基于Solidworks的快速成型制造技术的应用与精度分析

    快速成形(Rapid Prototyping，简称RP)技术是上世纪80年代发展起来的一种新的成型制造方法，其主要思想是基于数字化的成形制造技术，即利用离散／堆积成型的“叠加法”来制造产品原型，其过程为：产品CAD三维模型一分层离散一根椐离散后的平面几何信息逐层加I／堆积原材料一生成实体模型。RPM 技术集数控技术、计算机技术、新型材料技术、激光加工技术于一体，依靠，在电脑中建立三维实体模型，并将其切分成一层层平面几何信息，以此控制激光束的扫描方向和速度，采用熔结、粘结、聚合或化学反应等方法逐层有选择性地加工原材料，从而快速堆积生产成产品实体模型，整个过程如图1所示。

    图1．快速成形实体模型数据处理流程

    零件的制作完成，仅需几个小时至几十个小时，即使复杂、较大的零部件可能达到几百小时，但总体看，其制造速度比传统的用去除材料的加工方法还是要快得多，因些RP技术特别适合于新产品的开发和模具制造。

    l 与快速成型软件的数据对接

    是常用的机械设计CAD软件，它与快速成型软件数据接口类型主要有STL、STEP、IGES、CLI、LMI等文件转换格式，其中STL (Stereolithography)格式的原理是对三维模型通过表面三角网格化获得，即用小三角面片去逼近自由曲面，其逼近精度取决于曲面至三角形面的距离或曲面至三角形边的弦高差来控制(如图4所示)。STL文件格式具有生成容易、输入文件广泛、算法简单、模型易于分割等优点，被广泛作为快速成型领域的标准数据格式。

    图2是设计的玩具小熊的三维实体模型，图3则是经过STL数据转换后的零件模型，可以看到玩具小熊已经全部被三角形网格化了，这样模型数据就可输入快速成型软件中进行处理。

    2 快速成型零件精度的控制

    用快速成型软件的STL格式文件来近似等效三维模型，其原理是通过一系列的小三角形平面去逼近三维模型的自由曲面，每个小三角形单元可用三个顶点坐标(X，Y，Z)和一个法向矢量(N)来表示。可以通过选择三角形的大小，能达到控制不同的曲面近似精度。所以所谓近似处理就是用若干个三角形去等效一个三维几何实体，三角形数量越多，等效精度越高。但等效总是有一定的偏差，因此只能是无限接近得到近似的实体轮廓，如图4所示。