前言：本站為你精心整理了工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)范文，希望能為你的創(chuàng)作提供參考價(jià)值，我們的客服老師可以幫助你提供個(gè)性化的參考范文，歡迎咨詢。

摘要:介紹快速成型技術(shù)的原理,重點(diǎn)討論了與快速成型相關(guān)的技術(shù),并試圖將此技術(shù)充分應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)評價(jià),以期縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。

關(guān)鍵詞:快速成型;RP;反求工程

引言隨著科技進(jìn)步和全球市場一體化的形成,現(xiàn)在工業(yè)正面臨產(chǎn)品的生命周期越來越短的寫作論文問題,作為一種新產(chǎn)品開發(fā)的重要手段,快速成型能夠迅速將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)。它為零件原型制作、新設(shè)計(jì)思想的校驗(yàn)等方面提供了一種高效低成本的實(shí)現(xiàn)手段,提高產(chǎn)品研發(fā)的效率。

1快速成型技術(shù)原理在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中,設(shè)計(jì)師往往希望能快速由三維CAD模型,得到產(chǎn)品的實(shí)物模型,快速成型技術(shù)可以滿足這種需求?？焖俪尚?RapidPrototyping,RP)技術(shù)是一種基于離散/堆積成型思想的新型成型技術(shù),它根據(jù)零件或物體的三維模型數(shù)據(jù),快速、精確地制造出零件或物體的實(shí)體模型。

2關(guān)鍵技術(shù)2.1制造工藝目前,世界上已有幾十種不同的快速成型工藝方法,比較成熟的就有十余種。其中光固化成型法(StereoLithographyApparatus,SLA)、疊層實(shí)體制造法(LaminatedObjectManufactur-ing,LOM)、熔融沉積法(FusedDepositionModel-ing,FDM)、選擇性激光燒結(jié)法(SelectiveLaserSintering,SLS)和3DP(ThreeDimensionalPrintingandGluing,也稱3DPG)五種方法,在世界范圍內(nèi)應(yīng)用最為廣泛。對于RP制造工藝的研究,一方面是在原有技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),另一方面是研究新的成型技術(shù)。新的成型方法,如三維微結(jié)構(gòu)制造、生物活性組織的工程化制造、激光三維內(nèi)割技術(shù)、層片曝光方式等。2.2成型材料成型材料是決定快速成型技術(shù)發(fā)展的基本要素之一,它直接影響到原型的精度、物理化學(xué)性能以及應(yīng)用等。與RP制造的4個(gè)目標(biāo)(概念型、測試型、模具型、功能零件)相適應(yīng),使用的材料不同,概念型對材料成型精度和物理化學(xué)特性要求不高,主要要求成型速度快。如對光固化樹脂,要求較低的臨界曝光功率、較大的穿透深度和較低的粘度。測試型對于材料成型后的強(qiáng)度、剛度、耐溫性、抗蝕性等有一定要求,以滿足測試要求。如果用于裝配測試,則對于材料成型的精度還有一定要求。模具型要求材料適應(yīng)具體模具制造要求,如對于消失模鑄造用原型,要求材料易于去除?？焖俟δ芰慵蟛牧暇哂休^好的力學(xué)性能和化學(xué)性能。從解決的方法看,一個(gè)是研究專用材料以適應(yīng)專門需要;另一個(gè)是根據(jù)用途分類,研究幾類通用材料以適應(yīng)多種需要。2.3加工精度影響成型件精度的主要因素有兩方面:一是由CAD模型轉(zhuǎn)換成STL格式文件以及隨后的切片處理所產(chǎn)生的誤差;二是成型過程中制件翹曲變形,成型后制件吸入水分,以及由于溫度和內(nèi)應(yīng)力變化等所造成的無法精確預(yù)計(jì)的變形。為了解決第一類問題,正在研制直接切片軟件和自適應(yīng)切片軟件。所謂直接切片是不將CAD模型轉(zhuǎn)換成STL格式文件,而直接對CAD模型進(jìn)行切片處理,得到模型的各截面層輪廓信息,從而可以減少三角面近似化帶來的誤差,所謂自適應(yīng)切片是快速成型機(jī)能根據(jù)成型零件表面的曲率和斜率自動(dòng)調(diào)整切片的厚度,從而得到高品質(zhì)的光滑表面。為解決第二類問題,正在研究、開發(fā)新的成型方法、新的成型材料及成型件表面處理方法,使成型過程中制件的翹曲變形小,成型后能長期穩(wěn)定不變形。2.4與RP技術(shù)相關(guān)軟件軟件是RP系統(tǒng)的靈魂,其中作為CAD到RP接口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理軟件是其關(guān)鍵。不同CAD系統(tǒng)所采用的內(nèi)部數(shù)據(jù)格式不同,RP系統(tǒng)無法一一適從,這就要求有一種中間數(shù)據(jù)格式既便RP系統(tǒng)接受又便于不同CAD系統(tǒng)生成,STL(StereoLithography)格式應(yīng)運(yùn)而生了,STL文件是用大量空間小三角形面片來近似逼近實(shí)體模型。由于STL格式具有易于轉(zhuǎn)換、表示范圍廣、分層算法簡單等特點(diǎn),為大多數(shù)商用快速成形系統(tǒng)所采用,現(xiàn)己成為快速成形行業(yè)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但是,STL模型也存在許多不足之處:2.4.1精度不足。由于STL模型用大量小三角形面片來近似逼近CAD模型表面,造成STL模型對產(chǎn)品幾何模型的描述存在精度損失,并且在對多張曲面進(jìn)行三角化時(shí),在曲面的相交處往往產(chǎn)生裂縫、孔洞、覆蓋及相鄰面片錯(cuò)位等缺陷。2.4.2數(shù)據(jù)冗余度大。STL模型不包含拓?fù)湫畔?三角形面片的公用點(diǎn)、邊單獨(dú)存儲,數(shù)據(jù)的冗余度大。隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來,STL模型數(shù)據(jù)冗余大的不足也使其不利于遠(yuǎn)程RF的數(shù)據(jù)傳輸,難以有效支持遠(yuǎn)程制造。

3快速成型技術(shù)的應(yīng)用3.1在外觀及人機(jī)評價(jià)中的應(yīng)用新產(chǎn)品開發(fā)的設(shè)計(jì)階段,雖然可借助設(shè)計(jì)圖紙和計(jì)算機(jī)模擬,但并不能展現(xiàn)原型,往往難以做出正確和迅速的評價(jià),設(shè)計(jì)師可以通過制作樣機(jī)模型達(dá)到檢驗(yàn)的目的。傳統(tǒng)的模型制作中主要采用的是手工制作的方法,制作工序復(fù)雜,手工制作的樣機(jī)模型不僅工期長,而且很難達(dá)到外觀和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的精確尺寸,因而其檢查外觀及人機(jī)設(shè)計(jì)合理性的功能大打折扣?？焖俪尚驮O(shè)備制作的高精度、高品質(zhì)樣機(jī)與傳統(tǒng)的手工模型相比較可以更直觀地以實(shí)物的形式把設(shè)計(jì)師的創(chuàng)意反映出來,方便產(chǎn)品的外觀造型和人機(jī)特性評價(jià)?，F(xiàn)在的快速成型加工得到的成型件都是單一顏色,顏色主要由材料決定,為了對產(chǎn)品色彩外觀進(jìn)行評價(jià),有時(shí)需要手工涂色,隨著彩色成型技術(shù)的發(fā)展,這方面的問題可以解決。人機(jī)評價(jià)主要包括成型件尺寸及操作宜人性,快速成型可以很好地滿足這方面的要求。3.2在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)評價(jià)中的應(yīng)用通過快速成型制成的樣機(jī)和實(shí)際產(chǎn)品一樣是可裝配的,所以它能直觀地反映出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理與否,安裝的難易程度,使結(jié)構(gòu)工程師可以及早發(fā)現(xiàn)和解決問題。由于模具制造的費(fèi)用一般很高,比較大的模具往往價(jià)值數(shù)十萬乃至幾百萬,如果在模具開出后發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)不合理或其他問題,其損失可想而知。而應(yīng)用快速成型技術(shù)的樣機(jī)制作可以把問題解決在開出模具之前,大大提高了產(chǎn)品開發(fā)的效率。3.3與反求工程結(jié)合反求工程(ReverseEngineering,RE)也稱逆向工程,就是用一定的測量手段對實(shí)物或模型進(jìn)行測量,然后根據(jù)測量數(shù)據(jù)通過三維幾何建模方法重建實(shí)物的CAD數(shù)字模型,從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造過程。對于大多數(shù)產(chǎn)品來說,可以在通用的三維CAD軟件上設(shè)計(jì)出它們的三維模型,但是由于對某些因素,如對功能、工藝、外觀等的考慮,一些零件的形狀十分復(fù)雜,很難在CAD軟件上設(shè)計(jì)出它們的實(shí)體模型,在這種情況下,可以通過對模型測量和數(shù)據(jù)處理,獲得三維實(shí)體模型。作為一種新產(chǎn)品開發(fā)以及消化、吸收先進(jìn)技術(shù)的重要手段,反求工程和快速成型技術(shù)可以勝任消化外來技術(shù)成果的要求。對于已存在的實(shí)體模型,可以先通過反求工程,獲取模型的三維實(shí)體,經(jīng)過對三維模型處理后,使用快速成型技術(shù),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速復(fù)制,縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期,大大提高產(chǎn)品的開發(fā)效率。

結(jié)束語快速成型技術(shù)可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期,滿足產(chǎn)品的個(gè)性化、多樣化需求,在工業(yè)設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。但由于該技術(shù)的制作精度、強(qiáng)度和耐久性還不能滿足工程實(shí)際的需要,加之設(shè)備的運(yùn)行及制作成本高,一定程度上制約著RP技術(shù)的普遍推廣。隨著研究的不斷深入,制約快速成型發(fā)展的因素會逐步解決,應(yīng)用領(lǐng)域會不斷得到拓展。

參考文獻(xiàn)

[1]孫秀英.面向RP的VRML模型瀏覽與分層研究[D].西安科技大學(xué),2006.

[2]丘宏揚(yáng),謝嘉生,劉斌.快速成型技術(shù)研究中的若干關(guān)鍵問題[J].鍛造機(jī)械,2001.

[3]徐江華,張敏.快速成型技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].包裝工程,2004.