第5章 CAD相关技术.ppt

第5章 CAD相关技术 5.1 CAPP技术 5.2 计算机辅助制造（CAM）技术 5.3 CAD/CAPP/CAM集成系统的关键技术 5.4 快速原型（RP)技术 5.5 虚拟现实技术 5.6 虚拟设计/虚拟装配技术 5.7 科学计算机可视化 快速原型技术的主要工艺方法 1）光固化立体造型（Stereo Lithography Apparatus，简称SLA） SLA法是以各类光敏树脂作为成形材料，以氦—镉激光器为能源，以树脂受热固化为特征的快速原型方法。具体做法是，由CAD系统设计出零件的三维模型，然后设定工艺参数，由数控装置控制激光束的扫描轨迹。当激光束照射到液态树脂时，被照射的液态树脂固化。当一层加工完毕后，就生成零件的一个截面，然后移动工作台。加上一层新的树脂，进行第二层扫描，第二层就牢固地粘贴到第一层上，就这样一层一层加工直至整个零件加工完毕。 2）分层物件制造（Laminated Object Manufacturing，简称LOM） LOM法的特点是以片材（如纸片、塑料薄膜或复合材料）为材料，利用CO2激光器为能源，用激光束切割片材的边界线，形成某一层的轮廓，各层之间利用加热、加压的方法进行粘接，最后形成零件的形状。 该方法的特点是材料广泛、成本低。 3）选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，SLS） SLS法采用各种粉末（金属、陶瓷、蜡粉、塑料等）为材料，利用滚子铺粉，在计算机的控制下按照零件分层轮廓用CO2高功率激光器有选择性地对粉末进行加热、烧结，被烧结处裹覆在粉末材料外的粘接剂溶化而使粉末材料粘结在一起，一层完成后再进行下一层烧结，直至烧结成块。全部烧结后去掉多余的粉末，再进行打磨、烘干等处理便获得零件。利用该方法可以加工出能直接使用的塑料、陶瓷或金属件。 4）熔融沉积造型 FDM是一种不使用激光器而使用喷头的快速成形方法。它使用蜡、塑料、尼龙等丝状热塑性材料为原料，丝材由供丝机构送至喷头，利用电加热方式将蜡丝熔化成蜡液，根据零件CAD截面轮廓信息，在计算机的控制下喷嘴作X-Y平面运动，在扫描运动过程中，喷头内的蜡液被选择性地涂覆在工作台上制定的位置，经快速冷却后固化形成截面轮廓。如此沿Z方向一层层地涂覆，最终加工出三维产品原型或零件。该方法污染小，材料可以回收；比较适合成形小塑料件，且制作的零件的翘曲变形比SLA法小。 由于FDM过程中，丝状材料要经过“固态－液态－固态”的转变，故要求材料具有良好的化学稳定性。 虚拟现实技术 虚拟现实或称灵境（Virtual Reality）利用计算机产生一个让人以自然的视、听、触、嗅等功能感觉到三维空间环境，如同身临其境，从而可以用操作者自己习惯的能力和方法，对这个人为制造的“客观世界”进行观察、分析、操作和控制，最终沉浸其中。与通常意义上的多媒体相比，该技术将人、计算机间的信息交互通道由二维（声音和图像）扩大到多维（声音、图像和人的其它功能感觉），显示的图像由平面变为立体，因此，可以说它是多媒体技术进步的结果。 虚拟现实的特征 虚拟现实技术将“实物虚化，虚物实化”，所以，我们在虚拟环境（Virtual Environment）里，让同样会感到周围的一切也都是“看得见（戴上特殊设计的头盔）、摸得着（装上特殊设计的数据手套）”的。VR技术以下四个特征所构成的真实感，足以区别其它相邻技术，如计算机图形学、多媒体技术、仿真技术、科学计算可视化技术等。 1）多感知性（Multi-Sensation）是指不仅包括视觉、听觉、触觉、运动感知，而且还应该包括味觉、嗅觉、感知等。理想的虚拟现实应该具有一切人所具有的感知功能。 2）沉浸感（Immersion）又称存在感，是指操作者存在于虚拟环境中的真实程度，理想的虚拟现实应该达到使操作者感觉和真实环境一样的程度。 3）交互性（Interaction）有两个方面：一是指操作者对虚拟环境中物体的可操作程度；另一个是指操作者从虚拟环境中得到实时反馈的自然程度。 4）自主性（Autonomy）是指虚拟环境中的物体依据现实世界物理运动定律动作的程度。 虚拟现实的视觉原理 人的眼睛每只接受的都是二维图像，任何三维的物体投影到视网膜上以后都变成二维的图像了，但我们仍然能感觉所观察到的物体是立体的，真实的，有远近距离感，即从视觉上感知我们周围是一个三维世界，是因为大脑将两幅图像合成的结果。虽然现代科学对于人的眼-脑视觉成像原理、两幅图像的合成机理尚未完全搞清楚，但是我们可以初步理解为：对同一个场景，左右眼分别得到一幅极其相似而又根本不相同的图像。左视区的信息，送到两眼视网膜的右侧。在视交叉处，左眼的一半神经纤维交叉到大脑的右半球，左眼的另一半神经纤维不交叉，直接到大脑的左半球。这样，两眼得到的左视区的所