快速原型的教案第1頁(yè)/共83頁(yè)2.1

生長(zhǎng)型制造生長(zhǎng)型制造的制造方法粘結(jié)熔結(jié)聚合作用化學(xué)反應(yīng)……第2頁(yè)/共83頁(yè)2.1

生長(zhǎng)型制造快速原型技術(shù)的基本過(guò)程構(gòu)造產(chǎn)品的三維CAD模型應(yīng)用三維CAD軟件(如Pro/E、UG、SolidWorks等)設(shè)計(jì)三維模型；采用逆向工程技術(shù)獲取產(chǎn)品的三維模型。三維模型的近似處理用一系列小三角形平面來(lái)逼近模型上的不規(guī)則曲面，從而得到產(chǎn)品的近似模型。三維模型的Z向離散化(即分層處理)將近似模型沿高度方向分成一系列具有一定厚度的薄片，提取層片的輪廓信息。第3頁(yè)/共83頁(yè)2.1

生長(zhǎng)型制造處理層片信息，生成數(shù)控代碼根據(jù)層片幾何信息，生成層片加工數(shù)控代碼，用以控制成形機(jī)的加工運(yùn)動(dòng)。逐層堆積制造在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)生成的數(shù)控指令，RP系統(tǒng)中的成形頭(如激光掃描頭或噴頭)在X-Y平面內(nèi)按截面輪廓進(jìn)行掃描，固化液態(tài)樹脂(或切割紙、燒結(jié)粉末材料、噴射熱熔材料)，從而堆積出當(dāng)前的一個(gè)層片，并將當(dāng)前層與已加工好的零件部分粘合；成形機(jī)工作臺(tái)面下降一個(gè)層厚的距離，再堆積新的一層；如此反復(fù)進(jìn)行，直到整個(gè)零件加工完畢。后處理對(duì)完成的原型進(jìn)行處理，如深度固化、去除支撐、修磨、著色等，使之達(dá)到要求。第4頁(yè)/共83頁(yè)2.1

生長(zhǎng)型制造生長(zhǎng)型制造技術(shù)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)、加工的快速性產(chǎn)品的單價(jià)幾乎與產(chǎn)品批量無(wú)關(guān)產(chǎn)品的造價(jià)幾乎與產(chǎn)品的復(fù)雜性無(wú)關(guān)制造過(guò)程可實(shí)現(xiàn)完全數(shù)字化生長(zhǎng)型制造技術(shù)與傳統(tǒng)的制造技術(shù)相結(jié)合，為傳統(tǒng)的制造方法注入新的活力可實(shí)現(xiàn)零件的凈型化(少無(wú)切削余量)無(wú)需金屬模具即可獲得零件發(fā)展的可持續(xù)性第5頁(yè)/共83頁(yè)2.1

生長(zhǎng)型制造生長(zhǎng)型制造技術(shù)的典型工藝CAD系統(tǒng)與快速原型(RP)系統(tǒng)之間的接口標(biāo)準(zhǔn)制作原型的掃描路徑生長(zhǎng)型制造技術(shù)的典型應(yīng)用RPM技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)第6頁(yè)/共83頁(yè)2.1

生長(zhǎng)型制造生長(zhǎng)型制造技術(shù)的典型工藝CAD系統(tǒng)與快速原型(RP)系統(tǒng)之間的接口標(biāo)準(zhǔn)制作原型的掃描路徑生長(zhǎng)型制造技術(shù)的典型應(yīng)用RPM技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)第7頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1生長(zhǎng)型制造技術(shù)的典型工藝光固化成形(SLA)工藝選擇性激光燒結(jié)(SLS)工藝分層實(shí)體制造(LOM)工藝熔融沉積制造(FDM)工藝三維印刷(3DP)工藝直接激光制造(DLF)工藝彈道微粒制造(BPM)工藝三維焊接(TDW)工藝第8頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.1光固化成形(SLA)工藝光固化成形(SLA)工藝的產(chǎn)生光固化成形工藝(SLA)于1984年由CharlesHull提出并于1987年獲美國(guó)專利。1988年美國(guó)3DSystem公司推出世界上第一臺(tái)商品化RP設(shè)備SLA-250。目前SLA工藝已成為世界是研究最深入、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種快速原型方法。光固化成形(SLA)工藝的含義光固化成形工藝，也稱立體光刻(SLA)。光固化成形工藝是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作的，液態(tài)光敏樹脂在一定波長(zhǎng)和功率的紫外光照射下能迅速發(fā)生光聚合反應(yīng)，分子量急劇增大，材料就從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。第9頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.1光固化成形(SLA)工藝光固化成形的系統(tǒng)組成激光器X—Y運(yùn)動(dòng)裝置或激光偏轉(zhuǎn)掃描器光敏樹脂液槽升降臺(tái)控制系統(tǒng)第10頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.1光固化成形(SLA)工藝光固化成形(SLA)原理液槽中盛滿液態(tài)光敏樹脂；氦—鎘激光器或氬離子激光器發(fā)出的紫外激光束在偏轉(zhuǎn)鏡作用下，在液體表面進(jìn)行掃描；掃描的軌跡及光線的有無(wú)均按零件的各分層截面信息由計(jì)算機(jī)控制，光點(diǎn)掃描到的地方液體就固化；第11頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.1光固化成形(SLA)工藝成形開始時(shí)，工作平臺(tái)在液面下某個(gè)確定的深度，聚焦后的光斑在液面上按計(jì)算機(jī)的指令逐點(diǎn)掃描，即逐點(diǎn)固化，當(dāng)一層掃描完成后，未被照射的地方仍是液態(tài)樹脂；然后工作臺(tái)下降一個(gè)層厚的高度，已成形的層面上又布滿一層液態(tài)樹脂；然后刮板將粘度較大的樹脂液面刮平，進(jìn)行下一層的掃描加工；第12頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.1光固化成形(SLA)工藝新固化的一層牢固地粘在前一層上；如此重復(fù)直到整個(gè)零件制造完畢，得到一個(gè)三維實(shí)體原型。第13頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.1光固化成形(SLA)工藝光固化成形(SLA)的工藝過(guò)程模型設(shè)計(jì)模型設(shè)計(jì)是應(yīng)用三維CAD軟件進(jìn)行幾何建模，并輸出STL格式文件。支撐設(shè)計(jì)在成形過(guò)程中，由于未被激光束照射的部分材料仍為液態(tài)，它不能使制件截面上的孤立輪廓和懸臂輪廓定位。設(shè)計(jì)細(xì)柱狀或肋狀支撐結(jié)構(gòu)，并在成形過(guò)程中制作這些支撐結(jié)構(gòu)(如圖所示)。成形過(guò)程完成后應(yīng)小心去除支撐結(jié)構(gòu)，從而得到最終所需的工件。第14頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.1光固化成形(SLA)工藝第15頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.1光固化成形(SLA)工藝分層處理采用專用的分層軟件對(duì)CAD模型的STL格式文件進(jìn)行分層處理，得到每一層截面圖形及其有關(guān)的網(wǎng)格矢量數(shù)據(jù)，用于控制激光束的掃描軌跡。分層處理還包括層厚、建立模式、固化深度、掃描進(jìn)度、網(wǎng)格間距、線寬補(bǔ)償值、收縮補(bǔ)償因子的選擇與確定。參數(shù)和建立方式的不同選擇，對(duì)建立時(shí)間和模型精度都有影響，因此要選擇合適的參數(shù)和建立方式，才能得到理想的工件。第16頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.1光固化成形(SLA)工藝原型制作在計(jì)算機(jī)控制下，液態(tài)光敏樹脂逐層掃描、固化，完成零件的制作。后處理原型制作完畢，需進(jìn)行剝離，以便去除廢料和支撐結(jié)構(gòu)；必要時(shí)，還需進(jìn)行后固化、修補(bǔ)、打磨、拋光、表面涂覆、表面強(qiáng)化處理等后處理工序。第17頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.1光固化成形(SLA)工藝光固化成形(SLA)的工藝特點(diǎn)尺寸精度高原型表面質(zhì)量?jī)?yōu)良可以制作結(jié)構(gòu)復(fù)雜、細(xì)小的模型成形過(guò)程自動(dòng)化程度高成型件會(huì)產(chǎn)生收縮、易翹曲、變形設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)成本高需要二次固化液態(tài)樹脂固化后較脆、易斷裂第18頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.1光固化成形(SLA)工藝光固化成形(SLA)設(shè)備SLA-250SLA-250HRSLA-3500SLA-5000SLA-7000Vipersi2SLA第19頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.1光固化成形(SLA)工藝SLA7000系統(tǒng)規(guī)格第20頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.1光固化成形(SLA)工藝光固化成形(SLA)應(yīng)用案例第21頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.1光固化成形(SLA)工藝光固化成形(SLA)應(yīng)用案例第22頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.1光固化成形(SLA)工藝光固化成形(SLA)應(yīng)用案例第23頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.2選擇性激光燒結(jié)(SLS)工藝選擇性激光燒結(jié)(SLS)工藝的產(chǎn)生選擇性激光燒結(jié)工藝(SLS)是利用粉末狀材料在激光照射下燒結(jié)的原理，在計(jì)算機(jī)控制下層層堆積成形零件原型的工藝方法。SKS工藝由美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧汀分校的C.R.Dechard于1989年研制成功，同年獲美國(guó)專利，并首先由美國(guó)DTM公司于1992年實(shí)現(xiàn)商品化。華中科大史玉升等人的“選擇性激光燒結(jié)成形裝備與工藝”有望獲國(guó)家科技發(fā)明一等獎(jiǎng)，已經(jīng)在玉柴股份公司等企業(yè)得到應(yīng)用?？蛇m用于任何復(fù)雜鑄件的制造。國(guó)際領(lǐng)先水平。SLS的原理與SLA十分相像，主要區(qū)別在于所使用的材料及其狀態(tài)。SLA使用液態(tài)光敏樹脂，而SLS則使用各金屬、陶瓷、塑料、復(fù)合材料等粉末狀材料。第24頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.2選擇性激光燒結(jié)(SLS)工藝SLS系統(tǒng)組成機(jī)械系統(tǒng)由機(jī)架、工作平臺(tái)、鋪粉機(jī)構(gòu)、活塞缸、集料箱、加熱燈和通風(fēng)除塵裝置組成光學(xué)系統(tǒng)由激光器、反射鏡、擴(kuò)束聚焦系統(tǒng)、掃描器、光束合成器組成控制系統(tǒng)第25頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.2選擇性激光燒結(jié)(SLS)工藝SLS工藝原理加工時(shí)，將材料粉末鋪撒在已成形零件的上表面，并刮平；用高強(qiáng)度的CO2激光器在剛鋪的新層下以一定的速度和能量密度按分層輪廓信息掃描出零件截面，材料粉末在高強(qiáng)度的激光照射下被燒結(jié)在一起，得到零件的截面，并與下面已成形的部分連接，未掃描過(guò)的地方仍然是松散的粉末；第26頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.2選擇性激光燒結(jié)(SLS)工藝當(dāng)一層截面燒結(jié)完后，鋪上新的一層材料粉末，選擇地?zé)Y(jié)下一層截面，如此反復(fù)直到整個(gè)零件加工完畢，得到一個(gè)三維實(shí)體原型。第27頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.2選擇性激光燒結(jié)(SLS)工藝SLS工藝過(guò)程模型設(shè)計(jì)成形參數(shù)選擇合理確定分層參數(shù)和成形燒結(jié)參數(shù)。原型制作SLS原型制作中無(wú)需加支撐，由沒(méi)有燒結(jié)的粉末起支撐作用；成形后用鏟等工具小心將制件從成形室取出。后處理SLS原型從成形室取出后，用毛刷和專用工具將制件上多余的附粉去掉；清理打磨之后，還需針對(duì)原型材料作進(jìn)一步后處理。第28頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.2選擇性激光燒結(jié)(SLS)工藝SLS工藝特點(diǎn)可以采用多種材料；不需要支撐；制件具有較好的力學(xué)性能，可直接用作功能測(cè)試或小批量使用的產(chǎn)品；材料利用率高，未燒結(jié)的粉末可以重復(fù)利用；材料價(jià)格便宜、成本低；成形速度較慢；成形精度和表面質(zhì)量稍差；成形過(guò)程能量消耗高。第29頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.3分層實(shí)體制造(LOM)工藝疊層實(shí)體制造(LOM)工藝的產(chǎn)生分層實(shí)體制造(簡(jiǎn)稱LOM)，其工藝方法和設(shè)備于1987年研制成功，1988年獲美國(guó)專利。該工藝大多以紙、塑料薄膜或復(fù)合材料膜為原料，材料成本低，而且激光只需要切割每一層片的輪廓，成形效率高，在制作中、大原型件時(shí)有較大優(yōu)勢(shì)，因此近年來(lái)發(fā)展迅速。第30頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.3分層實(shí)體制造(LOM)工藝LOM系統(tǒng)組成工控機(jī)及控制系統(tǒng)材料存儲(chǔ)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(tái)模型取出裝置機(jī)架第31頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.3分層實(shí)體制造(LOM)工藝LOM工藝原理該工藝采用紙、塑料薄膜等薄片材料作為原材料，并在片材表面事先涂覆一層熱熔膠；加工時(shí)，熱粘壓機(jī)構(gòu)熱壓片材，使之與下面已成形的工件部分粘接；第32頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.3分層實(shí)體制造(LOM)工藝然后用CO2激光器按照分層數(shù)據(jù)，在剛粘接的新層上切割出零件當(dāng)前層截面的內(nèi)外輪廓和工件外框，并在截面輪廓與外框之間多余的區(qū)域切割出上下對(duì)齊的網(wǎng)格以便在成形之后能剔除廢料；激光切割完成后，工作臺(tái)帶動(dòng)已成形的工件下降一個(gè)紙厚的高度，與帶狀片材(料帶)分離；第33頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.3分層實(shí)體制造(LOM)工藝原材料存儲(chǔ)及送進(jìn)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粘接、切割完，得到分層制造的實(shí)體零件。第34頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.3分層實(shí)體制造(LOM)工藝LOM工藝過(guò)程模型設(shè)計(jì)基底制作由于疊層在制作過(guò)程中要由工作臺(tái)帶動(dòng)頻繁起降，為實(shí)現(xiàn)原型與工作臺(tái)之間的連接，需要制作基底。為避免起件時(shí)破壞原型，基底應(yīng)有一定的厚度，通常制作3～5層。為保證基底的牢固，在制作基底之前要將工作臺(tái)預(yù)熱，可使用外部熱源，也可以讓加熱輥多走幾遍來(lái)完成預(yù)熱。第35頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.3分層實(shí)體制造(LOM)工藝原型制作設(shè)備根據(jù)給定的工藝參數(shù)自動(dòng)完成原型所有疊層的制作過(guò)程。LOM原型制作的精度、速度以及質(zhì)量都與選定的制作工藝參數(shù)有關(guān)，其中關(guān)鍵參數(shù)為激光切割速度、加熱輥溫度和壓力、激光能量、碎網(wǎng)格尺寸等。余料去除余料去除主要是將成形過(guò)程中產(chǎn)生的網(wǎng)狀廢料與工件剝離，通常采用手工剝離；為保證原型的完整和美觀，要求工作人員熟悉原型，并有一定的技巧。第36頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.3分層實(shí)體制造(LOM)工藝后置處理余料去除以后，為提高原型表面狀況和機(jī)械強(qiáng)度，保證其尺寸穩(wěn)定性、精度等方面的要求，需對(duì)原型進(jìn)行后置處理，比如防水、防潮、加固和使其表面光滑等。通常采用的后置處理工藝包括修補(bǔ)、打磨、拋光、表面涂覆等，經(jīng)處理的LOM原型表現(xiàn)出類似硬木的效果和性能。第37頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.3分層實(shí)體制造(LOM)工藝LOM工藝特點(diǎn)在成形時(shí)激光束只需切割截面輪廓，而不需對(duì)整個(gè)截面進(jìn)行掃描，成形效率比其他RP工藝高；非常適合于制作中、大型實(shí)心原型件；無(wú)需設(shè)計(jì)和制作支撐結(jié)構(gòu)；后處理工藝簡(jiǎn)單，成形后廢料易于剝離，且不需后固化處理；原材料價(jià)格便宜，原型制作成本低；制件能承受高達(dá)200℃的高溫，有較高的硬度和較好的力學(xué)性能，可以進(jìn)行各種切削加工；第38頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.3分層實(shí)體制造(LOM)工藝工件表面有臺(tái)階，其高度等于材料厚度，因此，成形后需進(jìn)行表面打磨。第39頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.3分層實(shí)體制造(LOM)工藝LOM應(yīng)用案例第40頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.3分層實(shí)體制造(LOM)工藝LOM應(yīng)用案例第41頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.4熔融沉積制造(FDM)工藝熔融沉積制造(FDM)工藝的產(chǎn)生熔融沉積制造工藝(簡(jiǎn)稱FDM)是利用熱塑性材料的熱熔性和粘結(jié)性，在計(jì)算機(jī)控制下層層堆積成形的。FDM工藝由美國(guó)學(xué)者ScottCrump博士于1988年研制成功，并于1991年由美國(guó)的公司率先推出商品化設(shè)備。由于該工藝無(wú)需激光系統(tǒng)，因此使用、維護(hù)簡(jiǎn)單，成本低，近年來(lái)得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，是RP技術(shù)領(lǐng)域的后起之秀。第42頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.4熔融沉積制造(FDM)工藝FDM系統(tǒng)組成噴頭送絲機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)加熱成形室工作臺(tái)第43頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.4熔融沉積制造(FDM)工藝FDM工藝原理FDM工藝所使用的材料一般是蠟、ABS塑料、尼龍等熱塑性材料，以絲狀供料；材料通過(guò)送絲機(jī)構(gòu)被送進(jìn)帶有一個(gè)微細(xì)噴嘴的噴頭，并在噴頭內(nèi)被加熱熔化；在計(jì)算機(jī)的控制下，噴頭沿零件分層截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將熔化的材料擠出；材料擠出噴嘴后迅速凝固并與前一層熔結(jié)在一起；一個(gè)層片沉積完成后，工作臺(tái)下降一個(gè)層厚的距離，繼續(xù)熔噴沉積下一層；如此反復(fù)直到完成整個(gè)零件的加工。第44頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.4熔融沉積制造(FDM)工藝FDM工藝過(guò)程三維模型設(shè)計(jì)及STL文件輸出對(duì)模型進(jìn)行分層處理確定加工方向及加工位置；添加基底；添加支撐；分層計(jì)算。原型制作成形材料及成形室預(yù)熱；擠出舊絲及出絲檢測(cè)；工作臺(tái)對(duì)高；加工參數(shù)設(shè)置；成形；加工完畢，零件保溫，取出原型。第45頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.4熔融沉積制造(FDM)工藝原型后處理小心去除支撐；用砂紙打磨臺(tái)階效應(yīng)較明顯處；用小刀處理多余部分；用填補(bǔ)液處理臺(tái)階效應(yīng)造成的缺陷；用上光液給原型表面上光。第46頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.4熔融沉積制造(FDM)工藝FDM工藝特點(diǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行安全，操作維護(hù)簡(jiǎn)便，成本低；FDM設(shè)備系統(tǒng)可以在辦公室環(huán)境下使用；原材料在成形過(guò)程中無(wú)化學(xué)變化，制件翹曲變形??；當(dāng)使用水溶性支撐材料時(shí)，支撐去除方便快捷，且效果較好；成形精度較低，成形件表面有臺(tái)階，其高度等于分層厚度，成形后需進(jìn)行表面打磨；噴頭需要對(duì)整個(gè)截面進(jìn)行掃描，成形時(shí)間較長(zhǎng)；沿Z軸方向制件強(qiáng)度比較弱。第47頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.5三維印刷(3DP)工藝三維印刷(3DP)工藝的產(chǎn)生三維印刷方法是美國(guó)麻省理工學(xué)院的EmanuelSachs和MichaelCima等人研制出來(lái)的，取得了多項(xiàng)專利，分別轉(zhuǎn)讓給Soligen(PartsNow)、Santin等公司。該方法可用于陶瓷粉末和金屬粉末。第48頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.5三維印刷(3DP)工藝3DP工藝原理噴頭在計(jì)算機(jī)的控制下，按照截面輪廓信息，在鋪好的一層粉末材料上(如陶瓷粉末、金屬粉末)，有選擇地噴射粘結(jié)劑，使部分粉末粘結(jié)，形成截面層；第49頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.5三維印刷(3DP)工藝一層完成后，工作臺(tái)下降一個(gè)層厚，鋪粉，噴粘結(jié)劑，再進(jìn)行下一層的粘結(jié)，如此循環(huán)形成三維產(chǎn)品；粘結(jié)得到的制件強(qiáng)度較低，還須后處理。燒掉粘接劑；在高溫下滲入金屬，使零件致密化。第50頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.5三維印刷(3DP)工藝3DP工藝特點(diǎn)不需要支撐；成本低；可直接成型零件。第51頁(yè)/共83頁(yè)2.1

生長(zhǎng)型制造生長(zhǎng)型制造技術(shù)的典型工藝CAD系統(tǒng)與快速原型(RP)系統(tǒng)之間的接口標(biāo)準(zhǔn)制作原型的掃描路徑生長(zhǎng)型制造技術(shù)的典型應(yīng)用RPM技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)第52頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1CAD系統(tǒng)與快速原型(RP)系統(tǒng)之間的接口標(biāo)準(zhǔn)STL文件格式RP系統(tǒng)提出的新接口標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)有各類中間文件格式的運(yùn)用第53頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.1STL文件格式STL文件格式的提出快速原型制造需要將設(shè)計(jì)好的三維CAD模型進(jìn)行切片，切片數(shù)據(jù)必須與RP成形機(jī)相匹配。切片處理的精度將直接影響產(chǎn)品的成形精度。在目前大多數(shù)的生長(zhǎng)型制造系統(tǒng)中，是將零件的CAD模型生成STL文件格式進(jìn)行分層切片的，典型的三維CAD軟件(如AutoCAD、Pro/Engineer、UG、SolidWork)都有轉(zhuǎn)換和輸出STL文件的接口。STL文件是CAD與RPM系統(tǒng)之間最常用的接口，也是事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，它是由3DSystems公司在1987年發(fā)布的。第54頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.1STL文件格式STL文件格式的定義用一系列的小三角形平面來(lái)近似的逼近自由曲面后得到的三維模型文件，稱為STL文件。STL文件記載了組成STL模型的所有三角形面。第55頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.1STL文件格式STL規(guī)則共頂點(diǎn)規(guī)則每一個(gè)小三角形平面必須與每個(gè)相鄰的小三角形平面共用兩個(gè)頂點(diǎn)。取向規(guī)則用小三角形平面的頂點(diǎn)排序來(lái)確定表面是內(nèi)表面或外表面，反時(shí)針?lè)较虻捻旤c(diǎn)排序表示該表面為外表面，順時(shí)針的頂點(diǎn)排序表示該表面為內(nèi)表面。取值規(guī)則每個(gè)小三角形的頂點(diǎn)坐標(biāo)值必須是正數(shù)，坐標(biāo)值為零和負(fù)數(shù)是錯(cuò)誤的。合法實(shí)體規(guī)則STL格式文件不得違反合法實(shí)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(guò)。第56頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.1STL文件格式STL文件格式特點(diǎn)文件簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)容易處理；已標(biāo)準(zhǔn)化，典型的三維CAD造型系統(tǒng)都有轉(zhuǎn)換和輸出STL文件的接口；三角形網(wǎng)格之間的空隙、裂縫導(dǎo)致薄片的輪廓不連續(xù)；CAD模型的錯(cuò)體導(dǎo)致超過(guò)兩個(gè)三角形網(wǎng)格共享一邊；CAD模型的錯(cuò)體相交導(dǎo)致三角形網(wǎng)格相交；STL文件里缺乏有關(guān)三角形網(wǎng)格形狀結(jié)構(gòu)的資料，丟失了大量的拓?fù)湫畔?，還會(huì)出現(xiàn)丟失三角形、冗余三角形、微小特征遺漏或出錯(cuò)等問(wèn)題；STL文件包含了太多的冗余信息，文件太大。第57頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.2RP系統(tǒng)提出的新接口標(biāo)準(zhǔn)CLI格式RPI格式LEAF文件SLC格式CFL文件第58頁(yè)/共83頁(yè)2.1.1.3各類中間文件格式的運(yùn)用IGES標(biāo)準(zhǔn)HP/GL文件STEP標(biāo)準(zhǔn)CT數(shù)據(jù)第59頁(yè)/共83頁(yè)2.1

生長(zhǎng)型制造生長(zhǎng)型制造技術(shù)的典型工藝CAD系統(tǒng)與快速原型(RP)系統(tǒng)之間的接口標(biāo)準(zhǔn)制作原型的掃描路徑生長(zhǎng)型制造技術(shù)的典型應(yīng)用RPM技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)第60頁(yè)/共83頁(yè)2.1.3制作原型的掃描路徑薄層制造原理薄層制造是通過(guò)掃描路徑的規(guī)劃和控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。激光按一定的填充模式使材料固化或燒結(jié)，生成薄層。在制作原型前，需要對(duì)每一層切片做好路徑規(guī)劃，并將計(jì)算出的激光掃描路徑予以存儲(chǔ)。掃描路徑類型線性路徑星型路徑三角路徑分形路徑第61頁(yè)/共83頁(yè)2.1.3制作原型的掃描路徑第62頁(yè)/共83頁(yè)2.1.3制作原型的掃描路徑線性路徑在SLA和SLS工藝中，普遍采用的是長(zhǎng)線掃描方式，如圖所示。線性路徑特點(diǎn)簡(jiǎn)單，計(jì)算方便，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量小。收縮大、易翹曲變形、成形薄層強(qiáng)度低、不同方向組織均勻性差。第63頁(yè)/共83頁(yè)2.1.3制作原型的掃描路徑三角路徑這是早期提出的一種掃描方法。三角路徑是三角形掃描固化方法，固化層內(nèi)部的網(wǎng)格是等邊三角形，邊長(zhǎng)可取不同的值，掃描后，三角形內(nèi)部樹脂仍然處于液態(tài)，總固化面積為50%。三角路徑特點(diǎn)能極大縮短零件的制造時(shí)間，特別是對(duì)于大尺寸零件。零件經(jīng)過(guò)固化后會(huì)引起較大的扭曲變形，最終生成的零件尺寸精度不高。第64頁(yè)/共83頁(yè)2.1.3制作原型的掃描路徑分形路徑掃描路徑為分形曲線，如Peano、Hilbert和Dragon等。分形路徑特點(diǎn)減少了因長(zhǎng)線掃描而形成的燒結(jié)線與線間搭接部分的明顯分界，X和Y兩個(gè)方向的組織結(jié)構(gòu)相同，使得零件薄層整體的組織均勻性好。燒結(jié)生成的薄層表面平整，結(jié)構(gòu)致密、均勻，生長(zhǎng)過(guò)程更完善，從而提高了零件的強(qiáng)度。避免了長(zhǎng)線掃描燒結(jié)造成的收縮量大，收縮方向集中等缺陷，減少了因收縮而導(dǎo)致的翹曲變形，可提高零件薄層的尺寸精度。第65頁(yè)/共83頁(yè)2.1.3制作原型的掃描路徑生成薄層局部的物理性能可相似地推廣到整體，使得燒結(jié)薄層各部分的物理性能相似，從而有望得到物理性能一致的燒結(jié)薄層。第66頁(yè)/共83頁(yè)Hilbert分形圖第67頁(yè)/共83頁(yè)P(yáng)eano分形圖第68頁(yè)/共83頁(yè)其他分形圖第69頁(yè)/共83頁(yè)第70頁(yè)/共83頁(yè)第71頁(yè)/共83頁(yè)2.1

生長(zhǎng)型制造生長(zhǎng)型制造技術(shù)的典型工藝CAD系統(tǒng)與快速原型(RP)系統(tǒng)之間的接口標(biāo)準(zhǔn)制作原型的掃描路徑生長(zhǎng)型制造技術(shù)的典型應(yīng)用RPM技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)第72頁(yè)/共83頁(yè)2.1.4生長(zhǎng)型制造技術(shù)的典型應(yīng)用CAD模型的確證用RPM技術(shù)制造出CAD模型的實(shí)物，特別是新型設(shè)計(jì)的實(shí)物，用以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖，用以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性、完美性，是RPM技術(shù)出現(xiàn)的原動(dòng)力。設(shè)計(jì)可視化一個(gè)物理模型被快速創(chuàng)建，而產(chǎn)品的整個(gè)制作過(guò)程都是可視化的。概念的證明用RPM模型來(lái)確定在設(shè)計(jì)過(guò)程早期階段的設(shè)計(jì)概念是否可行。例如一個(gè)咖啡壺RPM模型被用來(lái)評(píng)估其倒水性能。第73頁(yè)/共83頁(yè)2.1.4生長(zhǎng)型制造技術(shù)的典型應(yīng)用市場(chǎng)模型可以將RPM模型介紹給潛在的顧客。RPM模型被光滑和渲染后，就像最終的產(chǎn)品。RPM技術(shù)為贏得產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力起到關(guān)鍵性作用。目前，出現(xiàn)“一天制