分区并行技术在大型分层实体制造中的发展.doc

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1、分区并行扫描技术在大型分层实体制造中的发展清华大学，北京大学的快速成型中心，机械工程系的Y.H.Guo,Y.N.Yan,X.R.Yan,J.J.Chen和S.Chen快速成型领域中的许多技术难题出现在制造大规模的原型时。生产效率是主要问题，并且快速成型设备也会存在难题。在本文中，分区平行扫描的概念被提了出来，分层实体制造技术已经被用于基本的成型过程，而且该技术通过实践被不断完善。静态分区扫描技术会比动态分区扫描技术有更好的发展，它可以在实现提高工作效率和优化设计的冃标中提供帮助。关键词:分区扫描技术(DPS)；动态分区扫描;分层实体制造(L0M);大规模

2、原型;快速成型(RP);静态分区扫描1.介绍快速成型技术是一种建立在几种技术基础上的新型综合技术，例如电脑辅助设计(CAD),数控技术(NC),激光和材料应用。快速成型系统可以在电脑的控制和管理下通过CAD三维模型数据或者其他3D实体数字化系统的模型数据来快速的制造模型和零件。快速成型系统整合固体，液体和粉末以形成物理对象，用这种添加剂的方法，构成实体形状。[1]RP技术开发于20世纪80年代，并在20世纪90年代应用在制造业.由于残酷的市场竞争，设计和加工产品的过程需要更短，投资的风险也希望更低。RP技术在这些环境下应运而牛，发展非常迅速，因为它能满足

3、一些制造业的要求。尽管RP技术只有10岁，它已经成为一个快速发展的科技领域，并承诺会有一个繁荣的未来。大型模具广泛应用于机械制造业,特别是汽车、飞机、大型电器，由于CAD设计复杂性的限制以及数控设备的效率,应用传统技术牛产大型模具不能满足工业牛产的要求，因为牛产周期长、牛产成木高。应用RP技术来制作大型模具有非常重要的实际意义，它提高快速反应能力,提高设计水平，降低成本,提高竞争力。技术流程图如图1所示。通过大规模的发展RP制造(RPM)系统，并在大型模具领域里运用RP技术，这具有潜力巨大的社会和经济价值。但它仍然不发达。冃前，任何RP原型制造系统一个操

4、作长度最大长度小于1200毫米。因此，大规模的RPM系统的开发满足其需求。它有潜在的技术优势和显著的社会和经济价值。图1：基于RP技术的大型模具的流程图2.我们如何制作大规模原型呢?2.1分层实体制造RP技术的所有分层实体制造系统均采用相同的原则：扫描仪根据零件的几何信息切割薄材料例如胶布纸，陶瓷片，然后最新的片粘在现有的片以形成三维物体。详细过程描述如下:采用激光器和加热棍，按照分层模型所获得的数据，用激光束将单面涂有热熔胶的纸片，塑料带、金属片或其他材料的箔带切割成欲制成样品的内外轮廓，再通过加热使刚刚切好的一层和下面的已切割层粘结在一起。这样通过逐

5、层反复的切割、粘合。最终叠加成整个原型［2］。因为RP技术的物理原型是采用离散/堆积的原则，即定体积、形状和精度，形成积累微粒，线条或平面，使3d模型的效率非常低。吉布森［3］显示RP系统的效率必须提高在整个RP技术领域。几种典型的RP技术的构成特性比较如表一所示。分层实体制造的过程釆用平面作为它的基本构成单元。由于它只削减材料，采用矢量扫描而且不需要支撑件，所以它是所有快速成型技术中成型效率最高的一种。因此它是最适合的来开发大型RPM系统的快速成型技术。2.2制作大规模原型的典型方法虽然不能直接使用典型中型或小型RPM系统(MS-RPMS)來制作大规模

6、的原型，但它可以采用集中间接的方法来制造，用当前的快速成型制造系统或者用快速成型技术中的造型概念。表一：几种典型的快速成型技术流程方法的比较基本成型单元成型方法典型过程点占，八、、"线，面，体BPM3DP线线,而，体SLS,SLA,FDM面面,体2L0M最普遍的方法是把整个模型分成两部分，然后让它们分别单独的在一个快速成型制造加工系统中，最后把两部分粘合在一起形成一个大的模具。如图2(a)所示.[4]由于步进效应和形变的影响，原型的每一段都会出现表面质量差的地方。导致零件意想不到的低精度和低结合力。最终结果就是单独的制造零件然后把它们粘结在一起的效率会很

7、低，花费又高，精度也低。CAD模型把整个模型分成单独的制造分开的原型把两个原型粘合成〜规模的原型两部分(b)3D原型层切片模型的数据吧层切片数据分成左右两个部分数据用平行扫描来制作整个大规模的原型二：(a)用传统的中型或小型的RPM系统制造大规模原型。(b)分区平行扫描技术2.3分区扫描技术的基本概念(DPS)技术因为在制造大规模原型的成型效率，精度、强度和灵活性等存在很多缺陷，，所以我们提出一项新技术一一分区并行扫描(DPS),以获得更好的结果，如图2(b)所示。第一个大型加工区域分为两个或更多小面积，扫描仪安装在每个区域。那么两个扫描仪根据划分部分的

8、几何信息并行制造。最后在一台机器上一个完整的大规模的原型在一个操作下形成。这就叫