基于快速成型技术的模具制造

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1、基于快速成型技术的模具制造

2、第11前言当前制造业所面临的具有挑战性的问题:(1)是对市场变化能做出快速响应，产品上市快，生产周期短;(2)是能适应产品类型的多样性、小批量生产;(3)是要求企业在技术、管理、组织上更具有柔性。计算机辅助设计和制造虽然大大改善了传统的产品设计、制造流程，但仍然有许多困难无法跨越。快速成型(RapidPrototyping)技术是近几年来发展起来的直接根据CAD模型快速生产样件或零件的成组技术总称，它集成了CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果，是先进制造技术的重要组成部

3、分。与传统制造方法不同，快速成型从零件的CAD几何模型出发，通过软件分层离散和数控成型系统，用激光束或其他方法将材料堆积而形成实体零件。由于它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。快速成型技术用于工程设计可以使设计概念可视化，模型实体化。用于产品制造可以实现产品零部件的自由制造(FreeFormFabrication)。用于模具制造可以快速、经济地获得模具。这是传统的设计制造方法无法比拟的。快速成型技术问世以来发展非常迅

4、速。通过与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段相结合，已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段，在航空航天、汽车摩托车、家电等领域得到了广泛应用。许多公司和研究机构已经从中得到实惠，如国外的TexasInstrumented,Inc.ChryslerCorporation,AmpInc.和FordMotorCo.等，国内的清华大学、华中科技大学和西安交通大学等都在这一领域拥有了自己的市场。2快速成型的基本原理基于"生长"或"添加"材料原理的快速成型过程实际是一层一层地离散叠加，从底至顶完成零件的制作过程。

5、快速成型有很多种工艺方法，但所有的快速成型工艺方法都是一层一层地制造零件，所不同的是每种方法所用的材料不同，制造每一层添加材料的方法不同。快速成型的工艺过程原理如下:(1)三维模型的构造:在三维CAD设计软件中获得描述该零件的CAD文件。一般快速成型支持的文件输出格式为STL模型，即对实体曲面做近似的所谓面型化(Tessellation)处理，是用平面二角形面片近似模型表面。以简化CAD模型的数据格式，便于后续的分层处理。由于它在数据处理上较简单，而且与CAD系统无关，所以很快发展为快速成型制造领域中CAD系统与快

6、速成型机之间数据交换的标准，每个三角面片用四个数据项表示。即三个顶点坐标和一个法向矢量，整个CAD模型就是这样一个矢量的集合。在一般的软件系统中可以通过调整输出精度控制参数，减小曲面近似处理误差。如Pre/E软件是通过选定弦高值(ch-chordheight)作为逼近的精度参数。(2)三维模型的离散处理:在选定了制作(堆积)方向后，通过专用的分层程序将三维实体模型(一般为STL模型)进行一维离散，即沿制作方向分层切片处理，获取每一薄层片截面轮廓及实体信息。分层的厚度就是成型时堆积的单层厚度。由于分层破坏了切片方向C

7、AD模型表面的连续性，不可避免地丢失了模型的一些信息，导致零件尺寸及形状误差的产生。切片层的厚度直接影响零件的表面粗糙度和整个零件的型面精度，每一层面的轮廓信息都是由一系列交点顺序连成的折线段构成。所以，分层后所得到的模型轮廓已经是近似的，层与层之间的轮廓信息已经丢失，层厚越大丢失的信息越多，导致在成型过程中产生了型面误差。综上所述，为提高零件制造精度，在模型面型化处理时，该选取较小的精度参数;在模型离散化处理时，应该选取较小的切片层厚度。3快速成型的工艺方法目前快速成型主要工艺方法及其分类见图1所示。仅介绍目前较

8、为常用的工艺方法。