled labor for overviewing the process that adds to its cost (Lennings, 2000). Also theCNC machines are unable to manufacture parts with non-linear geometry or parts having complicated interiors.That’s where RP comes, introduced in the late 1980’s, are now established method of reducing work done onproduct development and its cost and lead times. Considering mass production CNC prototype may be cheaper but for manufacturing a single intricate product, RP prototype would have an upper hand.
The rapid prototyping processes can be broadly classified into processes that uses laser and ones which does not.The laser based processes requires high level of care and maintenance and the machinery is very costly ascompared to non-laser based processes. Fused Deposition Modeling (FDM) is second most widely used rapidprototyping technology, after Stereo-lithography (uses laser). In FDM a plastic filament is unwound from a coil and
supplies material to an extrusion nozzle which moves over the table in the required geometry and deposits a thinbead of extruded plastic to form each layer of the required geometry. Several materials are available for the processincluding Acrylonitrile-Butadiene-Styrene (ABS) and investment casting wax. ABS offers good strength, and morerecently polycarbonate and poly (phenyl) sulfonic materials have been introduced which extend the capabilities ofthe method further in terms of strength and temperature range ( , 2010). The most important mechanicalproperties of ABS are impact resistance and toughness which has tensile strength of 22MPa and tensile modulus of1,627MPa. Also the flexural strength of ABS is 41MPa and flexural modulus of 1,834MPa with IZOD Impactstrength of 340 J/m. It also resists heat successfully with its glass transition temperature of 104 degree Celsius andheat deflection temperature of 96 degree Celsius. Support structures are fabricated for overhanging geometries andare later removed by breaking them away from the object. A water soluble support material which can simply be washed away is also available.
A high level of intricacy can be obtained by this method depending upon the thickness of the layers withdimensional tolerances of +/-0.005” for the first inch and +/-0.002” for each additional inch. In the z-height(vertical), standard tolerances of +/-0.01” for the first inch and +/-0.002” on every inch thereafter are observed. Thestandard resolution: 0.01”; Minimum wall thickness is 0.02” ( , 2010). On making intricate parts we shouldnot only think about the intricacies in design and shape but also about different sections including thinner ones
which are more vulnerable to failure due to resilience and capacity to sustain other natural and manual forcesincluding thermal forces. The advantage of FDM is that the material has good capacity to handle heat and otherdemanding product tests. It is a feasible option for both rapid prototyping and rapid manufacturing which meansmanufacturing using RP and producing parts that are both accurate and durable
2. Rapid Prototyped Sand Casting
The RP pattern made can be used as a pattern in sand casting. It is useful when the shape of the parts is intricate,when metal or wooden pattern cannot be made. For example, a pattern of Funnel shown in the Figure 1 has apeculiar shape and contours which are not only thin but complex and difficult to be crafted on wood as the sectionsare thin. Also the pattern cannot be made by metal due to its peculiar shape. Therefore a RP part is made which canbe then further used to create a master pattern, usually made from aluminium, for sand casting. Another examplecan be taken when the pattern needs to incorporate core prints within the pattern which are sometimes delicate andsmall. This could be problematic while using the wooden patterns as it might not be possible to create them inwood due to their tiny shape and neither in metal as it may require extreme precision. Therefore, again the RPmethod can be used to create the Core Prints in the RP part easily. Medical parts that are used for implant are very good examples of the intricate and delicate parts that are to be casted and RP method are very useful in those cases.
3. Using Rapid Prototyping for Investment Casting
This new process of investment casting (Lost RP Part Casting) is totally different and a lot easier than theconventional investment casting (Lost Wax Casting). It does not require any ‘die’ to make any wax patterns,neither the process of ‘Pattern Assembly’ is required here. The problematic work of consecutive dipping of thepattern assembly to make a thick ceramic shell is also avoided by using this process. Actually in this process, theRP part itself is used as a pattern instead of a wax pattern which is then further used for casting the metallic part(Kosinar and Kuric 2011). The most important advantage is that the method has been successful in getting rid ofthe cores. Designing cores and placing them in the mouldbox are one of the most difficult tasks and requires muchgreater accuracy (Frank et al. 2003). Therefore, this new type of investment casting has done away with all theproblems that needed to be faced while dealing with cores. Unlike conventional investment casting, where thegating system and the feeders are attached externally to the pattern, the RP pattern here incorporates the gatingsystem and feeders. The RP pattern used for sand casting and investment casing is different in the fact that the RPused for sand casting does not have the gating system and feeders and is just a model of a finished product.
4. Costing
The comparison of costing of the sand and investment casting is made by the following cast studies of themiddle disc of Oldham coupling. The following are the deductions made from of costing of both sand andinvestment casting (for one part)
The tooling cost is more in case of sand casting due to extra defects like sand particles inclusions in the surfaceand more errors in dimensional allowances whereas we get mores surface finishing in case of investment casting.The Cast metal Cost of the sand and the investment casting are nearly same because Cast metal costing depends onthe dimensions of the casts prepared which are same in both the cases. The tooling cost is lower in case ofinvestment casting as the surface is smoother in this case because the sand particles does not stuck to the surface of the metal part which is a problem in sand casting sometimes.
The total material costing in investment casting is much greater than that of sand casting due to the materialused to make the slurry and the wax that is used in case of investment casting which is too costly as compared toGreen Sand in case of sand casting. Also the pattern is a onetime investment in sand casting unlike investment casting.
We had not evaluated the energy and labor cost but we can say that the energy cost may be high for theinvestment casting as the RP part needs to be baked on muffle furnace that works on electricity and consumes lotof it. Also the RP pattern for investment casting consumes more electricity due to its bigger size than sand casting.We can also guess about the labor work which may be high for Sand casting as extra labor is required for makingmold and preparing sand and proper ramming of the sand. Labor for pouring and other petty works are common for both.
Total cost for sand casting is much lower than that of investment casting but the ease of doing the process, thefinishing of the cast and to get the cast of least defects one has to follow the process of investment casting. To get Zero-Defect-Casting at one go one has to use the process of investment casting.
5. Conclusions
 RP pattern can be used in sand casting when pattern making is troublesome meaning that the design of the pattern is complicated which is not possible to make in wooden or metallic forms. They can be successfully used inmass production after making a metallic master pattern usually made of aluminum or by spraying layers of metal over the pattern.
使用快速原型制造的可行性研究：FDM方法
摘要
这项工作的目的是根据客户的突发奇想在制造行业带来一场从大规模生产制造到特制的制造业产品的生产的革命。为此,快速原型(RP)方法用于生产铸造产品原型或模型。运用RP技术进行铸造的一种新方式：熔融沉积制造(FDM)。RP部件同样也应用于砂铸件的测试。名为“AUTOCAST-X”的软件被用于设计和模拟零缺陷铸件。曾有一个关于十字滑块联轴器的中间圆盘的案例研究，圆盘的生产使用新方式铸造和沙子铸造和部分由两种方法进行了比较。铸造人员记录在沙模铸造中使用RP的观点。他们发现它有助于那些不能由一个模式在木材或金属制造商中进行错综复杂的图案设计。
关键词:定制生产;AUTOCAST-X;快速成型;熔融沉积造型
1. 简介
原型对于实现概念设计，制造和分析是非常重要的。原型是在进行重大投资之前进行产品开发和制造周期评估，适应和功能设计的重要组成部分。
目前, 快速原型(RP)已成为生产物理模型进行测试和评价的一种主要技术。数控原型有其自身的限制, 由于机器工具精度和加工误差和由于工具之间的摩擦力工作产生的热错误导致几何误差。其他缺点还包括原材料的损失，相关数控编程的繁琐以及招聘熟练工人导致的制造成本增加以及为不同类型的零件、阀门和设备做不同的复杂的设计也导致原材料的损失。数控机器也无法生产部分非线性几何或部分有复杂的内部结构。在1980年代末有快速原型出现的地方，现在都建立起可以减少产品开发成本和交货期的机制。考虑大规模生产数控原型可能便宜但制造一个复杂的产品,RP原型会占得先机。
快速成型过程大致可分为使用激光的和那些相比于非激光流程价值更昂贵的需要高水平的护理和保养的机械不基于激光的过程。在使用激光方面，熔融沉积制造(FDM)是应用第二广泛的快速成型技术。在熔融沉积制造中，从线圈上解下来的塑料丝通过在所需几何平面以及挤压材料形成每一层所需几何平面上移动的挤出头挤出原材料。有些材料包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)和熔模铸造蜡。ABS提供良好的强度,以及更多可以拓展力量和温度范围的聚碳酸酯和保利(苯)磺酸材料。最重要的机械ABS具有耐冲击性能和韧性，可以承受22 mpa的拉伸强度和1627 mpa的拉伸强度。同样的，更强力的ABS可以承受41 mpa的挠曲强度和1834 mpa340 J / m的悬臂梁式冲击力量下的弯曲模量。同时，它也能承受104摄氏度的热的玻璃化转变温度以及96摄氏度的热挠曲温度。支持结构悬臂几何图形和制作后来也被他们攻克。可以流动的溶于水的支持材料也诞生了。通过调整每一层厚度的尺寸公差，即第一层为+ / - -0.005，第二层为-0.002 + /，可以解决高水平的复杂性的问题。在Z轴方向的精度控制在0.01，最小层厚为0.02.对于复杂的部分，我们不仅考虑错综复杂的设计和形状，也要考虑由于韧性和包括热在内的自然和人工力量的维持而导致稀释剂的不同而更容易失败。FDM的好处是,该材料具有良好的能力来处理热等要求产品测试。使用RP生产和精确生产对于快速原型和快速制造来说是一个可行的方案。
2. 快速原型砂铸造
RP模式也可以用作砂铸件。当金属或木制的模式不能生成零件时它是有用的。例如具有模式独特的形状和轮廓的漏斗，不仅薄,复杂，而且很难将最薄的木质部分制造出来。同样由于其特殊的形状也不能由金属生成。然而快速成型却可以创建一个由铝生成的砂铸件的模式。同样的，如果模型需要从内打印或者特别小也适合。在使用木制的模式可能会有问题, 因其微小的形状它可能不可以创建，因为它不可能需要极端的精度。因此, 再次RP方法可以用来创建RP的核心输出部分。医疗部分, RP方法在植入错综复杂和微妙的部分非常有用。
3. 对熔模铸造使用快速原型
这种新工艺的熔模铸造(失RP部分铸造)是完全不同的,也比传统的熔模铸造(失蜡铸造)容易得多。它不需要任何蜡模式,也不需要组装模式。那些需要连续工作组模式做出厚陶瓷壳的工艺容易出问题，所以也避免使用这一过程。实际上在这个过程中,RP部分本身是作为一个模式,而不是蜡模然后进一步用于铸造的金属部分。最重要的优势是,该方法已经成功地摆脱了核心。设计核心并将它们放到模具中是一个最困难的任务并要求更大的准确性。因此,这种新型的熔模铸造已经废除了在处理核心时所有需要面对的问题。不同于传统的熔模铸造的浇注系统和馈线连接外部模式,RP这里包含控制模式系统和喂食器。RP模式用于砂铸造和投资套管在RP的事实是不同的用于砂铸造没有浇注系统和馈线和成品的只是一个模型。
4. 成本核算
通过对十字滑块联轴器的中间盘的研究比较砂铸造和熔模铸造的成本。下面是一部分成本的核算。
由于额外的缺陷如砂颗粒夹杂物的表面和对熔模铸造进行表面处理时产生更多的错误，砂铸件的加工成本占绝大部分。沙子和投资成本的铸造金属铸造几乎相同。因为铸造金属成本相同的情况下取决于铸件的尺寸。在熔模铸造的表面是光滑这种情况下工具成本是低的，因为沙子颗粒表面不粘的金属部分砂铸造有时也是一个问题。
熔模铸造的总材料成本远远大于砂铸件，因为用于制造所使用的泥浆和蜡的材料相比成本太高。而且沙模铸造的模式是一个一次性投资。我们没有评估能源和劳动力成本,但我们可以说,能源成本可能更高，熔模铸造RP部分需要在马弗炉烤,电力和工作消耗了许多它。RP模式投资铸造消耗更多的电能由于其规模比砂铸件大。我们也可以猜对劳动的工作可能高，因为砂铸件需要额外的劳动力模具和准备。对于二者来说，劳动投入和其他琐碎的工作都是很常见的。砂铸件总成本远远低于投资铸造除了缓慢的过程。完成改造最小的铸造缺陷必须遵循熔模铸造的过程。得到零失误的一口气使用熔模铸造的过程。
5. 结论
RP模式可用于砂铸造模式当遇到不可能在木制或金属形式完成的复杂的设计时。通常由铝或喷涂层的金属的金属主模式后他们可以成功地用于大规模生产。