[發(fā)明專利]一種快速成型方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510676985.4
• 申請(qǐng)日: 2015-10-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105170974A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-12-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐靖嵐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 無(wú)錫清楊機(jī)械制造有限公司
• 主分類號(hào): B22F3/00
• 分類號(hào): B22F3/00;B33Y10/00;B29C67/00;B28D1/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 張海英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種快速成型方法。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)需要和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是全球經(jīng)濟(jì)“一體化”程度的不斷提高，產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，更新的周期和投放市場(chǎng)的時(shí)間越來(lái)越短。市場(chǎng)的殘酷競(jìng)爭(zhēng)要求設(shè)計(jì)者不但能根據(jù)市場(chǎng)的要求很快地設(shè)計(jì)出新產(chǎn)品，而且能在盡可能短的時(shí)間內(nèi)制造出產(chǎn)品的樣品，進(jìn)行各種必要的性能測(cè)試，根據(jù)試結(jié)果進(jìn)行修改，最后形成投放市場(chǎng)的定型產(chǎn)品，降低投資風(fēng)險(xiǎn)。

快速成型技術(shù)正是在這種背景下發(fā)展并不斷成熟起來(lái)并于上個(gè)世紀(jì)80年代中后期開(kāi)始商品化的一種高新制造技術(shù)。快速成型技術(shù)(RapidPrototyping，簡(jiǎn)稱RP：RapidPrototyping&Manufacturing，簡(jiǎn)稱RPM)能很快地將產(chǎn)品零件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模型(CAD模型)轉(zhuǎn)換為物理模型、零件原型或零件，而無(wú)需任何專用工具及工裝。

對(duì)于制造業(yè)來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)過(guò)程及制造過(guò)程中的信息通過(guò)數(shù)字表述后，產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)及計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)技術(shù)加快了設(shè)計(jì)與制造過(guò)程的速度，提高了這一過(guò)程的柔性及可控性，為制造業(yè)帶來(lái)了一場(chǎng)革命。CAD和CAM技術(shù)可視為一種數(shù)字驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。而快速成型技術(shù)則是繼CAD和CAM技術(shù)之后的又一項(xiàng)為設(shè)計(jì)和制造帶來(lái)巨大變革的新技術(shù)。

快速成型技術(shù)原理

快速成型技術(shù)是由CAD模型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造任意復(fù)雜形狀三維物理實(shí)體的技術(shù)總稱。

首先設(shè)計(jì)出所需零件的計(jì)算機(jī)三維模型(數(shù)字模型、CAD模型)，然后根據(jù)工藝要求，按照一定的規(guī)律將該模型離散為一系列有序的單元，通常在z向?qū)⑵浒匆欢ǖ暮穸冗M(jìn)行離散(習(xí)慣稱為“分層”)，把原來(lái)的CAD模型變成一系列的層片；再根據(jù)每個(gè)層片的二維信息(截面或輪廓)，輸入加工參數(shù)，自動(dòng)生成數(shù)控代碼：最后由成型機(jī)成型一系列層片并自動(dòng)將它們聯(lián)接起來(lái)，得到與三維CAD模型相一致的三維實(shí)體。這樣就將一個(gè)復(fù)雜的三維加工轉(zhuǎn)變成為一系列二維層片的加工，因此大大降低了加工難度，這也就是所謂的降維制造。

快速成型技術(shù)最大的特點(diǎn)就在于其制造的高柔性，即無(wú)需任何專用的刀具和夾具，由零件的CAD模型直接驅(qū)動(dòng)設(shè)備完成零件或零件原形的成型制造；只需改變零件的CAD模型，就能很方便地獲得相應(yīng)的零件或原形，使得成型過(guò)程的難度與待成型物理實(shí)體形狀的復(fù)雜程度無(wú)關(guān)。離散化的終極發(fā)展是數(shù)字化，因?yàn)檠芯繉?duì)象通過(guò)離散后還可以是模擬量的集合，而數(shù)字化則是將研究對(duì)象徹底離散成數(shù)字量的集合。離散數(shù)字方法和數(shù)字技術(shù)是數(shù)字計(jì)算機(jī)的理論和技術(shù)基礎(chǔ)，而數(shù)字計(jì)算機(jī)和數(shù)字控制技術(shù)則進(jìn)一步促進(jìn)了離散方法乃至數(shù)字化方法在各行各業(yè)中的廣泛應(yīng)用。數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用使得其信息過(guò)程實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化描述，從而大大加強(qiáng)了信息過(guò)程與物理過(guò)程之間結(jié)合的緊密程度，由此產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)(CNC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)技術(shù)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)等。

傳統(tǒng)成型方法過(guò)程(去除成型和受迫成型)應(yīng)用了數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)后，產(chǎn)生的數(shù)字驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)和數(shù)字驅(qū)動(dòng)制造實(shí)現(xiàn)了信息過(guò)程的數(shù)字化以及對(duì)成型工具的數(shù)字化控制，但對(duì)于成型過(guò)程中材料的轉(zhuǎn)移這一物理過(guò)程則仍是一種完全被動(dòng)的、未經(jīng)數(shù)字控制的過(guò)程。材料是成型過(guò)程最終作用的對(duì)象和目標(biāo)，所以，從這一角度看，這類方法屬于模擬成型，或者說(shuō)是“數(shù)字驅(qū)動(dòng)模擬成型”。快速成型技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了信息過(guò)程的數(shù)字化，而且實(shí)現(xiàn)了物理過(guò)程的數(shù)字化。其材料的轉(zhuǎn)移過(guò)程是利用材料的疊加性，在數(shù)字化信息控制下，采用按需添加的方式，在三維空間內(nèi)數(shù)字化地分步將材料逐漸堆積起來(lái)成型(這進(jìn)一步提高了制造過(guò)程的柔性)。所以，從成型過(guò)程中材料轉(zhuǎn)移的特征來(lái)看，快速成型技術(shù)又可稱為“數(shù)字化成型技術(shù)”。

數(shù)字化是信息時(shí)代和數(shù)字化時(shí)代成型方式的重要發(fā)展趨勢(shì)之一，也就是說(shuō)，成型技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一就是數(shù)字成型。目前各種快速成型工藝基本上可以認(rèn)為是一種“數(shù)字化”的成型方式，是充分利用數(shù)字方法控制成型材料按序堆積的成型技術(shù)，它是成型技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。

1.1.2快速成型技術(shù)特點(diǎn)

快速成型技術(shù)具有以下幾個(gè)基本特點(diǎn)：

(1)由CAD模型直接驅(qū)動(dòng)。

快速成型技術(shù)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)與制造一體化，在快速成型工藝中，計(jì)算機(jī)中的CAD模型數(shù)據(jù)通過(guò)接口軟件轉(zhuǎn)化為直接驅(qū)動(dòng)快速成型設(shè)備的數(shù)控指令，快速成型設(shè)備根據(jù)數(shù)控指令完成原型或零件的加工。由于快速成型以分層制造為基礎(chǔ)，可以較方便地進(jìn)行路徑規(guī)劃，將CAD結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造一體化，這也是直接驅(qū)動(dòng)的含義。

(2)可以制造具有任意復(fù)雜形狀的三維實(shí)體。