快速原型

接触式测量系统和非接触式测量系统各自适用于哪些领域？三维接触式测量系统的测量原理。光学三维非接触式测量系统的测量原理。光学测量法是基于哪些主要的测量原理的？逆向工程的流程。逆向工程曲面重构的主要步骤。几种常用的反求工程CAD软件。世界四大逆向工程软件：Imageware、GeomagicStudio、CopyCAD、RapidForm构造零件的三维CAD模型有哪些主要方法？STL格式文件的主要特点是什么？STL文件特点:编辑stl文件格式简单，只能描述三维物体的几何信息，不支持颜色材质等信息，是计算机图形学处理CG,数字几何处理如CAD,数字几何工业应用,如三维打印机支持的最常见文件格式。表面的三角剖分之后造成3D模型呈现多面体状。输出STL档案的参数选用会影响到成型质量的良窳。所以如果STL档案属于粗糙的或是呈现多面体状，您将会在模型上看到真实的反应。在CAD软件包中，当您输出STL档案时，您可能会看到的参数设定名称，如弦高(chordheight)、误差(deviation)、角度公差(angletolerance)、或是某些相似的名称。建议储存值为0.01或是0.02。采用STL文件作为接口对RP原型的精度有何影响？在RP前为何必须构造零件的三维CAD模型？FDM的基本工作原理、特点和应用。SLA的基本工作原理、特点和应用。用SLS直接制造金属模具的工艺过程。RT技术的主要优点。何为直接RT技术？可采用哪些直接RT技术制造金属模具？何为间接RT技术？请例举出3种间接RT制造方法。从精度、性能控制、使用寿命及经济性等方面对直接RT和间接RT技术进行比较。间接RT技术可以怎样适应塑料制件生产批量大小而不同？硅胶模制模的过程。经济型硅胶模制模的过程。经济性硅胶模具与硅胶模相比有什么特点？1.1RPM原理RPM是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体的技术总称。过程是先由三维CAD软件设计出所需要零件的计算机三维曲面或实体模型亦称电子模型,然后根据工艺要求,将其按一定厚度进行分层,把原来的三维电子模型变成二维平面信息,即离散过程;再将分层后的数据进行一定处理,加入加工参数,产生数控代码,在微机控制下,数控系统以平面加工方式有序的连续加工出每个薄层并使它们自动粘接而成形,即材料的推积过程。随着RPM技术的发展和人们对该项技术认识的深入,它的内涵也在逐步扩大。目前RPM技术包括一切由CAD模型直接驱动的成形过程,而主要的技术特征即是成形的快速性。对于材料的转移形式可以是自由添加、去除以及添加和去除相结合等特征。1.2RPM技术特点1.2.1制造快速快速原型制造技术是并行工程中精心复杂原型和零件制作的有效手段。从产品CAD或从实体反求获得数据到制成原型,一般只需几小时到几十个小时,速度比传统成型加工方法快得多。随着互联网的发展,RPM技术也更加便于远程制造服务,使资源得到充分利用,用户的需求也可得到最快的响应。1.2.2技术高度集成RPM技术是计算机技术、数据采集与处理技术、材料工程、机电加工与控制技术的综合体现。只有在这些高新技术迅速发展的今天才可能使CAD和CAM很好的结合,实现设计与制造的一体化。1.2.3自由成型制造自由成型的含义有两个:一个是指可根据原型或零件的形状,无需使用工具、模具,而自由的成型;二是指不受形状复杂程度限制,能够制造任意复杂形状与结构、不同材料复合的原型或零件。12.4制造过程高度柔性共同的制造原理使快速原型制造系统在软件和硬件的实现上70%～80%是相同的,也就是说,在一个现有的系统上仅增加20%～30%的无器件和软件功能就可进行另一种制造工艺,不同的工艺原理的设备容易实现模块化,对于整个制造过程,仅需改变CAD模型或反求数据结构模型即可。12.5可选材料的广泛性快速原型制造技术可以采用的材料十分广泛,可采用树脂类、塑料类、纸类、石蜡类、复合材料、多属材料或者陶瓷材料的粉末、箔、丝、小块体等,也可是涂覆某种粘接剂的颗粒、板、薄膜等材料。12.6广泛的应用领域除了制造原型以外,RPM技术还特别适用于新产品的开发、快速单件及小批量零件制造、不规则零件或复杂形状零件的制造、模具及模型设计与制造、外形设计检查、装配检验、快速反求与复制,也适应于难加工材料的制造等。这项技术不仅在制造业的产品造型与模具设计领域,而且在材料科学与工程、工业设计、医学科学、文化艺术、建筑工程等领域有广阔的应用前景。二RPM技术的发展前景现代RPM技术发展的一个重要特点就是快速自动成型与其它先进的设计制造技术的结合越来越紧密。目前,快速原型制造技术朝着工业化、产业化方向迈进。完善制造工艺、系统与CAD等软件的接口,制定统一的数据交换标准,进一步提高成型速度和精度,降低系统价格和运行成本,开发出满足工程要求的材料和扩大应用领域等都是人们关注的焦点。2.1概念创新与工艺改进经过十多年的研究与发展,已有十几种较为成熟的技术,但它们的原理都是分层叠加法,在系统软件和硬件上有很多是相同和相近的,于是,一些改进的工艺和设备能够具备多种制造方法的特点和功能,例如FDM和LOM的复合。精度的提高是改进工艺必须考虑的。RPM技术的成型精度一般为0.01mm的数量级,有待于进一步提高。另一方面,与传统制造工艺相结合,形成快速产品开发-制造系统也是一个重要趋势。目前国内外均在大力开发这一领域,清华大学正在研究RPM用于无木模铸型的制造。2.2寻求适合集成制造的新材料目前许多制造商在积极开发适合快速原型制造的专用材料。例如,应用于汽车模具时,材料的力学性能和物理性能要满足使用要求。DTM公司开发了涂覆树脂的钢球材料用于生产注产塑模,以及覆膜锆砂SandFromZr用于直接制作铸型芯膜。相比之下,国内的材料研究发展较慢。目前SLA成型设备所用的光固化树脂全靠进口,价格昂贵,LOM实用的材料也远不如国外。总的说来,用于快速模具制造和功能零件的材料还不成熟,在强度、精度、性能和寿命方面还达不到使用要求。所以,以材料科学、有机化学等为基础,研究开发性能相当甚至超过金属材料的复合材料、陶瓷材料,与医学、生物学结合开发具有活性的生物材料,用快速原型技术制造人体内脏器官或四肢以辅助医疗诊断和外科手术等都已经成为RPM的发展方向。2.3开发强大的数据采集、处理和监控软件绝大多数RPM系统所使用的分层切片算法都是基于STL(Stereoligraphy)文化进行的。STL文件存在着不少缺陷和不足。如:三角形网格之间的空隙将导致分层切片的轮廓不连续;有时STL文件太大,无法全部读入内存而造成不能切片等。针对STL文件产生的一系列弊端,已经出现了一些修改和转换处理软件,如SolidView、MagicsView、STLView等。这些软件有的采用适应性切片、有的将STL文件大化小等措施,避免前面提到的缺陷。目前的切片方式都是平面式的,今后还可发展曲面切片、不等厚分层等方法,从曲面模型直接截面、分层,采用更精确、简洁的数学描述,以提高造型精度。2.4拓展新的应用领域现在RPM技术在主要用于快速模具RT的同时,国外正大力将快速原型制造技术应用于医学、医疗领域,利用计算机辅助断层扫描CT、核磁共振MRI、三维B超等,对人体局部扫描获得的截面图像,用计算机对器官进行三维重建,然后利用快速原型制造系统建造实体器官模型;国内西北轻工业学院正积极探索古陶瓷快速原型复仿制的可能性。2.5RPM技术的智能化、集成化和网络化在目前的RPM系统的加工参数的设定中,还主要依据人的知识和经验,对RPM技术的掌握还需较多的培训和指导,这就使得经验因素在RPM技术中占有重要地位这也是国内各大研究机构相互间协作不够的原因之一,智能化必然是一个方向。一个快速原型系统一般应包括四个子系统:三维CAD建模系统、数据反求系统、快速成型与制造系统和数控加工子系统,国外的来图加工中心都具有这四个子系统;另一种模式是将并行设计技术、虚拟制造技术、快速原型制造技术和现代检测与分析技术集成在一起,形成更高层次的产品快速设计与制造集成系统。通过信息高速公路形成快速原型制造信息网络,使得没有完善的产品开发能力的公司可以直接从网络上得到产品的CAD模型,利用自己的快速原型制造技术和设备迅速制出原型,或者没有RPM设备的公司可以通过网络将自己的设计结果传到其他公司或快速原型制造服务中心制造原型,从而实现远程制造。同时,快速原型制造技术,为科学计算可视化、虚拟现实以及三维FAX等新兴技术提供了可量度、可触摸的手段,基于快速原型制造技术的桌面办公制造系统DesktopSystem将会实现。山东大学研制的基于协同产品商务CPC的包括三维CAD建模、数据反求、CAE、快速原型制造与快速模具、数控加工的产品智能化快速产品开发系统,可实现RPM技术的智能化、集成化和网络化。快速原型制造技术的工艺方法2.1立体印刷成型工艺(StereoLithographyApparatus)又称激光立体造型、激光立体光刻技术,是快速成型技术中最早、技术最成熟、应用最广泛的一种方法。图1为SLA的原理图,其工作过程为:先在工作台上铺上一层设定层厚的液态树脂,光源在计算机的控制下按截面轮廓要求作横向和纵向扫描,使轮廓内的树脂固化;然后工作台下降,在上一层的基础上再铺上另一层树脂,刮板刮平树脂后,光源再纵向扫描固化树脂,新固化的一层就牢固地粘接在先前固化的一层上,如此重复直到整个原型成型完毕。该工艺制造精度可达±0.1mm,可成型任意复杂形状的三维实体、精细首饰、工艺品等零件,仿真性强,成形精度和材料利用率高。图1SLAwk_ad_begin({pid:21});wk_ad_after(21,function(){$('.ad-hidden').hide();},function(){$('.ad-hidden').show();});先进制造技术-2-2.2迭层实体成型工艺(LaminatedObjectManufacturing)图2为LOM的原理图,它是由原材料存储及送进机构、热压机构、激光切割系统及计算机等组成。LOM工艺将单面涂有热熔胶的纸片通过加热辊加热粘接在一起,位于上方的激光器按照CAD分层模型所获数据,用激光束将纸切割成所制零件的内外轮廓,然后新的一层纸再叠加在上面通过热压装置和下面已切割层粘合在一起,激光束再次切割,这样反复逐层切割、粘合、切割,直至整个零件模型制作完成。该方法适用于成形中、大型件,变形小,尺寸精度较高,成形时间较短,激光器使用寿命长,常用于金属薄板成型件的制作。2.3选域激光烧结成型工艺(SelectedLaserSintering)图3为SLS的原理图。与SLA类似,用激光对金属粉末或塑料粉末一层一层地扫描加热使其达到烧结温度,最后烧结出由金属或塑料制成的立体结构。成型时,随着工作台的分步下降,铺粉器将粉末一层一层地撒在工作台上,再用滚筒将粉末滚平、压实,每层粉末的厚度均对应于CAD模型的切片厚度。各层经激光扫描加热的粉末被烧结到其基体上,而未被激光扫描的粉末仍留在原处起支撑作用,直至烧结出整个零件。该工艺造型速度快、造型精度高(每层粉末最小厚度约0.07mm,激光动态精度可达±0.09mm,并具有自动激光补偿功能)、原型强度高(聚碳酸脂的弯曲强度可达34.5MPa,尼龙可达55MPa)。2.4熔融沉积造型工艺(FusedDepositionModeling)图4为FDM的原理图。在计算机控制下,加热喷头根据截面轮廓的信息,作X-Y平面运动和高度Z向的运动。加热熔化的丝材(如塑料丝、尼龙等)被选择性地涂覆在工作台上,快速冷却后形成截面轮廓,如此反复一层一层地涂覆,最终得到三维产品。该工艺的关键是保持半流动成型材料刚好在熔点之上(通常控制在比熔点高1℃左右),喷头受CAD分层数据控制,使半流动状态的熔丝材料(丝材直径一般在1.5mm以上)从喷头中挤压出来,凝固形成轮廓形状的薄层(每层厚度范围在0.025～0.76mm),层层相叠最后形成整个零件模型。该方法成型速度快,适合成形小塑料件,可用的材料有蜡、尼龙