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快速原型制造技术在工业产品造型设计及制造中的应用_图文

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机 械 设 计 与 制 造 


8 一 0  

Ma h n r  De in c iey sg



Ma u a t r   n fc u e

第 1 期  1 20 0 6年 1   1月

文章编 号:0 1 9 7(06 I 10 —3 9 2 0 ) 1—0 8 00—0   2

快 速 原 型 制 造 技 术 在 工 业 产 品  造 型 设 计 及 制 造 中 的 应 用 
何风梅 赵 灿 ( 黑龙江科技学院 。 黑龙 江 10 2 ) 50 7 
Ap l a in o      du t a  r d cs d sg   n   n f c u e pi t   fRP i i sr l o u t  e in a d ma ua t    c o nn i p r

H  eg m i Z A  a ( e ogag ntu  f c n e n eh o g , eogag10 2 ,hn) EFn — e- H OCn H inj n  st e   i c  d cnl y H inj n 50 7C i   l i I itoS e a T o l i   a
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i   【 摘要】 介绍了 快速原型制造技术的原理、 工艺、 优点等, 并对比分析了 传统的工业产品造型设计 2   及制造方法, 通过对比分析说明利用此项技术进行工业产品 造型设计及制造能大幅度提高设计及制 2   {造水平、 缩短设计制造周期、 降低设计制造成本, 具有广泛的应用前景。   2   {   关键词: 快速原型制造技术; 产品造型设计;制造;应用   2   2   【bt c】nh  tl hfnaea,thiea   v t eot Pt n u a -; A sat/ tsr e eudmn l e nu n a a a s   R  & i e ri   r   i i ,t  ac ts c q s d d n g   h f e e q  en 2td e A  h tdi a di  n au cr mt d oi url r us raa z .  r u d n t ainl eg a m n au e osf n si  o c  e nle  oc .d er t   sn d o f te h     t p d ta   y d d a ;   2aa s  i t  ad il n  n a u   d t lr us y 如 R   c i ec   p vd i ;   nli i c e t t s , d m u c ri ur   o c  £ Pth q sa i r e eg   ys n a sh   g  a f tens i p d tb d e a a e n u  nm o  sn
2 a   n a u   a t e cprd n p d tn os h n  cn u   v 口 iro g u ;   n m u c rq l ,r u eo a r u i   s.Te e thi eh e w f e on   d a f teu i d e i  y d oc o c t   w e q sa e d rr d

2oal t    rpii f p a 几 c。 2 K   r:   hq sn sa ruse n a fte p ci    eW dR t nu .dt 1 o c di ; nau ; p a n y Os Pe ieIur  d t s M ucrA ft c ip   g i 。
. 。 .。 . . ∞ . o . .。 . .   o . o 。 o .o   o . o .  . . o . o 。o .。 .。   . . 》 ∞ .   .. . .   o   o   o .o .   .o . 。 . o _   .o . 。 . o .  .. .. .   。 .   .   o . o .  .o . . . o . o . 。 ‘o . .  .  . 。   o .o . .o   . - o . o

一 

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中图分 类号 :T 4 2 文献标 识码 :   B7 A
SA 、 SS 、 随着 经济的发展 ,人们 的生活水 平不 断提高 ,人们要求产  固化技术 (L ) 选区粉末激光烧结技术 ( I ) 片层叠加 制造  L M) 熔融挤压沉积技术 ( D 等 , F M) 下面对这些典 型工艺  品功能的同时 ,对 产品的造型也提出了更 高的要求 ,不再 以满  技术 ( O 、 足使 用功能为 目的 。而是把产品注入了情 感 ,越来越注重使用  分别进行简单 的介绍。   产品 的个性化 与审美 性 。一个成 功的产 品必须注 意造 型的设  计 ,产品造型体现了设计者的意图和使用者的权利 。只有把设  计者的意图与使用者 的需求统一起来 ,产 品才能成为一个成功  的产品 。这样 , 对产 品造 型设计及制造提出 了更高的要求 。 将快  速原型制造技术应用 于产品造 型设计及制造中 ,能大幅度 提高  产 品设计及制造水平 ,大 幅度缩短设计制造周 期,大幅度降低  设 计制造成本 , 具有广泛 的应用前景。  

1 快速 原型制造 技术 
快速原 型制造 技术 ( ai rty i   auat igTc . R pdPo t n M nfc r   eh op g un  

图 1 快 速 原 型技 术 原 理 
Fi.1 F d me ml  ft e RP t c n q e g   un a n s o      e h i u   h

nl y。 o g 简称 R ) 0 o P 2 世纪 8 年代起源于 日 , O 本 很快发展到美 国  
和西欧 , 是近 2 0年来 制造技术 领域 的一次重大突破 , 当今世  是

1 1 1立体 光刻 ( tro torp y 工 艺  .. See1h gah ) i
s A工艺是基 于液态光敏树脂 的光聚合原理工作 的。 L 这种  液态 材料 在一定 波长 和强度 的紫外光 的照射 下能迅 速发生 光  聚台反应 。  

界上发展 最快的 制造 技术 。它 是一种借 助于计算机辅助设计 ,  
或用实体反求方法采 集得到有 关原型或零件 的几何形状、结构  和材料 的组合信息 ,从而获得 目标原型的概念并 以此建立数字 

112分层 实体制造 L M(a i t   b c M n f — .. O Lm n e O j t au c a d e  a 
tr g 工艺  ui ) n
L M工艺采用 薄片材料 . O 如纸、 塑料薄膜 等。加工 时 , 热压  片材 ,使之与下面 已经成形 的工件粘接 ,用 C : O 激光器在刚粘  接 的新层上切割 出零件 截面轮廓 和工件外框 ,并在截面轮廓与  外框之 间多余 的区域内切割出上下对齐 的网格 。  

化描述模型 , 之后将这些信息输 出到计算机控制的集成制造系  
统 , 过逐 点 、 通 逐面进行材料 的“ 三维堆砌 ” 成型 , 再经过必要的  处理 。使其在外观 、强度和性能等方面达到设计要求 ,达到快  速、 准确地制造原型 、 实际零件或产品的现代方法。其技术原理 
见 图 1  。

1 1几 种 典型 的 R . P工艺 
目前 ,比 常见 的 R 较 P工艺主要有立体光造型或光敏树脂 
★来稿 日期 :0 6 0 1  2 0 — 3— 8

1 13熔融挤 压 成 形 F M(ue  eoio  dl g  .. D F sdD psi Moei ) tn n
工 艺 
F M工艺是利用 热塑性材料 的热熔性 、 D 粘结性 。 在计算机 

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第 1 期  1
控制下层层 堆积 成型。  

何风梅等 : 快速原型制造技 术在工业产品造型设计及制造 中的应用  
2 4反求造型  .

一 1  8一

1 14选择 性激 光 烧 结 S S S l t eL sr it ig  .. L (ee i   ae  ne n ) cv S r
工 艺 

随着社会 的发展与进步 , 产品造 型越趋 复杂 , 在已有的样件  或原型 的基础上进行仿制或开发更新产 品,也是产品造型设计 

S S工艺是利用粉末材料 ( L 金属粉末或非金属粉末 ) 在激光  的一种手段。而实现这一 目的,通常的途径都是通过反求工程 

R vr E g ei ) e n n 照射下烧结 的原理 ,在计算机控制下用高强度的 C 。 O 激光器在  ( ees nier g 。也就是通过对实物进行三维测量 ,获得  样件 的数据 , 输入到计算机 中进行处 理 , 利用测量数据建立其三  铺平的层面上扫描出零件截面堆积成形 。  

12 P技 术 的特 点  . R
R P技术 的最大特点就是成型过程基 本不受模 型复 杂程 度 
的限制 , 并可使模型或模具 的制造周期缩短几倍 乃至几十倍 , 从 

维 C D模型 , 图 2  A 见 。



 

而大大缩短 了新产 品开发 的周期 , 成倍降低新产品研 发成本 , 提 
高新产 品投产 的一次成功率 , 提高企业对市场的响应速度 , 极大  地增强 了企业 的市场竞争力。  

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臣巫巫圆

【 二  匦 ]  
 

2R   P技术在工业产 品造型设计及制造 中 
的应用 
2 1原 型制 造  .
工 业产品设 计的原 型在新产品开发过程中的价值是无可估 
量 的。通过原型 ,设计者可以很快地评 估一 次设计的可行性并  充分表 达其构想 。而传统原型 的制作方法是制作 A S B 模型 , 由  于设备 和工 艺的限制 , 完成这一过程是很困难 的, 与之相 比, 快  速原型制造技术 把原 型制作时问缩短到几小 时或几十个小时 ,   大大提 高 了速度 、 降低了成本。   现代产品对 外形设计 的美观和新颖性要求极 高,传统检验 
圈 2用测量数据建立三维 C D 型 A 模  
F g 2 Cr ai g CAD Mo e   y me s r  aa i .   e tn     d lb    ̄ u e d t 

反求工程的特点是测量速度快 , 可测量内部复杂的结构 , 与  C D衔接得好 , A 建模能力就会提 高。   借助反求工程 ,快速原型制造 技术 不仅可以在原始设计的 

基础上快速生成实物 , 也可用来快速复制实物 , 包括放 大、 缩小 、  

修改和复制等 , 还可 以方便地对快 速原 型制造技术本身制得的  

原型产品进行快速 、准确 的测量 , 用来验证由三维 C D设 计而  A 外形的方法是将产 品图形显示于计算机终端 , 但经常发生“ 画出  制得的原型或零件与原设计的吻合 程度 ,找 出产品设计 中的不  来好看 而做 出来不好看 ”的现象。用快 速原 型制造技术可在最  足, 重新设计 , 使产 品更加完善。   短的时间内 , 用较低的造价做出原型 , 供设计人员和用户审查 ,  
修改设计 可得到 新的原型 , 直到设计者和用户均满意为止。  

3结 语  


2 2模型 的 观感评 价  .


个企业是否具备迅速响应市场的能力 已成为生死存亡的 

关键 。只有具备快速产 品开发能力 , 才能抓住市场机遇 , 才能通 

过快速的循环不断改善质量 ,占领市场 。快速原型制造技术的  被市场接受 。传统 的做法是根据设 计师的思想 ,先制作出效果  出现和发展为工业 产品造型的设 计制造提供 了一种新的方法 ,   图及手 工模 型 ,经决策层评审后再进行 后续设计 。但二维工程  并且必然能大幅度提高产品设 计制造的水平 ,大幅度降低设计  图或三 维观感 图不够直观 , 表达效果受 到很大 的限制 , 手工制作  制造周期, 大幅度降低设计制造成本 。  
模 型耗 时长 , 精度较差 , 修改也 困难。利用快速原 型制造技术能  我国的快速原 型制造技术起步较晚 ,加之缺乏足够的资金  够迅速 地将设计 师的设计思想变成三维的实体模 型,既可节省  投入 ,到 目前为止还没有形成有影 响的制造技术专业企业 。但  大量的时间 , 又能精确地体现设计师的设计理念 , 修改设计 也容  我们应该看到 , 国内许多高校 、 科研院所 和一些大 中型企业 已经 

个产 品外 观是否美观 、实用往往 决定 了该产品是否能够 

易, 为产 品评审决策工作提供直接 、 准确的模型 , 大幅度减少了  拥有快速原型制造技术及设备 ,并 能用于实际加工。可以预见  决策工 作中的影 响因素 。  
该项技术大规模用于工业产品造型设计 及制造将为时不远 ,我 

2 3模 具 制造  .

们应该努力探索其在产 品设计领域的应用 ,以提高工业产品造 

制造水平。   工业产 品外形大部分采用模具压制或注塑制造 ,而模具的  型的设计 、 设计与 制造 是一个多环节 、 多反复 的复杂过程 。由于在实际制  参 考文献 
快速原 型制造技术[ .中国轻工业出版社 , 0. M】 2 1 0   造 和检测前 , 很难保 证产 品在成型过程 中每一个阶段的性 能 , 所  1王秀峰 等 .
M】 20 . 以长期 以来模具设计大都是凭经验或使用传统的 C D进行 的 , 2李发致 等 .模具先进制造技术【 .机械工业 出版社 ,03  A  

模具制 作的周期 长 、 成本高 , 以适应快速增长的市场需要 。 难   快 速原型制造技术不仅能适应各种 生产类型特别是单件小  批的模具生产 , 而且能够适应各种复杂程度 的模具制造 , 既能  它

3颜永 年等 . 先进制造技术 【 . M】 化学工业出版社 。 0. 2 2 0  
4尹希猛等 . 快速成型技术——9 年代新的造型工具【】 中国机械工  0 J.
程 。9 3 4 6 . 19 . ( )  

5林建群 . 造型基础 高等教育出版社 ,0 0 20 .  

制造塑料模具 , 也能制造金属模具 。用快速原型技术制造工业产  6齐春平等 .产 品设计 .电子工业 出版社 ,0 5 20.  

品模具 , 成本低 、 周期短. 而且模具越 复杂越能显示其优越性 。  

7江湘云等 . 产品模型制作 . 北京理工大学 出版社 , 0   2 5 0


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