基于Solidworks软件的快速成型制造技术的研究与应用

1 快速成形制造技术

    快速成形(Rapid PrototypinS简称RP)是20世纪80年代中期发展起来的一种崭新的成型制造方式．其核心是基于数字化的新型成形制造技术，即利用离散，堆积即分层加工、迭加威形原理来制造产品原型，其过程为：产品三维CAD模型→分层离散→按离散后的平面几何信息逐层加工堆积原材料→生成实体模型。RP技术集计算机技术、激光加工技术、新型材料技术于一体，依靠CAD软件，在计算机中建立三维实体模型，并将其切分成一系列平面几何信息，以此控制激光束的扫描方向和速度，采用粘结、熔结、聚合或化学反应等手段逐层有选择地加工原材料，从而快速堆积制作出产品实体模型，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

    快速成形零件制造从CAD设计到原型零件的加工完毕，只需几个小时至几十个小时，复杂、较大的零部件也可能达到几百小时，但从总体上看，速度比传统的成形方法要快得多。尤其适合于新产品的开发，RP技术已成为支持并行工程和快速反求设计及快速模具制造系统的重要技术之一。

2 与快速成型软件的数据对接

    快速成型软件数据接口类型主要有STL、CLI、IGES、STEP、LMI等几种文件转换格式，其中STL(Siercolithography)格式因具有生成简单、算法简单、输入文件广泛、模型易于分割的优点成为快速成型领域的标准数据格式从而被广泛采纳。STL格式原理是通过对三维模型表面三角网格化获得，即用小三角面片去逼近自由曲面。而逼近精度由曲面到三角形面的距离误差或曲面到三角形边的弦高差控制（如图4听示）。

    通过三维实体造型设计的玩具小熊模型如图2。经过过STL数据转换后的零件模型如图3。可以看到玩具小熊已经全部被三角形网格化了，这样三角网格化STL模型数据就可输入快速成型软件中进行处理。

    图2 玩具小熊模型

    图3 STL文件格式转换后零件模型

  3 快速成型零件精度的选择

    用STL格式文件来近似处理三维模型原理是用一系列的小三角形平面来逼近自由曲面，每一个小三角形是由三个顶点坐标(X、Y、Z)用一个法向矢量(N)来表示的。由于三角形的大小可以选择，因而能得到不同的曲面近似精度。因此所谓近似处理就是用无数个三角形去等效一个三维几何实体。如图4所示。由于等效毕竟有一定的偏差，所以只能是无限接近而近似得到实体轮廓。