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6 快速原型制造技术及设备 6-1快速原型制造技术及应用 6.1.1快速原型制造技术(P175) 1.原型与原型制造技术的概念 1） 原型 原型是产品在一维或多维空间中的一种表示。即:产品开发人员认为有意义的产品在某个方面的表示,可以看作原型,包括从概念设计到具有完整功能制品的有形和无形的表示。例如:汽车中的概念产品。 原型分为物理原型和分析原型。 (1)物理原型 近似或直接的产品的有形实体表示。它是存在的可以检测和实验,从视觉和触觉上都类似产品。如:汽车产品的样本。 (2)分析原型 为产品的非有形表示,它未被制造出来,是以仿真视觉图像,方程或分析结果来表示。如:模拟推演. 一般情况下,原型是指物理原型,即三维空间的实物来表示物体,本章介绍的为物理原型。 2)原型制造技术 原型制造技术是设计、建造原型的过程。 按物体成形方式分为三类:去除成形,净尺寸成形和原型制造（添加成形）。 （1）原型制造通过快速自动成形系统与计算机数据模型相结合,制造出多种复杂的原型和零件。原料利用率100%,出产周期短,成本大幅度降低. (2)用反求技术实现。按样品或提供实物,用已有知识和技术，按要求和目的进行设计和加工，经修改或原封不动制成复制或仿制品。 2.快速原型制造技术的原理和特点 快速原型制造技术是20世纪80年代后期在美国首先产生并商品化,上世纪90年代在全球迅速发展起来的一种全新概念的制造技术。是继60年代NC技术之后制造领域的又一突破,是先进制造技术的重要组成部分。 (1)快速原型技术的原理 快速原型技术采用分层累加的方法(添加成形制造工艺)。如图6-1(P176)所示原理图,即:先用CAD三维造型,然后用专门软件对模型分层切片,获得每一层的二维轮廓信息。最后将每一层的二维轮廓顺序堆积,叠加成三维物理实体。 快速原型技术的基本理论和思想内涵，是基于离散/堆积:即微积分思想。将一个物理实体复杂的三维加工离散成一系列二维层片的加工,然后叠加。是一种降维制造或添材加工制造技术。 2 ）快速原型技术(RP)的特点 （p175-176） 1) 制造快速 快速原型技术是并行工程中进行复杂原型和零件制作的有效手段。即从产品CAD或者从实体反求获的数据制作原型。一般仅需要几个小时至几十个小时。传统成型加工方法通常需要数天数月甚至更长。(如用实体获得数据通常要检测、测绘、制图、工艺、材料、加工、检测装调。或采用数控切削加工，先编程转换成代码然后加工)。RP是建立在高度技术集成基础上，无需工模、制造调整等。 2)自由成形制造和高柔性加工:(p176) 自由成形无需使用刀具和模具,由CAD模型直接驱动，能够制造任意复杂形状结构的、不同材料复合的原型和零件。改变CAD模型或反求数据结构模型，重新调整和设置参数即可生产不同形状的原型或零件。还能借助电铸、电弧喷漆等技术进一步将塑胶原型制成金属模具. 3) 技术高度集成(P176) 快速原型制造技术是将计算机技术、数据收集与处理技术、材料工程、机电加工与控制技术的综合体现。成形过程高度自动化,特别是在曲面制造过程中，CAD数据转化(切片分层)百分之百的自动完成。而数控切削加工，则需要高级技术人员复杂的人工辅助劳动,转化成工艺数控代码。 4) 可选材料的广泛性 (P176) 快速原型制造技术可以采用的材料十分广泛。如:塑料、树脂、纸、石蜡类,另外复合材料、金属材料、陶瓷材料的粉末，箔、丝小块体。也可以是涂覆某种粘合剂的颗粒,板、薄膜等。 此外，RP技术是边堆积边成形,因此由可能在成形过程中改变成材料的组分,制造出由材料梯度的零件。 5) 环保型制造技术（P176） 快速原型制造技术为非接触加工,不需要机床切削中所必需的刀具和夹具,避免了刀具磨损和切削力影响,制造过程中无振动无噪音没有或很少下脚料。 3、快速原型制造技术的工艺流程:如图6-2所示P117. 6.1.2应用领域:P176 1、产品设计开发 RP技术将CAD的设计构想快速精确而又经济的变成可触摸的物理实体。比把三维几何造型展示在工作屏幕或图纸上，具有更高的直观性和启示性。设计人员可以更快、更容易的发现设计中的错误并及时修改。目前,RP技术已成为厂家争取订单与客户交流沟通的最佳手段。 2.快速模具制造P176. 以RP技术生成实体模型,做模芯、模套,结合精铸,粉末烧结或电极研磨等技术,生产出企业所需要的功能模具或工装设备,制造周期比传统数控短缩30%-40%,成本下降35%-70%,模具的几何复杂程度愈高，效益愈显著。一般利用CAD设计文件后80%模具24-48%小时后可完工。 3.产品功能测试（P177） RP技术可严格的按照原材料将模型迅速的制造出来,进行功能试验与相应的研究,从而优化产品设计. 4.生物膜与仿真制造:P177