快速原型制造及逆向工程技术的应用
２６茂名学院学报２００９年２快速成型技术的典型工艺及特点
快速成型泸的技术种类如图２所示，主要有固态法、液态法、半液态法和粉末法四种。
图ｌ快速成型工艺流程图２快速成型技术种类
１）固态法。快速成型技术中的固态法以美国Ｈｅｌｉｓｙｓ公司和日本Ⅺｍ公司的薄片层压（ＬＤＭ）方法为代表。ＬｏＭ（‰ｉｎａｔｅｄｏｂｉｅｃｔＭａＪｌｕｋｔ嘶ｎｇ）叠层实体制造法的加工原理如图３所示。叠层实体制造也称薄形材料选择性切割。它根据ＣＡＤ三维模型每一个截面的轮廓线，在计算机的控制下，用ｃＯ，激光对薄形材料进行切割。逐步得到各层截面，用滚轮加热加压，以使热熔胶受热并使层与层粘结在一起，这样反复逐层切割、粘合直至形成所需产品。零件轮廓以外的部分用激光剪切成小碎片，以便零件制作完毕之后移去【２』。这种方法的主要优点是：（１）成型精度高；（２）无需后固化处理；（３）无需支撑结构；（４）原材料价格便宜，成本低。其主要缺点是：（１）不适宜做薄壁原型；（２）表面比较粗糙，成型后需要打磨；（３）易吸湿膨胀；（４）工件强度差，缺少弹性；（５）材料浪费大，清理废料比较困难。根据以上特点，ＬＯＭ法主要适合成型大中型的实体零件。
２）液态法。光固化成型法ＳＬＡ（Ｓｔｅｒｅ０Ｕｍｏｇ阻一ｐｈｙＡｐｐａｒａｔｕｓ），是美国３Ｄｓｙｓｔｅ腌公司发明的最早发展起来的快速成型技术，其工作原理如图４所示。将液态光敏聚合物存放于液槽中，使紫外激光器所发射出的激光束在计算机的控制下，按切片软件所得到的每层薄片的二维图形轮廓轨迹对液态光敏树脂进行扫描固化，形成连续的固化点，从而构成模型的一个薄截面轮廓。一层固化完成后，工作台下移一个层厚的距离，以使在原先固化好的树脂表面再敷上～层新的液态树脂，如此重复，直至得到三维实体模型。光固化成型的优点是：（１）成型速度快，自动化程度高；（２）尺寸精度高；（３）表面质量好，可以达到磨削加工的表面效果。其主要缺点是：（１）需要支撑结构；（２）成型过程发生物理和化学变化，容易翘曲变形；（３）原材料有污染；（４）需要固化处理，且不便进行机加工；（５）成型件易吸湿膨胀，抗腐蚀能力较差。根据以上特点，ＳＬＡ法主要应用于复杂、高精度、有艺术用途的精细件。
激光
扫描
图３ＬＯＭ快速成型技术原理图４ＳＬＡ快速成型技术原理３）半液态法。半液态法以熔融沉积法ＦＤＭ‘３１（ＦｕｓｅｄＤｅｐｏｓｉｔｉ０Ｍ０ｄｅｌｉｎｇ）为代表。熔融沉积法又被称为熔丝沉积法或丝状材料选择性熔覆，如图５所示。它将丝状的热熔性材料加热融化，使三维喷头在计算机
第４期陈银清等：快速原型制造及逆向工程技术的应用２７
的控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面。然后重复以上过程，继续熔喷沉积，直至形成整个实体造型。工件是建立在海绵状的物体上，取下工件非常容易，因此没有ｓＬＡ制作过程中须将工件由升降平台小心翼翼地分离的问题【３Ｊ。熔融沉积法的主要优点是：（１）成型材料种类多，成型件强度高；（２）精度高，表面质量好，易于装配；（３）无公害，可在办公室环境下进行。其主要缺点是：（１）成型时间较长；（２）需要支撑；（３）沿成型轴垂直方向的强度比较弱。所以，此方法主要应用于成型小塑料件。
４）粉末法。激光选区烧结技术简称ＳＬＳ（Ｓｅｌｅｃｃｉｖｅ【ａｓｅｒｓｉｎｔｅｒｉｎｇ），粉末法又称为选区激光烧结法，其工作原理类似ＳＬＡ，如图６所示。它的原理是预先在工作台上铺一层粉末材料（金属粉末或非金属粉末），使激光在计算机控制下，按照界面轮廓信息，对实心部分粉末进行烧结，然后不断循环，层层堆积成型ＨＪ。此方法的优点是：（１）可直接得到金属件；（２）材料选择范围广；（３）原则上无需支撑结构；（４）材料利用率高，成型速度快。其主要缺点是：（１）成型件的强度和精度较差；（２）能量消耗高；（３）后处理工艺复杂，样件的变形较大。针对以上特点，ＳＬｓ法主要应用于铸造业，用来直接制作快速模具。
图５熔融沉积法ＦＤＭ图６激光区烧结技术ＳＬＳ以上是一些传统的、典型的快速成型的工艺方法。快速成型制造技术是一个具生命力的技术，近年来研究和开发人员不断探索新的方法，如“多种材料组织的熔积成形”法，“气相沉积成型（ｓＡｍ）”、“侵入式光成型”、“层扫描光固化法”、“轮廓成型工艺”、“直接光成形”、“三维焊接成型”、“光成型表面光顺工艺”。这些方法都是在传统工艺的基础上向复合成型、降低成本、简化工艺、提高速度和精度的方向发展起来的新的工艺。这些工艺的加工原理与传统一致，只是在材料选择和应用范围方面有所改进。
３逆向工程与快速成型集成技术
３．１逆向工程与快速成型集成
逆向工程（也叫反求工程）运用三次元机对已有的模型进行扫描，直接获取样品三维点数据及二维外型轮廓数据，再利用各种三维软件（Ｉｍａｇｗａｒｅ／Ｓｕ血ｃｅ、ｃ叩ｙＣＡＤ、‰ｎ硒ｃ、ｕＧ、Ｃ帆～、Ｐｍ／Ｅ等）将获取的数据绘制成真实的立体模型，并可参照原板作整体或局部设计变更，最后通过组装，检测，分析，模型重构完成整套产品的设计［５】。
利用快速成型制造技术生产产品的前提条件是需要有产品的三维图形，且产品的外型可以通过开发设计。但近年来，快速成型制造技术应用非常广泛，尤其在汽车制造、航天航空、建筑、家电、卫生医疗及娱乐等领域，为了适应产品更新换代快的特点，更多的是在原有的基础上改进来完成设计。这就需要利用原来产品的三维数据，而最有效、快速的方法就是利用逆向工程技术，求得产品的点云集而快速绘制零件的三维图形，为快速成型制造技术提供技术数据。
Ｉｍａｇｅｗａｒｅ软件是逆向工程中应用最为广泛的软件。下面以ｈ１１蹭ｅｗａｒｅ软件为例，简单介绍逆向工程的一般步骤：（１）数字化测量得到实物原型的三维模型数据（即点云），见图７；（２）根据物体形状，选择截面，截取点云数据，根据截取的点云数据，拟合曲线，见图８；（３）根据拟合成的曲线生成曲面，见图９；（４）ｈ＿ａ秽ａｒｅ软件根据误差分析功能，分析重构曲面与原始曲面的误差，见图１０。
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图７点云数据图８重构的特征曲线
图９重构曲面图１０重构的误差通过以上的步骤可反复构造曲面，直到理想，这样也就得到了快速成型制造的三维数据。
３．２逆向工程快速成型集成技术应用实例
逆向工程在汽车制造、航天航空、建筑、家电、卫生医疗及娱乐等领域的应用很广，部分应用实例（如图１１所示）。
图１１应用实例
４结语
快速成型技术是一种正在不断完善的先进制造技术，具有广泛的应用前景。逆向工程与快速成型制造相结合，将从根本上改变传统产品的开发设计、制造模式，解决一些复杂形体难以三维建模及加工出实物的问题，实现产品的快速三维拷贝，形成一个包括设计、制造、检测的快速设计制造闭环反馈系统，从而大大缩短了产品的设计、生产周期，成本也会随之大幅度的降低。目前ＲＰ技术在欧美、日本等发达国家应用较为广泛，我国仅仅一些高等院校及有关厂家在吸收消化国外技术的基础上开发出了快速成型机，但是在质量和数量以及应用领域方面都比不上国外。总之快速成型技术（ＲＰ）是当今制造业赢得市场的法宝，其以独特的优势和魅力，在制造业领域起到越来越重要的作用，并将给制造业带来深远的影响。因此，快速成型制造技术必将在现有基础上不断开发出新的工艺、材料及智能化技术，以能直接生产半功能性、功能性零件为目标，朝精密化、低成本、标准化方向发展。（下转第３４页）
快速原型制造及逆向工程技术的应用
作者：陈银清， 李凯， 冯旭强， CHEN Yin-qing， LI Kai， FENG Xu-qiang
作者单位：茂名学院,机电工程学院,广东,茂名,525000
刊名：
茂名学院学报
英文刊名：JOURNAL OF MAOMING COLLEGE
年，卷(期)：2009,19(4)
参考文献(5条)
1.刘伟军快速成型技术与应用 2005
2.李春祥;彭淑慧;谢鹏寿快速成型技术原理及应用[期刊论文]-甘肃工业大学学报 2003(03)
3.罗晋;叶春生;黄树槐FDM系统的重要工艺参数及其控制技术研究[期刊论文]-锻压装备与制造技术 2005(06)
4.姚山;陈宝庆;曾锋覆膜砂选择性激光烧结过程的建模研究[期刊论文]-铸造 2005(06)
5.王霄逆向工程技术及其应用 2004
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3.彭育辉.高诚辉.何炳蔚.Peng Yu-hui.Gao Cheng-hui.He Bing-wei反求工程与快速原型制造集成方法的分析与比较[期刊论文]-机械研究与应用2007,20(1)
4.徐永军九年级化学复习的八点建议[期刊论文]-试题与研究(新课程论坛)2011(6)
5.张舜德.魏正英.卢秉恒逆向工程技术及其工业应用[期刊论文]-甘肃工业大学学报2001,27(2)
6.张海英.曹铁珍.马伟.段楠楠.ZHANG Hai-ying.CAO Tie-zhen.MA Wei.DUAN Nan-nan快速原型技术在柴油机进排气道加工制造中的应用[期刊论文]-煤矿机械2008,29(5)
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8.ZHANG Pijun Preface[期刊论文]-宝钢技术研究（英文版）2010,04(4)
9.张勇面向快速原型制造的医学图像三维重建系统研究[学位论文]2011
10.徐向兰.张建立.姜合萍.张秋萍STL文件在压气机零件逆向工程中的应用研究[会议论文]-2006
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