[发明专利]一种快速成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速成型方法。

背景技术

随着社会需要和科学技术的发展，特别是全球经济“一体化”程度的不断提高，产品的竞争越来越激烈，更新的周期和投放市场的时间越来越短。市场的残酷竞争要求设计者不但能根据市场的要求很快地设计出新产品，而且能在尽可能短的时间内制造出产品的样品，进行各种必要的性能测试，根据试结果进行修改，最后形成投放市场的定型产品，降低投资风险。

快速成型技术正是在这种背景下发展并不断成熟起来并于上个世纪80年代中后期开始商品化的一种高新制造技术。快速成型技术(RapidPrototyping，简称RP：RapidPrototyping&Manufacturing，简称RPM)能很快地将产品零件的计算机辅助设计模型(CAD模型)转换为物理模型、零件原型或零件，而无需任何专用工具及工装。

对于制造业来说，设计过程及制造过程中的信息通过数字表述后，产生的计算机辅助设计(CAD)及计算机辅助制造(CAM)技术加快了设计与制造过程的速度，提高了这一过程的柔性及可控性，为制造业带来了一场革命。CAD和CAM技术可视为一种数字驱动的设计和制造技术。而快速成型技术则是继CAD和CAM技术之后的又一项为设计和制造带来巨大变革的新技术。

快速成型技术原理

快速成型技术是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维物理实体的技术总称。

首先设计出所需零件的计算机三维模型(数字模型、CAD模型)，然后根据工艺要求，按照一定的规律将该模型离散为一系列有序的单元，通常在z向将其按一定的厚度进行离散(习惯称为“分层”)，把原来的CAD模型变成一系列的层片；再根据每个层片的二维信息(截面或轮廓)，输入加工参数，自动生成数控代码：最后由成型机成型一系列层片并自动将它们联接起来，得到与三维CAD模型相一致的三维实体。这样就将一个复杂的三维加工转变成为一系列二维层片的加工，因此大大降低了加工难度，这也就是所谓的降维制造。

快速成型技术最大的特点就在于其制造的高柔性，即无需任何专用的刀具和夹具，由零件的CAD模型直接驱动设备完成零件或零件原形的成型制造；只需改变零件的CAD模型，就能很方便地获得相应的零件或原形，使得成型过程的难度与待成型物理实体形状的复杂程度无关。离散化的终极发展是数字化，因为研究对象通过离散后还可以是模拟量的集合，而数字化则是将研究对象彻底离散成数字量的集合。离散数字方法和数字技术是数字计算机的理论和技术基础，而数字计算机和数字控制技术则进一步促进了离散方法乃至数字化方法在各行各业中的广泛应用。数字计算机技术在制造业中的广泛应用使得其信息过程实现了数字化描述，从而大大加强了信息过程与物理过程之间结合的紧密程度，由此产生了计算机数控技术(CNC)、柔性制造系统(FMS)技术、计算机集成制造系统(CIMS)技术和数值模拟技术等。

传统成型方法过程(去除成型和受迫成型)应用了数字计算机技术后，产生的数字驱动设计和数字驱动制造实现了信息过程的数字化以及对成型工具的数字化控制，但对于成型过程中材料的转移这一物理过程则仍是一种完全被动的、未经数字控制的过程。材料是成型过程最终作用的对象和目标，所以，从这一角度看，这类方法属于模拟成型，或者说是“数字驱动模拟成型”。快速成型技术不仅实现了信息过程的数字化，而且实现了物理过程的数字化。其材料的转移过程是利用材料的叠加性，在数字化信息控制下，采用按需添加的方式，在三维空间内数字化地分步将材料逐渐堆积起来成型(这进一步提高了制造过程的柔性)。所以，从成型过程中材料转移的特征来看，快速成型技术又可称为“数字化成型技术”。

数字化是信息时代和数字化时代成型方式的重要发展趋势之一，也就是说，成型技术的发展趋势之一就是数字成型。目前各种快速成型工艺基本上可以认为是一种“数字化”的成型方式，是充分利用数字方法控制成型材料按序堆积的成型技术，它是成型技术的重要发展方向之一。

1.1.2快速成型技术特点

快速成型技术具有以下几个基本特点：

(1)由CAD模型直接驱动。

快速成型技术实现了设计与制造一体化，在快速成型工艺中，计算机中的CAD模型数据通过接口软件转化为直接驱动快速成型设备的数控指令，快速成型设备根据数控指令完成原型或零件的加工。由于快速成型以分层制造为基础，可以较方便地进行路径规划，将CAD结合在一起，实现设计制造一体化，这也是直接驱动的含义。

(2)可以制造具有任意复杂形状的三维实体。