《快速成型制造技術(shù)》_復(fù)習(xí)講述

1、快速成型與快速模具快速成型與快速模具制造技術(shù)及其應(yīng)用制造技術(shù)及其應(yīng)用復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)合肥工業(yè)大學(xué)機械與汽車工程學(xué)院張 曄第一章第一章 概論概論_快速制造快速制造 快速制造技術(shù)是由快速制造技術(shù)是由 計算機輔助設(shè)計計算機輔助設(shè)計（CAD）、 逆向工程逆向工程（Reverse Engineering，簡稱，簡稱RE）、 快速成形快速成形（Rapid Prototyping，簡稱，簡稱RP，或或Rapid Prototyping and Manufacturing，簡稱，簡稱RP&M）、 快速制?？焖僦颇＃≧apid Tooling，簡稱，簡稱RT）一起在信息互聯(lián)網(wǎng)支持下，形成的一套快速制造一起在信息互聯(lián)網(wǎng)支

2、持下，形成的一套快速制造系統(tǒng)的技術(shù)。系統(tǒng)的技術(shù)?？焖僦圃旒夹g(shù)經(jīng)過十幾年的發(fā)展，在快速設(shè)快速制造技術(shù)經(jīng)過十幾年的發(fā)展，在快速設(shè)計、逆向工程、快速成形、快速制模等各方面都計、逆向工程、快速成形、快速制模等各方面都有了長足的進(jìn)步。有了長足的進(jìn)步。 第一章第一章 概論概論 逆 向 工 程 （逆 向 工 程 （R E） 、 快 速 成 形 技 術(shù)） 、 快 速 成 形 技 術(shù)（RP&M）和快速制模技術(shù)（）和快速制模技術(shù)（RT）是先進(jìn)制）是先進(jìn)制造技術(shù)和設(shè)計技術(shù)中相當(dāng)重要的部分。造技術(shù)和設(shè)計技術(shù)中相當(dāng)重要的部分。RE、RP&M、RT在產(chǎn)品設(shè)計與制造中在產(chǎn)品設(shè)計與制造中的應(yīng)用使得產(chǎn)品以優(yōu)良的品質(zhì)、低廉的制造

3、成的應(yīng)用使得產(chǎn)品以優(yōu)良的品質(zhì)、低廉的制造成本加速進(jìn)入市場。本加速進(jìn)入市場。逆向工程逆向工程 逆向工程逆向工程(Reverse Engineering)也稱反求工也稱反求工程、反向工程，它起源于精密測量和質(zhì)量程、反向工程，它起源于精密測量和質(zhì)量檢驗，是設(shè)計下游向設(shè)計上游反饋信息的檢驗，是設(shè)計下游向設(shè)計上游反饋信息的回路。實物逆向工程是將實物轉(zhuǎn)變?yōu)榛芈贰嵨锬嫦蚬こ淌菍嵨镛D(zhuǎn)變?yōu)镃AD模型相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)、幾何模型重建技模型相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)、幾何模型重建技術(shù)和產(chǎn)品制造技術(shù)的總稱，是將已有產(chǎn)品術(shù)和產(chǎn)品制造技術(shù)的總稱，是將已有產(chǎn)品和實物模型轉(zhuǎn)化為工程設(shè)計模型和概念模和實物模型轉(zhuǎn)化為工程設(shè)計模型和概念模

4、型，并在此基礎(chǔ)上對已有產(chǎn)品進(jìn)行解剖、型，并在此基礎(chǔ)上對已有產(chǎn)品進(jìn)行解剖、深化和再創(chuàng)造的過程。深化和再創(chuàng)造的過程。 快速成型快速成型（Rapid Prototyping ，RP ）技術(shù)是一種離散）技術(shù)是一種離散/堆堆積的加工技術(shù)，其基本過程是首先將零件的三維實體沿某積的加工技術(shù)，其基本過程是首先將零件的三維實體沿某一坐標(biāo)軸進(jìn)行分層處理，得到每層截面的一系列二維截面一坐標(biāo)軸進(jìn)行分層處理，得到每層截面的一系列二維截面數(shù)據(jù)，按特定的成形方法（數(shù)據(jù)，按特定的成形方法（LOM、SLS、FDM、SLA等）等）每次只加工一個截面，然后自動疊加一層成形材料，這一每次只加工一個截面，然后自動疊加一層成形材料，這一

5、過程反復(fù)進(jìn)行直到所有的截面加工完畢生成三維實體原型。過程反復(fù)進(jìn)行直到所有的截面加工完畢生成三維實體原型。 液態(tài)光敏樹脂固化液態(tài)光敏樹脂固化(SLA，Stereolithgraphy Apparatus) 熔融沉積成形（熔融沉積成形（FDM，F(xiàn)used Deposition Modeling） 選擇性激光燒結(jié)（選擇性激光燒結(jié)（SLS） 分層實體制造（分層實體制造（LOM） 實體磨削固化（實體磨削固化（SGC，Solid Ground Curing） 3DP 快速模具快速模具(Rapid Tooling，RT)技術(shù)指利用快速原型技術(shù)指利用快速原型(Rapid Prototyping，RP)技術(shù)制造

6、快速模具，即技術(shù)制造快速模具，即RP+RT逆向工程的流程：逆向工程的流程：逆向工程系統(tǒng)組成逆向工程系統(tǒng)組成 建立一套完整的逆向工程系統(tǒng)需要下列基本配備：建立一套完整的逆向工程系統(tǒng)需要下列基本配備： 測量設(shè)備，例如：三坐標(biāo)測量儀、三維掃描儀；測量設(shè)備，例如：三坐標(biāo)測量儀、三維掃描儀； 點數(shù)據(jù)處理軟件（逆向工程軟件）：點數(shù)據(jù)處理軟件（逆向工程軟件）：Imageware、Geomagic CAD/CAM/CAE軟件：軟件：UG、Pro/E、CATIA CNC機床；快速成型機等。機床；快速成型機等。三維三維CAD實體模型的獲得方法實體模型的獲得方法 數(shù)據(jù)獲取方法數(shù)據(jù)獲取方法非接觸方法非接觸方法接觸方法

7、接觸方法光學(xué)光學(xué)聲學(xué)聲學(xué)磁學(xué)磁學(xué)三角形法三角形法距離法距離法結(jié)構(gòu)光法結(jié)構(gòu)光法圖象分析法圖象分析法觸發(fā)式觸發(fā)式連續(xù)式連續(xù)式干涉測量法干涉測量法 MRI測量法測量法 CT測量法測量法 超聲波法超聲波法 逐層切除測量法逐層切除測量法三坐標(biāo)測量原理三坐標(biāo)測量原理 將被測物體置于三坐標(biāo)機的測量空間，將被測物體置于三坐標(biāo)機的測量空間，可獲得被測物體上各測點的坐標(biāo)位置，根可獲得被測物體上各測點的坐標(biāo)位置，根據(jù)這些點的空間坐標(biāo)值，經(jīng)計算可求出被據(jù)這些點的空間坐標(biāo)值，經(jīng)計算可求出被測對象的幾何尺寸、形狀和位置。測對象的幾何尺寸、形狀和位置。接觸式測量系統(tǒng)接觸式測量系統(tǒng)使用手動或使用手動或 CNC 利用一個可以做

8、多方向感測指示的球形電子測頭，利用一個可以做多方向感測指示的球形電子測頭，沿著沿著 X、Y、Z，3 軸移動以進(jìn)行測量。測量時，測頭與工件表面保持軸移動以進(jìn)行測量。測量時，測頭與工件表面保持切線接觸，達(dá)到特定壓力時，即可觸發(fā)信號，擷取測頭的切線接觸，達(dá)到特定壓力時，即可觸發(fā)信號，擷取測頭的 X、Y、Z 方向相對基準(zhǔn)點的坐標(biāo)。經(jīng)計算機計算處理，可得測頭與真實尺寸的方向相對基準(zhǔn)點的坐標(biāo)。經(jīng)計算機計算處理，可得測頭與真實尺寸的關(guān)系，進(jìn)而紀(jì)錄點資料并作為后續(xù)逆向工程或相關(guān)工作做用。關(guān)系，進(jìn)而紀(jì)錄點資料并作為后續(xù)逆向工程或相關(guān)工作做用。三坐標(biāo)測量儀三坐標(biāo)測量儀 (CMM) 是接觸式測量的代表，它是一種發(fā)展

9、較為成熟是接觸式測量的代表，它是一種發(fā)展較為成熟的接觸式測量設(shè)備，具有噪聲低、精度高（可達(dá)的接觸式測量設(shè)備，具有噪聲低、精度高（可達(dá)0.5m）、重復(fù)性）、重復(fù)性好等優(yōu)點，但測量速度慢、效率低，對軟體對象難以做精密測量，需好等優(yōu)點，但測量速度慢、效率低，對軟體對象難以做精密測量，需要對測頭表面損傷和測頭半徑進(jìn)行補償，測量數(shù)據(jù)的特點是高精度低要對測頭表面損傷和測頭半徑進(jìn)行補償，測量數(shù)據(jù)的特點是高精度低密度。密度。使用接觸式時，有這樣一些參數(shù)需要考慮：使用接觸式時，有這樣一些參數(shù)需要考慮：探頭型狀、大小、掃描間探頭型狀、大小、掃描間隔、步進(jìn)距離，允許誤差，掃描速度，掃描方向，掃描模態(tài)（固定速隔、步進(jìn)

10、距離，允許誤差，掃描速度，掃描方向，掃描模態(tài)（固定速率或變化速率，單向或往復(fù)）率或變化速率，單向或往復(fù)）等。一般掃描方向與模型陡峭面成正交等。一般掃描方向與模型陡峭面成正交為佳。由于工件形狀的不同，所以常常要將模型分成不同的區(qū)域以不為佳。由于工件形狀的不同，所以常常要將模型分成不同的區(qū)域以不同參數(shù)掃描。同參數(shù)掃描。非接觸式測量系統(tǒng)非接觸式測量系統(tǒng) 非接觸式測量系統(tǒng)是利用非接觸式測量系統(tǒng)是利用LED或激光光源，經(jīng)聚光透鏡直或激光光源，經(jīng)聚光透鏡直射待測工件物體，反射光線經(jīng)傳感器可以測得到位置坐標(biāo)射待測工件物體，反射光線經(jīng)傳感器可以測得到位置坐標(biāo)值。值。 根據(jù)物理作用方式的不同，非接觸式測量法可分

11、為光學(xué)法、根據(jù)物理作用方式的不同，非接觸式測量法可分為光學(xué)法、工業(yè)工業(yè)CT、超聲波法和磁共振（、超聲波法和磁共振（MRI）等。）等。 在逆向工程中，光學(xué)測量法應(yīng)用最為廣泛。典型的光學(xué)測在逆向工程中，光學(xué)測量法應(yīng)用最為廣泛。典型的光學(xué)測量法有量法有基于三角測量原理基于三角測量原理的主動式結(jié)構(gòu)光編碼測量和的主動式結(jié)構(gòu)光編碼測量和基于基于圖象分析圖象分析的被動式斷層測量。根據(jù)編碼光的結(jié)構(gòu)，主動式的被動式斷層測量。根據(jù)編碼光的結(jié)構(gòu)，主動式結(jié)構(gòu)光編碼的三角測量法可分為單激光點掃描法、光切法結(jié)構(gòu)光編碼的三角測量法可分為單激光點掃描法、光切法（Light Sectioning）和投影光柵法等。）和投影光柵法

12、等。 其中，單激光點掃描法測量精度高，速度最低。相比之下，其中，單激光點掃描法測量精度高，速度最低。相比之下，投影光柵法精度較低但數(shù)據(jù)獲取速度最高，而光切法的測投影光柵法精度較低但數(shù)據(jù)獲取速度最高，而光切法的測量精度和速度都較理想。量精度和速度都較理想。三坐標(biāo)測量機的類型三坐標(biāo)測量機的類型 (1)按自動化程度分按自動化程度分 (a)數(shù)顯示及打印型數(shù)顯示及打印型(b)帶小型計算機的測量機帶小型計算機的測量機 (c)計算機數(shù)計算機數(shù)字控制字控制(CNC)型型 (2)按結(jié)構(gòu)形式與運動關(guān)系分類按結(jié)構(gòu)形式與運動關(guān)系分類 移動橋式、龍門式、懸臂式、水平臂式、坐標(biāo)鏜床、臥鏜式和儀移動橋式、龍門式、懸臂式、水

13、平臂式、坐標(biāo)鏜床、臥鏜式和儀器臺式等。器臺式等。 (3)按測量范圍分類按測量范圍分類 (a)小型坐標(biāo)測量機小型坐標(biāo)測量機(b)中型坐標(biāo)測量機中型坐標(biāo)測量機(c)大型坐標(biāo)測大型坐標(biāo)測量機量機 (4)按精度分類按精度分類 低精度測量機的單軸最大測量不確定度大體在低精度測量機的單軸最大測量不確定度大體在110-4L左右，而左右，而空間最大測量不確定度為空間最大測量不確定度為(23)l0-4L，其中，其中L為最大量程；中等為最大量程；中等精度的其單軸與空間最大測量不確定度分別約為精度的其單軸與空間最大測量不確定度分別約為110-5L和和(23)10-5L；精密度的則分別小于；精密度的則分別小于110-

14、6L和和(23)10-6L。 (5)按測量探頭是否和零件表面接觸分類按測量探頭是否和零件表面接觸分類 三坐標(biāo)測量機按測量探頭是否和零件表面接觸可分為接觸式、非三坐標(biāo)測量機按測量探頭是否和零件表面接觸可分為接觸式、非接觸式。非接觸式又可分為激光式、光學(xué)式等。接觸式。非接觸式又可分為激光式、光學(xué)式等。 三坐標(biāo)測量機分類三坐標(biāo)測量機分類 大型三坐標(biāo)測量機大型三坐標(biāo)測量機 大型三坐標(biāo)測量機主要用來檢測如飛機機翼、機身、汽車外大型三坐標(biāo)測量機主要用來檢測如飛機機翼、機身、汽車外殼以及航天器上的大型零部件。大型測量機的殼以及航天器上的大型零部件。大型測量機的X方向的測量范圍方向的測量范圍一般在一般在200

15、0mm以上。一般來說，大型測量機都配有較大容量的以上。一般來說，大型測量機都配有較大容量的計算機，不但能進(jìn)行數(shù)控測量，而且能自動對零件輪廓進(jìn)行表面計算機，不但能進(jìn)行數(shù)控測量，而且能自動對零件輪廓進(jìn)行表面連續(xù)掃描。連續(xù)掃描。 中型三坐標(biāo)測量機中型三坐標(biāo)測量機 中型三坐標(biāo)測量機是機械制造工業(yè)中用的最廣泛的一種，適中型三坐標(biāo)測量機是機械制造工業(yè)中用的最廣泛的一種，適用于汽車、航空、機床、工具制造等領(lǐng)域。中型測量機的測量范用于汽車、航空、機床、工具制造等領(lǐng)域。中型測量機的測量范圍是指圍是指X坐標(biāo)在坐標(biāo)在5001200mm范圍內(nèi)。中型測量機的品種規(guī)格相范圍內(nèi)。中型測量機的品種規(guī)格相當(dāng)多。當(dāng)多。 小型三坐

16、標(biāo)測量機小型三坐標(biāo)測量機 小型三坐標(biāo)測量機主要用于電子工業(yè)、機器制造工業(yè)中的小小型三坐標(biāo)測量機主要用于電子工業(yè)、機器制造工業(yè)中的小型零不見的檢測。小型測量機的測量范圍一般是型零不見的檢測。小型測量機的測量范圍一般是X軸方向小于軸方向小于500mm。一般來說，小型測量機的精度都較高。一般來說，小型測量機的精度都較高。 幾種典型的三坐標(biāo)測量機幾種典型的三坐標(biāo)測量機 懸臂式測量機懸臂式測量機龍門固定式測量機龍門固定式測量機 龍門移動式測量機龍門移動式測量機 活動橋式測量機活動橋式測量機固定橋式測量機固定橋式測量機基于三角測量原理的基于三角測量原理的非接觸式測非接觸式測量系統(tǒng)量系統(tǒng) 三坐標(biāo)測量的應(yīng)用三

17、坐標(biāo)測量的應(yīng)用 3D掃描的應(yīng)用掃描的應(yīng)用醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)質(zhì)量管理質(zhì)量管理CAD/CAM其它其它幾何造型幾何造型1、CNC模具與零件加工模具與零件加工2、電極制作、電極制作3、RP實體模型實體模型檢測檢測立體定位手術(shù)立體定位手術(shù)人體測量人體測量1動畫動畫 2電影電影3廣告廣告 4虛擬世界虛擬世界美容美容服裝設(shè)計服裝設(shè)計化妝化妝三坐標(biāo)測量機的典型應(yīng)用三坐標(biāo)測量機的典型應(yīng)用 (1)應(yīng)用行業(yè)應(yīng)用行業(yè) 模具及機加工模具及機加工 汽車制造汽車制造 玩具玩具 兵器兵器 航空航天航空航天 造船造船 家用電器家用電器 醫(yī)學(xué)整形醫(yī)學(xué)整形 樂器樂器 考古考古 動畫設(shè)計動畫設(shè)計 (2)應(yīng)用部門應(yīng)用部門 產(chǎn)品設(shè)計部門產(chǎn)品設(shè)計部

18、門 柔性三坐標(biāo)測量柔性三坐標(biāo)測量 逆向（反向）設(shè)計逆向（反向）設(shè)計 設(shè)計改進(jìn)設(shè)計改進(jìn) 快速設(shè)計快速設(shè)計 快速模具快速模具 零部件存檔零部件存檔 修改存檔修改存檔 產(chǎn)品性能仿真及計算機輔助工程產(chǎn)品性能仿真及計算機輔助工程CAE 生產(chǎn)車間及設(shè)備檢修部門生產(chǎn)車間及設(shè)備檢修部門 現(xiàn)場測量現(xiàn)場測量 重大物體測量重大物體測量 在線檢測在線檢測 模具修改存檔模具修改存檔 設(shè)備檢修設(shè)備檢修 品質(zhì)保證部門品質(zhì)保證部門 快速測量快速測量 在線檢測在線檢測 質(zhì)量檢測質(zhì)量檢測 配套零部件質(zhì)量監(jiān)控配套零部件質(zhì)量監(jiān)控 管理部門管理部門 制造過程優(yōu)化制造過程優(yōu)化 運行風(fēng)險控制運行風(fēng)險控制 運行成本控制運行成本控制 三維實體

19、重構(gòu)的任務(wù)三維實體重構(gòu)的任務(wù) 測量數(shù)據(jù)的三維實體重構(gòu)是目前逆向工程測量數(shù)據(jù)的三維實體重構(gòu)是目前逆向工程領(lǐng)域研究的領(lǐng)域研究的“瓶頸瓶頸”。 工程實際中原型往往不是由一張簡單曲面構(gòu)成，工程實際中原型往往不是由一張簡單曲面構(gòu)成，而是由大量初等解析曲面（如平面、圓柱面、而是由大量初等解析曲面（如平面、圓柱面、圓錐面、球面、圓環(huán)面等）及部分自由曲面組圓錐面、球面、圓環(huán)面等）及部分自由曲面組成，故成，故三維實體重構(gòu)的任務(wù)三維實體重構(gòu)的任務(wù)是：是： 將測量數(shù)據(jù)按實物原型的幾何特征進(jìn)行分割，將測量數(shù)據(jù)按實物原型的幾何特征進(jìn)行分割， 針對不同數(shù)據(jù)塊采用不同的曲面建構(gòu)方案（如初等針對不同數(shù)據(jù)塊采用不同的曲面建構(gòu)方

20、案（如初等解析曲面、解析曲面、B-spline曲面、曲面、Bezier曲面、曲面、NURBS曲曲面等）進(jìn)行造型，面等）進(jìn)行造型， 將這些曲面塊拼接成實體。將這些曲面塊拼接成實體。 目前比較流行的目前比較流行的復(fù)雜曲面重構(gòu)軟件復(fù)雜曲面重構(gòu)軟件有美國有美國IMAGEWARE公司的公司的Surface，法國，法國MATRA公公司的司的Equlid styler，英國，英國DELCAM公司的公司的CopyCAD等，它們大都具有等，它們大都具有“點云點云”數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)處理、曲線曲面構(gòu)造、曲面拼接、重構(gòu)質(zhì)量分析等功曲線曲面構(gòu)造、曲面拼接、重構(gòu)質(zhì)量分析等功能。能。 實體造型還需借助通用實體造型還需借助通用

21、CAD軟件，如軟件，如Pro/E、UG、CATIA、Cimatron以及以及Strim等。等。 初等解析曲面的造型相對比較成熟，初等解析曲面的造型相對比較成熟，自由曲面自由曲面的的CAD建模是逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)之一建模是逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)之一。數(shù)據(jù)預(yù)處理流程數(shù)據(jù)預(yù)處理流程讀入點云讀入點云是否存在多視點云是否存在多視點云檢查數(shù)據(jù)檢查數(shù)據(jù)對齊多視對齊多視點云點云過濾、精簡過濾、精簡點云分塊點云分塊是是否否特征提取與數(shù)據(jù)分塊技術(shù)特征提取與數(shù)據(jù)分塊技術(shù) 特征提取特征提取主要針對平面、柱面、球面、錐面等二次曲主要針對平面、柱面、球面、錐面等二次曲面的識別與點云數(shù)據(jù)分塊，其主要方法可大致分為三面的識別與點

22、云數(shù)據(jù)分塊，其主要方法可大致分為三種種：基于邊的方法（Edge-Based Method）基于面的方法(Surface-Based Method)混合法（Hybrid Method）。 數(shù)據(jù)分塊數(shù)據(jù)分塊是指將點云數(shù)據(jù)劃分成互不重疊、特征單一是指將點云數(shù)據(jù)劃分成互不重疊、特征單一的連通區(qū)域。的連通區(qū)域。由區(qū)域分割的定義不難看出，數(shù)據(jù)分塊與特征提取具有其內(nèi)在的聯(lián)系，兩者密不可分，屬“蛋”與“雞”的問題。通過數(shù)據(jù)分塊進(jìn)行曲面重建是逆向工程建模的基本方法。 特征提取的方法特征提取的方法 基于邊的方法：主要針對圖象數(shù)據(jù)的幾何特征提取與區(qū)域分割。分割特征包括：尖邊（Crease Edge）、跳躍邊（Jum

23、p Edge）、光順邊（Smooth Edge,Virtual Edge）三種邊界上的點及曲面上的點，根據(jù)邊界數(shù)據(jù)點曲率的特殊性（極值點，不連續(xù)點）識別Crease edge與Jump edge上的點，然后利用邊界數(shù)據(jù)點將圖像數(shù)據(jù)分割成互不連通的獨立區(qū)域。正象所有的基于邊的區(qū)域分割方法一樣，這種方法不能識別Smooth Edge，而且識別的邊界通常不封閉，因此該方法很難獲得良好結(jié)果。 基于面的方法：主要應(yīng)用二次曲面法矢、曲率(平均曲率和高斯曲率)具有一定規(guī)律的特性進(jìn)行區(qū)域分割?；诿娴姆椒ㄓ挚杉?xì)分為基于二次曲面曲率特殊性的方法和擬合誤差控制的方法。曲面重構(gòu)技術(shù)曲面重構(gòu)技術(shù) 在逆向工程的技術(shù)發(fā)展

24、中有一重要課題，即是建立產(chǎn)品的在逆向工程的技術(shù)發(fā)展中有一重要課題，即是建立產(chǎn)品的CADCAD模型，并由此可再進(jìn)一步的到模型，并由此可再進(jìn)一步的到CAMCAM處理或處理或CAECAE的分析，的分析，而仿制出產(chǎn)品的外型。而仿制出產(chǎn)品的外型。CADCAD模型是由許多不同的幾何形狀所組合而成，而每一種模型是由許多不同的幾何形狀所組合而成，而每一種幾何形狀皆有其特性。幾何形狀皆有其特性。 曲面重構(gòu)是逆向工程的最重要的一步，也是反求工程曲面重構(gòu)是逆向工程的最重要的一步，也是反求工程CAD建模的主要目的之一。建模的主要目的之一。曲面重構(gòu)曲面重構(gòu)是以所測量的是以所測量的CMMCMM或掃描點資料為輸入資料來重或

25、掃描點資料為輸入資料來重新建構(gòu)曲面模型。新建構(gòu)曲面模型。 得到產(chǎn)品的數(shù)據(jù)資料后，用逆向工程軟件進(jìn)行點資料的處理，得到產(chǎn)品的數(shù)據(jù)資料后，用逆向工程軟件進(jìn)行點資料的處理，經(jīng)過分門別類、群組區(qū)隔、點線面與實體誤差的比對后，在重經(jīng)過分門別類、群組區(qū)隔、點線面與實體誤差的比對后，在重新建構(gòu)曲面模型，產(chǎn)生新建構(gòu)曲面模型，產(chǎn)生CADCAD資料，制造或資料，制造或NCNC加工或加工或RPRP制作。制作。 重構(gòu)曲面的品質(zhì)和精度直接影響最終產(chǎn)品的重構(gòu)曲面的品質(zhì)和精度直接影響最終產(chǎn)品的CADCAD模型的優(yōu)劣模型的優(yōu)劣。 曲面重構(gòu)的步驟曲面重構(gòu)的步驟(1)構(gòu)思分割曲面在建立曲面前，應(yīng)先了解曲面變化的情況，也就是了解如

26、何利用各種特征曲線去制造出所須的曲面，并規(guī)劃出如何分割曲面，并且還要注意面與面之間必須一致，視其曲面的形狀及走向來決定曲線。曲面重構(gòu)的方法很多，可以由點資料所組成的圖素中截取所要的特征曲線，加以鋪設(shè)曲面。也可以利用加工路徑的原理，設(shè)定刀具，設(shè)定精度，設(shè)定加工方式，對圖素作加工的仿真，取得各種加工路徑成為曲面重建的工作圖素，(2)選取特征曲線利用刀具路徑的方法取得的3D曲線后，再利用2D設(shè)計圖的輪廓線，進(jìn)行曲面分割。(3)曲面光順處理利用完成的曲面，產(chǎn)生triangle格式，并著色檢查其表面的品質(zhì)。通過對經(jīng)線（lat）、緯線（lon）的向量的調(diào)整可進(jìn)行光順處理，若曲面變化不大則可減少經(jīng)線（lat

27、）及緯線（lon）的數(shù)量，并且也可利用輪廓線來修整曲面邊界。點云分割點云分割選擇適當(dāng)?shù)脑煨头椒ㄉ汕孢x擇適當(dāng)?shù)脑煨头椒ㄉ汕媲尜|(zhì)量評價（精度、光順性）曲面質(zhì)量評價（精度、光順性）曲面裁剪、生成外表面曲面裁剪、生成外表面外表面光順性評價外表面光順性評價曲面的逆向重構(gòu)過程曲面的逆向重構(gòu)過程反求工程反求工程CAD造型軟件造型軟件 隨著反求工程技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，商業(yè)化隨著反求工程技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，商業(yè)化的反求工程軟件也不斷涌現(xiàn)并日漸成熟。的反求工程軟件也不斷涌現(xiàn)并日漸成熟。 目前較為成熟的通用反求工程軟件有：目前較為成熟的通用反求工程軟件有： Imageware Surfacer Geo

28、magic Delcam Cimatron Strim 曲線或曲面的曲線或曲面的G0、G1、G2連續(xù)連續(xù) G0連續(xù)又叫點連續(xù)。連續(xù)又叫點連續(xù)。 是指曲線或曲面與任意平面交線是連續(xù)曲線，沒有斷是指曲線或曲面與任意平面交線是連續(xù)曲線，沒有斷點，即曲線方程連續(xù)。對曲面來說就是沒有裂縫。點，即曲線方程連續(xù)。對曲面來說就是沒有裂縫。 G1連續(xù)又叫相切連續(xù)。連續(xù)又叫相切連續(xù)。 是指曲線或曲面與任意平面交線平滑無折點（相切），是指曲線或曲面與任意平面交線平滑無折點（相切），即曲線方程一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)。對曲面來說，就是處處圓即曲線方程一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)。對曲面來說，就是處處圓滑相切，沒有楞，顯示曲率時顏色沒有突變?；?/p>

29、切，沒有楞，顯示曲率時顏色沒有突變。 G2連續(xù)又叫曲率連續(xù)。連續(xù)又叫曲率連續(xù)。 是指曲線或曲面與任意平面交線的各點曲率連續(xù)，作是指曲線或曲面與任意平面交線的各點曲率連續(xù)，作曲率分析的曲線是連續(xù)曲線，無斷點。曲率分析的曲線是連續(xù)曲線，無斷點。 反求模型文件輸出格式反求模型文件輸出格式 計算機輔助設(shè)計軟件產(chǎn)生的模型文件輸出格式有多種，其中計算機輔助設(shè)計軟件產(chǎn)生的模型文件輸出格式有多種，其中常用的有常用的有IGES、HPGL、STEP、DSF、STL等。等。（1）IGES（International Graphics Exchange Standard）是大多數(shù)）是大多數(shù)CAD系統(tǒng)采用的一種美國標(biāo)準(zhǔn)

30、，可支持不同文件格式間的轉(zhuǎn)化；系統(tǒng)采用的一種美國標(biāo)準(zhǔn)，可支持不同文件格式間的轉(zhuǎn)化；（2）HPGL（HP Graphics Language）是）是HP公司開發(fā)的一種用來控制自公司開發(fā)的一種用來控制自動繪圖機的語言格式，它已被廣泛地接受，成為一種事實標(biāo)準(zhǔn)。這種動繪圖機的語言格式，它已被廣泛地接受，成為一種事實標(biāo)準(zhǔn)。這種表達(dá)格式的基本構(gòu)成是描述圖形的矢量，用表達(dá)格式的基本構(gòu)成是描述圖形的矢量，用X和和Y坐標(biāo)來表示矢量的起坐標(biāo)來表示矢量的起點和終點，以及繪圖筆相應(yīng)的抬起和放下。一些快速成形系統(tǒng)也用點和終點，以及繪圖筆相應(yīng)的抬起和放下。一些快速成形系統(tǒng)也用HPGL來驅(qū)動它們的成形頭；來驅(qū)動它們的成形頭

31、；（3）STEP（Standard for The Exchange of Product）是一種正在逐步國）是一種正在逐步國際標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。目前，典型的際標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。目前，典型的CAD系統(tǒng)都能輸出系統(tǒng)都能輸出STEP格式文件，有些快速成形技術(shù)的研究工作者正試圖借助格式文件，有些快速成形技術(shù)的研究工作者正試圖借助STEP格式，不格式，不經(jīng)經(jīng)STL格式的轉(zhuǎn)化，直接對三維格式的轉(zhuǎn)化，直接對三維CAD模型進(jìn)行切片處理，以便提高快模型進(jìn)行切片處理，以便提高快速成形的精度；速成形的精度；（4）DXF是用于是用于AutoCAD輸出的一種格式，它已廣泛地為其它輸出的一種格式，它已廣

32、泛地為其它PC系統(tǒng)系統(tǒng)所采用；所采用；（5）STL（StereoLithography interface specification）是快速成形機常）是快速成形機常采用的一種格式。采用的一種格式。RP系統(tǒng)的基本工作原理系統(tǒng)的基本工作原理 RP系統(tǒng)可以根據(jù)零件的形狀，每次制做一個具有一定微小厚度和特定形狀的截面，然后再把它們逐層粘結(jié)起來，就得到了所需制造的立體的零件。整個過程是在計算機的控制下，由快速成形系統(tǒng)自動完成的。 不同公司制造的RP系統(tǒng)所用的成形材料不同，系統(tǒng)的工作原理也有所不同，但其基本原理都是一樣的，那就是“分層制造、逐層迭加”。這種工藝可以形象地叫做“增長法”或“加法”。每個截面

33、數(shù)據(jù)相當(dāng)于醫(yī)學(xué)上的一張CT像片整個制造過程可以比喻為一個“積分”的過程。 RP技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用 RP系統(tǒng)可在未實際生產(chǎn)制造產(chǎn)品之前，制作出與實際產(chǎn)品的模型，分送各個部門做正確的評估。在逆向工程中RP樣件可以:1設(shè)計評估（DesignReview） RP原型可作為設(shè)計過程所用的概念模型（ConceptModel），它比圖面或計算機圖形更能表達(dá)設(shè)計者的概念，且更能讓非專業(yè)人員一目了然地評估產(chǎn)品。2設(shè)計確認(rèn)（DesignVerification） RP原型是依據(jù)CAD模型制造出來。任何復(fù)雜的機構(gòu)或形狀的工件都可以不須經(jīng)過任何機械加工，由RP系統(tǒng)制造，進(jìn)而設(shè)計或組裝測試。CAD可提供迅速修改設(shè)計的

34、能力，再搭配RP系統(tǒng)快速制造，節(jié)省加工程序設(shè)計之花費，避免設(shè)計錯誤或修改所造成的成本浪費。3評估加工制造特性（Manufacturability） 制造部門可依據(jù)RP工件仿真加工方法及流程，在末實際加工前，找出加工限制，提供設(shè)計者做為修改設(shè)計的依據(jù)，從而降低制造成本，加強產(chǎn)品品質(zhì)。4可作為各式模具的樣模（PatternsforMould） RP原型可作為翻砂鑄造、脫臘鑄造、壓鑄、射出模，真空成型或硅膠模的原型。由RP原型翻制模具只須幾天的時間，而不需耗上數(shù)周或數(shù)月的時間。5產(chǎn)品展示（Presentation） RP工件可提供客戶在買賣前對產(chǎn)品進(jìn)行深入的評估。若客戶認(rèn)為產(chǎn)品應(yīng)做某些修正，RP系統(tǒng)

35、也可在短時間內(nèi)依據(jù)修改后的資料，重新制作產(chǎn)品模型，滿足客戶的需求。RP技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 據(jù)統(tǒng)計，目前世界上已有數(shù)百所大學(xué)、研究機構(gòu)和企業(yè)正在研究和開發(fā)RP技術(shù)。國外RP技術(shù)的研究和應(yīng)用主要集中在美國、歐洲和日本。從技術(shù)、材料和應(yīng)用等方面比較來看，總的情況是美國領(lǐng)先于歐洲和日本，歐洲和日本平分秋色。我國在這方面的發(fā)展起步較晚，但發(fā)展迅速，據(jù)美國Wohlers Associates咨詢公司稱，2002年中國RP設(shè)備臺數(shù)僅次于美國和日本，居世界第三位。 RP技術(shù)應(yīng)用發(fā)展很快，一個顯著的指標(biāo)是RP服務(wù)機構(gòu)的數(shù)量和收入的快速遞增。 90年代中后期，國外RP服務(wù)的數(shù)量以每年59%的速度遞增，可

36、以說，國外已經(jīng)從對RP工藝的熟悉、觀望、嘗試性應(yīng)用階段進(jìn)入了將RP真正作為產(chǎn)品開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，提高產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量、加快產(chǎn)品開發(fā)速度的階段。RP與相關(guān)技術(shù)的關(guān)系與相關(guān)技術(shù)的關(guān)系 RP集成了機械工程、計算機控制、機械工程、計算機控制、CADCAD、數(shù)控技、數(shù)控技術(shù)、檢測技術(shù)、激光材料術(shù)、檢測技術(shù)、激光材料等各種學(xué)科的前沿技術(shù)，是一種典型的高新技術(shù)。(1)RP與CAD技術(shù)的關(guān)系(2)RP技術(shù)與材料科學(xué)的關(guān)系(3)RP與數(shù)控技術(shù)的關(guān)系(4)RP與激光技術(shù)的關(guān)系(5)RP與其它相關(guān)技術(shù)的關(guān)系 總之，總之，RPRP技術(shù)是多學(xué)科的技術(shù)集成，它是各門技術(shù)是多學(xué)科的技術(shù)集成，它是各門學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的結(jié)果，同時，又為

37、各門學(xué)科的學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的結(jié)果，同時，又為各門學(xué)科的發(fā)展增添了新的研究內(nèi)容。發(fā)展增添了新的研究內(nèi)容。RPRP技術(shù)的發(fā)展趨勢技術(shù)的發(fā)展趨勢(a)采用金屬材料等高強度材料直接成形是RP重要發(fā)展方向(b)不同制造目標(biāo)相對獨立發(fā)展(c)向大型制造與微型制造進(jìn)軍(d)追求RP的更快的制造速度、更高的制造精度、更高的可靠性(e)更廣泛地和其它科學(xué)相交融，形成交叉學(xué)科(f)RP設(shè)備將日趨人性化和智能化第六章第六章 快速原型制造的前處理快速原型制造的前處理快速成形的全過程可歸納為三個步驟：快速成形的全過程可歸納為三個步驟：1）前處理前處理包括工件的三維模型的構(gòu)造、三維模型的近似處理、包括工件的三維模型的構(gòu)造、三

38、維模型的近似處理、模型成形方向的選擇和三維模型的切片處理。模型成形方向的選擇和三維模型的切片處理。2）分層疊加成形分層疊加成形是快速成形的核心，包括模型截面輪廓的制作與截是快速成形的核心，包括模型截面輪廓的制作與截面輪廓的疊合。面輪廓的疊合。3）后處理后處理包括工件的剝離、后固化、修補、打磨、拋光和表包括工件的剝離、后固化、修補、打磨、拋光和表面強化處理等。面強化處理等?？焖僭椭圃烨疤幚淼膬?nèi)容快速原型制造前處理的內(nèi)容 快速原型制造的前處理問題，包括：快速原型制造的前處理問題，包括： 樣件的三維模型的構(gòu)造樣件的三維模型的構(gòu)造 確定成形方向（確定成形方向（Orientation） 必要時建立支撐

39、結(jié)構(gòu)（必要時建立支撐結(jié)構(gòu)（Support） 切片處理切片處理3. 3. 接口轉(zhuǎn)換（接口轉(zhuǎn)換（Interface）與）與STL格式文件格式文件RP系統(tǒng)無法直接讀取三維CAD模型文件，要經(jīng)過轉(zhuǎn)換接口處理。 接口的好壞與加工時掃描路徑有密切的關(guān)系。 在計算加工軌跡時，需求出物體每一層的輪廓，輪廓必須是連續(xù)的，不能有破洞或空隙，才能判別輪廓內(nèi)外何者為須掃描的區(qū)域。 最常見的方法是： 先將三維CAD模型轉(zhuǎn)換成STL格式模型 再對STL格式模型進(jìn)行切片處理STL格式已廣為RP系統(tǒng)使用，許多CAD系統(tǒng)都將它納入成為系統(tǒng)的一部份，一般在CAD系統(tǒng)中只要先設(shè)定適當(dāng)精度，就可由STL接口將CAD實體轉(zhuǎn)為許多小三角

40、形平面。多數(shù)反求軟件也可直接將處理過的點群轉(zhuǎn)為STL格式。STL就是STereo Lithography的縮寫，它是將三維模型的表面近將三維模型的表面近似表達(dá)為小三角形平面的組合似表達(dá)為小三角形平面的組合，非常相似于有限元分析中的三結(jié)點平面單元。STL格式文件包括許多三角形平面的頂點坐標(biāo)及法線向量。STL文件的格式文件的格式 STL文件的主要優(yōu)勢在于表達(dá)簡單清晰，文件中只包含相互銜接的三角形片面節(jié)點坐標(biāo)及其外法向量，屬于“中性”文件。 STL數(shù)據(jù)格式的實質(zhì)是用許多細(xì)小的空間三角空間三角形面形面來逼近還原CAD實體模型，這類似于實體數(shù)據(jù)模型的表面有限元網(wǎng)格劃分。 STL模型的數(shù)據(jù)是通過給出三角形

41、法向量的三三角形法向量的三個分量個分量及三角形的三個頂點坐標(biāo)三角形的三個頂點坐標(biāo)來實現(xiàn)的。 STL文件記載了組成STL實體模型的所有三角形面，它有二進(jìn)制(BINARY)和文本文件(ASCII)兩種形式。STL文件的精度文件的精度 STL文件的數(shù)據(jù)格式是采用小三角形來近似逼近三維實體模型的外表面，小三角形數(shù)量的多少直接影響著近似逼近小三角形數(shù)量的多少直接影響著近似逼近的精度的精度。顯然，精度要求越高，選取的三角形應(yīng)該越多。 STL文件是面向快速成型制造的，過高的精度要求也是不必要的。所以，從CADCAM軟件輸出STL文件時，選取的精度指標(biāo)和控制精度指標(biāo)和控制參數(shù)參數(shù)應(yīng)該根據(jù)CAD模型的復(fù)雜程度以

42、及快速成型精度要求的高低進(jìn)行綜合考慮。 不同的CADCAM系統(tǒng)輸出STL格式文件的精度控制參數(shù)是不一致的，但最終反映STL文件逼近CAD模型的精度指標(biāo)表面上是小三角形的數(shù)量，實質(zhì)上是三角形平面逼近曲三角形平面逼近曲面時的弦差的大小面時的弦差的大小。弦差指的是，近似三角形的輪廓邊與曲面之間的徑向距離。 STL文件的基本規(guī)則文件的基本規(guī)則 (1)取向規(guī)則取向規(guī)則。(2)點點規(guī)則點點規(guī)則。每一個合理的實體面至少應(yīng)有 1.5 條邊，因此應(yīng)該滿足三個約束條件： 1) 面必須是偶數(shù)的； 2) 邊必須是 3 的倍數(shù)； 3) 2邊 = 3 面。 (3)取值規(guī)則取值規(guī)則。STL文件中所有的頂點坐標(biāo)必須是正的，零

43、和負(fù)數(shù)是錯的。STL文件不包含任何刻度信息，坐標(biāo)的單位是隨意的。很多快速成型前處理軟件是以實體反映出來的絕對尺寸值來確定尺寸的單位。STL文件中的小三角形通常是以Z增大的方向排列的，以便于切片軟件的快速解算。(4)合法實體規(guī)則合法實體規(guī)則。STL文件不得違反合法實體規(guī)則，即在三維模型的所有表面上，必須布滿小三角形平面，不得有任何遺漏(即不能有裂縫或孔洞)，不能有厚度為零的區(qū)域，外表面不能從其本身穿過等。 常見的常見的STL文件錯誤文件錯誤 遺漏 正確的STL文件所含有的點、邊、面和構(gòu)成的實體數(shù)量必須滿足歐拉公式： F-E+V=2-2H,其中，F(xiàn)(Face)、E(Edge)、V(Vertix)、

44、H(Hole)分別指面數(shù)、邊數(shù)、點數(shù)和實體中穿透的孔洞數(shù)。 如果一個STL文件中的數(shù)據(jù)不符合上述的歐拉公式，則該STL文件就有漏洞，在切片軟件進(jìn)行運算時就會產(chǎn)生某一邊不封閉的后果，直接造成在快速成型制造中激光束或是刀具行走時漏過該邊。 出現(xiàn)遺漏的原因：一是兩個小三角形片面在空間的交差（實體布爾運算出錯）二是在兩個連接表面三角形化時不匹配造成的。退化面 退化的面不會造成快速成型加工過程的失敗。主要包括以下2種類型： (1)點共線。不共線的面在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中形成了三點共線的面。 (2)點重合。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換運算時造成這種結(jié)果。 退化面的數(shù)據(jù)要占據(jù)空間，而且這些數(shù)據(jù)有可能使快速成型前處理的分析算法失敗，

45、并且使后續(xù)的工作量加大和造成困難。模型錯誤 由CADCAM系統(tǒng)中原始模型的錯誤造成，將在快速成型制造過程中表現(xiàn)出來。錯誤法矢面 進(jìn)行STL格式轉(zhuǎn)換時，會因未按正確的順序排列構(gòu)成三角形的頂點而導(dǎo)致計算所得法向量的方向相反。三維模型的切片處理及切片軟件三維模型的切片處理及切片軟件 快速成型屬于分層實體制造，故在快速成型系統(tǒng)中，切片處理及切片軟件是極為重要的。切片的目的是要將模型以片層方式來描述。通過這種描述，無論零件多么復(fù)雜，對每一層來說卻是很簡單的平面。 切片處理是將計算機中的幾何模型變成輪廓線來表述。這些輪廓線代表了片層的邊界，是用一個以Z軸正方向為法向的數(shù)學(xué)平面與模型相交計算而得的，交點的計

46、算方法與輸入的幾何形狀有關(guān)，計算后得到的輸出數(shù)據(jù)是統(tǒng)一的文件格式。輪廓線是由一系列的環(huán)路來組成的，由許多點來組成一個環(huán)路。 切片軟件的主要任務(wù)是接受正確的切片軟件的主要任務(wù)是接受正確的STL文件，并生成文件，并生成指定方向的截面輪廓線和網(wǎng)格掃描線。指定方向的截面輪廓線和網(wǎng)格掃描線。切片方法切片方法 1STL切片(1) 直接STL切片 只要求得切片平面與所有與該平面相交的小三角形平面的交線就能求得切片平面內(nèi)成形件的廓線，這就將問題轉(zhuǎn)化成簡單的求兩平面的交線問題，然后再將求得的交線端點按外環(huán)反時針、內(nèi)環(huán)順時針排序，就可得到切片平面內(nèi)成形件的內(nèi)外廓線，供快速成形機進(jìn)行數(shù)控加工（固化、切割或涂覆、燒結(jié)

47、）。 精度損失（曲面小平面，曲線折線）。(2) 容錯切片(3) 定層厚切片 (4) 適應(yīng)性切片 2直接切片 直接從CAD模型中獲取截面描述信息。在加工高次曲面時，直接切片(Direct Slicing)明顯優(yōu)于STL方法。 快速原型制造的過程快速原型制造的過程 1準(zhǔn)備工件（準(zhǔn)備工件（PartPreparation）A.分層（Slice） 分層處理軟件是讀取STL資料，根據(jù)加工方式設(shè)定分層厚度（約0.10.25mm）及截面路徑（Hatch）間距后，算出邊界路徑（Border）與截面路徑（X，YHatch）。 分層厚度視加工方式而定，有開環(huán)控制與閉環(huán)控制之分。對于LOM型一般是閉環(huán)的，也就是根據(jù)當(dāng)

48、前層迭的材料厚度確定下一層的層高。對于其它加工類型一般是固定厚度（約0.1250.25mm）。B.加工參數(shù) 要設(shè)定的加工參數(shù)（PrePare，Merge）視加工方式不同而不同。如SLA的主要加工參數(shù)樹脂硬化深度（CureDepth）、液面水平調(diào)整參數(shù)（RecoatingParameter）等。樹脂硬化深度比分層厚度大，這樣各層間才會相互重迭，結(jié)合為一體，液面水平之調(diào)整是靠上下移動之浮筒（Plunger）調(diào)整液面高度，以前后移動之刮板（Recoater）抹平液面。LOM的主要加工參數(shù)包括激光切割時的功率和速度、激光切割廢料網(wǎng)格的功率和速度、工件邊框的參數(shù)等。 2加工（加工（build） 例如：S

49、LA的加工程序有液面水平調(diào)整及激光掃描。激光掃描速度是根據(jù)樹脂硬化深度自動算出，激光直徑約為0.25mm，掃描間距約為0.25mm。LOM的加工程序有覆加材料、加熱加壓、測定當(dāng)前層高、按截面形狀切割等。 1. 立體印刷立體印刷(SLA，Stereolithgraphy Apparatus)成形技術(shù)成形技術(shù) 成形材料成形材料：液態(tài)光敏樹脂；：液態(tài)光敏樹脂；制件性能制件性能：相當(dāng)于工程塑料或蠟?zāi)?；：相?dāng)于工程塑料或蠟?zāi)?；主要用途主要用途：高精度塑料件、鑄造用蠟?zāi)！蛹蚰Ｐ?。：高精度塑料件、鑄造用蠟?zāi)?、樣件或模型?；竟ぷ髟砘竟ぷ髟恚河米贤饧す庠诠饷魳渲砻鎾呙瑁钇溆幸?guī)律地固化，由點到線，

50、再到面，完成一個層面的建造，每次產(chǎn)生零件的一層。在掃描的過程中，只有激光的曝光量超過樹脂固化所需的閾值能量的地方，液態(tài)樹脂才會發(fā)生聚合反應(yīng)形成固態(tài)。每一層固化完畢之后，升降工作臺移動一個層片厚度的距離，然后將樹脂涂在前一層上，再建造一個層。如此反復(fù)，每形成新的一層均粘附到前一層上，直到制作完零件的最后一層，成為一個三維實體。這樣零件就堆積完畢，再對零件進(jìn)行一些必要的后處理，整個制做過程就完成了。后處理，整個制做過程就完成了。主要優(yōu)點主要優(yōu)點：操作環(huán)境干凈、安全可在辦公室環(huán)境下 進(jìn)行，制造速度快，材料的質(zhì)感與ABS相近，材料縮小率低（約在0.0050.008之間）。適于快速制造小齒輪（尤其是具有

51、小齒者）、小功能件、薄壁小件、造模的用縮小比例件。 SLA的特點的特點 優(yōu)點： 成形過程自動化程度高 表面質(zhì)量優(yōu)良 可以制作結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的模型 缺點： 成形過程中伴隨物理和化學(xué)變化，制作較易彎曲，需要支撐 設(shè)備運轉(zhuǎn)及維護(hù)成本較高 可作用的材料種類較少 液態(tài)樹脂有氣味和毒性，且需要避光保護(hù) 需要二次固化 液態(tài)樹脂固化后的性能不如常用的工業(yè)塑料，較脆，易斷裂，不便進(jìn)行機加工SLA的后處理的后處理 原型疊層制作結(jié)束后，工作臺升出液面，停留510min（晾干） 將原型和工作臺一起斜放景干，并將其浸入丙酮、酒精等清洗液中，攪動并刷掉殘留的氣泡，45min后放入水池中清洗工作臺 由外向內(nèi)從工作臺上取下原型

52、，并去除支撐結(jié)構(gòu) 再次清洗后置于紫外烘箱中進(jìn)行整體后固化。SLA的支撐結(jié)構(gòu)的支撐結(jié)構(gòu) 常用的有： 斜支撐 直支撐 單腹板 雙腹板 十字壁板SLA的材料、變形及控制的材料、變形及控制 材料： 自由基光固化樹脂 陽離子光固化樹脂 混雜型光固化樹脂 變形 成型過程中樹脂收縮產(chǎn)生變形 零件后固化時收縮產(chǎn)生變形 變形的控制 選擇合適的掃描軌跡和掃描間距以減少殘存的液態(tài)樹脂 改進(jìn)樹脂的配方，在收縮性樹脂中引入適當(dāng)量的膨脹型單體SLA的應(yīng)用的應(yīng)用 汽車 航空 醫(yī)學(xué)最早公開上市的SLA系統(tǒng)（美國3DSystems公司），其機型有四種形式：SLA-190、SLA-251、SLA-400、SLA-500，數(shù)字所代

53、表的意義為可加工之工件的大約寬度，單位為mm。 2. 熔融沉積成形（熔融沉積成形（FDM，F(xiàn)used Deposition Modeling） 成形材料成形材料：固體絲狀工程塑料；：固體絲狀工程塑料；制件性能制件性能：相當(dāng)于工程塑料或蠟?zāi)?；：相?dāng)于工程塑料或蠟?zāi)?；主要用途主要用途：塑料件、鑄造用蠟?zāi)！蛹蚰Ｐ?。：塑料件、鑄造用蠟?zāi)?、樣件或模型?；竟ぷ髟砘竟ぷ髟恚簩崛坌圆牧希ˋBS、尼龍或蠟）通過加熱器熔化，在移動頭的運動過程中擠壓噴出細(xì)絲，按零件的截面形狀沉積成一薄層，這樣逐層堆積制成一個零件。在沉積過程中，噴頭受水平分層數(shù)據(jù)的控制沿XY移動，同時半流動融絲從FDM噴頭中擠壓出來，

54、必須精確控制從擠壓頭孔流出的材料數(shù)量和噴頭的移動速度，當(dāng)它和前一層相粘結(jié)時很快就會固化，整個零件是在一個活塞上制作的。該活塞可以上下移動，當(dāng)制作完一層后活塞下降，為下一層制作留出層厚所需的空間。FDM可以使用很多種材料，任何有熱塑特性的材料均可作為其候選材料。 主要優(yōu)點主要優(yōu)點：操作環(huán)境干凈、安全可在辦公室環(huán)境下進(jìn)行，制造速度快，材料的質(zhì)感與ABS相近，材料縮小率低（約在0.0050.008之間）。適于快速制造小齒輪（尤其是具有小齒者）、小功能件、薄壁小件、造模的用縮小比例件。FDM的特點的特點 優(yōu)點： 系統(tǒng)原理和簡單，運行安全，可以使用無毒材料 成形速度快 可用蠟成型用于失蠟鑄造 成型過程中

55、無化學(xué)變化，變形小 原材料利用率高 無需清洗 缺點： 表面有較明顯的條紋 沿成型軸垂直方向的強度比較弱 需要設(shè)計與制作支撐結(jié)構(gòu) 需要對整個截面進(jìn)行掃描涂覆，成型時間長 原材料價格較貴FDM的后處理的后處理 將制件從工作臺上取下 打磨、噴漆、電鍍、拋光FDM的材料的材料 材料： 成型材料： ABS，醫(yī)學(xué)專用ABSi、MABS塑料絲、蠟絲、聚烯烴樹脂絲、尼龍絲、聚酰胺絲等 支撐材料 各種能夠承受一定高溫、與成型材料不浸潤、具有水溶性或酸溶性、具有較低的熔融溫度、流動性好的材料FDM的應(yīng)用的應(yīng)用 汽車 機械 航空航天 家電 通訊 電子 建筑 醫(yī)學(xué) 外觀評估，方案選擇、裝配檢查、功能測試、看樣訂貨、開

56、模前校驗等主要的系統(tǒng)有美國sratasys公司的FDM系統(tǒng)。 3. 選擇性激光燒結(jié)（選擇性激光燒結(jié)（SLS，Selective Laser Sintering） 成形材料成形材料：工程塑料粉末；：工程塑料粉末；制件性能制件性能：相當(dāng)于工程塑料、蠟?zāi)?、砂型；：相?dāng)于工程塑料、蠟?zāi)！⑸靶?；主要用途主要用途：塑料件、鑄造用蠟?zāi)?、樣件或模型。：塑料件、鑄造用蠟?zāi)?、樣件或模型?基本工作原理基本工作原理：利用紅外激光光束所提供的熱量熔化熱塑性材料以形成三維零件。在制作區(qū)域均勻鋪上一薄層熱塑性粉末材料，然后用激光在粉末表面掃描零件的截面形狀，激光掃描到的地方粉末燒結(jié)形成固體，激光未掃描到的地方仍是粉末，可

57、以作為下一層的支撐并能在成形完成后去掉，上一層制作完畢后，再鋪平一層粉末，繼續(xù)掃描下一層。SLS使用的原料有蠟、聚碳酸酯、尼龍、纖細(xì)尼龍、合成尼龍和金屬材料等。 主要優(yōu)點主要優(yōu)點：可快速交貨（依成品大小區(qū)分，一般約在24天）。不需支撐?？芍苯又圃斐鼋饘偌?，可作為塑料注塑成形模具。 SLS的特點的特點 優(yōu)點： 可采用多種材料（加熱時粘度降低即可） 制造工藝簡單 高精度（原料顆粒為0.1mm以下時能達(dá)到1%） 材料利用率高，價格便宜，成本低 無需支撐結(jié)構(gòu) 缺點： 能量消耗高 原型表面粗糙、疏松多孔SLS的材料的材料 材料： 各類粉末： 金屬、陶瓷、石蠟、聚合物 尼龍、覆裹尼龍的玻璃粉、聚碳酸脂粉、

58、聚酰胺粉、蠟粉、金屬粉、覆裹熱凝樹脂的細(xì)砂、覆蠟陶瓷粉、復(fù)蠟金屬粉等 粉末粒度一般在0.0500.125mm之間SLS的應(yīng)用的應(yīng)用 直接制作快速模具 復(fù)雜金屬零件的快速無模具鑄造此類系統(tǒng)此類系統(tǒng)主要有美國DTM公司的SLS系統(tǒng)及德國EOS公司之Stereos系統(tǒng)等 4. 4. 分層實體制造（分層實體制造（LOM，Laminated object Manufacturing） 成形材料成形材料：涂敷有熱敏膠的纖維紙；：涂敷有熱敏膠的纖維紙；制件性能制件性能：相當(dāng)于高級木材；：相當(dāng)于高級木材；主要用途主要用途：快速制造新產(chǎn)品樣件、模型或鑄造用木模。：快速制造新產(chǎn)品樣件、模型或鑄造用木模。 基本工作

59、原理基本工作原理：用激光按該層零件的輪廓剪切，零件輪廓以外的部分用激光剪切成網(wǎng)格狀碎片以便零件制作完畢之后移去。每一層箔材之間涂有熱溶膠，通過加熱和加壓粘到前一層上，層層的箔材逐層粘成一個固體塊。當(dāng)所有的層被粘結(jié)并進(jìn)行剪切之后，整個零件就埋置在一大塊支撐材料中，去掉支撐碎片，就獲得所需的三維實體。這里所說的箔材可以是涂覆紙（涂有粘接劑覆層的紙）、涂覆陶瓷箔、金屬箔或其它材質(zhì)的箔材。 主要優(yōu)點主要優(yōu)點：系統(tǒng)購置成本低，可在辦公室環(huán)境下使用，適用于設(shè)計確認(rèn)模型、翻砂鑄造用母模等。LOM的特點的特點 優(yōu)點： 原型精度高 制件以承受高達(dá)200度的溫度，有較高的硬度和較好的力學(xué)性能，可進(jìn)行各種切削加工

60、無須后固化處理 廢料易剝離 可制作尺寸大的制件 原材料價格便宜，制作成本低 設(shè)備可靠性高，安全，可長時間連續(xù)運行 缺點： 不能直接制作塑料件 抗拉強度和彈性不夠好 易吸濕膨脹 表面有臺階紋理，其高度等于材料的厚度LOM的后處理的后處理 原型疊層制作結(jié)束后，從工作臺上取下制件 去除廢料 后置處理 修補、打磨、拋光、表面涂覆LOM的材料、誤差及控制的材料、誤差及控制 材料： 紙 塑料薄膜 金屬箔 誤差 每一層與上、下層的不一致約束導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)用，產(chǎn)生變形 成型功率控制不當(dāng)（過大燒焦、切透） 廢料網(wǎng)格尺寸控制不當(dāng)（廢料去除的難易及成形精度 工藝參數(shù)不穩(wěn)定（溫度、壓力、功率、速度） 成形后環(huán)境變化（熱變形