逆向工程与快速成形技术课件

09逆向工程与快速成形技术2022/11/1逆向工程与快速成形技术09逆向工程与快速成形技术2022/10/23逆向工程与快速19.1逆向工程逆向工程的出现和发展20世纪60年代，日本为了恢复和振兴经济，提出科技兴国和大力发展制造业的方针：“一代引进，二代国产化，三代改进出口，四代占领国际市场”，并对机床、汽车、电子、光学设备和家电等行业的发展给予优惠政策。日本政府和企业普遍认为对别国先进产品和先进技术的引进、消化、吸收、改进和挖潜，是自身发展的一条捷径。观点很快被事实验证，由此引发了逆向设计（ReverseDesign）的概念。逆向工程与快速成形技术9.1逆向工程逆向工程的出现和发展逆向工程与快速成形技术2明确提出逆向工程（ReverseEngineering）这个术语并作为一门学问和实用技术进行系统研究则是近30年的事情。20世纪80年代初分别由美国3M公司、日本名古屋工业研究所以及美国UVP公司提出。

逆向工程与快速成形技术明确提出逆向工程（ReverseEngine3逆向工程发展至今，已经成为世界各国在发展经济中不可缺少的手段和重要策略之一。据统计，各国70%以上的技术源于国外，逆向工程作为掌握、改进和发展技术的一种手段，可使产品研制周期缩短40%以上，从而极大地提高了生产率。逆向工程的实际应用为许多企业的发展带来了生机，进而为创新设计和各种新产品开发奠定了良好基础。逆向工程与快速成形技术逆向工程发展至今，已经成为世界各国在发展经济4逆向工程(ReverseEngineering）以设计方法学为指导，以现代设计理论、方法、技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有产品进行解剖、深化和再创造，这就是逆向工程的含义。可以说，逆向设计是对已有设计的再设计，其中再创造是逆向设计的灵魂。在实际操作中，用一定的测量手段对实物或模型进行测量,根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程，是一个从样品生成产品数字化信息模型，并在此基础上进行产品设计开发及生产的全过程。逆向工程与快速成形技术逆向工程(ReverseEngineering）5人们通称的设计，一般指正设计，它是一个从无到有的产品设计过程。设计人员首先根据市场需求，提出目标和技术要求，进行功能设计，创造新的方案，经过一系列的设计活动变为产品。概括的说，正设计是由未知到已知、由想象到现实的过程：市场需求分析功能分析设计人员创造性活动产品逆向工程与快速成形技术人们通称的设计，一般指正设计，它是一个从无到有6逆向设计是从已知事物的有关信息（包括硬件、软件、照片、广告、情报等）去寻求这些信息的科学性、技术性、先进性、经济性、合理性和改进的可能性等。要回溯这些信息的科学依据，即充分消化和吸收，进而在此基础上进行改进、挖潜和再创造。已知一个确定的事情（产品、照片或资料）通过消化、吸收进行再创造具有市场竞争力的新产品逆向工程与快速成形技术逆向设计是从已知事物的有关信息（包括硬件、软件7（1）没有设计资料或设计资料不完整；（2）当要设计需要通过实验测试才能定型的工件模型时。（3）在美学设计特别重要的领域；（4）修复破损的艺术品或缺乏供应的损坏零件等逆向工程的应用背景没有设计图纸或设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下，在对零件原型进行测量得到零件的设计图纸或CAD模型，并以此为依据利用快速成型复制出相同的零件。设计飞机机翼，为了满足空气动力学的要求，首先要求在初始设计模型上进行各种性能试验建立符合要求的产品模型，最终的实验模型将成为制造这类零件的依据。逆向工程与快速成形技术（1）没有设计资料或设计资料不完整；逆向工程的应用背景没有设8从工程技术角度看，逆向对象可概括为三类：

实物逆向软件逆向影像逆向逆向对象类别逆向工程与快速成形技术从工程技术角度看，逆向对象可概括为三类：逆向对象类别逆向工程9实物逆向以产品实物为依据，对产品的设计原理、结构、材料、精度、制造工艺、包装、使用等方面进行分析研究和再创造，最终研制出与原型产品相近或更佳的新产品。实物逆向的对象可以是整个产品，也可以是部件、组件或零件。逆向的内容则包括功能逆向、性能逆向、方案、结构、材质、精度、使用规范等众多方面的逆向。实物逆向逆向工程与快速成形技术实物逆向以产品实物为依据，对产品的设计原理、结构、材料、精度10原型实物性能测试功能原理分析分解绘制草图部件、总装简图部件、总装图审核工艺分析绘制零件图测量并确定尺寸及公差评价逆向产品方案，技术设计及评价产品试制试验与反馈新产品设计思想逆向材料、技术条件逆向校对、审核、工艺审查、标准化审查装配图审查实物逆向有两项基本工作，即逆向分析与逆向设计。其一般过程如图所示。逆向工程与快速成形技术原型性能测试功能原理分析分解绘制草图部件、总装简图部件、总装11在实物逆向中，试验、测绘和逆向设计是重要工作，需要精心设计和仔细进行。试验方案和试验方法测绘逆向设计逆向工程与快速成形技术在实物逆向中，试验、测绘和逆向设计是重要工作，需要精12试验方案和试验方法在实物未解体前对其功能、性能等进行全面试验考核，测试其可行功能和性能指标。为此，应充分考虑以下各点：根据样本、使用说明书，摸清有哪些功能指标；根据试验要求，制定试验条件和试验规范，并选择合适的试验台及相应测试仪器仪表；对试验结果数据进行科学处理；若试验中出现故障，进行详细记录和深入分析，为排除故障或改进设计提供依据。逆向工程与快速成形技术试验方案和试验方法在实物未解体前对其功能、性能等进行全面试验13测绘测绘中应注意以下问题：尺寸、精度一般产品出厂前要经磨合试验和性能试验。试验后零件的尺寸、形状、边面状态等会有变化，要逆向其原始状态（装配前的状态）。无损检测

对样机的零件测绘一般不允许有损伤，因此应尽量使用无损检测方法，如用激光技术、光谱技术、三维全息照相显示技术等。原型数字化对于具有复杂曲面的实物，一般需利用三维测量和CAD技术进行逆向。其测量过程主要解决的问题是零件原型的数字化。目前，通常采用三坐标测量机（CMM）或激光扫描等测量装置来获取零件原型表面点的三维坐标值。逆向工程与快速成形技术测绘测绘中应注意以下问题：逆向工程与快速成形技术14逆向设计逆向设计指测绘后对关键问题的分析和反设计问题。测绘完以后要将被测对象变成完整图纸或模型，还需根据对零件工作特性的分析（必要时需要通过试验测试）进行各种标注和提出技术要求。对于特殊形状的曲线应通过优化设计逆向其科学依据。对于箱体等结构复杂件应采用有限元法去逆向其强度和刚度等。逆向工程与快速成形技术逆向设计逆向设计指测绘后对关键问题的分析和反设计15逆向设计中重建具有复杂曲面零件原型的CAD模型是一件困难的工作。首先，需要从测量数据中提取零件原型的几何特征，即按测量数据的几何属性对其进行分割，采用几何特征匹配与识别的方法来获取零件原型所具有的设计与加工特征。然后，将分割后的三维数据在CAD系统中进行表面模型拟合，并通过各表面片的求交与拼接获取零件原型表面的CAD模型。对于重建的CAD模型还需要进行检验与修正，即根据获得的CAD模型重新加工出样品，以检验重建的CAD模型是否满足精度或其他试验性能指标。对不满足要求者，重复以上过程，直至达到零件的设计要求。逆向工程与快速成形技术逆向设计中重建具有复杂曲面零件原型的CAD模型是一件困难的工16逆向工程的关键技术逆向工程中的测量技术接触式测量方法非接触式测量方法产品建模技术测量数据的分割表面片的拟合技术快速成形技术逆向工程与快速成形技术逆向工程的关键技术逆向工程中的测量技术逆向工程与快速成形技术17逆向工程实物扫描点云CAD实体建模质量检测新构思加工中心RPM逆向工程与快速成形技术逆向工程实物扫描点云CAD实质量检测新构思加工中心RPM逆18逆向工程软件：Imageware、Raindrop、GeomagicStudio、Paraform、ICEMSurf、CopyCAD等CAD/CAM系统类似模块，UG—Unigrahics、ProE—Pro/SCAM、Cimatron90—PointCloud等接触式三坐标测量仪非触式三坐标测量仪工业CT测量机逆向工程与快速成形技术接触式三坐标测量仪非触式三坐标测量仪工业CT测量机逆向工程与1920点云数据的获取点云数据的获取

是通过特定的测量设备和测量方法获取零件表面离散点的几何坐标数据。根据测量探头或传感器是否和实物接触，可分为接触式和非接触式两类。１.１接触式测量方法

三坐标测量机是广泛采用的接触式测量设备，作为一种大型精密的测量仪器，它开始是用于制造产品的检测，可以对具有复杂形状的工件的空间尺寸进行测量。在逆向工程应用上面，三坐标测量及也可以作为数据采集的主要手段，具有测量精度高、适应性强的优点，缺点是测量效率低，对一些软质表面无法进行测量。逆向工程与快速成形技术20点云数据的获取点云数据的获取逆向工程与快速成形技术2021点云数据的获取１.２非接触式测量法

非接触式测量根据测量原理不同，有光学测量、超声波测量、电磁测量等方式。在这里简单介绍光学三角原理测量法中的激光扫描。手持式激光扫描仪逆向工程与快速成形技术21点云数据的获取手持式激光扫描仪逆向工程与快速成形技术21点云数据的获取测量设备（关节臂、三坐标测量机）逆向工程与快速成形技术点云数据的获取测量设备（关节臂、三坐标测量机）逆向工程与快速22应用实例数据导入多个数据的合并，只要多次打开就可以将数据合并在一起逆向工程与快速成形技术应用实例数据导入多个数据的合并，只要多次打开就可以将数据合并23应用实例数据显示（display）如果后面多边形方式选择项是灰色的，代表点云没有多边形计算逆向工程与快速成形技术应用实例数据显示（display）如果后面多边形方式选择项是24应用实例数据优化处理（删除、过滤）逆向工程与快速成形技术应用实例数据优化处理（删除、过滤）逆向工程与快速成形技术25应用实例点云编辑（对齐）截取所需要的一个平面，并由点云拟合出平面，作为对齐的参考元素逆向工程与快速成形技术应用实例点云编辑（对齐）截取所需要的一个平面，并由点云拟合出26应用实例点云编辑（对齐）所要对齐的平面，一般为XY、XZ、YZ等平面拟合平面逆向工程与快速成形技术应用实例点云编辑（对齐）所要对齐的平面，一般为XY、XZ、Y27应用实例点云编辑（对齐）用最佳拟合功能，把拟合平面对齐到所需要的平面上逆向工程与快速成形技术应用实例点云编辑（对齐）用最佳拟合功能，把拟合平面对齐到所需28应用实例点云编辑（对齐）对齐之前对齐之后逆向工程与快速成形技术应用实例点云编辑（对齐）对齐之前对齐之后逆向工程与快速成形技29应用实例构造曲线由点云截取轮廓线点云，并构造成曲线逆向工程与快速成形技术应用实例构造曲线由点云截取轮廓线点云，并构造成曲线逆向工程与30应用实例构造曲面改变起始点，由曲线购造成LOFT面逆向工程与快速成形技术应用实例构造曲面改变起始点，由曲线购造成LOFT面逆向工程与31应用实例构造曲面着色后着色前逆向工程与快速成形技术应用实例构造曲面着色后着色前逆向工程与快速成形技术32应用实例构造曲面由点云补中间的那个孔，并与周围的曲面的曲率保持连续逆向工程与快速成形技术应用实例构造曲面由点云补中间的那个孔，并与周围的曲面的曲率保33应用实例构造曲面中间孔补齐后的完整效果逆向工程与快速成形技术应用实例构造曲面中间孔补齐后的完整效果逆向工程与快速成形技术34应用实例构造帽檐曲面由点云构造帽檐部分的曲面逆向工程与快速成形技术应用实例构造帽檐曲面由点云构造帽檐部分的曲面逆向工程与快速成35应用实例构造帽檐曲面帽檐部分和圆帽部分一般需要经过倒角处理逆向工程与快速成形技术应用实例构造帽檐曲面帽檐部分和圆帽部分一般需要经过倒角处理逆36应用实例曲面光顺性检查逆向工程与快速成形技术应用实例曲面光顺性检查逆向工程与快速成形技术37应用实例通过控制点手动调节曲面红色部分指构造曲面与点云误差较大，通过控制点可以手动调节，直到满意为止逆向工程与快速成形技术应用实例通过控制点手动调节曲面红色部分指构造曲面与点云误差较389.2快速成形技术逆向工程与快速成形技术9.2快速成形技术逆向工程与快速成形技术391.快速成形技术概述在制造业中各种零件的制造工艺按加工后原材料体积的变化分为：去除成形（DislodgeForming）——传统的的车、铣、刨、磨等工艺方法就属于去除成性，它是制造业最主要的零件成型方式。受迫成形（ForcedForming）——按其加工材料的自然状态又分为固态成形法（锻造、冲剪、挤压、拉拔等）、液态成形法（铸造）和半液态成形法（注塑）。添加成形（AdditiveForming）——八十年代初一种全新的制造概念。通过添加材料来达到零件设计要求的成形方法，这种新型的零件生产工艺就是RP（快速成形）的主要实现手段。生长成形（GrowthForming）1.1.零件成形方法分类逆向工程与快速成形技术1.快速成形技术概述在制造业中各种零件的制造工艺按加工后原材401.快速成形技术概述快速成型(RapidPrototyping)是上世纪80年代末及90年代初发展起来的高新制造技术，是由三维CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体的总称。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分。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。1.1.快速成形技术概念逆向工程与快速成形技术1.快速成形技术概述快速成型(RapidPrototypi411.快速成形技术概述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。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、机械、电子、电器、医学、建筑、玩具、工艺品等很多领域得到了广泛应用。1.1.快速成形技术概念逆向工程与快速成形技术1.快速成形技术概述与传统制造方法不同，快速成型从零件的CA421.快速成形技术概述

快速成形的工艺过程一般包括以下几个步骤：（1）产品三维建模（2）三维模型的近似处理（3）三维模型的分层切片和生产加工路径（4）成型加工（5）成形零件的后处理1.2.快速成形技术过程逆向工程与快速成形技术1.快速成形技术概述 快速成形的工艺过程一般包括以下几个步骤431.快速成形技术概述

快速成形的技术特点：（1）简易性（2）快速性（3）高度柔性（4）技术的高度集成性（5）应用领域广泛1.2.快速成形技术特点逆向工程与快速成形技术1.快速成形技术概述 快速成形的技术特点：1.2.快速成形技442.快速成形工艺

按照成形原理的不同，快速成形技术可分为两大类：2.1.快速成形工艺方法按成形原理RP技术分类基于激光及其他光源的成形技术基于喷射的成形技术立体光刻技术SL分层实体制造技术LOM选区激光烧结技术SLS熔融沉积成形技术FDM三维立体印刷技术3DP多相喷射沉积技术MJD……逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 按照成形原理的不同，快速成形技术可分为两大452.快速成形工艺

按照成形材料的不同，快速成形技术可分为：2.1.快速成形工艺方法按成形材料RP技术分类液体材料粉状材料片状材料液体树脂固化熔融材料固化激光熔合材料粘接剂粘结材料粘性片材的粘结UV粘接片状材料SL…FDM…SLS…3DP…LOM…实体薄片成型SFP…逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 按照成形材料的不同，快速成形技术可分为：2462.快速成形工艺

2.2.1.SL工艺原理立体光刻成形(Stereo-Lithography，SL)是目前最为成熟和广泛应用的一种快速成型制造工艺（如图2）。2.2.立体光刻成形逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.2.1.SL工艺原理2.2.立体光刻472.快速成形工艺

2.2.1.SL工艺原理这种工艺以液态光敏树脂为原材料，在计算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的轮廓轨迹对液态树脂逐点扫描，使被扫描区的树脂薄层产生光聚合(固化)反应，从而形成零件的一个薄层截面。完成一个扫描区域的液态光敏树脂固化层后，工作台下降一个层厚，使固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂然后重复扫描、固化，新固化的一层牢固地粘接在一层上，如此反复直至完成整个零件的固化成型。2.2.立体光刻成形逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.2.1.SL工艺原理2.2.立体光刻482.快速成形工艺

2.2.2.SL工艺过程SL成形工艺过程总体包括4个过程，如下图2.2.立体光刻成形制造数据获取层准备层固化并堆积后处理CAD模具离散再涂层激光束扫描液面拆除支撑及清洗逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.2.2.SL工艺过程2.2.立体光刻492.快速成形工艺

2.2.3.SL成形材料 1）材料的基本要求 光敏树脂是立体成形工艺的基材，其性能对成形零件的质量具有决定性影响。光敏性树脂应具有特性：黏度低固化速度快固化收缩小一次固化程度高湿态强度高溶胀小毒性小2.2.立体光刻成形逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.2.3.SL成形材料2.2.立体光刻502.快速成形工艺

2.2.3.SL成形材料

2）材料种类

自由基光固树脂阳离子光固化树脂混杂型光固化树脂2.2.立体光刻成形逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.2.3.SL成形材料2.2.立体光刻512.快速成形工艺

2.2.3.SL成形材料

3）材料的收缩变形

树脂在固化过程中的体收缩率通常约10%,线收缩率约为3%。所以SL工艺的精度较高，一般尺寸精度可控制在0.01mm;表面质量好

2.2.立体光刻成形逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.2.3.SL成形材料2.2.立体光刻522.快速成形工艺

2.2.4.SL成形工艺特点优点是精度较高，一般尺寸精度可控制在0.01mm;表面质量好;原材料利用率接近100%;能制造形状特别复杂、精细的零件;设备市场占有率很高。缺点是需要设计支撑;可以选择的材料种类有限;制件容易发生翘曲变形;材料价格较昂贵。该工艺适合比较复杂的中小型零件的制作。

2.2.立体光刻成形逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.2.4.SL成形工艺特点2.2.立体532.快速成形工艺

2.3.1.SLS工艺原理选区激光烧结(SelectiveLaserSintering，SLS)又称为选择性激光烧结、粉末材料选择性烧结等。SLS成形机的主体结构是安装两个活塞机构的成形工作缸，一个用于供粉，另一个用于成形，如图。2.3.选区激光烧结逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.3.1.SLS工艺原理2.3.选区激542.快速成形工艺

2.3.1.SLS工艺原理在开始加工之前，先将充有氮气的工作室升温，并保持在粉末的熔点以下。成型时，送料筒上升，铺粉滚筒移动，先在工作平台上铺一层粉末材料，然后激光束在计算机控制下按照截面轮廓对实心部分所在的粉末进行烧结，使粉末溶化继而形成一层固体轮廓。第一层烧结完成后，工作台下降一截面层的高度，在铺上一层粉末，进行下一层烧结，如此循环，形成三维的原型零件。最后经过5-10时冷却，即可从粉末缸中取出零件。2.3.选区激光烧结逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.3.1.SLS工艺原理2.3.选区激552.快速成形工艺

2.3.2.SLS工艺过程与其它快速成形工艺相似2.3.选区激光烧结逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.3.2.SLS工艺过程2.3.选区激562.快速成形工艺

2.3.3.SLS成形材料

目前SLS的材料主要有以下几种：高分子粉末材料金属粉末材料陶瓷粉末材料覆膜砂粉末材料

2.3.选区激光烧结逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.3.3.SLS成形材料2.3.选区激572.快速成形工艺

2.3.4.SLS成形系统

选区激光烧结快速成形系统一般由主机、控制系统和冷却器三部分组成。主机：主要由成形工作缸、废料桶、铺粉辊装置、送料工作缸、激光器、振镜式动态聚焦扫描系统、加热装置、机身与机壳等组成。计算机控制系统：主要由计算机、应用软件、传感检测单元和驱动单元组成。

冷却器：由可调恒温水冷却器及外管路组成，用于冷却激光器，以提高激光能量的稳定性。2.3.选区激光烧结逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.3.4.SLS成形系统2.3.选区激582.快速成形工艺

2.3.5.SLS工艺特点优点是原型件机械性能好，强度高;无须设计和构建支撑;可选材料种类多且利用率高(100%)。缺点是制件表面较粗糙，需要进行后处理;成形速度较慢;制造成本高。

采用各种不同成分的金属粉末进行烧结，经渗铜等后处理特别适合制作功能测试零件;也可直接制造金属型腔的模具。采用蜡粉直接烧结适合于小批量比较复杂的中小型零件的熔模铸造生产。

2.3.选区激光烧结逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.3.5.SLS工艺特点2.3.选区激592.快速成形工艺

2.4.1.FDM工艺原理

熔融沉积制造（FusedDepositionModeling，FDM），又称丝状材料选择性溶覆、熔融挤出成模，由美国学者ScottCrump博士于1988年研制成功，并由美国Stratasys公司推出商品化的机器。2.4.熔融沉积制造工艺

逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.4.1.FDM工艺原理2.4.熔融沉602.快速成形工艺

2.4.1.FDM工艺原理FDM工艺是利用热塑性材料的热熔性、粘结性，在计算机控制下层层堆积成形。如图所示，加热喷头在计算机的控制下，可根据截面轮廓的信息，作X-Y平面运动和高度Z方向的运动。丝状热塑性材料（如ABS及MABS塑料丝、蜡丝、聚烯烃树脂、尼龙丝、聚酰胺丝）由供丝机构送至喷头，并在喷头中加热至熔融态，然后被选择性地涂覆在工作台上，快速冷却后形成截面轮廓。一层截面完成后，喷头上升一截面层的高度，再进行下一层的涂覆。如此循环，最终形成三维产品。2.4.熔融沉积制造工艺

逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.4.1.FDM工艺原理2.4.熔融沉612.快速成形工艺 2.4.2.FDM成形材料FDM工艺对成形材料的要求是熔融温度低、粘度低、粘结性好、收缩率小。影响材料挤出过程的主要因素是粘度。材料的粘度低、流动性好，阻力就小，有助于材料顺利的挤出。材料的流动性差，需要很大的送丝压力才能挤出，会增加喷头的启停响应时间，从而影响成形精度。FDM工艺选用的材料为丝状热塑性材料，常用的有石蜡、塑料、尼龙丝等低熔点材料和低熔点金属、陶瓷等的线材或丝材。在熔丝线材方面，主要材料是ABS、人造橡胶、铸蜡和聚酯热塑性塑料。目前用于FDM的材料主要是美国Stratasys的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物细丝（ABSP400）、甲基丙酸烯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物细丝（ABSiP500，医用）、消失模铸造蜡丝（ICW06wax）、塑胶丝（ElastomerE20）。

2.4.熔融沉积制造工艺

逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.4.2.FDM成形材料2.4.熔融沉622.快速成形工艺

2.4.3.FDM工艺特点 熔融沉积制造工艺作为非激光快速原型制造系统，具有以下优点：成形材料广泛。FDM工艺的喷嘴直径一般为0.1~1mm，所以，一般的热塑性材料如塑料、蜡、尼龙、橡胶等，适当改性后都可用于熔融沉积工艺。

成本低。熔融沉积造型技术用液化器代替了激光器，相比其他使用激光器的工艺方法，制作费用大大减低。使用、维护简单。成形过程对环境无污染。FDM工艺所用的材料一般为无毒、无味的热塑性材料，因此对周围环境不会造成污染。设备运行时噪声也很小。

2.4.熔融沉积制造工艺

逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.4.3.FDM工艺特点2.4.熔融沉632.快速成形工艺

2.4.3.FDM工艺特点

基于上述优点，FDM工艺应用广泛，且发展迅速。但FDM技术也存在着一些问题：

只适合成形中、小塑料件；成形件的表面有较明显的条纹，质量不如SL成形件好；沿成形轴垂直方向的强度比较弱，需设计、制作支撑结构；需对整个截面进行扫描涂覆，成形时间较长，为此，可采用多个热喷头，同时进行涂覆，以便提高成形效率。2.4.熔融沉积制造工艺

逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.4.3.FDM工艺特点2.4.熔融沉642.快速成形工艺

2.5.1.LOM工艺原理分层实体制造（LaminatedObjectManufacturing，LOM）又称叠层实体制造或薄形材料选择性切割，由美国Helisys公司的MichaelFeygin于1986年研制成功，并推出商品化的机器LOM-1050和LOM-2030等。2.5.分层实体制造工艺

逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.5.1.LOM工艺原理2.5.分层实652.快速成形工艺

2.5.1.LOM工艺原理LOM工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等。片材表面事先涂覆上一层热熔胶。右图为LOM工艺原理图。加工时，热压辊热压材料，使之与下面已成形的工件粘结。用CO2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城内切割出上下对齐的网格；激光切割完成后，工作台带动已成形的工件下降，与带状片材（料带）分离；供料机构转动收料轴和供料轴，带动料带移动，使新层移到加工区域；工作台上升到加工平面；热压辊热压，工件的层数增加一层，高度增加一个料厚；再在新层上切割截面轮廓。如此反复直至零件的所有截面切割、粘接完，最后将不需要的材料剥离，得到三维实体零件。

2.5.分层实体制造工艺

逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.5.1.LOM工艺原理2.5.分层实662.快速成形工艺

2.5.2.LOM成形材料

分层实体制造中的成形材料为涂有热熔胶的薄层材料，层与层之间的粘结是靠热熔胶保证的。LOM材料一般由薄片材料和热熔胶两部分组成。薄片材料可分为：纸片材、金属片材、陶瓷片材、塑料薄膜和复合材料片材。薄片材料性能：①抗湿性（保证原料不会因时间长而吸水，可用纸的施胶度表示）；②良好的浸润性（保证良好的涂胶性能）；③抗拉强度（保证在加工过程中不被拉断）；④收缩率小（保证热压过程中不会因部分水分损失而导致变形，可用伸缩率表示）；⑤剥离性能好，表面光滑并有较好的稳定性

热熔胶按基体树脂划分：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物型热熔胶、聚酯类热熔胶、尼龙类热熔胶或其混合物。热熔胶要求有如下性能：①良好的热熔冷固性能（室温下固化）；②在反复“熔融-固化”条件下其物理化学性能稳定；③熔融状态下与薄片材料有较好的涂挂性和涂匀性；④足够的粘接强度；⑤良好的废料分离性能。

2.5.分层实体制造工艺逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.5.2.LOM成形材料2.5.分层实672.快速成形工艺

2.5.3.LOM工艺特点 与其他快速成形工艺方法相比，分层实体成形方法具有以下优点：

制件精度高（＜０.15mm）。这是因为在薄形材料选择性切割成形时，在原材料中，只有极薄的一层胶发生状态变化，即由固态变为熔融态，而主要的基底材料仍保持固态不变，因此翘曲变形较小，无内应力。分层实体制造中激光束只需按照分层信息提供的截面轮廓线切割而无需对整个截面进行扫描，且无需设计和制作支撑，所以制作效率高、成本低。结构制件能承受高达200℃的温度，有较高的硬度和较好的机械性能，可进行各种切削加工。

2.5.分层实体制造工艺逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.5.3.LOM工艺特点2.5.分层实682.快速成形工艺

2.5.3.LOM工艺特点 而其存在的缺点是：

由于材料质地原因，加工的原型件抗拉性能和弹性不高；易吸湿膨胀，需进行表面防潮处理；薄壁件、细柱状件的废料剥离比较困难；工件表面有台阶纹，需进行打磨处理。

2.5.分层实体制造工艺逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.5.3.LOM工艺特点2.5.分层实692.快速成形工艺

2.5.4.LOM的应用 LOM成形件主要用于：直接制作纸质功能制件，用作新产品开发中工业造型的外观评价、结构设计验证。利用材料的粘接性能，可制作尺寸较大的制件，也可制作复杂薄壁件。通过真空注塑机制造硅橡胶模具，试制少量新产品。快速制模：①采用薄材叠层制件与转移涂料技术制作铸件和铸造用金属模具；②采用薄材叠层方法制作铸造用消失模；③制造石蜡件的蜡模、熔模精密铸造中的消失模（用环氧树脂和金属粉末制作出铸造用石蜡铸型的模具，这种模具能够承受60℃以上的温度，适于批量加工石蜡模型）。2.5.分层实体制造工艺逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.5.4.LOM的应用2.5.分层实体702.快速成形工艺

2.6.1.三维打印三维打印（3DP—ThreeDimensionPrinting）或称为三维印刷、粉末材料选择性粘结。前述的FDM工艺也可制作三维打印机。3DP与SLS工艺类似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末、金属粉末。所不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来的，而是通过喷头用粘结剂（如硅胶）将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。用粘结剂粘接的零件强度较低，还须后处理。先烧掉粘结剂，然后在高温下渗入金属，使零件致密化，提高强度。2.6.其他快速成形制造工艺

逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.6.1.三维打印2.6.其他快速成712.快速成形工艺

2.6.1.掩膜光刻掩膜光刻技术是立体光刻成形技术的扩展。它据弃了立体光刻成形技术中以激光束直接在树脂液面扫描成形的方法，而是使激光束或X射线通过一个可编程的光掩膜，照射树脂成形。光掩膜上的图形是掩膜机在模型片层参数的控制下，利用电传照相技术在平板玻璃上调色或静电喷涂制成的原型零件截面图形。掩膜表面可透过激光或X射线。最终制成零件的对应光刻胶实体，再经过电铸处理形成零件的反模，然后经过充模、脱模处理形成零件的模具，最后经电铸制成相应的零件。掩膜光刻技术采用2000W高能紫外激光器，成形速度快，可以省去支撑结构。

2.6.其他快速成形制造工艺

逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.6.1.掩膜光刻2.6.其他快速成722.快速成形工艺

2.6.1.无模铸型制造工艺

无模铸型制造（PatternlessCastingManufacturing，PCM）工艺，将快速成形技术应用到传统的树脂砂铸造工艺中。PCM工艺也是基于快速成形技术的离散/堆积成形原理，但它是一种完全不同于传统铸型制造工艺的造型方法。2.6.其他快速成形制造工艺

逆向工程与快速成形技术2.快速成形工艺 2.6.1.无模铸型制造工艺2.6.其733.快速成形技术中的数据处理

快速成形技术中数据处理的主要任务是从产品CAD模型或其它模型经过分层、填充，产生工艺加工信息的层片文件，数据流程如图所示。这个层片文件可以通过转换生成可供数控加工的NC代码文件。加工路径既可以直接从三维数据获得，也可以经三维数据网格化得到STL模型之后获得。逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 逆向工程与快速成形技术743.快速成形技术中的数据处理

快速成形的三维数据主要来源：三维CAD系统反求工程。3.1.快速成形技术中的数据来源

逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.1.快速成形技术中的数据753.快速成形技术中的数据处理

3.1.1.三维CAD

这是一种最重要也是应用最为广泛的数据来源。由三维CAD软件生成产品的曲面模型或实体模型，将CAD模型转化为三角网格模型（STL模型），然后分层得到加工路径。或者对模型直接分层得到精确的截面轮廓，再生成加工路径。3.1.快速成形技术中的数据来源

逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.1.1.三维CAD3763.快速成形技术中的数据处理

3.1.1.三维CAD

三维模型的形体表达方法，常见的有以下四种：构造实体几何法（ConstructiveSolidGeometry，简称CSG）又称为积木块几何法（Building-BlockGeometry），这种方法用布尔运算法则（并、交、减）将一些较简单的体元（如立方体、圆柱体、环锥体）进行组合，得到复杂形状的三维模型实体。

边界表达法（BoundaryRepresentation，简称B-Rep法）边界表达法根据顶点、边和面构成的表面来精确地描述三维模型实体。

3.1.快速成形技术中的数据来源

逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.1.1.三维CAD3773.快速成形技术中的数据处理

3.1.1.三维CAD

参数表达法（ParametricRepresentation）对于自由曲面，难以用传统的体元来进行描述，可用参量表达法。

单元表达法（CellRepresentation）单元表达法起源于分析（如有限元分析）软件，在这些软件中，要求将表面离散成单元。典型的单元有三角形、正方形和多边形。

用于构造三维模型的计算机辅助设计软件应有较强的三维造型功能，主要是实体造型（SolidModeling）和表面造型（SurfaceModeling）功能，后者对构造复杂的自由曲面有重要作用。快速成形行业中常用的三维CAD软件系统，主要有UG，Pro/E，CADDS5，I-DEAS等，这些软件系统在产品几何造型、运动分析、计算分析、数控编程及绘图方面的功能都很强。3.1.快速成形技术中的数据来源

逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.1.1.三维CAD3783.快速成形技术中的数据处理

3.1.2.反求工程

传统的产品设计流程是一种正向的顺序模式，即从市场需求抽象出产品的功能描述（规格及预期指标），然后进行概念设计，在此基础上进行总体及详细的零部件设计，制定工艺流程，设计工装夹具，完成加工及装配，通过检验及性能测试。这种模式的前提是已完成了产品的蓝图设计或其CAD造型。而反求工程（ReverseEngineering，RE）。却是对实物进行三维数字化处理，数字化手段包括传统测绘及各种先进测量方法。3.1.快速成形技术中的数据来源

逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.1.2.反求工程3.793.快速成形技术中的数据处理

3.1.2.反求工程

反求工程中，准确、快速、完备地获取实物的三维几何数据，即对物体的三维几何形面进行三维离散数字化处理，是实现反求工程的重要步骤之一。物体三维几何形状的测量方法基本可分为接触式和非接触式两大类，而测量系统与物体的作用不外乎光、声、机、电等方式。常用的扫描机有传统的坐标测量机（CoordinateMeasurementMachine，简称CMM）、激光扫描机（LaserScanner，简称LS）、零件断层扫描机（CrossSectionScanner，简称CSS）等。反求工程软件有CopyCAD，Surface，Imageware，GeoMagic等。3.1.快速成形技术中的数据来源

逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.1.2.反求工程3.803.快速成形技术中的数据处理

除了上述两类数据之外，RP数据还可以来自于数学几何数据、医学体素数据以及直接的分层数据（例如地形学上的等高线等）。数学几何数据源自一些实验数据或数学几何数据，用快速成形制造把那些用数学公式或实验数据表达的曲面制作成看得见、摸得着的物理实体。医学体素数据指人体断层扫描获得的医学数据，这些数据都是真三维的，即物体的内部和表面都有数据，是通过人体断层扫描（ComputedTomography，CT）和核磁共振(NuclearMagneticResonance，NMR)获得的。医学体素数据也可以引用反求工程方法获得，一般要经过三维重建才能进行加工。3.1.快速成形技术中的数据来源

逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.1.快速成形技术中的数据813.快速成形技术中的数据处理

3.2.1.STL文件

STL文件是将三维模型表面进行三角网格化获得的，这种三角网格化算法经常在有限元分析中使用。三角形的网格化就是用小三角形面片去逼近自由曲面，逼近的精度通常由曲面到三角形面的距离误差或者是曲面到三角形边的弦高差控制，如图所示。误差越小，曲面越不规则，所需要的三角形面片的数目就越多，STL文件就越大。三角形面片数量越多，则近似程度越好，精度越高。用同一CAD模型生成两个不同的STL文件，精度高者可能要包含多达10万个三角形面片，文件达数兆，而精度低者可能只用几百个三角形面片。3.2.STL数据格式逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.2.1.STL文件3823.快速成形技术中的数据处理

3.2.1.STL文件

STL文件有两种数据格式，一种是ASCII格式，另一种是二进制格式。

STL文件具有如下优点：

数据格式简单，处理方便，与具体的CAD系统无关。对原CAD模型的近似度高。几乎任何三维几何模型都可以通过表面的三角化生成STL文件。具有简单的分层算法。模型易于分割。3.2.STL数据格式逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.2.1.STL文件3833.快速成形技术中的数据处理

3.2.1.STL文件

STL文件的缺点：近似性。数据冗余。易产生裂缝、空洞、悬面、重叠面和交叉面等错误。缺乏CAD设计的拓扑信息。3.2.STL数据格式逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.2.1.STL文件3843.快速成形技术中的数据处理

3.2.2.STL文件规范

用STL文件正确描述三维模型，必须遵守一定的规范：

共顶点规则

取向规则充满规则

取值规则

3.2.STL数据格式逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.2.2.STL文件规范853.快速成形技术中的数据处理

3.2.3.STL文件缺陷分析

STL文件结构简单，没有几何拓扑结构的要求，缺少几何拓扑上要求的健壮性，同时，由于一些三维CAD软件在三角形网格算法上存在缺陷，STL文件常会发生如下错误：

间隙法向量错误顶点错误重叠或分离错误面片退化拓扑信息的紊乱3.2.STL数据格式逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.2.3.STL文件缺陷863.快速成形技术中的数据处理

3.2.3.STL文件缺陷分析

3.2.STL数据格式间隙法向量错误重叠或分离错误面片退化拓扑信息的紊乱逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.2.3.STL文件缺陷873.快速成形技术中的数据处理

快速成形技术都是采用分层累积成形，其中每一层的加工都是根据CAD模型切片后得到的截面轮廓数据形成加工轨迹。在所有的快速成形工艺中，零件模型无论是在CAD造型软件中生成还是由反求工程获得，都必须经过分层处理才能将数据输入到快速成形设备中。分层处理的效率、速度以及所得到的截面轮廓的精度对于快速成形制造技术至关重要。 分层算法按照使用的数据格式可分为CAD模型的直接分层和基于STL模型的分层。按照分层厚度是否变化可分为等层厚切片和适应性切片。

3.3.三维模型分层处理逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.3.三维模型分层处理逆向883.快速成形技术中的数据处理

3.3.1.分层方向

在分层处理之前，一般都要选择一个优化的分层方向（或称成形方向）。将工件的三维STL格式文件输入快速成形机后，可以用快速成形机中的STL格式文件显示软件，使模型旋转，从而选择不同的成形方向。不同的分层方向会对工件品质（尺寸精度、表面粗糙度、强度等）、材料成本和制作时间产生很大的影响。

3.3.三维模型分层处理最小台阶误差最小支撑面积最短加工时间分层方向选择实例

逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.3.1.分层方向3.893.快速成形技术中的数据处理

3.3.2.分层方法

基于STL模型的分层方法容错分层

适应性分层CAD模型直接分层3.3.三维模型分层处理逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.3.2.分层方法3.903.快速成形技术中的数据处理

3.4.1.支撑结构设计

在快速成型工艺中，有一些工艺在成形过程中不需要另外添加支撑，而是用自身材料作为支撑，如LOM中切碎的纸，SLS、3DP中未成形的粉末。但其他多数工艺方法都要考虑到支撑的设计，如FDM工艺也需要添加支撑。 支撑在快速成形工艺起着重要的作用，它可以防止零件在加工过程中发生变形，保持零件在加工过程中的稳定性，保证原型制作时相对于加工系统的精确定位。如图所示，加入支撑后可以较为有效地防止翘曲变形的产生。3.4.数据处理中的其他问题逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.4.1.支撑结构设计913.快速成形技术中的数据处理

3.4.1.支撑结构设计

根据零件几何形状的不同，可以选用不同的支撑类型。SL工艺中常见的支撑类型有：网状支撑、线状支撑、点状支撑和三角片状支撑等

3.4.数据处理中的其他问题逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.4.1.支撑结构设计923.快速成形技术中的数据处理

3.4.1.支撑结构设计

添加支撑有两种途径：一是在零件建模时手工添加，这种方法对于设计者而言最直接、最灵活，但对操作者有较高要求；另一种是通过软件自动添加支撑，这种方法对于操作者而言最简单，但添加的支撑的好坏取决于设计者对于软件的设计算法。 零件添加了支撑后，在零件成形过程中，支撑也同时作为一个零件被加工出来，这就需要将零件与支撑合并。合并的方法是布尔运算，可以有三种层次上的布尔运算，分别是三维、二维和一维。3.4.数据处理中的其他问题逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.4.1.支撑结构设计933.快速成形技术中的数据处理

3.4.2.层片扫描路径规划

扫描路径是指加工过程中扫描头的轨迹，一般包括轮廓和填充两部分。根据RP工艺的不同，扫描方式会有很大的不同。合适的扫描方式和路径规划可以提高原型的精度、表面质量和强度，节约造型时间和成形材料。设计扫描方式主要考虑以下三个准则：截面轮廓形状复杂程度尽管截面轮廓都是多边形，没有曲线，但多边形可能有一个或多个、凸或凹、包围的区域可能是单连通或是多连通等多种情况。加工精度要保证在扫描过程中和扫描结束后已固化层片的翘曲变形小。不同形状的加工区域如采用相同的扫描方式，被固化区域的精度将有较大差异，因此，应考虑到不同形状的加工区域采用何种形式的扫描方式较为合适。加工效率在满足加工精度的前提下，应尽量缩短加工时间，以提高零件的加工效率，这也牵涉到扫描方式的选择及设计问题。

3.4.数据处理中的其他问题逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.4.2.层片扫描路径规943.快速成形技术中的数据处理

3.4.2.层片扫描路径规划

目前已有的扫描方式有多种，如顺序往返直线扫描、分区扫描、环形扫描、分形扫描、三角形剖分扫描等。顺序往返直线扫描：要对零件的一个截面轮廓的内部进行扫描填充，最简单的方法是顺序往返直线扫描填充法，从下至上逐行填充。

分区扫描：这种扫描方式是依据一定的规则将整个层面分为若干个连贯的小区域，在每个小区域内采用连续扫描法。

环形扫描：这种扫描方式是扫描轨迹平行于轮廓边界，如同螺旋一样，由内向外或由外向内，所以也称螺旋扫描或轮廓平行扫描。分形扫描：分形扫描所采用的扫描轨迹是一种具有自相似特征的分形结构图形。

3.4.数据处理中的其他问题逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.4.2.层片扫描路径规953.快速成形技术中的数据处理

3.4.2.层片扫描路径规划

三角形剖分扫描由于STL文件切片后生成的截面轮廓多边形，各自一定为简单多边形，且多边形相互之间不存在相交情况，从而可以证明一定可以对截面轮廓进行三角形剖分，即将该多边形分成许多无空洞的三角形。

3.4.数据处理中的其他问题顺序往返直线扫描分区扫描环形扫描分形扫描三角形剖分扫描方式示意图逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.4.2.层片扫描路径规963.快速成形技术中的数据处理

3.4.3.光斑半径补偿

切片生成的层片截面轮廓是理论边界线，在实际加工零件时，光束聚焦在液面处形成的光斑具有一定的大小，当其尺寸较大时，将会降低零件的加工精度，因此在实际的加工过程中，一般都需要进行光斑的半径补偿。在进行光斑半径补偿时，首先要识别出层片截面轮廓的内外边界，然后才能决定补偿矢量，因此层片截面内外轮廓的识别是进行光斑半径补偿的基础。3.4.数据处理中的其他问题逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.4.3.光斑半径补偿973.快速成形技术中的数据处理

3.4.3.光斑半径补偿

光斑半径补偿与数控加工中的刀具半径补偿原理相同。在树脂固化过程中，光斑中心运动的边界线不能是切片后得到的理论轮廓线，而应根据轮廓的内外性，将理论轮廓线向内侧或外侧偏移一段距离，来作为实际加工时的光斑中心的运动轨迹，这就是光固化工艺中的光斑半径补偿。如图所示，实线为补偿前的理论轮廓线，虚线为补偿后的实际轮廓线。3.4.数据处理中的其他问题逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.4.3.光斑半径补偿983.快速成形技术中的数据处理

3.4.3.光斑半径补偿

光斑半径补偿流程

3.4.数据处理中的其他问题逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.4.3.光斑半径补偿993.快速成形技术中的数据处理

3.4.4.模型的几何处理

包括大原型的分割拼装，以及模型抽壳、反型规则等。分割拼装成形，是将一个CAD模型按一定方式分成几个子块之后采用快速成形方法分别加工出来，再采用粘结等方式拼合到一起，形成一个完整的原型。抽壳是将原型进行空腔化处理，减少成形体积，提高成形速度和材料利用率。反型则是计算CAD模型的凹模或凸模，以成形零件的模具或铸形，在快速工模具方面有广泛的应用。

3.4.数据处理中的其他问题逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.4.4.模型的几何处理1003.快速成形技术中的数据处理

3.4.5.排样

多零件排样在快速成形制造中有着很重要的意义，其目标是使原型排列尽可能稠密，从而使加工空间的利用效率最大化，提高成形速度和材料利用率。如图所示为三维排样。通过合理的抽象，自动排样问题可以抽象为布局分配或组合优化问题，然后采用适当的数学方法对其进行求解，如模拟退火算法、遗传算法等。3.4.数据处理中的其他问题逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.4.5.排样3.4.1013.快速成形技术中的数据处理

从快速成形机上取下的制品往往需要进行剥离，以便去除废料和支撑结构，有的还需要进行后固化、修补、打磨、抛光和表面强化处理等，这些工序统称为后处理。

剥离修补、打磨和抛光表面涂覆

3.5.快速成形技术中的后处理逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.5.快速成形技术中的后处1023.快速成形技术中的数据处理

快速成形精度是指成形件与原三维CAD设计模型之间的符合程度，包括几何形状精度、尺寸精度以及表面精度。快速成形精度首先取决于快速成形所采取的工艺方法及设备，同时，成形工艺过程中的每个环节对成形精度均有影响，这些环节有数据处理、成形过程及对制件的后处理等。工艺和设备对成形精度的影响数据处理过程对成形精度的影响成形过程对精度的影响后处理过程对成形精度的影响

3.6.快速成形精度分析逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.6.快速成形精度分析逆向1033.快速成形技术中的数据处理

3.6.1.工艺和设备对成形精度的影响

工艺和设备对成形精度的影响主要有：扫描直径的限制成形材料的收缩变形及热应力分布不均机械本体误差成形加工的控制精度

3.6.快速成形精度分析逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.6.1.工艺和设备对成形1043.快速成形技术中的数据处理

3.6.2.数据处理过程对成形精度的影响 数据处理是指从CAD模型获取成形机所能接受的控制数据的过程，数据的精度直接影响到控制的精度，自然也就影响零件的精度。 在这一过程中，产生误差的原因主要有两个：面型化处理造成的误差。

分层切片时产生的台阶误差。

3.6.快速成形精度分析逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.6.2.数据处理过程对成1053.快速成形技术中的数据处理

3.6.3.成形过程对精度的影响 成形加工包括层准备和层制造与层叠加。层准备时产生的误差。层准备就是准备好一层待固化的材料，如液态树脂，由于RP技术是层层固化并叠加成形的，所以原型零件的精度与每一层精度有直接关系。每一层的精度包括液面的平整性，往往通过刮平装置来实现，使液面既不能凸起也不能凹陷。还包括液面位置的稳定性，即不能波动。

层制造与层叠加产生的误差。主要包括成形机的工作台移动误差（影响原型的z方向的误差）和激光扫描误差，这些误差均由成形机的数控装置来保证。由于数控装置的精度很高，因此这些误差可相对忽略不计。

3.6.快速成形精度分析逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.6.3.成形过程对精度的1063.快速成形技术中的数据处理

3.6.1.后处理过程对成形精度的影响

后处理过程引起的误差可分为如下几种：SL、FDM制品需剥离支撑等废料，支撑去除后工件可能要发生形状及尺寸的变化，破坏已有的精度。LOM制品虽无支撑但废料往往很多，剥离废料时受力将产生变形，特别是薄壳类零件变形尤其严重。SLS成形金属件时，需将原型重新置于加热炉中烧除粘结剂、烧结金属粉和渗铜，从而引起工件形状和尺寸误差。制件的表面状况和力学性能等方面还不能完全满足最终产品的要求，采用修补、打磨、抛光等提高表面质量的工艺，表面涂覆是为了改变制品表面颜色提高其强度和其他性能，但在此过程中若处理不当都会影响原型的尺寸及形状精度产生后处理误差。

3.6.快速成形精度分析逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.6.1.后处理过程对成形1073.快速成形技术中的数据处理

快速成形制造技术的应用目的主要有新产品研制、市场调研和产品使用。在新产品研制方面，主要通过快速成形制造系统制作原型来验证概念设计、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。

3.7.快速成形技术应用逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.7.快速成形技术应用逆向1083.快速成形技术中的数据处理

3.7.1.新产品研制

新产品的开发过程一般为：概念设计（或改型设计）—造型设计—结构设计—基本功能评估—模拟样件试制。如果用传统方法，需要完成绘图、工艺设计、工装模具制造等多个环节，周期长、费用高。如果不进行设计验证而直接投产，则一旦存在设计失误，将会造成极大的损失。

而通过快速成形技术可直接将产品CAD模型转换成实物原型。3.7.快速成形技术应用逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.7.1.新产品研制3.1093.快速成形技术中的数据处理

3.7.1.新产品研制

原型在新产品开发过程中的价值是无可估量的，主要有以下方面：

评估产品外形。检查设计质量。产品功能检测。体验产品手感。装配干涉检验。供货询价及用户评价。反求工程。

3.7.快速成形技术应用逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.7.1.新产品研制3.1103.快速成形技术中的数据处理

3.7.2.快速模具制造

传统模具制作过程复杂、耗时长、费用高，模具的制造往往成为产品设计和制造的瓶颈。例如，铸模的模板、芯盒、压蜡型、压铸模的制造往往是用机械加工的方法来完成的，由于内腔和外形复杂，即使采用五轴数控加工中心等昂贵设备，在加工技术与工艺可行性方面仍有很大困难，有时还需要钳工进行修整，周期长、成本高。 快速成形技术大大简化了模具的制造过程。应用快速成形方法制作模具的方法称为快速模具技术，已成为快速成形技术的主要应用领域之一。 基于快速原型技术的模具制造方法，可分为直接制模和间接制模两种。3.7.快速成形技术应用逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.7.2.快速模具制造31113.快速成形技术中的数据处理

3.7.2.快速模具制造

1).直接制模

直接制模是用SL、SLS、FDM、LOM等快速成形工艺方法直接制造出树脂模、陶瓷模和金属模等模具，其优点是制模工艺简单、精度较高、工期短，缺点是单件模具成本较高，适用于样机、样件试制。3.7.快速成形技术应用逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.7.2.快速模具制造31123.快速成形技术中的数据处理

3.7.2.快速模具制造

1).直接制模

直接制模是用SL、SLS、FDM、LOM等快速成形工艺方法直接制造出树脂模、陶瓷模和金属模等模具，其优点是制模工艺简单、精度较高、工期短，缺点是单件模具成本较高，适用于样机、样件试制。3.7.快速成形技术应用逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.7.2.快速模具制造31133.快速成形技术中的数据处理

3.7.2.快速模具制造

SL工艺直接制模

利用SL工艺制造的树脂件韧性较好，可作为小批量塑料零件的制造模具。适于小型模具的生产。 特点：可以直接得到塑料模具；模具的表面粗糙度低，尺寸精度高；模型易发生翘曲，在成形过程中需设计支撑结构，尺寸精度不易保证；成形时间长，往往需要二次固化；紫外激光管寿命为2000h，运行成本较高；材料有污染，对皮肤有损害。3.7.快速成形技术应用逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.7.2.快速模具制造31143.快速成形技术中的数据处理

3.7.2.快速模具制造

LOM工艺直接制模

采用特殊的纸质，利用LOM工艺方法可直接制造出纸质模具。LOM模具有与普通木模同等水平的强度，甚至有更优的耐磨能力，可与普通木模一样进行钻孔等机械加工，也可以进行刮腻子等修饰加工。以此代替木模，不仅仅适用于单件铸造生产，而且也适用于小批量铸造生产。 特点：模具翘曲变形小，成形过程无需设计和制作支撑结构；有较高的强度和良好的力学性能，能耐200℃的高温；薄壁件的抗拉强度和弹性不够好；材料利用率低；后续打磨处理时耗时费力，导致模具制作周期增加，成本提高。

3.7.快速成形技术应用逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.7.2.快速模具制造31153.快速成形技术中的数据处理

3.7.2.快速模具制造

SLS工艺直接制模

SLS工艺可以采用树脂、陶瓷和金属粉等多种材料直接制造模具和铸件，这也是SLS技术的一大优势。 特点：制件的强度高，在成形过程中无需设计、制作支撑结构；能直接成形塑料、陶瓷和金属制件；材料利用率高；成形件结构疏松、多孔，且有内应力，制件易变形；生成陶瓷、金属制件的后处理较难，难以保证制件的尺寸精度；在成形过程中，需对整个截面进行扫描，所以成形时间较长。适合中、小型模具的制作；。3.7.快速成形技术应用逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.7.2.快速模具制造31163.快速成形技术中的数据处理

3.7.2.快速模具制造

FDM工艺直接制模

根据成形零件的形态一般可分为熔融喷射和熔融挤压两种成形方式。用熔融沉积（FDM）制模技术可以制作多种材料的原型，如石蜡型、塑料原型、陶瓷零件等。石蜡型零件可以直接用于精密铸造，省去了石蜡模的制作过程。

特点：生成的制件强度较好，翘曲变形小；在成形过程中需设计、制作支撑结构；在制件的表面有明显的条纹；在成形过程中需对整个截面进行扫描涂覆，故成形时间较长；所需原材料的价格比较昂贵。

3.7.快速成形技术应用逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.7.2.快速模具制造31173.快速成形技术中的数据处理

3.7.2.快速模具制造

2).间接制模

间接制模法是指利用快速成形技术首先制作模芯，然后用此模芯复制硬模具（如铸造模具），或者采用金属喷涂法获得轮廓形状，或者制作母模具复制软模具等。 具体过程为，对由快速成形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。 依据材质不同，间接制模法生产出来的模具一船分为软质模具和硬质模具两大类。

3.7.快速成形技术应用逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.7.2.快速模具制造31183.快速成形技术中的数据处理

3.7.2.快速模具制造

软质模具包括：

硅橡胶模环氧树脂模金属树脂模金属喷涂模电镀制模法3.7.快速成形技术应用逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.7.2.快速模具制造31193.快速成形技术中的数据处理

3.7.2.快速模具制造

硅橡胶模：硅橡胶模（简称硅胶模）以原型为样件，采用硫化的有机硅胶浇注制作。硅橡胶有良好的柔性和弹性，对于结构复杂、花纹精细、无拔模斜度或具有倒拔模斜度及具有深凹槽的模具，制件浇注完成后均可直接取出，这是其独特之处。 硅胶模制作方法主要有真空浇注法和简便浇注法两种。

3.7.快速成形技术应用逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.7.2.快速模具制造31203.快速成形技术中的数据处理

3.7.2.快速模具制造

其步骤如图所示。3.7.快速成形技术应用图3-45使用透明硅橡胶浇注模具的步骤1—模框与原型样件的间距；2—浇注系统；3—支撑模具的横梁；4—排气口；5—着色胶带标志的分模线；6—模框；7—原型样件8—透明RTV硅橡胶9—着色胶带；10—锁栓和定位线。逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.7.2.快速模具制造31213.快速成形技术中的数据处理

3.7.2.快速模具制造

硅橡胶模的优点：过程简单，制作周期短。成本低，材料选择范围较广。弹性好，复印性能好。能在室温下浇注高性能的聚氨酯塑料件，特别适合新产品的试制硅橡胶模的主要缺点是制模速度慢，寿命短。

3.7.快速成形技术应用逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.7.2.快速模具制造31223.快速成形技术中的数据处理

3.7.2.快速模具制造

硅橡胶模具（EpoxyResinMould）仅仅适用于较少数量制品的生产，如果制品数量增大时，则可用快速成形翻制环氧树脂模具。它是将液态的环氧树脂与有机或无机材料复合为基体材料，以原型为母模浇注模具的一种制模方法，也称桥模（BridgeTooling）制作方法。 采用环氧树脂浇注法制作模具工艺简单，周期短、成本低廉，树脂型模具传热性能好，强度高且型面不需加工。环氧树脂模具寿命不及钢模，但比硅胶模寿命长，可满足中小批量生产的需要，适用于注塑模、薄板拉伸模、吸塑模及聚氨酯发泡成形模等。3.7.快速成形技术应用逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.7.2.快速模具制造31233.快速成形技术中的数据处理

3.7.2.快速模具制造

环氧树脂模的制作工艺流程：

3.7.快速成形技术应用逆向工程与快速成形技术3.快速成形技术中的数据处理 3.7.2.快速模具制造31243.快速成形技术中的数据处理

3.7.2.快速模具制造

金属树脂模具（MetalResinMould）就是以环氧树脂与金属粉填料（如铝粉、铁粉、铜粉）为基体材料，以样件为基准浇铸而成的模具。以金属粉为填料所制的树脂模具