随着设计对象复杂程度的提高,随着旨在提高设计效率、缩短设计周期和提高一次成功率的并行工程的实施,在设计过程早期对模型的要求显得越来越迫切。目前,广泛应用的CAD技术在一定程度上帮助设计师掌握创新和风险之间的平衡。
CAD模型具有很多优点:采用CAD生成的三维CAD模型,可以进行结构、性能分析,可以进行模拟装配,可以进行外观造型的渲染,甚至可以在虚拟现实环境下进行操作和使用。
但是,CAD模型的出现,无法、也不可能完全替代其它形式的模型,特别是具有三维实体形态的实体模型。例如:在产品的造型设计中,不仅要考察产品的外形、色彩效果,甚至要考察其手感;在航空、航天器的设计中,没有因为三维CAD的采用而放弃采用空气动力学的“风洞”试验,同样,汽车工业中任一新车型开发过程中也不能不进行结构安全性的“碰撞”试验;尽管有十分详尽的军事地图,在大型战役的指挥中,“沙盘”仍是不可缺少的。这一切都源于CAD模型的缺限:
1、CAD模型无法提供产品的全部信息(如手感);
2、CAD模型只能模拟我们已知的环境条件;
3、三维空间中的实体模型比二维屏幕上的CAD模型更具有“真实感”和“可触摸性”;
4、CAD模型本身也需要接受实际验证。
因此,在大力研究和应用三维CAD基础上的拟实设计、拟实制造的同时,还要积极研究和采用同样是在三维CAD基础上产生和发展起来的快速成型(RP)技术。CAD技术和RP技术的结合为设计师带来完美的解决方案。
快速成型技术,又称实体自由成型技术,即Rapid Prototyping,简称RP技术。
RP技术是一项20世纪80年代后期由工业发达国家率先开发的新技术,其主要技术特征是成型的快捷性,能自动、快捷、精确地将设计思想转变成一定功能的产品原型或直接制造零部件,该项技术不仅能缩短产品研制开发周期,减少产品研制开发费用,而且对迅速响应市场需求,提高企业核心竞争力具有重要作用。
快速成型技术的工艺方法
RP快速成型的工艺方法是基于计算机三维实体造型,在对三维模型进行处理后,形成截面轮廓信息,随后将各种材料按三维模型的截面轮廓信息进行扫描,使材料粘结、固化、烧结,逐层堆积成为实体原型。目前的快速成型技术的成型方法基本上都是按照如下步骤进行的:
1. 利用三维建模设计软件(如:Pro/E, SolidWorks, Unigraphics,AutoCAD等)设计和构建3D CAD模型,然后输出为STL格式的文件;
STL文件导出方法:
Alibre |
File (文件) -> Export (输出) -> Save As (另存为,选择 .STL) -> 输入文件名 -> |
AutoCAD |
输出模型必须为三维实体,且 XYZ 坐标都为正值。在命令行输入命令 \\"Faceters\\" -> 设定 |
CADKey |
从 Export (输出)中选择 Stereolithography (立体光刻) |
I-DEAS |
File (文件) -> Export (输出) -> Rapid Prototype File (快速成形文件) -> 选择输出的模型 -> select Prototype Device (选择原型设备) -> SLA500.dat -> 设定 |
Inventor |
Save Copy As (另存复件为) -> 选择 STL 类型 -> 选择 Options (选项),设定为 High(高) |
IronCAD |
右键单击要输出的模型 -> Part Properties (零件属性) -> Rendering (渲染) -> 设定 |
Mechanical Desktop |
使用 AMSTLOUT 命令输出 STL 文件。 |
ProE |
1. File (文件) -> Export (输出) -> Model (模型) |
ProE Wildfire |
1. File (文件) -> Save a Copy(另存一个复件)-> Model(模型)-> 选择文件类型为 STL (*.stl) |
Rhino |
File (文件)-> Save As(另存为 .STL ) |
SolidDesigner (Version 8.x) |
File (文件)-> Save(保存)-> 选择文件类型为STL |
SolidDesigner (not sure of version) |
File(文件)-> External(外部)-> Save STL(保存STL)-> 选择 Binary(二进制)模式 -> 选择零件 -> 输入 0.001mm 作为 Max Deviation Distance (最大误差) |
SolidEdge |
1. File (文件) -> Save As (另存为) -> 选择文件类型为 STL |
SolidWorks |
1. File ((文件) -> Save As (另存为) -> 选择文件类型为 STL |
Think3 |
File (文件) -> Save As (另存为) -> 选择文件类型为 STL |
Unigraphics |
1. File (文件)> Export (输出)> Rapid Prototyping (快速原型) -> 设定类型为 Binary (二进制) |
2. RP设备的分层处理软件对.STL文件进行分层处理;
3. RP设备对分层处理好的数据模型进行实体制造,加工生成了第一个物理层后,模型降低一个层高以便生成另一层,循环往复,直到生成整个成型件;
4. 成型件制成之后,通常还要按照一定步骤进行后处理,才能得到最终完美的样品,包括固化、去除支撑材料、表面清洁、打磨抛光、喷漆上色等。
迄今为止,国内外已开发成功了多种成熟的快速成型工艺,其中比较常用的有以下几种:
SLA(光固化成型或立体光刻造型):Stereo Lithography Apparatus
FDM(熔融沉积成型):Fused Deposition Modeling
SLS(选择性激光烧结):Selective Laser Sintering
LOM(分层实体制造):Laminated Object Manufacturing
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