逆向工程與快速成形技術(shù)課件

09逆向工程與快速成形技術(shù)2022/11/1逆向工程與快速成形技術(shù)09逆向工程與快速成形技術(shù)2022/10/23逆向工程與快速19.1逆向工程逆向工程的出現(xiàn)和發(fā)展20世紀(jì)60年代，日本為了恢復(fù)和振興經(jīng)濟(jì)，提出科技興國(guó)和大力發(fā)展制造業(yè)的方針：“一代引進(jìn)，二代國(guó)產(chǎn)化，三代改進(jìn)出口，四代占領(lǐng)國(guó)際市場(chǎng)”，并對(duì)機(jī)床、汽車、電子、光學(xué)設(shè)備和家電等行業(yè)的發(fā)展給予優(yōu)惠政策。日本政府和企業(yè)普遍認(rèn)為對(duì)別國(guó)先進(jìn)產(chǎn)品和先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)、消化、吸收、改進(jìn)和挖潛，是自身發(fā)展的一條捷徑。觀點(diǎn)很快被事實(shí)驗(yàn)證，由此引發(fā)了逆向設(shè)計(jì)（ReverseDesign）的概念。逆向工程與快速成形技術(shù)9.1逆向工程逆向工程的出現(xiàn)和發(fā)展逆向工程與快速成形技術(shù)2明確提出逆向工程（ReverseEngineering）這個(gè)術(shù)語(yǔ)并作為一門學(xué)問(wèn)和實(shí)用技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究則是近30年的事情。20世紀(jì)80年代初分別由美國(guó)3M公司、日本名古屋工業(yè)研究所以及美國(guó)UVP公司提出。

逆向工程與快速成形技術(shù)明確提出逆向工程（ReverseEngine3逆向工程發(fā)展至今，已經(jīng)成為世界各國(guó)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)中不可缺少的手段和重要策略之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，各國(guó)70%以上的技術(shù)源于國(guó)外，逆向工程作為掌握、改進(jìn)和發(fā)展技術(shù)的一種手段，可使產(chǎn)品研制周期縮短40%以上，從而極大地提高了生產(chǎn)率。逆向工程的實(shí)際應(yīng)用為許多企業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了生機(jī)，進(jìn)而為創(chuàng)新設(shè)計(jì)和各種新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)奠定了良好基礎(chǔ)。逆向工程與快速成形技術(shù)逆向工程發(fā)展至今，已經(jīng)成為世界各國(guó)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)4逆向工程(ReverseEngineering）以設(shè)計(jì)方法學(xué)為指導(dǎo)，以現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論、方法、技術(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用各種專業(yè)人員的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和創(chuàng)新思維，對(duì)已有產(chǎn)品進(jìn)行解剖、深化和再創(chuàng)造，這就是逆向工程的含義?？梢哉f(shuō)，逆向設(shè)計(jì)是對(duì)已有設(shè)計(jì)的再設(shè)計(jì)，其中再創(chuàng)造是逆向設(shè)計(jì)的靈魂。在實(shí)際操作中，用一定的測(cè)量手段對(duì)實(shí)物或模型進(jìn)行測(cè)量,根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)三維幾何建模方法重構(gòu)實(shí)物的CAD模型的過(guò)程，是一個(gè)從樣品生成產(chǎn)品數(shù)字化信息模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)的全過(guò)程。逆向工程與快速成形技術(shù)逆向工程(ReverseEngineering）5人們通稱的設(shè)計(jì)，一般指正設(shè)計(jì)，它是一個(gè)從無(wú)到有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程。設(shè)計(jì)人員首先根據(jù)市場(chǎng)需求，提出目標(biāo)和技術(shù)要求，進(jìn)行功能設(shè)計(jì)，創(chuàng)造新的方案，經(jīng)過(guò)一系列的設(shè)計(jì)活動(dòng)變?yōu)楫a(chǎn)品。概括的說(shuō)，正設(shè)計(jì)是由未知到已知、由想象到現(xiàn)實(shí)的過(guò)程：市場(chǎng)需求分析功能分析設(shè)計(jì)人員創(chuàng)造性活動(dòng)產(chǎn)品逆向工程與快速成形技術(shù)人們通稱的設(shè)計(jì)，一般指正設(shè)計(jì)，它是一個(gè)從無(wú)到有6逆向設(shè)計(jì)是從已知事物的有關(guān)信息（包括硬件、軟件、照片、廣告、情報(bào)等）去尋求這些信息的科學(xué)性、技術(shù)性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性、合理性和改進(jìn)的可能性等。要回溯這些信息的科學(xué)依據(jù)，即充分消化和吸收，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)、挖潛和再創(chuàng)造。已知一個(gè)確定的事情（產(chǎn)品、照片或資料）通過(guò)消化、吸收進(jìn)行再創(chuàng)造具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的新產(chǎn)品逆向工程與快速成形技術(shù)逆向設(shè)計(jì)是從已知事物的有關(guān)信息（包括硬件、軟件7（1）沒(méi)有設(shè)計(jì)資料或設(shè)計(jì)資料不完整；（2）當(dāng)要設(shè)計(jì)需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試才能定型的工件模型時(shí)。（3）在美學(xué)設(shè)計(jì)特別重要的領(lǐng)域；（4）修復(fù)破損的藝術(shù)品或缺乏供應(yīng)的損壞零件等逆向工程的應(yīng)用背景沒(méi)有設(shè)計(jì)圖紙或設(shè)計(jì)圖紙不完整以及沒(méi)有CAD模型的情況下，在對(duì)零件原型進(jìn)行測(cè)量得到零件的設(shè)計(jì)圖紙或CAD模型，并以此為依據(jù)利用快速成型復(fù)制出相同的零件。設(shè)計(jì)飛機(jī)機(jī)翼，為了滿足空氣動(dòng)力學(xué)的要求，首先要求在初始設(shè)計(jì)模型上進(jìn)行各種性能試驗(yàn)建立符合要求的產(chǎn)品模型，最終的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯⒊蔀橹圃爝@類零件的依據(jù)。逆向工程與快速成形技術(shù)（1）沒(méi)有設(shè)計(jì)資料或設(shè)計(jì)資料不完整；逆向工程的應(yīng)用背景沒(méi)有設(shè)8從工程技術(shù)角度看，逆向?qū)ο罂筛爬槿悾?/p>

實(shí)物逆向軟件逆向影像逆向逆向?qū)ο箢悇e逆向工程與快速成形技術(shù)從工程技術(shù)角度看，逆向?qū)ο罂筛爬槿悾耗嫦驅(qū)ο箢悇e逆向工程9實(shí)物逆向以產(chǎn)品實(shí)物為依據(jù)，對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)、材料、精度、制造工藝、包裝、使用等方面進(jìn)行分析研究和再創(chuàng)造，最終研制出與原型產(chǎn)品相近或更佳的新產(chǎn)品。實(shí)物逆向的對(duì)象可以是整個(gè)產(chǎn)品，也可以是部件、組件或零件。逆向的內(nèi)容則包括功能逆向、性能逆向、方案、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、精度、使用規(guī)范等眾多方面的逆向。實(shí)物逆向逆向工程與快速成形技術(shù)實(shí)物逆向以產(chǎn)品實(shí)物為依據(jù)，對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)、材料、精度10原型實(shí)物性能測(cè)試功能原理分析分解繪制草圖部件、總裝簡(jiǎn)圖部件、總裝圖審核工藝分析繪制零件圖測(cè)量并確定尺寸及公差評(píng)價(jià)逆向產(chǎn)品方案，技術(shù)設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)產(chǎn)品試制試驗(yàn)與反饋新產(chǎn)品設(shè)計(jì)思想逆向材料、技術(shù)條件逆向校對(duì)、審核、工藝審查、標(biāo)準(zhǔn)化審查裝配圖審查實(shí)物逆向有兩項(xiàng)基本工作，即逆向分析與逆向設(shè)計(jì)。其一般過(guò)程如圖所示。逆向工程與快速成形技術(shù)原型性能測(cè)試功能原理分析分解繪制草圖部件、總裝簡(jiǎn)圖部件、總裝11在實(shí)物逆向中，試驗(yàn)、測(cè)繪和逆向設(shè)計(jì)是重要工作，需要精心設(shè)計(jì)和仔細(xì)進(jìn)行。試驗(yàn)方案和試驗(yàn)方法測(cè)繪逆向設(shè)計(jì)逆向工程與快速成形技術(shù)在實(shí)物逆向中，試驗(yàn)、測(cè)繪和逆向設(shè)計(jì)是重要工作，需要精12試驗(yàn)方案和試驗(yàn)方法在實(shí)物未解體前對(duì)其功能、性能等進(jìn)行全面試驗(yàn)考核，測(cè)試其可行功能和性能指標(biāo)。為此，應(yīng)充分考慮以下各點(diǎn)：根據(jù)樣本、使用說(shuō)明書(shū)，摸清有哪些功能指標(biāo)；根據(jù)試驗(yàn)要求，制定試驗(yàn)條件和試驗(yàn)規(guī)范，并選擇合適的試驗(yàn)臺(tái)及相應(yīng)測(cè)試儀器儀表；對(duì)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)處理；若試驗(yàn)中出現(xiàn)故障，進(jìn)行詳細(xì)記錄和深入分析，為排除故障或改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。逆向工程與快速成形技術(shù)試驗(yàn)方案和試驗(yàn)方法在實(shí)物未解體前對(duì)其功能、性能等進(jìn)行全面試驗(yàn)13測(cè)繪測(cè)繪中應(yīng)注意以下問(wèn)題：尺寸、精度一般產(chǎn)品出廠前要經(jīng)磨合試驗(yàn)和性能試驗(yàn)。試驗(yàn)后零件的尺寸、形狀、邊面狀態(tài)等會(huì)有變化，要逆向其原始狀態(tài)（裝配前的狀態(tài)）。無(wú)損檢測(cè)

對(duì)樣機(jī)的零件測(cè)繪一般不允許有損傷，因此應(yīng)盡量使用無(wú)損檢測(cè)方法，如用激光技術(shù)、光譜技術(shù)、三維全息照相顯示技術(shù)等。原型數(shù)字化對(duì)于具有復(fù)雜曲面的實(shí)物，一般需利用三維測(cè)量和CAD技術(shù)進(jìn)行逆向。其測(cè)量過(guò)程主要解決的問(wèn)題是零件原型的數(shù)字化。目前，通常采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM）或激光掃描等測(cè)量裝置來(lái)獲取零件原型表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。逆向工程與快速成形技術(shù)測(cè)繪測(cè)繪中應(yīng)注意以下問(wèn)題：逆向工程與快速成形技術(shù)14逆向設(shè)計(jì)逆向設(shè)計(jì)指測(cè)繪后對(duì)關(guān)鍵問(wèn)題的分析和反設(shè)計(jì)問(wèn)題。測(cè)繪完以后要將被測(cè)對(duì)象變成完整圖紙或模型，還需根據(jù)對(duì)零件工作特性的分析（必要時(shí)需要通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試）進(jìn)行各種標(biāo)注和提出技術(shù)要求。對(duì)于特殊形狀的曲線應(yīng)通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)逆向其科學(xué)依據(jù)。對(duì)于箱體等結(jié)構(gòu)復(fù)雜件應(yīng)采用有限元法去逆向其強(qiáng)度和剛度等。逆向工程與快速成形技術(shù)逆向設(shè)計(jì)逆向設(shè)計(jì)指測(cè)繪后對(duì)關(guān)鍵問(wèn)題的分析和反設(shè)計(jì)15逆向設(shè)計(jì)中重建具有復(fù)雜曲面零件原型的CAD模型是一件困難的工作。首先，需要從測(cè)量數(shù)據(jù)中提取零件原型的幾何特征，即按測(cè)量數(shù)據(jù)的幾何屬性對(duì)其進(jìn)行分割，采用幾何特征匹配與識(shí)別的方法來(lái)獲取零件原型所具有的設(shè)計(jì)與加工特征。然后，將分割后的三維數(shù)據(jù)在CAD系統(tǒng)中進(jìn)行表面模型擬合，并通過(guò)各表面片的求交與拼接獲取零件原型表面的CAD模型。對(duì)于重建的CAD模型還需要進(jìn)行檢驗(yàn)與修正，即根據(jù)獲得的CAD模型重新加工出樣品，以檢驗(yàn)重建的CAD模型是否滿足精度或其他試驗(yàn)性能指標(biāo)。對(duì)不滿足要求者，重復(fù)以上過(guò)程，直至達(dá)到零件的設(shè)計(jì)要求。逆向工程與快速成形技術(shù)逆向設(shè)計(jì)中重建具有復(fù)雜曲面零件原型的CAD模型是一件困難的工16逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)逆向工程中的測(cè)量技術(shù)接觸式測(cè)量方法非接觸式測(cè)量方法產(chǎn)品建模技術(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)的分割表面片的擬合技術(shù)快速成形技術(shù)逆向工程與快速成形技術(shù)逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)逆向工程中的測(cè)量技術(shù)逆向工程與快速成形技術(shù)17逆向工程實(shí)物掃描點(diǎn)云CAD實(shí)體建模質(zhì)量檢測(cè)新構(gòu)思加工中心RPM逆向工程與快速成形技術(shù)逆向工程實(shí)物掃描點(diǎn)云CAD實(shí)質(zhì)量檢測(cè)新構(gòu)思加工中心RPM逆18逆向工程軟件：Imageware、Raindrop、GeomagicStudio、Paraform、ICEMSurf、CopyCAD等CAD/CAM系統(tǒng)類似模塊，UG—Unigrahics、ProE—Pro/SCAM、Cimatron90—PointCloud等接觸式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x非觸式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x工業(yè)CT測(cè)量機(jī)逆向工程與快速成形技術(shù)接觸式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x非觸式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x工業(yè)CT測(cè)量機(jī)逆向工程與1920點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取

是通過(guò)特定的測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法獲取零件表面離散點(diǎn)的幾何坐標(biāo)數(shù)據(jù)。根據(jù)測(cè)量探頭或傳感器是否和實(shí)物接觸，可分為接觸式和非接觸式兩類。１.１接觸式測(cè)量方法

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是廣泛采用的接觸式測(cè)量設(shè)備，作為一種大型精密的測(cè)量?jī)x器，它開(kāi)始是用于制造產(chǎn)品的檢測(cè)，可以對(duì)具有復(fù)雜形狀的工件的空間尺寸進(jìn)行測(cè)量。在逆向工程應(yīng)用上面，三坐標(biāo)測(cè)量及也可以作為數(shù)據(jù)采集的主要手段，具有測(cè)量精度高、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是測(cè)量效率低，對(duì)一些軟質(zhì)表面無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。逆向工程與快速成形技術(shù)20點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取逆向工程與快速成形技術(shù)2021點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取１.２非接觸式測(cè)量法

非接觸式測(cè)量根據(jù)測(cè)量原理不同，有光學(xué)測(cè)量、超聲波測(cè)量、電磁測(cè)量等方式。在這里簡(jiǎn)單介紹光學(xué)三角原理測(cè)量法中的激光掃描。手持式激光掃描儀逆向工程與快速成形技術(shù)21點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取手持式激光掃描儀逆向工程與快速成形技術(shù)21點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取測(cè)量設(shè)備（關(guān)節(jié)臂、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)）逆向工程與快速成形技術(shù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取測(cè)量設(shè)備（關(guān)節(jié)臂、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)）逆向工程與快速22應(yīng)用實(shí)例數(shù)據(jù)導(dǎo)入多個(gè)數(shù)據(jù)的合并，只要多次打開(kāi)就可以將數(shù)據(jù)合并在一起逆向工程與快速成形技術(shù)應(yīng)用實(shí)例數(shù)據(jù)導(dǎo)入多個(gè)數(shù)據(jù)的合并，只要多次打開(kāi)就可以將數(shù)據(jù)合并23應(yīng)用實(shí)例數(shù)據(jù)顯示（display）如果后面多邊形方式選擇項(xiàng)是灰色的，代表點(diǎn)云沒(méi)有多邊形計(jì)算逆向工程與快速成形技術(shù)應(yīng)用實(shí)例數(shù)據(jù)顯示（display）如果后面多邊形方式選擇項(xiàng)是24應(yīng)用實(shí)例數(shù)據(jù)優(yōu)化處理（刪除、過(guò)濾）逆向工程與快速成形技術(shù)應(yīng)用實(shí)例數(shù)據(jù)優(yōu)化處理（刪除、過(guò)濾）逆向工程與快速成形技術(shù)25應(yīng)用實(shí)例點(diǎn)云編輯（對(duì)齊）截取所需要的一個(gè)平面，并由點(diǎn)云擬合出平面，作為對(duì)齊的參考元素逆向工程與快速成形技術(shù)應(yīng)用實(shí)例點(diǎn)云編輯（對(duì)齊）截取所需要的一個(gè)平面，并由點(diǎn)云擬合出26應(yīng)用實(shí)例點(diǎn)云編輯（對(duì)齊）所要對(duì)齊的平面，一般為XY、XZ、YZ等平面擬合平面逆向工程與快速成形技術(shù)應(yīng)用實(shí)例點(diǎn)云編輯（對(duì)齊）所要對(duì)齊的平面，一般為XY、XZ、Y27應(yīng)用實(shí)例點(diǎn)云編輯（對(duì)齊）用最佳擬合功能，把擬合平面對(duì)齊到所需要的平面上逆向工程與快速成形技術(shù)應(yīng)用實(shí)例點(diǎn)云編輯（對(duì)齊）用最佳擬合功能，把擬合平面對(duì)齊到所需28應(yīng)用實(shí)例點(diǎn)云編輯（對(duì)齊）對(duì)齊之前對(duì)齊之后逆向工程與快速成形技術(shù)應(yīng)用實(shí)例點(diǎn)云編輯（對(duì)齊）對(duì)齊之前對(duì)齊之后逆向工程與快速成形技29應(yīng)用實(shí)例構(gòu)造曲線由點(diǎn)云截取輪廓線點(diǎn)云，并構(gòu)造成曲線逆向工程與快速成形技術(shù)應(yīng)用實(shí)例構(gòu)造曲線由點(diǎn)云截取輪廓線點(diǎn)云，并構(gòu)造成曲線逆向工程與30應(yīng)用實(shí)例構(gòu)造曲面改變起始點(diǎn)，由曲線購(gòu)造成LOFT面逆向工程與快速成形技術(shù)應(yīng)用實(shí)例構(gòu)造曲面改變起始點(diǎn)，由曲線購(gòu)造成LOFT面逆向工程與31應(yīng)用實(shí)例構(gòu)造曲面著色后著色前逆向工程與快速成形技術(shù)應(yīng)用實(shí)例構(gòu)造曲面著色后著色前逆向工程與快速成形技術(shù)32應(yīng)用實(shí)例構(gòu)造曲面由點(diǎn)云補(bǔ)中間的那個(gè)孔，并與周圍的曲面的曲率保持連續(xù)逆向工程與快速成形技術(shù)應(yīng)用實(shí)例構(gòu)造曲面由點(diǎn)云補(bǔ)中間的那個(gè)孔，并與周圍的曲面的曲率保33應(yīng)用實(shí)例構(gòu)造曲面中間孔補(bǔ)齊后的完整效果逆向工程與快速成形技術(shù)應(yīng)用實(shí)例構(gòu)造曲面中間孔補(bǔ)齊后的完整效果逆向工程與快速成形技術(shù)34應(yīng)用實(shí)例構(gòu)造帽檐曲面由點(diǎn)云構(gòu)造帽檐部分的曲面逆向工程與快速成形技術(shù)應(yīng)用實(shí)例構(gòu)造帽檐曲面由點(diǎn)云構(gòu)造帽檐部分的曲面逆向工程與快速成35應(yīng)用實(shí)例構(gòu)造帽檐曲面帽檐部分和圓帽部分一般需要經(jīng)過(guò)倒角處理逆向工程與快速成形技術(shù)應(yīng)用實(shí)例構(gòu)造帽檐曲面帽檐部分和圓帽部分一般需要經(jīng)過(guò)倒角處理逆36應(yīng)用實(shí)例曲面光順性檢查逆向工程與快速成形技術(shù)應(yīng)用實(shí)例曲面光順性檢查逆向工程與快速成形技術(shù)37應(yīng)用實(shí)例通過(guò)控制點(diǎn)手動(dòng)調(diào)節(jié)曲面紅色部分指構(gòu)造曲面與點(diǎn)云誤差較大，通過(guò)控制點(diǎn)可以手動(dòng)調(diào)節(jié)，直到滿意為止逆向工程與快速成形技術(shù)應(yīng)用實(shí)例通過(guò)控制點(diǎn)手動(dòng)調(diào)節(jié)曲面紅色部分指構(gòu)造曲面與點(diǎn)云誤差較389.2快速成形技術(shù)逆向工程與快速成形技術(shù)9.2快速成形技術(shù)逆向工程與快速成形技術(shù)391.快速成形技術(shù)概述在制造業(yè)中各種零件的制造工藝按加工后原材料體積的變化分為：去除成形（DislodgeForming）——傳統(tǒng)的的車、銑、刨、磨等工藝方法就屬于去除成性，它是制造業(yè)最主要的零件成型方式。受迫成形（ForcedForming）——按其加工材料的自然狀態(tài)又分為固態(tài)成形法（鍛造、沖剪、擠壓、拉拔等）、液態(tài)成形法（鑄造）和半液態(tài)成形法（注塑）。添加成形（AdditiveForming）——八十年代初一種全新的制造概念。通過(guò)添加材料來(lái)達(dá)到零件設(shè)計(jì)要求的成形方法，這種新型的零件生產(chǎn)工藝就是RP（快速成形）的主要實(shí)現(xiàn)手段。生長(zhǎng)成形（GrowthForming）1.1.零件成形方法分類逆向工程與快速成形技術(shù)1.快速成形技術(shù)概述在制造業(yè)中各種零件的制造工藝按加工后原材401.快速成形技術(shù)概述快速成型(RapidPrototyping)是上世紀(jì)80年代末及90年代初發(fā)展起來(lái)的高新制造技術(shù)，是由三維CAD模型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造任意復(fù)雜形狀三維實(shí)體的總稱。它集成了CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。由于它把復(fù)雜的三維制造轉(zhuǎn)化為一系列二維制造的疊加，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。1.1.快速成形技術(shù)概念逆向工程與快速成形技術(shù)1.快速成形技術(shù)概述快速成型(RapidPrototypi411.快速成形技術(shù)概述與傳統(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(guò)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。通過(guò)與數(shù)控加工、鑄造、金屬冷噴涂、硅膠模等制造手段相結(jié)合，已成為現(xiàn)代模型、模具和零件制造的強(qiáng)有力手段，在航空航天、汽車、機(jī)械、電子、電器、醫(yī)學(xué)、建筑、玩具、工藝品等很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。1.1.快速成形技術(shù)概念逆向工程與快速成形技術(shù)1.快速成形技術(shù)概述與傳統(tǒng)制造方法不同，快速成型從零件的CA421.快速成形技術(shù)概述

快速成形的工藝過(guò)程一般包括以下幾個(gè)步驟：（1）產(chǎn)品三維建模（2）三維模型的近似處理（3）三維模型的分層切片和生產(chǎn)加工路徑（4）成型加工（5）成形零件的后處理1.2.快速成形技術(shù)過(guò)程逆向工程與快速成形技術(shù)1.快速成形技術(shù)概述 快速成形的工藝過(guò)程一般包括以下幾個(gè)步驟431.快速成形技術(shù)概述

快速成形的技術(shù)特點(diǎn)：（1）簡(jiǎn)易性（2）快速性（3）高度柔性（4）技術(shù)的高度集成性（5）應(yīng)用領(lǐng)域廣泛1.2.快速成形技術(shù)特點(diǎn)逆向工程與快速成形技術(shù)1.快速成形技術(shù)概述 快速成形的技術(shù)特點(diǎn)：1.2.快速成形技442.快速成形工藝

按照成形原理的不同，快速成形技術(shù)可分為兩大類：2.1.快速成形工藝方法按成形原理RP技術(shù)分類基于激光及其他光源的成形技術(shù)基于噴射的成形技術(shù)立體光刻技術(shù)SL分層實(shí)體制造技術(shù)LOM選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)SLS熔融沉積成形技術(shù)FDM三維立體印刷技術(shù)3DP多相噴射沉積技術(shù)MJD……逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 按照成形原理的不同，快速成形技術(shù)可分為兩大452.快速成形工藝

按照成形材料的不同，快速成形技術(shù)可分為：2.1.快速成形工藝方法按成形材料RP技術(shù)分類液體材料粉狀材料片狀材料液體樹(shù)脂固化熔融材料固化激光熔合材料粘接劑粘結(jié)材料粘性片材的粘結(jié)UV粘接片狀材料SL…FDM…SLS…3DP…LOM…實(shí)體薄片成型SFP…逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 按照成形材料的不同，快速成形技術(shù)可分為：2462.快速成形工藝

2.2.1.SL工藝原理立體光刻成形(Stereo-Lithography，SL)是目前最為成熟和廣泛應(yīng)用的一種快速成型制造工藝（如圖2）。2.2.立體光刻成形逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.2.1.SL工藝原理2.2.立體光刻472.快速成形工藝

2.2.1.SL工藝原理這種工藝以液態(tài)光敏樹(shù)脂為原材料，在計(jì)算機(jī)控制下的紫外激光按預(yù)定零件各分層截面的輪廓軌跡對(duì)液態(tài)樹(shù)脂逐點(diǎn)掃描，使被掃描區(qū)的樹(shù)脂薄層產(chǎn)生光聚合(固化)反應(yīng)，從而形成零件的一個(gè)薄層截面。完成一個(gè)掃描區(qū)域的液態(tài)光敏樹(shù)脂固化層后，工作臺(tái)下降一個(gè)層厚，使固化好的樹(shù)脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹(shù)脂然后重復(fù)掃描、固化，新固化的一層牢固地粘接在一層上，如此反復(fù)直至完成整個(gè)零件的固化成型。2.2.立體光刻成形逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.2.1.SL工藝原理2.2.立體光刻482.快速成形工藝

2.2.2.SL工藝過(guò)程SL成形工藝過(guò)程總體包括4個(gè)過(guò)程，如下圖2.2.立體光刻成形制造數(shù)據(jù)獲取層準(zhǔn)備層固化并堆積后處理CAD模具離散再涂層激光束掃描液面拆除支撐及清洗逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.2.2.SL工藝過(guò)程2.2.立體光刻492.快速成形工藝

2.2.3.SL成形材料 1）材料的基本要求 光敏樹(shù)脂是立體成形工藝的基材，其性能對(duì)成形零件的質(zhì)量具有決定性影響。光敏性樹(shù)脂應(yīng)具有特性：黏度低固化速度快固化收縮小一次固化程度高濕態(tài)強(qiáng)度高溶脹小毒性小2.2.立體光刻成形逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.2.3.SL成形材料2.2.立體光刻502.快速成形工藝

2.2.3.SL成形材料

2）材料種類

自由基光固樹(shù)脂陽(yáng)離子光固化樹(shù)脂混雜型光固化樹(shù)脂2.2.立體光刻成形逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.2.3.SL成形材料2.2.立體光刻512.快速成形工藝

2.2.3.SL成形材料

3）材料的收縮變形

樹(shù)脂在固化過(guò)程中的體收縮率通常約10%,線收縮率約為3%。所以SL工藝的精度較高，一般尺寸精度可控制在0.01mm;表面質(zhì)量好

2.2.立體光刻成形逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.2.3.SL成形材料2.2.立體光刻522.快速成形工藝

2.2.4.SL成形工藝特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是精度較高，一般尺寸精度可控制在0.01mm;表面質(zhì)量好;原材料利用率接近100%;能制造形狀特別復(fù)雜、精細(xì)的零件;設(shè)備市場(chǎng)占有率很高。缺點(diǎn)是需要設(shè)計(jì)支撐;可以選擇的材料種類有限;制件容易發(fā)生翹曲變形;材料價(jià)格較昂貴。該工藝適合比較復(fù)雜的中小型零件的制作。

2.2.立體光刻成形逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.2.4.SL成形工藝特點(diǎn)2.2.立體532.快速成形工藝

2.3.1.SLS工藝原理選區(qū)激光燒結(jié)(SelectiveLaserSintering，SLS)又稱為選擇性激光燒結(jié)、粉末材料選擇性燒結(jié)等。SLS成形機(jī)的主體結(jié)構(gòu)是安裝兩個(gè)活塞機(jī)構(gòu)的成形工作缸，一個(gè)用于供粉，另一個(gè)用于成形，如圖。2.3.選區(qū)激光燒結(jié)逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.3.1.SLS工藝原理2.3.選區(qū)激542.快速成形工藝

2.3.1.SLS工藝原理在開(kāi)始加工之前，先將充有氮?dú)獾墓ぷ魇疑郎?，并保持在粉末的熔點(diǎn)以下。成型時(shí)，送料筒上升，鋪粉滾筒移動(dòng)，先在工作平臺(tái)上鋪一層粉末材料，然后激光束在計(jì)算機(jī)控制下按照截面輪廓對(duì)實(shí)心部分所在的粉末進(jìn)行燒結(jié)，使粉末溶化繼而形成一層固體輪廓。第一層燒結(jié)完成后，工作臺(tái)下降一截面層的高度，在鋪上一層粉末，進(jìn)行下一層燒結(jié)，如此循環(huán)，形成三維的原型零件。最后經(jīng)過(guò)5-10時(shí)冷卻，即可從粉末缸中取出零件。2.3.選區(qū)激光燒結(jié)逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.3.1.SLS工藝原理2.3.選區(qū)激552.快速成形工藝

2.3.2.SLS工藝過(guò)程與其它快速成形工藝相似2.3.選區(qū)激光燒結(jié)逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.3.2.SLS工藝過(guò)程2.3.選區(qū)激562.快速成形工藝

2.3.3.SLS成形材料

目前SLS的材料主要有以下幾種：高分子粉末材料金屬粉末材料陶瓷粉末材料覆膜砂粉末材料

2.3.選區(qū)激光燒結(jié)逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.3.3.SLS成形材料2.3.選區(qū)激572.快速成形工藝

2.3.4.SLS成形系統(tǒng)

選區(qū)激光燒結(jié)快速成形系統(tǒng)一般由主機(jī)、控制系統(tǒng)和冷卻器三部分組成。主機(jī)：主要由成形工作缸、廢料桶、鋪粉輥裝置、送料工作缸、激光器、振鏡式動(dòng)態(tài)聚焦掃描系統(tǒng)、加熱裝置、機(jī)身與機(jī)殼等組成。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：主要由計(jì)算機(jī)、應(yīng)用軟件、傳感檢測(cè)單元和驅(qū)動(dòng)單元組成。

冷卻器：由可調(diào)恒溫水冷卻器及外管路組成，用于冷卻激光器，以提高激光能量的穩(wěn)定性。2.3.選區(qū)激光燒結(jié)逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.3.4.SLS成形系統(tǒng)2.3.選區(qū)激582.快速成形工藝

2.3.5.SLS工藝特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是原型件機(jī)械性能好，強(qiáng)度高;無(wú)須設(shè)計(jì)和構(gòu)建支撐;可選材料種類多且利用率高(100%)。缺點(diǎn)是制件表面較粗糙，需要進(jìn)行后處理;成形速度較慢;制造成本高。

采用各種不同成分的金屬粉末進(jìn)行燒結(jié)，經(jīng)滲銅等后處理特別適合制作功能測(cè)試零件;也可直接制造金屬型腔的模具。采用蠟粉直接燒結(jié)適合于小批量比較復(fù)雜的中小型零件的熔模鑄造生產(chǎn)。

2.3.選區(qū)激光燒結(jié)逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.3.5.SLS工藝特點(diǎn)2.3.選區(qū)激592.快速成形工藝

2.4.1.FDM工藝原理

熔融沉積制造（FusedDepositionModeling，F(xiàn)DM），又稱絲狀材料選擇性溶覆、熔融擠出成模，由美國(guó)學(xué)者ScottCrump博士于1988年研制成功，并由美國(guó)Stratasys公司推出商品化的機(jī)器。2.4.熔融沉積制造工藝

逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.4.1.FDM工藝原理2.4.熔融沉602.快速成形工藝

2.4.1.FDM工藝原理FDM工藝是利用熱塑性材料的熱熔性、粘結(jié)性，在計(jì)算機(jī)控制下層層堆積成形。如圖所示，加熱噴頭在計(jì)算機(jī)的控制下，可根據(jù)截面輪廓的信息，作X-Y平面運(yùn)動(dòng)和高度Z方向的運(yùn)動(dòng)。絲狀熱塑性材料（如ABS及MABS塑料絲、蠟絲、聚烯烴樹(shù)脂、尼龍絲、聚酰胺絲）由供絲機(jī)構(gòu)送至噴頭，并在噴頭中加熱至熔融態(tài)，然后被選擇性地涂覆在工作臺(tái)上，快速冷卻后形成截面輪廓。一層截面完成后，噴頭上升一截面層的高度，再進(jìn)行下一層的涂覆。如此循環(huán)，最終形成三維產(chǎn)品。2.4.熔融沉積制造工藝

逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.4.1.FDM工藝原理2.4.熔融沉612.快速成形工藝 2.4.2.FDM成形材料FDM工藝對(duì)成形材料的要求是熔融溫度低、粘度低、粘結(jié)性好、收縮率小。影響材料擠出過(guò)程的主要因素是粘度。材料的粘度低、流動(dòng)性好，阻力就小，有助于材料順利的擠出。材料的流動(dòng)性差，需要很大的送絲壓力才能擠出，會(huì)增加噴頭的啟停響應(yīng)時(shí)間，從而影響成形精度。FDM工藝選用的材料為絲狀熱塑性材料，常用的有石蠟、塑料、尼龍絲等低熔點(diǎn)材料和低熔點(diǎn)金屬、陶瓷等的線材或絲材。在熔絲線材方面，主要材料是ABS、人造橡膠、鑄蠟和聚酯熱塑性塑料。目前用于FDM的材料主要是美國(guó)Stratasys的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物細(xì)絲（ABSP400）、甲基丙酸烯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物細(xì)絲（ABSiP500，醫(yī)用）、消失模鑄造蠟絲（ICW06wax）、塑膠絲（ElastomerE20）。

2.4.熔融沉積制造工藝

逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.4.2.FDM成形材料2.4.熔融沉622.快速成形工藝

2.4.3.FDM工藝特點(diǎn) 熔融沉積制造工藝作為非激光快速原型制造系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：成形材料廣泛。FDM工藝的噴嘴直徑一般為0.1~1mm，所以，一般的熱塑性材料如塑料、蠟、尼龍、橡膠等，適當(dāng)改性后都可用于熔融沉積工藝。

成本低。熔融沉積造型技術(shù)用液化器代替了激光器，相比其他使用激光器的工藝方法，制作費(fèi)用大大減低。使用、維護(hù)簡(jiǎn)單。成形過(guò)程對(duì)環(huán)境無(wú)污染。FDM工藝所用的材料一般為無(wú)毒、無(wú)味的熱塑性材料，因此對(duì)周圍環(huán)境不會(huì)造成污染。設(shè)備運(yùn)行時(shí)噪聲也很小。

2.4.熔融沉積制造工藝

逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.4.3.FDM工藝特點(diǎn)2.4.熔融沉632.快速成形工藝

2.4.3.FDM工藝特點(diǎn)

基于上述優(yōu)點(diǎn)，F(xiàn)DM工藝應(yīng)用廣泛，且發(fā)展迅速。但FDM技術(shù)也存在著一些問(wèn)題：

只適合成形中、小塑料件；成形件的表面有較明顯的條紋，質(zhì)量不如SL成形件好；沿成形軸垂直方向的強(qiáng)度比較弱，需設(shè)計(jì)、制作支撐結(jié)構(gòu)；需對(duì)整個(gè)截面進(jìn)行掃描涂覆，成形時(shí)間較長(zhǎng)，為此，可采用多個(gè)熱噴頭，同時(shí)進(jìn)行涂覆，以便提高成形效率。2.4.熔融沉積制造工藝

逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.4.3.FDM工藝特點(diǎn)2.4.熔融沉642.快速成形工藝

2.5.1.LOM工藝原理分層實(shí)體制造（LaminatedObjectManufacturing，LOM）又稱疊層實(shí)體制造或薄形材料選擇性切割，由美國(guó)Helisys公司的MichaelFeygin于1986年研制成功，并推出商品化的機(jī)器LOM-1050和LOM-2030等。2.5.分層實(shí)體制造工藝

逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.5.1.LOM工藝原理2.5.分層實(shí)652.快速成形工藝

2.5.1.LOM工藝原理LOM工藝采用薄片材料，如紙、塑料薄膜等。片材表面事先涂覆上一層熱熔膠。右圖為L(zhǎng)OM工藝原理圖。加工時(shí)，熱壓輥熱壓材料，使之與下面已成形的工件粘結(jié)。用CO2激光器在剛粘接的新層上切割出零件截面輪廓和工件外框，并在截面輪廓與外框之間多余的區(qū)城內(nèi)切割出上下對(duì)齊的網(wǎng)格；激光切割完成后，工作臺(tái)帶動(dòng)已成形的工件下降，與帶狀片材（料帶）分離；供料機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)收料軸和供料軸，帶動(dòng)料帶移動(dòng)，使新層移到加工區(qū)域；工作臺(tái)上升到加工平面；熱壓輥熱壓，工件的層數(shù)增加一層，高度增加一個(gè)料厚；再在新層上切割截面輪廓。如此反復(fù)直至零件的所有截面切割、粘接完，最后將不需要的材料剝離，得到三維實(shí)體零件。

2.5.分層實(shí)體制造工藝

逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.5.1.LOM工藝原理2.5.分層實(shí)662.快速成形工藝

2.5.2.LOM成形材料

分層實(shí)體制造中的成形材料為涂有熱熔膠的薄層材料，層與層之間的粘結(jié)是靠熱熔膠保證的。LOM材料一般由薄片材料和熱熔膠兩部分組成。薄片材料可分為：紙片材、金屬片材、陶瓷片材、塑料薄膜和復(fù)合材料片材。薄片材料性能：①抗?jié)裥裕ūＷC原料不會(huì)因時(shí)間長(zhǎng)而吸水，可用紙的施膠度表示）；②良好的浸潤(rùn)性（保證良好的涂膠性能）；③抗拉強(qiáng)度（保證在加工過(guò)程中不被拉斷）；④收縮率?。ūＷC熱壓過(guò)程中不會(huì)因部分水分損失而導(dǎo)致變形，可用伸縮率表示）；⑤剝離性能好，表面光滑并有較好的穩(wěn)定性

熱熔膠按基體樹(shù)脂劃分：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物型熱熔膠、聚酯類熱熔膠、尼龍類熱熔膠或其混合物。熱熔膠要求有如下性能：①良好的熱熔冷固性能（室溫下固化）；②在反復(fù)“熔融-固化”條件下其物理化學(xué)性能穩(wěn)定；③熔融狀態(tài)下與薄片材料有較好的涂掛性和涂勻性；④足夠的粘接強(qiáng)度；⑤良好的廢料分離性能。

2.5.分層實(shí)體制造工藝逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.5.2.LOM成形材料2.5.分層實(shí)672.快速成形工藝

2.5.3.LOM工藝特點(diǎn) 與其他快速成形工藝方法相比，分層實(shí)體成形方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

制件精度高（＜０.15mm）。這是因?yàn)樵诒⌒尾牧线x擇性切割成形時(shí)，在原材料中，只有極薄的一層膠發(fā)生狀態(tài)變化，即由固態(tài)變?yōu)槿廴趹B(tài)，而主要的基底材料仍保持固態(tài)不變，因此翹曲變形較小，無(wú)內(nèi)應(yīng)力。分層實(shí)體制造中激光束只需按照分層信息提供的截面輪廓線切割而無(wú)需對(duì)整個(gè)截面進(jìn)行掃描，且無(wú)需設(shè)計(jì)和制作支撐，所以制作效率高、成本低。結(jié)構(gòu)制件能承受高達(dá)200℃的溫度，有較高的硬度和較好的機(jī)械性能，可進(jìn)行各種切削加工。

2.5.分層實(shí)體制造工藝逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.5.3.LOM工藝特點(diǎn)2.5.分層實(shí)682.快速成形工藝

2.5.3.LOM工藝特點(diǎn) 而其存在的缺點(diǎn)是：

由于材料質(zhì)地原因，加工的原型件抗拉性能和彈性不高；易吸濕膨脹，需進(jìn)行表面防潮處理；薄壁件、細(xì)柱狀件的廢料剝離比較困難；工件表面有臺(tái)階紋，需進(jìn)行打磨處理。

2.5.分層實(shí)體制造工藝逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.5.3.LOM工藝特點(diǎn)2.5.分層實(shí)692.快速成形工藝

2.5.4.LOM的應(yīng)用 LOM成形件主要用于：直接制作紙質(zhì)功能制件，用作新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中工業(yè)造型的外觀評(píng)價(jià)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證。利用材料的粘接性能，可制作尺寸較大的制件，也可制作復(fù)雜薄壁件。通過(guò)真空注塑機(jī)制造硅橡膠模具，試制少量新產(chǎn)品?？焖僦颇＃孩俨捎帽〔寞B層制件與轉(zhuǎn)移涂料技術(shù)制作鑄件和鑄造用金屬模具；②采用薄材疊層方法制作鑄造用消失模；③制造石蠟件的蠟?zāi)?、熔模精密鑄造中的消失模（用環(huán)氧樹(shù)脂和金屬粉末制作出鑄造用石蠟鑄型的模具，這種模具能夠承受60℃以上的溫度，適于批量加工石蠟?zāi)Ｐ停?.5.分層實(shí)體制造工藝逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.5.4.LOM的應(yīng)用2.5.分層實(shí)體702.快速成形工藝

2.6.1.三維打印三維打?。?DP—ThreeDimensionPrinting）或稱為三維印刷、粉末材料選擇性粘結(jié)。前述的FDM工藝也可制作三維打印機(jī)。3DP與SLS工藝類似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末、金屬粉末。所不同的是材料粉末不是通過(guò)燒結(jié)連接起來(lái)的，而是通過(guò)噴頭用粘結(jié)劑（如硅膠）將零件的截面“印刷”在材料粉末上面。用粘結(jié)劑粘接的零件強(qiáng)度較低，還須后處理。先燒掉粘結(jié)劑，然后在高溫下滲入金屬，使零件致密化，提高強(qiáng)度。2.6.其他快速成形制造工藝

逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.6.1.三維打印2.6.其他快速成712.快速成形工藝

2.6.1.掩膜光刻掩膜光刻技術(shù)是立體光刻成形技術(shù)的擴(kuò)展。它據(jù)棄了立體光刻成形技術(shù)中以激光束直接在樹(shù)脂液面掃描成形的方法，而是使激光束或X射線通過(guò)一個(gè)可編程的光掩膜，照射樹(shù)脂成形。光掩膜上的圖形是掩膜機(jī)在模型片層參數(shù)的控制下，利用電傳照相技術(shù)在平板玻璃上調(diào)色或靜電噴涂制成的原型零件截面圖形。掩膜表面可透過(guò)激光或X射線。最終制成零件的對(duì)應(yīng)光刻膠實(shí)體，再經(jīng)過(guò)電鑄處理形成零件的反模，然后經(jīng)過(guò)充模、脫模處理形成零件的模具，最后經(jīng)電鑄制成相應(yīng)的零件。掩膜光刻技術(shù)采用2000W高能紫外激光器，成形速度快，可以省去支撐結(jié)構(gòu)。

2.6.其他快速成形制造工藝

逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.6.1.掩膜光刻2.6.其他快速成722.快速成形工藝

2.6.1.無(wú)模鑄型制造工藝

無(wú)模鑄型制造（PatternlessCastingManufacturing，PCM）工藝，將快速成形技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)的樹(shù)脂砂鑄造工藝中。PCM工藝也是基于快速成形技術(shù)的離散/堆積成形原理，但它是一種完全不同于傳統(tǒng)鑄型制造工藝的造型方法。2.6.其他快速成形制造工藝

逆向工程與快速成形技術(shù)2.快速成形工藝 2.6.1.無(wú)模鑄型制造工藝2.6.其733.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

快速成形技術(shù)中數(shù)據(jù)處理的主要任務(wù)是從產(chǎn)品CAD模型或其它模型經(jīng)過(guò)分層、填充，產(chǎn)生工藝加工信息的層片文件，數(shù)據(jù)流程如圖所示。這個(gè)層片文件可以通過(guò)轉(zhuǎn)換生成可供數(shù)控加工的NC代碼文件。加工路徑既可以直接從三維數(shù)據(jù)獲得，也可以經(jīng)三維數(shù)據(jù)網(wǎng)格化得到STL模型之后獲得。逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 逆向工程與快速成形技術(shù)743.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

快速成形的三維數(shù)據(jù)主要來(lái)源：三維CAD系統(tǒng)反求工程。3.1.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)來(lái)源

逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.1.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)753.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.1.1.三維CAD

這是一種最重要也是應(yīng)用最為廣泛的數(shù)據(jù)來(lái)源。由三維CAD軟件生成產(chǎn)品的曲面模型或?qū)嶓w模型，將CAD模型轉(zhuǎn)化為三角網(wǎng)格模型（STL模型），然后分層得到加工路徑?；蛘邔?duì)模型直接分層得到精確的截面輪廓，再生成加工路徑。3.1.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)來(lái)源

逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.1.1.三維CAD3763.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.1.1.三維CAD

三維模型的形體表達(dá)方法，常見(jiàn)的有以下四種：構(gòu)造實(shí)體幾何法（ConstructiveSolidGeometry，簡(jiǎn)稱CSG）又稱為積木塊幾何法（Building-BlockGeometry），這種方法用布爾運(yùn)算法則（并、交、減）將一些較簡(jiǎn)單的體元（如立方體、圓柱體、環(huán)錐體）進(jìn)行組合，得到復(fù)雜形狀的三維模型實(shí)體。

邊界表達(dá)法（BoundaryRepresentation，簡(jiǎn)稱B-Rep法）邊界表達(dá)法根據(jù)頂點(diǎn)、邊和面構(gòu)成的表面來(lái)精確地描述三維模型實(shí)體。

3.1.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)來(lái)源

逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.1.1.三維CAD3773.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.1.1.三維CAD

參數(shù)表達(dá)法（ParametricRepresentation）對(duì)于自由曲面，難以用傳統(tǒng)的體元來(lái)進(jìn)行描述，可用參量表達(dá)法。

單元表達(dá)法（CellRepresentation）單元表達(dá)法起源于分析（如有限元分析）軟件，在這些軟件中，要求將表面離散成單元。典型的單元有三角形、正方形和多邊形。

用于構(gòu)造三維模型的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件應(yīng)有較強(qiáng)的三維造型功能，主要是實(shí)體造型（SolidModeling）和表面造型（SurfaceModeling）功能，后者對(duì)構(gòu)造復(fù)雜的自由曲面有重要作用。快速成形行業(yè)中常用的三維CAD軟件系統(tǒng)，主要有UG，Pro/E，CADDS5，I-DEAS等，這些軟件系統(tǒng)在產(chǎn)品幾何造型、運(yùn)動(dòng)分析、計(jì)算分析、數(shù)控編程及繪圖方面的功能都很強(qiáng)。3.1.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)來(lái)源

逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.1.1.三維CAD3783.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.1.2.反求工程

傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程是一種正向的順序模式，即從市場(chǎng)需求抽象出產(chǎn)品的功能描述（規(guī)格及預(yù)期指標(biāo)），然后進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行總體及詳細(xì)的零部件設(shè)計(jì)，制定工藝流程，設(shè)計(jì)工裝夾具，完成加工及裝配，通過(guò)檢驗(yàn)及性能測(cè)試。這種模式的前提是已完成了產(chǎn)品的藍(lán)圖設(shè)計(jì)或其CAD造型。而反求工程（ReverseEngineering，RE）。卻是對(duì)實(shí)物進(jìn)行三維數(shù)字化處理，數(shù)字化手段包括傳統(tǒng)測(cè)繪及各種先進(jìn)測(cè)量方法。3.1.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)來(lái)源

逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.1.2.反求工程3.793.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.1.2.反求工程

反求工程中，準(zhǔn)確、快速、完備地獲取實(shí)物的三維幾何數(shù)據(jù)，即對(duì)物體的三維幾何形面進(jìn)行三維離散數(shù)字化處理，是實(shí)現(xiàn)反求工程的重要步驟之一。物體三維幾何形狀的測(cè)量方法基本可分為接觸式和非接觸式兩大類，而測(cè)量系統(tǒng)與物體的作用不外乎光、聲、機(jī)、電等方式。常用的掃描機(jī)有傳統(tǒng)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CoordinateMeasurementMachine，簡(jiǎn)稱CMM）、激光掃描機(jī)（LaserScanner，簡(jiǎn)稱LS）、零件斷層掃描機(jī)（CrossSectionScanner，簡(jiǎn)稱CSS）等。反求工程軟件有CopyCAD，Surface，Imageware，GeoMagic等。3.1.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)來(lái)源

逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.1.2.反求工程3.803.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

除了上述兩類數(shù)據(jù)之外，RP數(shù)據(jù)還可以來(lái)自于數(shù)學(xué)幾何數(shù)據(jù)、醫(yī)學(xué)體素?cái)?shù)據(jù)以及直接的分層數(shù)據(jù)（例如地形學(xué)上的等高線等）。數(shù)學(xué)幾何數(shù)據(jù)源自一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或數(shù)學(xué)幾何數(shù)據(jù)，用快速成形制造把那些用數(shù)學(xué)公式或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)表達(dá)的曲面制作成看得見(jiàn)、摸得著的物理實(shí)體。醫(yī)學(xué)體素?cái)?shù)據(jù)指人體斷層掃描獲得的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都是真三維的，即物體的內(nèi)部和表面都有數(shù)據(jù)，是通過(guò)人體斷層掃描（ComputedTomography，CT）和核磁共振(NuclearMagneticResonance，NMR)獲得的。醫(yī)學(xué)體素?cái)?shù)據(jù)也可以引用反求工程方法獲得，一般要經(jīng)過(guò)三維重建才能進(jìn)行加工。3.1.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)來(lái)源

逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.1.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)813.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.2.1.STL文件

STL文件是將三維模型表面進(jìn)行三角網(wǎng)格化獲得的，這種三角網(wǎng)格化算法經(jīng)常在有限元分析中使用。三角形的網(wǎng)格化就是用小三角形面片去逼近自由曲面，逼近的精度通常由曲面到三角形面的距離誤差或者是曲面到三角形邊的弦高差控制，如圖所示。誤差越小，曲面越不規(guī)則，所需要的三角形面片的數(shù)目就越多，STL文件就越大。三角形面片數(shù)量越多，則近似程度越好，精度越高。用同一CAD模型生成兩個(gè)不同的STL文件，精度高者可能要包含多達(dá)10萬(wàn)個(gè)三角形面片，文件達(dá)數(shù)兆，而精度低者可能只用幾百個(gè)三角形面片。3.2.STL數(shù)據(jù)格式逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.2.1.STL文件3823.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.2.1.STL文件

STL文件有兩種數(shù)據(jù)格式，一種是ASCII格式，另一種是二進(jìn)制格式。

STL文件具有如下優(yōu)點(diǎn)：

數(shù)據(jù)格式簡(jiǎn)單，處理方便，與具體的CAD系統(tǒng)無(wú)關(guān)。對(duì)原CAD模型的近似度高。幾乎任何三維幾何模型都可以通過(guò)表面的三角化生成STL文件。具有簡(jiǎn)單的分層算法。模型易于分割。3.2.STL數(shù)據(jù)格式逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.2.1.STL文件3833.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.2.1.STL文件

STL文件的缺點(diǎn)：近似性。數(shù)據(jù)冗余。易產(chǎn)生裂縫、空洞、懸面、重疊面和交叉面等錯(cuò)誤。缺乏CAD設(shè)計(jì)的拓?fù)湫畔ⅰ?.2.STL數(shù)據(jù)格式逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.2.1.STL文件3843.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.2.2.STL文件規(guī)范

用STL文件正確描述三維模型，必須遵守一定的規(guī)范：

共頂點(diǎn)規(guī)則

取向規(guī)則充滿規(guī)則

取值規(guī)則

3.2.STL數(shù)據(jù)格式逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.2.2.STL文件規(guī)范853.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.2.3.STL文件缺陷分析

STL文件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的要求，缺少幾何拓?fù)渖弦蟮慕研?，同時(shí)，由于一些三維CAD軟件在三角形網(wǎng)格算法上存在缺陷，STL文件常會(huì)發(fā)生如下錯(cuò)誤：

間隙法向量錯(cuò)誤頂點(diǎn)錯(cuò)誤重疊或分離錯(cuò)誤面片退化拓?fù)湫畔⒌奈蓙y3.2.STL數(shù)據(jù)格式逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.2.3.STL文件缺陷863.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.2.3.STL文件缺陷分析

3.2.STL數(shù)據(jù)格式間隙法向量錯(cuò)誤重疊或分離錯(cuò)誤面片退化拓?fù)湫畔⒌奈蓙y逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.2.3.STL文件缺陷873.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

快速成形技術(shù)都是采用分層累積成形，其中每一層的加工都是根據(jù)CAD模型切片后得到的截面輪廓數(shù)據(jù)形成加工軌跡。在所有的快速成形工藝中，零件模型無(wú)論是在CAD造型軟件中生成還是由反求工程獲得，都必須經(jīng)過(guò)分層處理才能將數(shù)據(jù)輸入到快速成形設(shè)備中。分層處理的效率、速度以及所得到的截面輪廓的精度對(duì)于快速成形制造技術(shù)至關(guān)重要。 分層算法按照使用的數(shù)據(jù)格式可分為CAD模型的直接分層和基于STL模型的分層。按照分層厚度是否變化可分為等層厚切片和適應(yīng)性切片。

3.3.三維模型分層處理逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.3.三維模型分層處理逆向883.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.3.1.分層方向

在分層處理之前，一般都要選擇一個(gè)優(yōu)化的分層方向（或稱成形方向）。將工件的三維STL格式文件輸入快速成形機(jī)后，可以用快速成形機(jī)中的STL格式文件顯示軟件，使模型旋轉(zhuǎn)，從而選擇不同的成形方向。不同的分層方向會(huì)對(duì)工件品質(zhì)（尺寸精度、表面粗糙度、強(qiáng)度等）、材料成本和制作時(shí)間產(chǎn)生很大的影響。

3.3.三維模型分層處理最小臺(tái)階誤差最小支撐面積最短加工時(shí)間分層方向選擇實(shí)例

逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.3.1.分層方向3.893.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.3.2.分層方法

基于STL模型的分層方法容錯(cuò)分層

適應(yīng)性分層CAD模型直接分層3.3.三維模型分層處理逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.3.2.分層方法3.903.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.4.1.支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在快速成型工藝中，有一些工藝在成形過(guò)程中不需要另外添加支撐，而是用自身材料作為支撐，如LOM中切碎的紙，SLS、3DP中未成形的粉末。但其他多數(shù)工藝方法都要考慮到支撐的設(shè)計(jì)，如FDM工藝也需要添加支撐。 支撐在快速成形工藝起著重要的作用，它可以防止零件在加工過(guò)程中發(fā)生變形，保持零件在加工過(guò)程中的穩(wěn)定性，保證原型制作時(shí)相對(duì)于加工系統(tǒng)的精確定位。如圖所示，加入支撐后可以較為有效地防止翹曲變形的產(chǎn)生。3.4.數(shù)據(jù)處理中的其他問(wèn)題逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.4.1.支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)913.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.4.1.支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)零件幾何形狀的不同，可以選用不同的支撐類型。SL工藝中常見(jiàn)的支撐類型有：網(wǎng)狀支撐、線狀支撐、點(diǎn)狀支撐和三角片狀支撐等

3.4.數(shù)據(jù)處理中的其他問(wèn)題逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.4.1.支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)923.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.4.1.支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

添加支撐有兩種途徑：一是在零件建模時(shí)手工添加，這種方法對(duì)于設(shè)計(jì)者而言最直接、最靈活，但對(duì)操作者有較高要求；另一種是通過(guò)軟件自動(dòng)添加支撐，這種方法對(duì)于操作者而言最簡(jiǎn)單，但添加的支撐的好壞取決于設(shè)計(jì)者對(duì)于軟件的設(shè)計(jì)算法。 零件添加了支撐后，在零件成形過(guò)程中，支撐也同時(shí)作為一個(gè)零件被加工出來(lái)，這就需要將零件與支撐合并。合并的方法是布爾運(yùn)算，可以有三種層次上的布爾運(yùn)算，分別是三維、二維和一維。3.4.數(shù)據(jù)處理中的其他問(wèn)題逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.4.1.支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)933.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.4.2.層片掃描路徑規(guī)劃

掃描路徑是指加工過(guò)程中掃描頭的軌跡，一般包括輪廓和填充兩部分。根據(jù)RP工藝的不同，掃描方式會(huì)有很大的不同。合適的掃描方式和路徑規(guī)劃可以提高原型的精度、表面質(zhì)量和強(qiáng)度，節(jié)約造型時(shí)間和成形材料。設(shè)計(jì)掃描方式主要考慮以下三個(gè)準(zhǔn)則：截面輪廓形狀復(fù)雜程度盡管截面輪廓都是多邊形，沒(méi)有曲線，但多邊形可能有一個(gè)或多個(gè)、凸或凹、包圍的區(qū)域可能是單連通或是多連通等多種情況。加工精度要保證在掃描過(guò)程中和掃描結(jié)束后已固化層片的翹曲變形小。不同形狀的加工區(qū)域如采用相同的掃描方式，被固化區(qū)域的精度將有較大差異，因此，應(yīng)考慮到不同形狀的加工區(qū)域采用何種形式的掃描方式較為合適。加工效率在滿足加工精度的前提下，應(yīng)盡量縮短加工時(shí)間，以提高零件的加工效率，這也牽涉到掃描方式的選擇及設(shè)計(jì)問(wèn)題。

3.4.數(shù)據(jù)處理中的其他問(wèn)題逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.4.2.層片掃描路徑規(guī)943.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.4.2.層片掃描路徑規(guī)劃

目前已有的掃描方式有多種，如順序往返直線掃描、分區(qū)掃描、環(huán)形掃描、分形掃描、三角形剖分掃描等。順序往返直線掃描：要對(duì)零件的一個(gè)截面輪廓的內(nèi)部進(jìn)行掃描填充，最簡(jiǎn)單的方法是順序往返直線掃描填充法，從下至上逐行填充。

分區(qū)掃描：這種掃描方式是依據(jù)一定的規(guī)則將整個(gè)層面分為若干個(gè)連貫的小區(qū)域，在每個(gè)小區(qū)域內(nèi)采用連續(xù)掃描法。

環(huán)形掃描：這種掃描方式是掃描軌跡平行于輪廓邊界，如同螺旋一樣，由內(nèi)向外或由外向內(nèi)，所以也稱螺旋掃描或輪廓平行掃描。分形掃描：分形掃描所采用的掃描軌跡是一種具有自相似特征的分形結(jié)構(gòu)圖形。

3.4.數(shù)據(jù)處理中的其他問(wèn)題逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.4.2.層片掃描路徑規(guī)953.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.4.2.層片掃描路徑規(guī)劃

三角形剖分掃描由于STL文件切片后生成的截面輪廓多邊形，各自一定為簡(jiǎn)單多邊形，且多邊形相互之間不存在相交情況，從而可以證明一定可以對(duì)截面輪廓進(jìn)行三角形剖分，即將該多邊形分成許多無(wú)空洞的三角形。

3.4.數(shù)據(jù)處理中的其他問(wèn)題順序往返直線掃描分區(qū)掃描環(huán)形掃描分形掃描三角形剖分掃描方式示意圖逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.4.2.層片掃描路徑規(guī)963.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.4.3.光斑半徑補(bǔ)償

切片生成的層片截面輪廓是理論邊界線，在實(shí)際加工零件時(shí)，光束聚焦在液面處形成的光斑具有一定的大小，當(dāng)其尺寸較大時(shí)，將會(huì)降低零件的加工精度，因此在實(shí)際的加工過(guò)程中，一般都需要進(jìn)行光斑的半徑補(bǔ)償。在進(jìn)行光斑半徑補(bǔ)償時(shí)，首先要識(shí)別出層片截面輪廓的內(nèi)外邊界，然后才能決定補(bǔ)償矢量，因此層片截面內(nèi)外輪廓的識(shí)別是進(jìn)行光斑半徑補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)。3.4.數(shù)據(jù)處理中的其他問(wèn)題逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.4.3.光斑半徑補(bǔ)償973.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.4.3.光斑半徑補(bǔ)償

光斑半徑補(bǔ)償與數(shù)控加工中的刀具半徑補(bǔ)償原理相同。在樹(shù)脂固化過(guò)程中，光斑中心運(yùn)動(dòng)的邊界線不能是切片后得到的理論輪廓線，而應(yīng)根據(jù)輪廓的內(nèi)外性，將理論輪廓線向內(nèi)側(cè)或外側(cè)偏移一段距離，來(lái)作為實(shí)際加工時(shí)的光斑中心的運(yùn)動(dòng)軌跡，這就是光固化工藝中的光斑半徑補(bǔ)償。如圖所示，實(shí)線為補(bǔ)償前的理論輪廓線，虛線為補(bǔ)償后的實(shí)際輪廓線。3.4.數(shù)據(jù)處理中的其他問(wèn)題逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.4.3.光斑半徑補(bǔ)償983.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.4.3.光斑半徑補(bǔ)償

光斑半徑補(bǔ)償流程

3.4.數(shù)據(jù)處理中的其他問(wèn)題逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.4.3.光斑半徑補(bǔ)償993.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.4.4.模型的幾何處理

包括大原型的分割拼裝，以及模型抽殼、反型規(guī)則等。分割拼裝成形，是將一個(gè)CAD模型按一定方式分成幾個(gè)子塊之后采用快速成形方法分別加工出來(lái)，再采用粘結(jié)等方式拼合到一起，形成一個(gè)完整的原型。抽殼是將原型進(jìn)行空腔化處理，減少成形體積，提高成形速度和材料利用率。反型則是計(jì)算CAD模型的凹模或凸模，以成形零件的模具或鑄形，在快速工模具方面有廣泛的應(yīng)用。

3.4.數(shù)據(jù)處理中的其他問(wèn)題逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.4.4.模型的幾何處理1003.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.4.5.排樣

多零件排樣在快速成形制造中有著很重要的意義，其目標(biāo)是使原型排列盡可能稠密，從而使加工空間的利用效率最大化，提高成形速度和材料利用率。如圖所示為三維排樣。通過(guò)合理的抽象，自動(dòng)排樣問(wèn)題可以抽象為布局分配或組合優(yōu)化問(wèn)題，然后采用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行求解，如模擬退火算法、遺傳算法等。3.4.數(shù)據(jù)處理中的其他問(wèn)題逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.4.5.排樣3.4.1013.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

從快速成形機(jī)上取下的制品往往需要進(jìn)行剝離，以便去除廢料和支撐結(jié)構(gòu)，有的還需要進(jìn)行后固化、修補(bǔ)、打磨、拋光和表面強(qiáng)化處理等，這些工序統(tǒng)稱為后處理。

剝離修補(bǔ)、打磨和拋光表面涂覆

3.5.快速成形技術(shù)中的后處理逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.5.快速成形技術(shù)中的后處1023.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

快速成形精度是指成形件與原三維CAD設(shè)計(jì)模型之間的符合程度，包括幾何形狀精度、尺寸精度以及表面精度?？焖俪尚尉仁紫热Q于快速成形所采取的工藝方法及設(shè)備，同時(shí)，成形工藝過(guò)程中的每個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)成形精度均有影響，這些環(huán)節(jié)有數(shù)據(jù)處理、成形過(guò)程及對(duì)制件的后處理等。工藝和設(shè)備對(duì)成形精度的影響數(shù)據(jù)處理過(guò)程對(duì)成形精度的影響成形過(guò)程對(duì)精度的影響后處理過(guò)程對(duì)成形精度的影響

3.6.快速成形精度分析逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.6.快速成形精度分析逆向1033.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.6.1.工藝和設(shè)備對(duì)成形精度的影響

工藝和設(shè)備對(duì)成形精度的影響主要有：掃描直徑的限制成形材料的收縮變形及熱應(yīng)力分布不均機(jī)械本體誤差成形加工的控制精度

3.6.快速成形精度分析逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.6.1.工藝和設(shè)備對(duì)成形1043.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.6.2.數(shù)據(jù)處理過(guò)程對(duì)成形精度的影響 數(shù)據(jù)處理是指從CAD模型獲取成形機(jī)所能接受的控制數(shù)據(jù)的過(guò)程，數(shù)據(jù)的精度直接影響到控制的精度，自然也就影響零件的精度。 在這一過(guò)程中，產(chǎn)生誤差的原因主要有兩個(gè)：面型化處理造成的誤差。

分層切片時(shí)產(chǎn)生的臺(tái)階誤差。

3.6.快速成形精度分析逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.6.2.數(shù)據(jù)處理過(guò)程對(duì)成1053.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.6.3.成形過(guò)程對(duì)精度的影響 成形加工包括層準(zhǔn)備和層制造與層疊加。層準(zhǔn)備時(shí)產(chǎn)生的誤差。層準(zhǔn)備就是準(zhǔn)備好一層待固化的材料，如液態(tài)樹(shù)脂，由于RP技術(shù)是層層固化并疊加成形的，所以原型零件的精度與每一層精度有直接關(guān)系。每一層的精度包括液面的平整性，往往通過(guò)刮平裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，使液面既不能凸起也不能凹陷。還包括液面位置的穩(wěn)定性，即不能波動(dòng)。

層制造與層疊加產(chǎn)生的誤差。主要包括成形機(jī)的工作臺(tái)移動(dòng)誤差（影響原型的z方向的誤差）和激光掃描誤差，這些誤差均由成形機(jī)的數(shù)控裝置來(lái)保證。由于數(shù)控裝置的精度很高，因此這些誤差可相對(duì)忽略不計(jì)。

3.6.快速成形精度分析逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.6.3.成形過(guò)程對(duì)精度的1063.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.6.1.后處理過(guò)程對(duì)成形精度的影響

后處理過(guò)程引起的誤差可分為如下幾種：SL、FDM制品需剝離支撐等廢料，支撐去除后工件可能要發(fā)生形狀及尺寸的變化，破壞已有的精度。LOM制品雖無(wú)支撐但廢料往往很多，剝離廢料時(shí)受力將產(chǎn)生變形，特別是薄殼類零件變形尤其嚴(yán)重。SLS成形金屬件時(shí)，需將原型重新置于加熱爐中燒除粘結(jié)劑、燒結(jié)金屬粉和滲銅，從而引起工件形狀和尺寸誤差。制件的表面狀況和力學(xué)性能等方面還不能完全滿足最終產(chǎn)品的要求，采用修補(bǔ)、打磨、拋光等提高表面質(zhì)量的工藝，表面涂覆是為了改變制品表面顏色提高其強(qiáng)度和其他性能，但在此過(guò)程中若處理不當(dāng)都會(huì)影響原型的尺寸及形狀精度產(chǎn)生后處理誤差。

3.6.快速成形精度分析逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.6.1.后處理過(guò)程對(duì)成形1073.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

快速成形制造技術(shù)的應(yīng)用目的主要有新產(chǎn)品研制、市場(chǎng)調(diào)研和產(chǎn)品使用。在新產(chǎn)品研制方面，主要通過(guò)快速成形制造系統(tǒng)制作原型來(lái)驗(yàn)證概念設(shè)計(jì)、確認(rèn)設(shè)計(jì)、性能測(cè)試、制造模具的母模和靠模。在市場(chǎng)調(diào)研方面，可以把制造的原型展示給最終用戶和各個(gè)部門，廣泛征求意見(jiàn)，盡量在新產(chǎn)品投產(chǎn)之前完善設(shè)計(jì)，生產(chǎn)出適銷對(duì)路的產(chǎn)品。在產(chǎn)品使用方面，可以直接利用制造的原型、零件或部件的最終產(chǎn)品。

3.7.快速成形技術(shù)應(yīng)用逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.7.快速成形技術(shù)應(yīng)用逆向1083.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.7.1.新產(chǎn)品研制

新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程一般為：概念設(shè)計(jì)（或改型設(shè)計(jì)）—造型設(shè)計(jì)—結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)—基本功能評(píng)估—模擬樣件試制。如果用傳統(tǒng)方法，需要完成繪圖、工藝設(shè)計(jì)、工裝模具制造等多個(gè)環(huán)節(jié)，周期長(zhǎng)、費(fèi)用高。如果不進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證而直接投產(chǎn)，則一旦存在設(shè)計(jì)失誤，將會(huì)造成極大的損失。

而通過(guò)快速成形技術(shù)可直接將產(chǎn)品CAD模型轉(zhuǎn)換成實(shí)物原型。3.7.快速成形技術(shù)應(yīng)用逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.7.1.新產(chǎn)品研制3.1093.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.7.1.新產(chǎn)品研制

原型在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的價(jià)值是無(wú)可估量的，主要有以下方面：

評(píng)估產(chǎn)品外形。檢查設(shè)計(jì)質(zhì)量。產(chǎn)品功能檢測(cè)。體驗(yàn)產(chǎn)品手感。裝配干涉檢驗(yàn)。供貨詢價(jià)及用戶評(píng)價(jià)。反求工程。

3.7.快速成形技術(shù)應(yīng)用逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.7.1.新產(chǎn)品研制3.1103.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.7.2.快速模具制造

傳統(tǒng)模具制作過(guò)程復(fù)雜、耗時(shí)長(zhǎng)、費(fèi)用高，模具的制造往往成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的瓶頸。例如，鑄模的模板、芯盒、壓蠟型、壓鑄模的制造往往是用機(jī)械加工的方法來(lái)完成的，由于內(nèi)腔和外形復(fù)雜，即使采用五軸數(shù)控加工中心等昂貴設(shè)備，在加工技術(shù)與工藝可行性方面仍有很大困難，有時(shí)還需要鉗工進(jìn)行修整，周期長(zhǎng)、成本高。 快速成形技術(shù)大大簡(jiǎn)化了模具的制造過(guò)程。應(yīng)用快速成形方法制作模具的方法稱為快速模具技術(shù)，已成為快速成形技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。 基于快速原型技術(shù)的模具制造方法，可分為直接制模和間接制模兩種。3.7.快速成形技術(shù)應(yīng)用逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.7.2.快速模具制造31113.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.7.2.快速模具制造

1).直接制模

直接制模是用SL、SLS、FDM、LOM等快速成形工藝方法直接制造出樹(shù)脂模、陶瓷模和金屬模等模具，其優(yōu)點(diǎn)是制模工藝簡(jiǎn)單、精度較高、工期短，缺點(diǎn)是單件模具成本較高，適用于樣機(jī)、樣件試制。3.7.快速成形技術(shù)應(yīng)用逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.7.2.快速模具制造31123.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.7.2.快速模具制造

1).直接制模

直接制模是用SL、SLS、FDM、LOM等快速成形工藝方法直接制造出樹(shù)脂模、陶瓷模和金屬模等模具，其優(yōu)點(diǎn)是制模工藝簡(jiǎn)單、精度較高、工期短，缺點(diǎn)是單件模具成本較高，適用于樣機(jī)、樣件試制。3.7.快速成形技術(shù)應(yīng)用逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.7.2.快速模具制造31133.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.7.2.快速模具制造

SL工藝直接制模

利用SL工藝制造的樹(shù)脂件韌性較好，可作為小批量塑料零件的制造模具。適于小型模具的生產(chǎn)。 特點(diǎn)：可以直接得到塑料模具；模具的表面粗糙度低，尺寸精度高；模型易發(fā)生翹曲，在成形過(guò)程中需設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)，尺寸精度不易保證；成形時(shí)間長(zhǎng)，往往需要二次固化；紫外激光管壽命為2000h，運(yùn)行成本較高；材料有污染，對(duì)皮膚有損害。3.7.快速成形技術(shù)應(yīng)用逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.7.2.快速模具制造31143.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.7.2.快速模具制造

LOM工藝直接制模

采用特殊的紙質(zhì)，利用LOM工藝方法可直接制造出紙質(zhì)模具。LOM模具有與普通木模同等水平的強(qiáng)度，甚至有更優(yōu)的耐磨能力，可與普通木模一樣進(jìn)行鉆孔等機(jī)械加工，也可以進(jìn)行刮膩?zhàn)拥刃揎椉庸ぁＲ源舜婺灸?，不僅僅適用于單件鑄造生產(chǎn)，而且也適用于小批量鑄造生產(chǎn)。 特點(diǎn)：模具翹曲變形小，成形過(guò)程無(wú)需設(shè)計(jì)和制作支撐結(jié)構(gòu)；有較高的強(qiáng)度和良好的力學(xué)性能，能耐200℃的高溫；薄壁件的抗拉強(qiáng)度和彈性不夠好；材料利用率低；后續(xù)打磨處理時(shí)耗時(shí)費(fèi)力，導(dǎo)致模具制作周期增加，成本提高。

3.7.快速成形技術(shù)應(yīng)用逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.7.2.快速模具制造31153.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.7.2.快速模具制造

SLS工藝直接制模

SLS工藝可以采用樹(shù)脂、陶瓷和金屬粉等多種材料直接制造模具和鑄件，這也是SLS技術(shù)的一大優(yōu)勢(shì)。 特點(diǎn)：制件的強(qiáng)度高，在成形過(guò)程中無(wú)需設(shè)計(jì)、制作支撐結(jié)構(gòu)；能直接成形塑料、陶瓷和金屬制件；材料利用率高；成形件結(jié)構(gòu)疏松、多孔，且有內(nèi)應(yīng)力，制件易變形；生成陶瓷、金屬制件的后處理較難，難以保證制件的尺寸精度；在成形過(guò)程中，需對(duì)整個(gè)截面進(jìn)行掃描，所以成形時(shí)間較長(zhǎng)。適合中、小型模具的制作；。3.7.快速成形技術(shù)應(yīng)用逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.7.2.快速模具制造31163.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.7.2.快速模具制造

FDM工藝直接制模

根據(jù)成形零件的形態(tài)一般可分為熔融噴射和熔融擠壓兩種成形方式。用熔融沉積（FDM）制模技術(shù)可以制作多種材料的原型，如石蠟型、塑料原型、陶瓷零件等。石蠟型零件可以直接用于精密鑄造，省去了石蠟?zāi)５闹谱鬟^(guò)程。

特點(diǎn)：生成的制件強(qiáng)度較好，翹曲變形?。辉诔尚芜^(guò)程中需設(shè)計(jì)、制作支撐結(jié)構(gòu)；在制件的表面有明顯的條紋；在成形過(guò)程中需對(duì)整個(gè)截面進(jìn)行掃描涂覆，故成形時(shí)間較長(zhǎng)；所需原材料的價(jià)格比較昂貴。

3.7.快速成形技術(shù)應(yīng)用逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.7.2.快速模具制造31173.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.7.2.快速模具制造

2).間接制模

間接制模法是指利用快速成形技術(shù)首先制作模芯，然后用此模芯復(fù)制硬模具（如鑄造模具），或者采用金屬噴涂法獲得輪廓形狀，或者制作母模具復(fù)制軟模具等。 具體過(guò)程為，對(duì)由快速成形技術(shù)得到的原型表面進(jìn)行特殊處理后代替木模，直接制造石膏型或陶瓷型，或是由原型經(jīng)硅橡膠過(guò)渡轉(zhuǎn)換得到石膏型或陶瓷型，再由石膏型或陶瓷型澆注出金屬模具。 依據(jù)材質(zhì)不同，間接制模法生產(chǎn)出來(lái)的模具一船分為軟質(zhì)模具和硬質(zhì)模具兩大類。

3.7.快速成形技術(shù)應(yīng)用逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.7.2.快速模具制造31183.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.7.2.快速模具制造

軟質(zhì)模具包括：

硅橡膠模環(huán)氧樹(shù)脂模金屬樹(shù)脂模金屬噴涂模電鍍制模法3.7.快速成形技術(shù)應(yīng)用逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.7.2.快速模具制造31193.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.7.2.快速模具制造

硅橡膠模：硅橡膠模（簡(jiǎn)稱硅膠模）以原型為樣件，采用硫化的有機(jī)硅膠澆注制作。硅橡膠有良好的柔性和彈性，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、花紋精細(xì)、無(wú)拔模斜度或具有倒拔模斜度及具有深凹槽的模具，制件澆注完成后均可直接取出，這是其獨(dú)特之處。 硅膠模制作方法主要有真空澆注法和簡(jiǎn)便澆注法兩種。

3.7.快速成形技術(shù)應(yīng)用逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.7.2.快速模具制造31203.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.7.2.快速模具制造

其步驟如圖所示。3.7.快速成形技術(shù)應(yīng)用圖3-45使用透明硅橡膠澆注模具的步驟1—模框與原型樣件的間距；2—澆注系統(tǒng)；3—支撐模具的橫梁；4—排氣口；5—著色膠帶標(biāo)志的分模線；6—?？颍?—原型樣件8—透明RTV硅橡膠9—著色膠帶；10—鎖栓和定位線。逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.7.2.快速模具制造31213.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.7.2.快速模具制造

硅橡膠模的優(yōu)點(diǎn)：過(guò)程簡(jiǎn)單，制作周期短。成本低，材料選擇范圍較廣。彈性好，復(fù)印性能好。能在室溫下澆注高性能的聚氨酯塑料件，特別適合新產(chǎn)品的試制硅橡膠模的主要缺點(diǎn)是制模速度慢，壽命短。

3.7.快速成形技術(shù)應(yīng)用逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.7.2.快速模具制造31223.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.7.2.快速模具制造

硅橡膠模具（EpoxyResinMould）僅僅適用于較少數(shù)量制品的生產(chǎn)，如果制品數(shù)量增大時(shí)，則可用快速成形翻制環(huán)氧樹(shù)脂模具。它是將液態(tài)的環(huán)氧樹(shù)脂與有機(jī)或無(wú)機(jī)材料復(fù)合為基體材料，以原型為母模澆注模具的一種制模方法，也稱橋模（BridgeTooling）制作方法。 采用環(huán)氧樹(shù)脂澆注法制作模具工藝簡(jiǎn)單，周期短、成本低廉，樹(shù)脂型模具傳熱性能好，強(qiáng)度高且型面不需加工。環(huán)氧樹(shù)脂模具壽命不及鋼模，但比硅膠模壽命長(zhǎng)，可滿足中小批量生產(chǎn)的需要，適用于注塑模、薄板拉伸模、吸塑模及聚氨酯發(fā)泡成形模等。3.7.快速成形技術(shù)應(yīng)用逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.7.2.快速模具制造31233.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.7.2.快速模具制造

環(huán)氧樹(shù)脂模的制作工藝流程：

3.7.快速成形技術(shù)應(yīng)用逆向工程與快速成形技術(shù)3.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 3.7.2.快速模具制造31243.快速成形技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

3.7.2.快速模具制造

金屬樹(shù)脂模具（MetalResinMould）就是以環(huán)氧樹(shù)脂與金屬粉填料（如鋁粉、鐵粉、銅粉）為基體材料，以樣件為基準(zhǔn)澆鑄而成的模具。以金屬粉為填料所制的樹(shù)脂模具