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1、《先進(jìn)制造技術(shù)》 之快速原型制造技術(shù) 楊來俠4.1快速原型制造技術(shù)內(nèi)涵、范圍及技術(shù)地位快速原型制造技術(shù)內(nèi)容提要4.2快速原型制造技術(shù)的國(guó)內(nèi)外技術(shù)進(jìn)展4.3基于RPM快速制造模具技術(shù)4.4快速制造金屬原型零件4.1快速原型制造技術(shù)內(nèi)涵、范圍及技術(shù)地位4.1.1RPM技術(shù)內(nèi)涵和范圍4.1.2幾種典型的RPM技術(shù)4.1.3RPM技術(shù)的技術(shù)地位快速成型制造技術(shù)一、簡(jiǎn)介在新產(chǎn)品的開發(fā)過程中，總是需要對(duì)所設(shè)計(jì)的零件或整個(gè)系統(tǒng)在投入大量資金組織加工或裝配之前加工一個(gè)簡(jiǎn)單的例子或原型。在準(zhǔn)備制造和銷售一個(gè)復(fù)雜的產(chǎn)品系統(tǒng)之前，工作原型可以對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)、修改和功能驗(yàn)證。快速成型制造技術(shù)一個(gè)產(chǎn)品的
2、典型開發(fā)過程是從前一代的原型中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或從進(jìn)一步研究中發(fā)現(xiàn)更有效和更好的設(shè)計(jì)方案，而一件原型的生產(chǎn)極其費(fèi)時(shí)，模具的準(zhǔn)備需要幾個(gè)月，一個(gè)復(fù)雜的零件用傳統(tǒng)方法加工非常困難。RPM技術(shù)采用(軟件)離散／(材料)堆積的原理，使制造零件通過離散而獲得堆積的順序、路徑、限制和方式，再通過堆積材料“疊加”起來形成三維實(shí)體。——離散／堆積的工作過程由CAD模型開始，先將CAD模型離散化，沿某一方向(常取Z向)切成許多層面，即分層(屬信息處理過程)，然后在分層信息控制下順序加工各片層并層層結(jié)合，堆積出三維零件，該零件作為CAD模型的物理體現(xiàn)與之對(duì)應(yīng)，此為物理堆積過程。——RPM技術(shù)中，物理堆積過程，
3、具體是通過采用粘結(jié)、熔結(jié)、聚合作用或化學(xué)反應(yīng)等手段，逐層可選擇地固化樹脂、切割薄片、燒結(jié)粉末、材料熔覆或材料噴灑等方式來實(shí)現(xiàn)的，從而快速堆積制作出所要求形狀的零件(或模型)。RPM技術(shù)的過程流各種RPM技術(shù)的過程流都包括以下四個(gè)步驟：第一步：CAD模型建立；第二步：前處理(如生成STL文件格式，將模型分層切片)；第三步：快速原型過程(原型制作)；第四步：后處理(如去除支架、清理表面、固化處理)?？焖俪尚椭圃旒夹g(shù)與傳統(tǒng)制造方法不同，快速成型從零件的CAD幾何模型出發(fā)，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，用激光束或其他方法將材料堆積而形成實(shí)體零件。由于它把復(fù)雜的三維制造轉(zhuǎn)化為一系列二維制造
4、的疊加，因而可以在不用模具和工具的條件下生成幾乎任意復(fù)雜的零部件，極大地提高了生產(chǎn)效率和制造柔性?？焖俪尚椭圃旒夹g(shù)一個(gè)更為人們關(guān)注的問題是一個(gè)產(chǎn)品從概念到可銷售的成品的流程速度。同時(shí)，還有一個(gè)更為令人關(guān)心的問題是產(chǎn)品的高質(zhì)量生產(chǎn)。由于這些原因，努力使高質(zhì)量的產(chǎn)品快速的進(jìn)入市場(chǎng)就顯得極為重要?？焖俪尚图夹g(shù)問世這些年，已實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)大的市場(chǎng)，發(fā)展非常迅速?？焖僭图夹g(shù)的優(yōu)點(diǎn)1.快速原型作為一種使設(shè)計(jì)概念可視化的重要手段，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的零件的實(shí)物模型可以在很短時(shí)間內(nèi)被加工出來，從而可以很快對(duì)加工能力和設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。2.由于它是將復(fù)雜的三維型體轉(zhuǎn)化為兩維截面來解決，因此，它能制造任意復(fù)
5、雜型體的高精度零件，而無須任何工裝模具?？焖僭图夹g(shù)的優(yōu)點(diǎn)3.快速原型作為一種重要的制造技術(shù)，采用適當(dāng)?shù)牟牧?，這種原型可以被用在后續(xù)生產(chǎn)操作中以獲得最終產(chǎn)品。4.快速原型操作可以應(yīng)用于模具制造，可以快速、經(jīng)濟(jì)地獲得模具。5.產(chǎn)品制造過程幾乎與零件的復(fù)雜性無關(guān)，可實(shí)現(xiàn)自由制造(FreeFormFabrication)，這是傳統(tǒng)制造方法無法比擬的。二、快速成型的基本原理基于材料累加原理的快速成型的操作過程實(shí)際上是一層一層地離散制造零件?？焖俪尚陀泻芏喾N工藝方法，但所有的快速成型工藝方法都是一層一層地制造零件，區(qū)別是制造每一層的方法和材料不同而已。快速成型的一般工藝過程快速成型的一般工藝
6、過程原理如下：1.三維模型的構(gòu)造。在三維CAD設(shè)計(jì)軟件（如Pro/E、UG、SolidWorks、SolidEdge等）中獲得描述該零件的CAD文件。圖7-2快速成型原理圖快速成型的一般工藝過程目前一般快速成型支持的文件輸出格式為STL模型，即對(duì)實(shí)體曲面近似處理,即所謂面型化(Tessallation)處理,是用平面三角面片近似模型表面。這樣處理的優(yōu)點(diǎn)是大大地簡(jiǎn)化了CAD模型的數(shù)據(jù)格式,從而便于后續(xù)的分層處理?？焖俪尚偷囊话愎に囘^程在三維CAD設(shè)計(jì)軟件對(duì)CAD模型進(jìn)行面型化處理時(shí),一般軟件系統(tǒng)中有輸出精度控制參數(shù)，通過控制該參數(shù)，可減小曲面近似處理誤差。如Pro/E軟件是通過選定弦
7、高值(ch-chordheight)作為逼近的精度參數(shù)，如圖7-1為一球體,給定的兩種ch值所轉(zhuǎn)化的情況?？焖俪尚偷囊话愎に囘^程圖7-1不同ch值時(shí)的效果(a)ch=0.05(b)ch=0.2快速成型的一般工藝過程2.三維模型的離散處理。通過專用的分層程序?qū)⑷S實(shí)體模型分層（圖7-2b），通過一簇平行平面沿制作方向與CAD模型相截,所得到的截面交線就是薄層的輪廓信息,而實(shí)體信息是通過一些判別準(zhǔn)則來獲取的。快速成型的一般工藝過程圖7-2快速成型原理圖(a)零件的三維模型
