材料与成形技术_6.ppt

封面 第6章快速成形 6 1概述 快速成形技术 rapidprototyping 简称RP 又称快速原型制造技术 是近年来发展起来的一种先进制造技术 快速成形技术20世纪80年代起源于美国 很快发展到日本和欧洲 是近年来制造技术领域的一次重大突破 快速成形是一种基于离散堆积成形思想的数字化成形技术 是CAD 数控技术 激光技术以及材料科学与工程的技术集成 它可以自动 快速地将设计思想物化为具有一定结构和功能的原型或直接制造零部件 从而可对产品设计进行快速评价 修改 以响应市场需求 提高企业的竞争能力 快速成形技术的出现 反映了现代制造技术本身的发展趋势以及激烈的市场竞争对制造技术发展的重大影响 图6 1从1988年至2000年RP机器全球销售量 在全世界 北美占据使用快速成形技术的统治地位 至2000年年底 45 的快速成形机都是安装在这一地区 如图6 2所示 虽然快速成形技术问世不久 但由于它给制造业带来的巨大效益 使其应用日益广泛 快速成形技术在工业 医学 军事 汽车 航空和航天等领域的应用情况如图6 3所示 图6 2全球各地区RP机器拥有量 图6 3快速成形应用领域的分布比例 6 2快速成形技术原理及工艺 世界上目前有334个快速成形技术服务中心 27个快速成形设备制造商 12家材料供应商 14家专门软件供应商 23家咨询机构和51家教育科研机构 在发达国家 快速成形已成为一个新兴的产业分支 前景十分诱人 按PrattandW hitney1994年的报告 他们用新技术制备2000件铸模花费是60万美元 而且节省时间70 90 若用传统方法 估计的费用是700万美元 目前 新的RP工艺不断产生 功能不断完善 精度不断提高 成形速度不断提高 例如随固态激光技术的突破 高达1000MW的紫外激光器应用在STL设备中 使其速度大大提高 激光器的寿命也由最初的2500h延长到上万小时 新型高性能光敏树脂的出现 解决了STL的收缩变形和强度等问题 EOS公司的EOSINT M激光金属粉末烧结快速成形设备可直接成形金属零件或注塑模具 在软件方面STL文件的处理软件不断专业化 使各种文件的转换和STL文件的修复 处理 操作功能等日臻完善 形成了基于STL的CAD平台 6 2 1快速成形技术原理 现代成形理论是研究将材料有序地组织成具有确定外形和一定功能的三维实体的科学 笼统地讲 RP属于堆积成形 严格地讲 RP应属于离散 堆积成形 通过离散获得堆积的路径 限制和方式 通过堆积材料叠加起来成形三维实体 图6 4传统加工与快速成形 RP将CAD CAM CNC 精密伺服驱动 光电子和新材料等先进技术集于一体 依据由CAD构造的产品三维模型 对其进行分层切片 得到各层截面的轮廓 按照这些轮廓 激光束选择性地喷射 固化一层层液态树脂 或切割一层层的纸 或烧结一层层的粉末材料 或喷射源选择性地喷射一层层的粘结剂或热熔材料等 形成各截面 逐步叠加成三维产品 它将一个复杂的三维加工简化成一系列二维加工的组合 RP与传统的去除成形的区别如图6 4所示 根据成形学的观点 从物质的组织方式上 可把成形方式分为去除成形 dislodgeforming 堆积成形 stackingforming 受迫成形 forcedforming 和生长成形 growthforming 四类 RP属于堆积成形 即是运用合并与连接的方法 把材料 气 液 固相 有序地合并堆积起来的成形方法 堆积成形是在计算机控制下完成的 其最大特点是不受成形零件复杂程度的限制 6 2 2快速成形方式分类 6 2 3快速成形的工艺流程 快速成形工艺流程如下 1 三维模型构造由于RP系统只接受计算机构造的产品三维模型 立体图 然后才能进行切片处理 因而首先应在PC机或工作站上用CAD软件 如UG Pro E I DEAS等 根据产品要求设计三维模型 或将已有产品的二维三视图转换成三维模型 或在逆向工程中 用测量仪对已有的产品实体进行扫描 得到数据点云 进行三维重构 2 三维模型的近似处理由于产品上往往有一些不规则的自由曲面 加工前必须对其进行近似处理 经过近似处理获得的三维模型文件称为STL格式文件 它由一系列相连空间三角形组成 典型的CAD软件都有转换和输出STL格式文件的接口 但有时输出的三角形会有少量错误 需要进行局部修改 3 三维模型的分层 Slicing 处理由于RP工艺是按一层层截面轮廓来进行加工的 因此加工前须将三维模型上沿成形高度方向离散成一系列有序的二维层片 即每隔一定的间距分一层片 以便提取截面的轮廓 间隔的大小按精度和生产率要求选定 间隔越小 精度越高 但成形时间越长 间隔范围为0 05 0 5mm 常用0 1mm 能得到相当光滑的成形曲面 层片间隔选定后 成形时每层叠加的材料厚度应与其相适应 各种成形系统都带有Slicing处理软件 能自动提取模型的截面轮廓 塑料的组成 4 截面加工根据分层处理的截面轮廓 在计算机控制下 RP系统中的成形头 如激光扫描头或喷头 由数控系统控制 在x y平面内按截面轮廓进行扫描 固化液态树脂 或切割纸 烧结粉末材料 喷射粘结剂 热熔剂和热熔材料 得到一层层截面 5 截面叠加每层截面形成之后 下一层材料被送至已成形的层面上 然后进行后一层的成形 并与前一层面相粘结 从而将一层层的截面逐步叠合在一起 最终形成三维产品 6 后处理成形机成形完毕后 取出工件 进行打磨 涂挂 或者放进高温炉中烧结 进一步提高其强度 如3D P工艺 对于SLS工艺 将工件放入高温炉中烧结 使粘结剂挥发掉 以便进行渗金属 如渗铜 处理 RP工艺流程如图6 5所示 6 2 4快速成形的优点 1 RP采用离散 堆积成形的原理 自动完成从数字模型 CAD模型 到物理模型 原型或零件 的转换 零件的制造信息体现在材料结合的顺序以及每一次材料转变量与深度的控制上 即信息通过控制每个单元的制造和各个单元的结合而实现对整个成形过程的控制 它将一个十分复杂的三维制造过程简化为二维过程的叠加 成形方法优于铸造 锻压成形 可成形任意复杂形状的零件 2 RP具有高度的柔性 在堆积成形过程中 信息过程与物理过程的结合达到比较高级的阶段 没有 模具 卡具 和 切削加工 的概念 不受传统机械加工中刀具无法达到某些型面的限制 RP提供了一种直接并完全自动地把三维CAD模型转换为三维物理模型或零件的制造方法 3 RP实现了机械工程学科多年来追求的两大先进目标 即设计 CAD 与制造 CAM 一体化 材料提供过程与材料制造过程一体化 4 加工信息的修改或重组可以通过对CAD模型进行修改或重组 获得一个新零件的设计和加工信息可直接在计算机上完成 零件的制造可以从几小时到几十小时内完成 具有突出的快速制造的优点 5 与逆向工程 reverseengineering RE 相结合 可作为快速开发新产品的先进工作平台 6 3快速成形的主要工艺方法 目前 已有多种RP和商品化的RP系统 以下对几种主要的方法做一简要介绍 6 3 1立体光固化SLA SLA stereolithographyapparatus 是基于液态光敏树脂光固化原理工作的 其工作原理如图6 6所示 液槽中盛满液态光敏树脂 紫外波长的激光束在偏转镜作用下于液面上按截面轮廓信息扫描 光点经过的地方 受辐射的液体就固化 这样一次平面扫描便加工出一个与分层平面图形相对应的层面 并与前一层已固化部分牢固地粘结起来 如此反复直到整个产品完成 图6 6SLA工艺过程 这种方法适合成形小件 能直接得到塑料产品 表面质量较好 并且由于紫外激光波长短 例如He Cd激光器 波长 325nm 可以得到很小的聚焦光斑 从而得到较高的尺寸精度 缺点是 1 需要设计支撑结构 才能确保在成形过程中制件的每一个结构部分都能可靠定位 2 成形中有物相变化 翘曲变形较大 可以通过支撑结构加以改善 3 原材料有污染 易使皮肤过敏 6 3 2分层实体制造LOM LOM laminatedobjectmanufacturing 也称薄形材料选择性切割 它根据三维模型每一个截面的轮廓线 在计算机的控制下 用CO2激光束对薄形材料 如底面涂胶的纸 进行切割 逐步得到各层截面 并粘结在一起 形成三维产品 如图6 7所示 扫描器件有的采用直线单元 适合于大件的加工 也可采用振镜扫描方式 这种方法适合成形大 中型零件 翘曲变形小 成形时间短 但尺寸精度不高 材料浪费大 且清除废料困难 图6 7LOM成形原理示意图 6 3 3选择性激光烧结SLS SLS selectedlasersintering 与SLA工艺在材料 激光器和材料进给方式上有较大差别 如表6 1所示 SLS工作原理如图6 8所示 成形时先在工作台上铺上一层粉末材料 激光束在计算机的控制下 按照截面轮廓的信息 对制件的实心部分所在的粉末进行烧结 一层完成后 工作台下降一个层厚 再进行后一层的铺粉烧结 如此循环 最终形成三维产品 这种方法适合成形中 小型零件 能直接制造蜡模或塑料 陶瓷和金属产品 制件的翘曲变形比SLA工艺小 这种工艺要对实心部分进行填充式扫描烧结 因此成形时间较长 可烧结覆膜陶瓷粉和覆膜金属粉 得到成形件后 将制件置于加热炉中 烧掉其中的粘结剂 并在孔隙中渗入填充物 如铜 它的最大优点在于适用材料广 几乎所有的粉末都可以适用 所以其应用范围也最广 图6 8SLS成形原理示意图 6 3 4熔化沉积成形FDM FDM fuseddepositionmodeling 也称丝状材料选择性熔覆 其工作原理如图6 9和视频2所示 三维喷头在计算机控制下 根据截面轮廓的信息 做x y运动 丝材 如塑料丝 由供丝机构送至喷头 并在喷头中加热 熔化 然后被选择性地涂覆在工作台上 快速冷却后形成一层截面 一层完成后 工作台下降一层厚度 再进行后一层的覆涂 如此循环 形成三维产品 这种方法适合成形小塑料件 制件的翘曲变形小 但需要设计支撑结构 由于是填充式扫描 因此成形时间较长 为了克服这一缺点 可采用多个热喷头同时进行涂覆 提高成形效率 表6 1SLS与SLA工艺区别 6 3 5三维打印3D P 图6 9FDM成形原理示意图 3D P Three DimensionalPrinting 也称粉末材料选择性粘结 其工作原理如图6 10所示 喷头在计算机的控制下 按照截面轮廓的信息 在铺好的一层粉末材料上 有选择性地喷射粘结剂 使部分粉末粘结 形成截面层 一层完成后 工作台下降一个层厚 铺粉 喷粘结剂 再进行后一层的粘结 如此循环形成三维产品 粘结得到的制件要置于加热炉中 做进一步的固化或烧结 以提高粘结强度 6 3 6形状沉积制造SDM SDM shapedepositionmanufactu ring 是去除加工与分层堆积制造相结合的一种新型快速成形工艺 因而结合了两种零件成形的优点 既可制造金属零件 具有较高的成形精度 由切削加工保证 又基本突破了零件复杂程度的限制 而且与其他快速成形工艺过程一样 由CAD模型直接驱动 无需编程 其层层加工的原理是 喷头喷出的熔化材料沉积到成形表面上冷却凝固 点点堆积获得层面 然后利用五轴数控加工设备精确地加工新获得的层面 包括轮廓形状和层面厚度 并进行喷丸去应力处理 使其具有较高的精度和较小的内应力 如图6 11所示 成形材料包括金属和各种塑料 除此之外近几年还出现了 热塑性材料选择性喷洒 变长线扫描SLSRPT 高功 图6 11SDM成形原理示意图 图6 103DP成形原理示意图 率激光二极管线阵能量源SLSRPT 6 4快速成形技术的应用 目前 快速成形技术在模具 家用电器 汽车 航空航天 军事装备 材料 工程 玩具 轻工产品 工业造型 建筑模型 医疗器具 人体器官模型 生物材料组织 考古 电影制作等领域都得到了广泛的应用 按快速成形制造技术的产品功能 其应用可以分成原型制造 模具制造 模型制造 零部件制造等 快速成形技术的应用目的主要有生产研制 市场调研和产品使用 在生产研制方面 主要通过快速成形系统制作原型用来验证概念设计 确认设计 性能测试 制造模具的母模和靠模 在市场调研方面 可以把制造的原型展示给最终用户和各个部门 广泛征求意见 尽量在新产品投产之前 完善设计 生产出适销对路的产品 在产品使用方面 可以直接利用制造的原型 零件或部件的最终产品 6 4 1原型制造 快速成形在新产品开发过程中的价值是无可估量的 设计者通过快速成形可以很快地评估一次设计的可行性并充分表达其构想 快速成形可以很方便地生产和更改原型 使设计评估及更改在很短的时间内完成 而传统原型制作方法是制作陶模 木模或塑料模 由于时间和成本的限制 完成这一过程是很困难的 与之相比 快速原型制造技术可以把原型制作时间缩短到几小时或几十小时 大大提高了速度 降低了成本 是实现并行工程强有力的工具 1 模型 零件的现成评价 快速成形制造技术能够迅速地将设计师的设计思想变成三维的实体模型 既可节省大量的时间 又能精确地体现设计师的设计理念 为产品评审决策工作提供直接 准确的模型 减少了决策工作中的不正确因素 2 结构分析与装配校核由于应用快速成形技术制作出的样品比计算机生成的二维 三维效果图像更加直观 真实 而且具有手工制作的模型所无法比拟的精度和速度 因而在样件制作方面有很大的优势 快速成形技术在进行结构合理分析 装配校核 干涉检查等对新产品开发 尤其是在有限空间内的复杂 昂贵系统 如卫星 导弹 的可制造性和可装配性检验尤为重要 3 性能及功能测试利用快速成形技术可以进行设计验证 配合评价和功能测试 可以直接作性能和功能参数试验与相应的研究 如流动分析 应力分析 流体和空气动力学分析等 6 4 2快速制模RT 采用模具生产零件具有效率高 质量好 节约能源和原材料以及成本低等一系列优点 集中体现了现代先进制造技术实现优质 高效 低耗 清洁生产的思想 已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向 然而模具的设计与制造是一个多环节 多反复的复杂过程 由于在实际制造和检测前 很难保证产品在成形过程中每一个阶段的性能 所以长期以来模具设计大都是凭经验或使用传统的CAD进行的 要设计和制造出一副适用的模具往往需要经过由设计 制造到试模 修模的多次反复 致使模具制作的周期长 成本高 甚至可能造成模具的报废 难以适应快速增长的市场需求 快速成形技术配合逆向工程不仅能适应各种生产类型特别是单件小批的模具的快速制造 而且能适应各种复杂程度的模具快速制造 快速制模技术的应用可分为直接制模和间接制模 主要用于制造注塑模 冲压模和铸模等 1 直接制造模具 传统的模具设计 只有在模具验收合格后才能进行整机的装配和各种验收工作 对于在试验中发现的设计中的不合理之处 需要对原来的设计进行修改 再相应地对模具进行修改 这样就会在设计与制造过程中造成大量重复性工作 导致模具的制造周期长 成本高 模具产生设计缺陷等 这些都会造成重大损失 2 间接制造摸具 短工期和小批量的单件制造的最好方法就是快速成形直接制造模具 它能在几天之内完成非常复杂的零部件模具的制造 而且越复杂越能显示其优越性 快速成形技术可精确制作模具的型芯和型腔 也可直接用于注射过程制作塑料样件 原型可用来间接制造模具 采用快速原型技术 结合精密铸造 金属喷涂制模 硅橡胶等制造软模 电极研磨 粉末烧结等技术就能间接快速制造出模具 间接制模法指利用快速原型制造技术首先制作模芯 然后用此模芯复制硬模具 如铸造模具 或采用喷涂金属法获得轮廓形状 或者制作母模复制软模具等 对快速原型制造技术得到的原型表面进行特殊处理后代替木模 直接制造石膏型或陶瓷型 或是由原型经硅橡胶模过渡转换得到石膏型或陶瓷型 再由石膏型或陶瓷型浇注出金属模具 快速成形制造精度的提高 促使间接制模工艺的基本成熟 其方法则根据零件生产批量大小而不同 常用的有硅橡胶模 批量50件以下 环氧树脂 数百件以下 金属冷喷涂模 3000件以下 快速制作EDM电极加工钢模 5000件以上 等 1 硅橡胶模具 以原型为模样 采用硫化的有机硅橡胶浇注制作硅橡胶模具 即软模 softtool ing 其工艺过程为 制作原型 对原型表面处理 使其具有较好的表面粗糙度 固定放置原型 模框 在原型表面施脱模剂 在抽真空装置中抽去硅橡胶混合体 浇注硅橡胶混合体得到硅橡胶模具 硅橡胶固化 取出原型 若发现模具有缺陷 可用新调配的硅橡胶修补 2 树脂型复合模具这种方法是将液态的环氧树脂与有机或无机材料复合作为基体材料 以原型为基准浇注模具的一种间接制模方法 bridgetooling 通常可直接进行注塑生产 其工艺过程为 制作原型 表面处理 设计并制作模框 选择与设计分型面 在原型表面及分型面刷脱模剂 刷胶衣树脂 浇注凹模 浇注凸模 3 金属冷喷涂模以原型为模样 待低熔点金属充分雾化后以 定的速度喷射到模样表面 形成模具型腔表面 背衬填充铝的环氧树脂或硅橡胶复合材料支撑 将壳与原型分离 得到精密的金属模具和用快速成形直接加工金属模具 也称硬模 hardtooling 通常指的是用间接方式制造 加入浇注系统 冷却系统和模架构成注塑模具 其特点是工艺简单 周期短 型腔及其表面精细花纹一次同时形成 省去了传统模具加工中的制图 数控加工和热处理等步骤 无需机加工 模具尺寸精度高 周期短 成本低 4 陶瓷型精铸模 以快速成形系统制作的模型 用特制的陶瓷浆料浇注成陶瓷铸型 制作模具 1 化学粘结陶瓷浇注型腔用快速成形系统制作纸质母模的原型 浇注硅橡胶 环氧树脂 聚氨酯等软材料 构成软模 移去原型 在软模中浇注化学粘结陶瓷 CBC 陶瓷基复合材料 型腔 之后在205 下固化CBC型腔并抛光型腔表面 加入浇注系统和冷却系统后便制得小批量生产用注塑模 这种化学粘结陶瓷型腔的寿命约为300件 2 用陶瓷或石膏模浇注金属型腔用快速成形系统制作纸质母模的原型 浇注硅胶 环氧树脂 聚氨酯等软材料 构成软模 移去母模 在软模中浇注陶瓷或石膏模 浇注金属型腔 型腔表面抛光后加入浇注系统和冷却系统等便可批量生产注塑模 以聚碳酸脂为材料 用SLS快速制出母型 并在母体表面制出陶瓷壳型 焙烧后用铝或工具钢在壳内进行铸造 即得到模具的型芯和型腔 该方法制作周期不超过4周 制造的模具可生产250000个塑料制品 5 熔模铸造法制造金属模 1 制作单件金属型腔用快速成形系统制作原型蜡制母模 将母模浸入陶瓷砂液 形成模壳 在炉中固化模壳 烧去母模 之后在炉中预热模壳并在模壳中浇注钢或铁液形成型腔 进行型腔表面抛光 加入浇注系统和冷却系统等后 铸造批量生产用注塑模 铸造铝 铜之类的熔模浇注模也可以用此法制造 3 模型制造 2 制造多件金属型腔用快速成形系统制作原型母模 用金属表面喷镀 或用铝基复合材料 硅橡胶 环氧树脂 聚氨酯浇注法 构成蜡模的成形模 在成形模中 用熔化蜡浇注蜡模 浸蜡模于陶瓷砂液 形成模壳 在炉中固化模壳 熔化蜡模 在炉中预热模壳并在模壳中浇注钢或铁液形成型腔 进行型腔表面抛光 加入浇注系统和冷却系统等 铸造批量生产用注塑模 其中蜡模的成形模可反复使用 以便浇注多个蜡模 从而制造多件金属型腔 它的优点在于可以利用原型制造形状非常复杂的零件 6 化学粘结钢粉浇注型腔模用快速成形系统制作纸质母模原型浇注硅橡胶 环氧树脂 聚氨脂等软材料 构成软模 移去母模 在软模中浇注化学粘结钢粉的型腔 之后在炉中烧去型腔材料中的粘结剂并烧结钢粉 在型腔内渗铜 抛光型腔表面 加入浇注系统和冷却系统等就可批量生产注塑模 7 电铸 电镀 制造模具在原型零件上电镀上一层铬硬壳 就可将其作为内腔 外铸低熔点合金 或用镶拼方法做成精确的注塑模 不仅成本低而且周期短 快速成形技术极为广泛地应用在模型制造领域 例如工程结构模型 医学模型和艺术商业展示模型 1 工程结构模型 大型工程可以制造比例模型进行分析校核 实验取证 从而确保工程的可造性 在建筑工程领域 可以制作建筑物模型 评价建筑设计美学与工程方面的合理性 如建筑物的分布与结构等 即使更改也很容易 土木 水利和机械等行业的工程构件和设备的研究设计阶段均离不开模型实验 采用快速成形技术可以使数值分析与模型实验一体化 2 医学模型实体模型在医学上有三个应用 1 提供视觉和触觉模型 用于教学 诊断 2 复杂手术方案制定 3 器官修复 3 艺术品 商业展示模型以模型作为展示物品可用于零售商 顾客信息反馈 展品服务 大型装饰品的彩色制件等 在艺术创作方面 可以利用快速成形技术将瞬时的创造激情永久地记录下来 还可以制造珍贵的金玉类艺术品的廉价原始样本 在文化 艺术领域 快速成形技术用于文物复制 仿制 雕塑 工艺美术装饰品的设计与制造 4 零部件及工具制造 用快速成形技术可以直接制造多种材料零部件 电脉冲机床所用电极和加工工具 1 特殊成分 结构材料零部件特殊成分 结构材料零部件 可以考虑用快速成形技术 如梯度功能材料 光敏材料 多孔材料及其多种规格 型号 成分的材料都可能实现无模具 无机械加工快速成形制造 2 电脉冲机床用电极基于快速成形技术 结合相应的特种加工工艺 快速制造电加工的电极 实现复杂零件的快速电火花成形加工 通常有以下几种方法 研磨法 精密铸造法 电铸法 粉末冶金法和浇注法 3 工具制造尽管已有直接成形的金属工具问世 虽然其尺寸精确 但其力学性能还较低 由CAD模型直接堆积高性能的金属工具 如活扳手等 目前还存在巨大的困难 这也是快速成形技术的研究热点之一 6 5快速成形材料 不同的快速成形方法要求使用与其成形工艺相适应的不同性能的材料 成形材料的分类与快速成形方法及材料的物理状态 化学性能密切相关 按材料物理状态分类有液体材料 薄片材料 粉末材料 丝状材料等 按化学性能分类有树脂类材料 石蜡材料 金属材料 陶瓷材料及复合材料等 按材料成形方法分类有SLA材料 LOM材料 SLS材料 FDM材料等 快速成形工艺对材料的总体要求是 1 有利于快速精确地加工原型零件 2 当原型直接用作制件 模具时 原型的力学性能和物理化学性能 强度 刚度 热稳定性 导热和导电性 加工性等 要满足使用要求 3 当原型间接使用时 其性能要有利于后续处理工艺 6 6快速成形与相关学科之间的关系 图6 12给出了RP与相关学科之间的关系 6 7采用逆向工程构造三维模型 采用逆向工程构造三维模型 是快速原型制造中常采用的一种方法 逆向工程 reverseengineering RE 是对产品设计过程的一种描述 在工程技术人员的一般概念中 产品设计过程是一个从无到有的过程 即设计人员首先在大脑中构思产品的外形 性能 大致的技术参数等 然后通过图纸或CAD技术的帮助建立产品的三维数字化模型 最终将这个模型转入到制造流程中去 完成产品的整个设计制造周期 这样的产品设计过程我们可以称为 正向设计 过程 逆向工程产品设计可以认为是一个 从有到无 的过程 简单地说 逆向工程产品设计就是根据已经存在的产品模型 反向推出产品设计数据 包括设计图纸或数字模型 的过程 从这个意义上说 逆向工程这一概念在工业设计中使用已经很久了 早期的船舶工业中常用的船体放样设计就是逆向工程的很好实例 随着计算机技术在制造领域的广泛应用 特别是数字化测量技术的迅猛发展 基于测量数据的产品造型技术已成为逆向工程技术关注的主要对象 通过数字化测量设备 如坐标测量机 激光测量设备等 获取的物体表面的空间数据 需要利用逆向工程CAD技术获得产品的CAD数学模型 进而进行快速成形制造或利用CAM系统完成产品的制造 因此 逆向工程技术可以认为是与将产品样件转化为CAD模型的相关数字化技术和几何模型重建技术的总称 逆向工程流程图如图6 13所示 6 7 1逆向工程系统 图6 13逆向工程流程图 逆向工程首先必须使用精密的测量系统将样品轮廓三维尺寸快速测量出来 然后再以取得的各点数据作曲面处理及加工成形 故建立一套完整的逆向工程系统 需要有以下基本设备 6 7 2逆向工程应用与意义 1 测量探头有接触式 触发探头 扫描探头 和非接触式 激光位移探头 激光干涉仪探头 线结构光及CCD扫描探头 面结构光及CCD扫描探头 两种 2 测量机有三坐标测量机 多轴专用机 多轴关节式机械臂及激光追踪站等 3 点数据处理软件进行噪声滤除 细线化 曲线建构 曲面建构 曲面修改等 4 CAD CAM软件 5 CAE软件执行各种分析 增加设计成功率 6 CNC工具机执行原形制作或模具制作 7 快速成形机 8 批量生产设备包括注塑机 压力机 钣金成形机等 随着计算机软硬件技术和计算机视觉技术的发展 逆向工程在越来越多的领域中得到应用 概括起来 逆向工程可以在以下诸多方面发挥重要作用 1 目前 许多外形设计师还难于直接用计算机进行某些物体的三维几何设计 而更倾向于用黏土或泡沫塑料进行初始外形设计 这就需要通过逆向工程将实物模型转化为三维CAD模型 逆向工程作用 2 由于工艺 美观 使用效果等方面的原因 人们经常要对已有的构件做局部修改 在原始设计没有三维CAD模型的情况下 若能对实物构件通过数据测量与处理产生与实际相符的CAD模型 对CAD模型修改以后再进行加工 将显著提高生产效率 因此 逆向工程在改型设计方面可以发挥不可替代的作用 3 以已有产品为基准进行设计已经成为当今的一条设计理念 目前