第十一章_基于快速成型技术的产品快速设计与制造系统

快速成型与快速模具制造技术及其应用机械工业出版社(第三版)

第十一章 基于快速成型技术的产品快速设计 与制造系统

第十一章

基于快速成型技术的产品快速设计与制造系统

市场经济的激烈竞争使全球制造业的战略重心已逐步从扩大生产规模、

降低产品成本、提高产品质量转移至加快市场响应速度上。许多先进企业的产品周期，已经步入了“三个三”(产品设计周期三周，试制周期三个月， 生产周期三年)。谁能够在新产品研制与开发过程中走在前面，谁就在激烈

的市场竞争中占据有利的位置。因此，新产品研发的灵活性与便捷性便得到高度重视。由此产生的快速成型制造技术及基于快速原型的快速模具制造技 为了有效地发挥快速成型与快速模具制造技术的优越性，将该项技术与相关 软硬件资源进行集成，组建产品 /模具快速设计与制造技术体系是十分必须 的，该体系的建立对有效地发挥快速成型与快速模具制造技术的优越性，更 好地为企业提供支持与服务是十分重要的。

术在新产品开发及单件、小批量产品生产中已为企业带来了显著的经济效益。

第十一章

基于快速成型技术的产品快速设计与制造系统

1

基本功能及结构系统软硬件资源

2

3

产品快速设计与制造系统的构建产品快速设计与制造系统的应用

4

第一节

基本功能及结构

产品快速设计与制造系统应视为集工业设计、计算机三维CAD技术、 反求工程、结构分析与优化设计、工艺仿真、快速原型制造、快速模具制 造和快速产品制造等的一个集成制造系统。从当前基于快速成型技术的产 品设计角度来看，一般有两种产品快速设计方法，即从概念到产品和从样 品到产品。对于从概念到产品的设计方法，其步骤为：概念、三维CAD造 型、快速原型、结构分析与优化、工艺分析、快速模具和快速产品；对于 从样品到产品的快速设计方法，其步骤为：样品、反求(逆向)工程、曲 面拟合/修补、三维造型、快速原型、结构分析与优化、工艺分析、快速模 具和快速产品。因此，无论初始已知条件是一个概念、一个样品还是一张 图纸，都可借助于计算机三维设计、快速成型技术和快速模具制造技术进 行产品的快速设计与制造。对于产品设计，除了几何形状设计以外，还应 当进行结构的优化设计，通过对构件在实际工作环境下的工作过程仿真和

第一节

基本功能及结构

在仿真基础上的优化设计，达到产品的最佳设计目的。此外，还应当考虑 所设计的产品的制造工艺性问题，即可加工性。例如，对于产品的材料为 注塑产品或板料产品的零件，在产品外观、几

何形状等设计的同时，还应 当考虑所设计的产品外观或形状符合注塑或板料成形件的加工工艺性及其 对应的生产用模具的成本与复杂性等因素。因此，产品设计过程是集美学、 工业设计、功能/结构性能、成形工艺性、产品综合成本等多种因素于一体 的设计过程，产品设计不能仅考虑单一或几个因素。 根据上述分析，产品快速设计与制造系统的基本结构如图11-1所示。

第一节

基本功能及结构

图 11-1 产品/模具快速设计与制造系统的基本结构

第十一章

基于快速成型技术的产品快速设计与制造系统

1

基本功能及结构系统软硬件资源

2

3

产品快速设计与制造系统的构建产品快速设计与制造系统的应用

4

第二节

系统软硬件资源

根据上述产品快速设计与制造系统应具备的功能，该套系统应配备的软硬 件资源阐述如下：(1)造型软件

产品的现代设计已基本甩脱传统的图纸描述方式，而直接在三维造型软件 平台上进行。目前，几乎尽善尽美的商品化CAD/CAM一体化软件为产品造型 提供了强大的空间，使设计者的概念设计能够随心所欲，且特征修改也十分方 便。目前，应用较多的具有三维造型功能的 CAD/CAM 软件主要有： UGII 、 Pro/E、Catia、Cimatro、Delcam、Solidedge、MDT等。(2)结构分析软件 产品的结构设计既要满足产品的外观及加工制造等要求，更要满足产品的 使用要求。产品设计经外观及加工可行性评估后，能否满足在给定工况下的使 用要求，需要进行结构分析。结构分析的主要内容有结构件的强度、刚度、稳

第二节

系统软硬件资源

定性及疲劳寿命等。结构分析的目的主要是进行安全性评估，进而实现结 构的优化。目前，应用较多的结构分析软件有 ANSYS 、 NASTRAN 、 MARC、ADINA、SAP系列等。 (3)工艺仿真软件 批量产品的生产一般都依赖于工模具。在给定的工艺条件下，使用给 定结构的模具，能否生产出满足设计要求的产品，传统的试错方法在生产 过程中需反复地修改模具结构和工艺方案。这样，不可避免地会提高产品 的生产成本和延长产品的生产周期。基于工艺仿真的CAE技术的发展，大 大降低了从 CAD 到CAM的风险，使设计、仿真与制造并行，以确保产品 开发的一次性成功。目前，产品成形的工艺仿真软件主要有：体积成形仿 真 软 件 DEFORM 、 FORGEIII 等 ， 板 料 成 形 仿 真 软 件 DYNAFORM 、 OPTRIS、PAM-STAMP等，注塑成形仿真软件 MOLDFLOW 、C-MOLD等。

第二节

系统软硬件资源

(4)反求系统与数据拟合软件

新产品开发过程中的另一条重要路线就是样件的反求。反求是对存在 的实物模型或零件进行测量并根据测量数据重构出

实物的CAD模型，进而 对实物进行分析、修改、检验和制造的过程。反求工程主要用于已有零件 的复制、损坏或磨损零件的还原、模型精度的提高及数字化模型检测等。 反求的主要方法有三坐标测量法、投影光栅法、激光三角形法、核磁共振 和 CT 法以及自动断层扫描法等。反求工程中较大的工作量就是离散数据 的处理。一般来说，反求系统中应携带具有一定功能的数据拟合软件，或 借用常规的CAD/CAM软件UGII、Pro/E、Delcam等，也有独立的曲面拟合 与修补软件，如Sufacer等。

第二节

系统软硬件资源

(5)快速原型制造设备 快速原型制造设备相当于一台三维打印机，能够快速、便捷地将产品 的三维设计“打印”成特定材料的物理模型，用于产品设计检验与评估及 装配与功能校核等。依据使用的原材料及构建技术的不同，快速原型制造 设备主要有光固化成型设备、叠层实体制造设备、熔融沉积制造设备及选 择性激光烧结设备等。 (6)快速模具制造设备

由于快速成型制造技术受成型材料的限制，要想获得所需材料的单件 或小批量产品，还需要通过模具进行翻制，由此，基于快速原型的经济型 快速模具技术得到迅速发展。根据不同的制造工艺，快速模具制造过程中 常用的设备主要有真空注型设备、电加工成型设备、金属喷涂设备等。

第二节

系统软硬件资源

(7)计算机工作站 产品三维造型的CAD/CAM软件平台需要性能优越的计算机图形工作 站支持，产品结构分析及成形工艺仿真同样需要高速的计算机工作站。目 前，计算机工作站的发展速度也同微机一样日新月异。许多品牌产品得到 广泛认可，如美国SGI公司的OCTANE及O2图形工作站、美国IBM公司的 M-Pro工作站、SUN工作站及国内的海信工作站等。上述品牌工作站完全 可以满足三维造型软件及结构分析与工程仿真软件对图形处理及运算速度 的要求。

第十一章

基于快速成型技术的产品快速设计与制造系统

1

基本功能及结构系统软硬件资源

2

3

产品快速设计与制造系统的构建产品快速设计与制造系统的应用

4 …… 此处隐藏：3075字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……