快速原型制造技术

快速原型的软件系统
CAD造型软件： 进行零件的三维设计
快速原型
的软件系
统
分层处理软件： 进行分层计算以获取层 片信息 成形控制软件： 进行加工参数设定、生成 数控代码、控制实时加工
产品三维模型构造及其近似处理
1．产品的三维模型构造

根据产品的要求在CAD软件平台设计三维模型
根据二维图样构建三维模型 采用逆向工程技术构建三维模型
而基于“材料逐层堆积”的制造理念，将复杂的三维加 工分解为简单的材料二维添加的组合，它能在CAD模型 的直接驱动下，快速制造任意复杂形状的三维实体，是 一种全新的制造技术。 从成形角度看，零件可视为逐点、线、面的叠加而成。 从CAD模型中离散得到点、线、面的几何信息，再与快 速成形的工艺参数信息结合，控制材料有规律地、精确 地由点、线到面，由面到体地逐步堆积成零件。从制造 角度看，它根据CAD造型生成零件三维几何信息，控制 三维的自动化成形设备，通过激光束或其他方法将材料 逐层堆积而形成成形零件。
它借助计算机、激光、精密传动、数控技术等现代手段，将
CAD和CAM集成于一体，根据在计算机上构造的三维模型， 能在很短的时间内直接制造出产品样品，使设计工作进入一 种全新的境界。
了产品更新换代的速度，降低了企业投资新产品的风险。
改善了设计过程中的人机交流，缩短了产品开发周期，加快

传统的零件加工过程是先制造毛坯，然后 经切削加工，从毛坯上去除多余的材料得 到零件的形状和尺寸，这种方法统称为材 料去除制造。


2．三维模型的近似处理

用一系列小三角平面来逼近模型上的自由曲面， 每一个小三角形由三个顶点和一个法矢量来表示，
三角形的大小可以选择，从而得到不同的曲面近
似精度。

经近似处理的三维模型文件格式为STL，典型 的商品化CAD系统都有STL文件输出的数据接
口
产品三维模型构造及其近似处理
STL输出的误差
成型控制软件

成形控制软件根据所选的数控系统将分层处理软件
生成的二维层片信息即轮廓与填充的路径生成NC
控技术、材料科学、机械工程、电子技术及激光技术
的技术集成以实现从零件设计到三维实体原型制造一
体化的系统技术。它是一种基于离散堆积成形思想的新 型成形技术，是由CAD模型直接驱动的快速完成任意 复杂形状三维实体零件制造的技术的总称。
三、快速原型制造技术的基本原理及基本过程 ——基本原理
快速原型制造技术彻底摆脱了传统的“去除”加工法，
三、快速原型制造技术的基本原理及基本过程 ——基本过程
（1）产品的CAD建模：应用三维CAD软件，根据产 品要求设计三维模型，或采用逆向工程技术获取产品 的三维模型。 （2）三维模型的近似处理：用一系列小三角形平面 来逼近模型上的不规则曲面，从而得到产品的近似模 型。 （3）三维模型的Z向离散化（即分层处理）：将近似 模型沿高度方向分成一系列具有一定厚度的薄片，提 取层片的轮廓信息 （4）处理层片信息，生成数控代码：根据层片几何 信息，生成层片加工数控代码，用以控制成形机的加 工运动。
三维模型的近似处理

用一系列小三角平面来逼近模型上的自由曲面， 每一个小三角形由三个顶点和一个法矢量来表示，
三角形的大小可以选择，从而得到不同的曲面近
似精度。

经近似处理的三维模型文件格式为STL，典型 的商品化CAD系统都有STL文件输出的数据接
口
STL输出的误差
在Pro/E中输出STL文件
快速原型工艺流程图
在Pro/E中输出STL文件
分层处理软件

由于快速原型是按一层层截面轮廓来进行成形，因此，
加工前必须从三维模型上，沿成形的高度方向，每隔一 定的间隔进行分层切片处理，以获得截面的轮廓。

分层间隔选取的范围为0.05mm～0.5mm，常用的是 0.1mm左右。间隔愈小，精度愈高，但成形时间愈长。

各种快速原型系统都带有分层处理软件，能将CAD模 型以片层方式来描述，这样，无论零件多么复杂，对于 每一层来说，都是简单的平面。
3、设计制造一体化
4、大幅度缩短新产品的开发成本和周期 可减少产品开发成本30~70%，缩短开发时间 50%至更少。
5、制造成形自由化
可根据零件的形状，不受任何专用工具或模具的
限制而自由成形，也不受零件复杂程度的限制，能够
制造任意复杂形状与结构、不同材料复合的零件。 6、材料使用广泛性 金属、纸张、塑料、树脂、石蜡、陶瓷，甚至纤
快速原型制造技术
一、快速原型制造技术的产生
全球一体化市场、制造业竞争激烈，产品的开发速度成为市
场竞争的主要矛盾。 从技术发展角度，计算机、CAD、材料、激光等技术的发 展和普及为新的制造技术的产生奠定了基础。 快速原型制造于20世纪80年代后期产生于美国，并很快扩 展到日本及欧洲，于20世纪90年代初引入我国，是近20年 来制造技术领域的一项重大突破。
（5）逐层堆积制造：在计算机控制下，根据生成 的数控指令，成形头在平面内按截面轮廓进行扫 描，固化液态树脂，从而堆积出当前的一个层片， 并将当前层与已加工好的零件部分粘合。然后， 成形机工作台面上升或下降一个层厚的距离，再 堆积新的一层。如此反复进行直到整个零件加工 完毕。 （6）后处理：对完成的原型进行处理，使之达到 性化 对整个制造过程，仅需改变CAD模型或反求数 据结构模型，对成形设备进行适当的参数调整，即可 在计算机的管理和控制下制造出不同形状的零件或模 型。 2、技术高度集成化 快速成形技术是计算机技术、数控技术、控制 技术、激光技术、材料技术和机械工程等多项交叉学 科的综合集成。它以离散／堆积为方法，在计算机和 数控技术的基础上，追求最大的柔性为目标。
快速原型技术彻底摆脱了传统的“去除”加工 法，而基于“材料逐层堆积”的制造理念，将 复杂的三维加工分解为简单的材料二维添加的 组合，它能在CAD模型的直接驱动下，快速制 造任意复杂形状的三维实体，是一种全新的制 造技术。

二、快速原型制造技术的基本概念
快速原型制造技术（Rapid Prototype Manufacturing，RPM）是综合利用CAD技术、数