快速成形技术的具体工艺方法很多,但其基本原理都是一致的,即以材料添加法为基本方法,将三维CAD模型快速(相对机加工而言)转变为由具体物质构成的三维实体原型。首先在CAD造型系统中获得一个三维CAD模型,或通过测量仪器测取实体的形状尺寸,转化为CAD模型,再对模型数据进行处理,沿某一方向进行平面“分层”离散化,然后通过专用的CAM系统(成形机)对坯料分层成形加工,并堆积成原型。
快速成形技术开辟了不用任何刀具而迅速制造各类零件的途径,并为用常规方法不能或难于制造的零件或模型提供了一种新的制造手段。它在航天航空、汽车外形设计、轻工产品设计、人体器官制造、建筑美工设计、模具设计制造等技术领域已展现出良好的应用前景。归纳起来,快速成形技术有如下应用特点:
1)由于快速成形技术采用将三维形体转化为二维平面分层制造机理,对工件的几何构成复杂性不敏感,因而能制造复杂的零件,充分体现设计细节,并能直接制造复合材料零件。
2)快速制造模具
②将快速制造的原型当作消失模(也可通过原型翻制制造消失模的母模,用于批量制造消失模),进行精密铸造。
③快速制造高精度的复杂母模,进一步浇铸金属件。
④通过原型制造石墨电极,然后由石墨电极加工出模具型腔。
⑤直接加工出陶瓷型壳进行精密铸造。(www.daowen.com)
3)在新产品开发中的应用,通过原型(物理模型),设计者可以很快地评估一次设计的可行性并充分表达其构思。
①外形设计。虽然CAD造型系统能从各个方向观察产品的设计模型,但无论如何也比不上由RP所得原型的直观性和可视性,对复杂形体尤其如此。制造商可用概念成形的样件作为产品销售的宣传工具,即采用RP原型,可以迅速地让用户对其开发的新产品进行比较评价,确定最优外观。
②检验设计质量。以模具制造为例,传统的方法是根据几何造型在数控机床上开模,这对昂贵的复杂模具而言,风险太大,设计上的任何不慎,就可能造成不可挽回的损失。采用RPM技术,可在开模前精确地制造出将要压铸成型的零件,设计上的各种细微问题和错误都能在模型上一目了然,大大减少了盲目开模的风险。RP制造的模型又可作为数控仿形铣床的靠模。
③功能检测。利用原型快速进行不同设计的功能测试,优化产品设计。如风扇等的设计,可获得最佳扇叶曲面、最低噪声的结构。
4)快速成形过程是高度自动化,长时间连续进行的,操作简单,可以做到昼夜无人看管,一次开机,可自动完成整个工件的加工。
5)快速成形技术的制造过程不需要工装模具的投入,其成本只与成形机的运行费、材料费及操作者工资有关,与产品的批量无关,很适宜于单件、小批量及特殊、新试制品的制造。
6)快速造型中的反向工程具有广泛的应用。激光三维扫描仪、自动断层扫描仪等多种测量设备能迅速高精度地测量物体内外轮廓,并将其转化成CAD模型数据,进行RP加工。
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