快速原型技術(shù)課件

1、第8章 逆向工程與快速成形技術(shù) 1）現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)一般有兩條基本途徑：一種途徑是基于機(jī)械CAD軟件平臺的概念設(shè)計(jì)；另一種途徑是基于已有樣品或手工模型的反求工程技術(shù)（或稱逆向工程技術(shù)）。2）概念設(shè)計(jì)是從“無”到“有”的過程，而逆向工程技術(shù)是從已“有”的產(chǎn)品樣品或手工模型經(jīng)過專用的測繪設(shè)備，通過數(shù)據(jù)采集和處理得到樣品或手工模型的幾何信息及其他信息的過程。 概念2D圖紙3DCAD軟件樣件掃描機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件產(chǎn)品3D模型8.1 反求工程技術(shù)（Reverse Engineering，RE）反求工程技術(shù)（Reverse Engineering，RE）又稱逆向工程技術(shù)，是20世紀(jì)80年代末期發(fā)展起來的一項(xiàng)

2、先進(jìn)制造技術(shù)，是以產(chǎn)品及設(shè)備的實(shí)物、軟件(圖紙、程序及技術(shù)文件等)或影像(圖片、照片等)等作為研究對象，反求出初始的設(shè)計(jì)意圖，包括形狀、材料、工藝、強(qiáng)度等諸多方面。簡單說，反求就是對存在的實(shí)物模型或零件進(jìn)行測量并根據(jù)測量數(shù)據(jù)重構(gòu)出實(shí)物的CAD模型，進(jìn)而對實(shí)物進(jìn)行分析、修改、檢驗(yàn)和制造的過程。 反求工程主要用于已有零件的復(fù)制、損壞或磨損零件的還原、模型精度的提高及數(shù)字化模型檢測等。 實(shí)物樣件數(shù)據(jù)采集坐標(biāo)測量機(jī)激光掃描儀數(shù)據(jù)處理：專用數(shù)據(jù)處理軟件，如Surfacer等通用的CAD/CAM軟件，如UG等三維CAD模型構(gòu)建二維工程圖紙CNC數(shù)控加工快速原型制作系統(tǒng)：光固化成型（SLA）疊層實(shí)體制造（L

3、OM）選擇性激光燒結(jié)（SLS）熔融沉積制造（FDM）8.1 反求工程技術(shù)（Reverse Engineering，RE） 數(shù)據(jù)采集的主要方法：三坐標(biāo)測量法、投影光柵法、激光三角形法、核磁共振和CT法等。 基本原理是將周期性的光柵投影到被測曲面上，受到被測曲面輪廓高度的調(diào)制，光柵影線發(fā)生變形，解調(diào)變形光柵圖象，建立變形光柵圖象與被測曲面輪廓高度的函數(shù)關(guān)系，求出被測曲面形狀的三維信息投影光柵法 數(shù)據(jù)采集的主要方法：激光三角形法基本原理是由半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光通過聚光透鏡在被測曲面上結(jié)成光點(diǎn)并反射，光敏元件(如PSD)接收其散射光，根據(jù)其在PSD 上的位置，即可測出故測點(diǎn)的空間坐標(biāo)。反求工程中的數(shù)

4、據(jù)采集與處理技術(shù) 3、數(shù)據(jù)優(yōu)化。測量所得的數(shù)據(jù)文件通常非常龐大，往往被形象地稱為數(shù)據(jù)云或者海量數(shù)據(jù)，需要對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，主要問題有：如何合理的分布數(shù)據(jù)點(diǎn)，在盡量保有各種特征信息的基礎(chǔ)上合理簡化數(shù)據(jù)；如何使數(shù)據(jù)真實(shí)反映形面的保凸特性；如何減少人工交互，提高數(shù)據(jù)區(qū)域劃分中的自動化與效果。4、曲面重構(gòu)研究。在反算控制點(diǎn)時仍然存在反算標(biāo)準(zhǔn)及精度的問題；對于起伏劇烈的數(shù)據(jù)點(diǎn)群，使用單塊曲面描述會有較大差異；如何解決有關(guān)曲面重構(gòu)算法的有效性、效率以及誤差問題；曲面在三角離散和層切時的不確定性問題等。反求工程技術(shù)實(shí)施的軟件條件 目前比較常用的通用逆向工程軟件有Surfacer、Delcam、Cima

5、tron以及Strim。 一些大型CAD軟件也逐漸為逆向工程提供了設(shè)計(jì)模塊。例如Pro/E的ICEM Surf和Pro/SCANTOOLS模塊，可以接受有序點(diǎn)(測量線)，也可以接受點(diǎn)云數(shù)據(jù)。 企業(yè)只能拿到真實(shí)零件而沒有圖紙，又要求對此零件進(jìn)行分析、復(fù)制及改型； 在汽車、家電等行業(yè)要分析油泥模型，對油泥模型進(jìn)行修改，得到滿意結(jié)果后將此模型的外型在計(jì)算機(jī)中建立數(shù)字模型； 對現(xiàn)有的零件工裝等建立數(shù)字化圖庫； 在模具行業(yè)，往往需要用手工修模，修改后的模具形腔數(shù)據(jù)必須要及時地反映到相應(yīng)的CAD設(shè)計(jì)之中，這樣才能最終制造出符合要求的模具。反求工程中的數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù) 逆向工程常用軟件美國Imagewar

6、e公司產(chǎn)品Surfacer7.1、英國DelCAM公司產(chǎn)品CopyCAD、英國MDTV公司的STRIM andSurface Reconstruction、英國Renishaw 公司的TRACE，在一些流行的CAD/CAM集成系統(tǒng)中也開始集成了類似模塊，如Unigrahics中的PointCloud功能、Pro/Engineering中的Pro/SCAN功能、Cimatron90中的Reverse Engineering功能模塊等。在我國，有關(guān)反求工程的研究與開發(fā)工作也在不少單位內(nèi)展開，如浙江大學(xué)、華中理工大學(xué)、西安交通大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等，并取得一定的成果，如浙江大學(xué)推出了Re-Soft軟件

7、系統(tǒng)。 8.2 快速原型技術(shù)快速成型（也稱快速原型）制造技術(shù)(Rapid Prototyping & Manufacturing，RP&M或RP)是借助計(jì)算機(jī)、激光、精密傳動和數(shù)控等現(xiàn)代手段，將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）集成于一體根據(jù)計(jì)算機(jī)上構(gòu)造的三維模型，能在很短時間內(nèi)直接制造產(chǎn)品樣品而無須傳統(tǒng)的機(jī)械加工機(jī)床和模具的先進(jìn)制造技術(shù)。 快速成形 (RP-Rapid Prototyping)技術(shù)： 快速成形技術(shù)是一種基于離散堆積成形思想的新型成形技術(shù)，是集成計(jì)算機(jī)、數(shù)控、激光和新材料等最新技術(shù)而發(fā)展起來的先進(jìn)的產(chǎn)品研究與開發(fā)技術(shù)。RP技術(shù)的基本過程由CAD軟件設(shè)計(jì)出所需零件

8、的計(jì)算機(jī)三維曲面或?qū)嶓w模型；將三維模型沿一定方向離散成一系列有序的二維層片（習(xí)慣稱為分層）；根據(jù)每層輪廓信息，進(jìn)行工藝規(guī)劃，選擇加工參數(shù)，自動生成數(shù)控代碼；成形機(jī)制造一系列層片并自動將它們聯(lián)接起來，得到三維物理實(shí)體。 快速成形過程示意圖 這樣將一個物理實(shí)體的復(fù)雜的三維加工離散成一系列層片的加工，大大降低了加工難度，且成形過程的難度與待成形的物理實(shí)體形狀和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度無關(guān)?？焖僭图夹g(shù)的優(yōu)越性（1）設(shè)計(jì)者受益（設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)的最初階段，就能拿到實(shí)在的產(chǎn)品樣品，在單個零件和裝配部件的級別上，對產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)和優(yōu)化，并可在不同階段快速地修改、重做樣品，甚至做出試制用工模具及少量的產(chǎn)品。這將給設(shè)計(jì)者

9、創(chuàng)造一個優(yōu)良的設(shè)計(jì)環(huán)境，提供一個快捷、有力的物理模擬手段，無需多次反復(fù)思考、修改，即可盡快得到優(yōu)化結(jié)果，從而能顯著地縮短設(shè)計(jì)周期和降低成本。 ）（2）制造者受益（制造者在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最初階段，也能拿到實(shí)在的產(chǎn)品樣品、甚至試制用的工模具及少量產(chǎn)品，這使得他們能及早地對產(chǎn)品設(shè)計(jì)提出意見，做好原材料、標(biāo)準(zhǔn)件、外協(xié)加工件、加工工藝和批量生產(chǎn)用工模具等的準(zhǔn)備，最大限度地減少失誤和返工，大大節(jié)省工時、降低成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量。 ） （3）推銷者受益（推銷者在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最初階段也能拿到實(shí)在的產(chǎn)品樣品甚至少量產(chǎn)品，這使得他們能據(jù)此及早、實(shí)在地向用戶宣傳和征求意見，以及進(jìn)行比較準(zhǔn)確的市場需求預(yù)測，而不是僅憑抽象的產(chǎn)

10、品描述或圖紙、樣本來推銷。 ） （4）用戶受益（用戶在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最初階段，也能見到產(chǎn)品樣品甚至少量產(chǎn)品，這使得他們能及早、深刻地認(rèn)識產(chǎn)品，進(jìn)行必要的測試，并及時提出意見，從而可以在盡可能短的時間內(nèi)，以最合理的價格得到性能最符合要求的產(chǎn)品。 ） 快速原型技術(shù)的優(yōu)越性快速原型技術(shù)的工藝方法1）光固化成型工藝 ，以光敏樹脂為原料，通過計(jì)算機(jī)控制紫外激光使其凝固成型。（1984年美國Charles Hull ）2）疊層實(shí)體制造工藝，是幾種最成熟的快速成型制造技術(shù)之一。（1991年 組成：計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)、原材料存儲及送進(jìn)機(jī)構(gòu)、熱粘壓機(jī)構(gòu)、激光切割系統(tǒng)、可升降工作臺和數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)架等組成 ） 1激光器 2壓滾 3紙材 4材料送進(jìn)滾筒 5升降臺6疊層 7當(dāng)前疊層輪廓線快速原型技術(shù)的工藝方法快速原型技術(shù)的工藝方法4）選擇性激光燒結(jié)工藝，利用粉末材料（金屬粉末或非金屬粉末）在激光照射下燒結(jié)的原理，在計(jì)算機(jī)控制下層層堆積成形。1989年 1）在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 a.概念模型可視化 b.設(shè)計(jì)評價 c.裝配校核 d.性能和功能測試2）快速模具的母模 3）在鑄造領(lǐng)域的應(yīng)用 4）在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 a.設(shè)計(jì)和制作可植入假體 b.外科手術(shù)規(guī)劃 c.骨骼修復(fù) 快速原型技術(shù)的應(yīng)用 母模翻制的硅膠模具及產(chǎn)品 砂型鑄造產(chǎn)品及木模 快速原型技