第1章绪论
1.1课题的提出背景
快速成形技术(即idprototyping的集CAD技术、数控技术、激光技术、，简称RP)是20世纪80年代中后期发展起来材料科学与工程等技术为一体的现代制造技术，其突出特点就是不需要任何工装夹具便能根据产品的CAD数据快捷地制造出具有一定结构和功能的原形甚至产品，是制造领域的一次重大技术突破，与并行工程一起被列为当代两项最重要的制造技术。即技术主要应用离散、堆积原理。其基本原理和成形过程是:先由CAD软件设计出所需零件的计算机三维曲面或实体模型，即电子模型，然后根据工艺要求，将其按一定厚度进行分层，把原来的三维电子模型变成二维平面信息(截面信息)，再将分层后的数据进行一定的处理，加入加工参数，生成数控代码;在计算机控制下，数控系统以平面加工方式有顺序地连续加工出每个薄层模型并使它们自动粘接而成形。这样就把复杂的三维成形问题变成了一系列简单的平面成形问题。
1.2快速成形技术的成形过程
快速成形的过程可以归纳为以下三步:
1.前处理。包括工件三维模型的构造、三维模型的近似处理、模型成形方向的选择和三维模型的切片处理。
2.分层叠加成形。这是快速成形的核心。包括截面轮廓的制造与截面轮廓的叠合。
3.后处理。包括工件的剥离、后固化、修补、打磨、抛光和表面强化处理等。
其基本成形过程如图2.1所示:
(l)三维模型的建立
由于实现快速成形的系统只能接受计算机构造的产品三维模型(立体图)，然后才能进行切片处理。因此，因此三维建模是快速成形系统的第一步也是关键的一步。所谓三维建模就是以计算机能够理解的方式，对实体进行确切的定义，赋予一定的数学描述，再以一定的数据结构形式对所定义的几何实体加以描述，从而在计算机内部构造一个实体的模型。现阶段它主要包括线框建模、表面建模、实体建模和特征建模。在建模初期要考虑到整个模型在三维坐标系中的位置，使模型在X、Y、Z三个方向都不能有负值也不能数值太大，否则以后无法在MagicView等软件中查看到所设计的模型。建模也就是在计算机上实现设计思想的数字化，即将产品的形状、特性等数据输入到计算机中。目前快速成形机的数据输入主要有两种途径:一是设计人员利用计算机辅助设计软件(如prongineer，SolidWorks，IoEAs，MnT，AutoCAD等)，根据产品的要求设计三维模型，或将己有产品的二维三视图转换为三维模型;另一种是对己有的实物进行数字化，这些实物可以是手工模型、工艺品或人体器官等。这些实物的形体信息可以通过三维数字化仪、CT和MRJ等手段采集处理，然后通过相应的软件将获得的形体信息等数据转化为快速成形机所能接受的输入数据。
(2)三维模型约近似处理
由于产品上往往有一些不规则的自由曲面，因此加工前必须对其进行近似处理。在目前的快速成形系统中，最常见的近似处理方法是模型转换成STL格式的文件。STL格式是目前快速成形系统中最常见的一种文件格式，它用于将三维模型近似成小三角形平面的组合。计算机将一记录模型的每一个小三角形法向量的X、Y、Z的分量，以及三角形每个项点的X、Y、Z的坐标，用户大多并不需要关心这些而只要了解到STL文件的三角形的面数、线数和点数，从而判断模型的精度。在转换的过程中，要根据所制作的产品或模具的不同，选择不同的精度，精度太低无法达到设计要求，精度太高则有些不成熟的成形系统接受不了。对于精度设置，主要有角度公差、宽高比、表面公差和顶点间距这4项，而其中顶点间距值设置的大小直接而明显地改变了模型的精度，典型的计算机辅助设计都有转换和输出STL格式文件的接口，但是，有时输出的三角形会有少量错误，需要进行局部的修改。
(3)三维模型的切片处理
由于快速成形是按一层层截面轮廓来进行加工，因此，加工前必须从三维模型上沿成形的高度方向，每隔一定的间隔进行切片处理，以便提取截面的轮廓。间隔的大小根据被成形件精度和生产率的要求选定，间隔愈小，精度愈高，成形时间愈长;间隔的范围为0.05-0.smm，常用0.1~左右，在此取值下，能得到相当光滑的成形曲面。切片间隔选定之后，成形时每层叠加的材料厚度应与其相适应。各种快速成形系统都带有切片处理软件，能自动提取模型的截面轮廓。用户应根据自己的设计要求，不断摸索经验，选择适合自己的项点间距值。
(4)截面轮廓的制造
根据切片处理得到的截面轮廓，在计算机的控制下，快速成形系统中的成形头(激光头或喷头)在X-Y平面内，自动按截面轮廓运动，切割纸(或固化剂，热熔材料)，得到一层层截面轮廓。每层截面轮廓成形后，快速成形系统将下一层材料送至成形的轮廓面上，然后进行新一层截面轮廓的成形，从而将一层层的截面轮廓逐步叠合在一起，最终形成三维产品。
(5)后处理
后期处理是一种新工艺，在进行后期处理之前，先用Magic等类似软件将工件的图纸在计算机上打印出来，以了解整个工件的形状、尺寸，做到心中有数。然后根据工件的大小、复杂性，决定是先取外围废料还是先取内腔废料，对于小工件一般先取内腔较好。在处理的过程中一般遵循打磨一涂料一再打磨一再涂料不断重复直至表面光洁度和尺寸精度符合设计要求的原则。要注意打磨的时间、粗细和所选择的涂料的性能。
第3章 粉末激光烧结技术......................... 32-38
3.1 粉末激光烧结技术的主要特点.......................32-34
3.2 粉末激光烧结技术的工艺过程....................... 34-38
3.2.1 CAD模型的建立及数据处理 .......................34
3.2.2 铺粉过程 .......................34
3.2.3 烧结过程 .......................34-36
3.2.4 后处理过程....................... 36-38
第4章 粉末激光烧结技术的误差分析....................... 38-54
4.1 设备误差 .......................38
4.2 零件造形对零件精度的影响.......................38-47
4.3 粉末激光烧结技术的实验研究....................... 47-51
4.3.1 实验条件....................... 47
4.3.2 实验方法 .......................47-48
4.3.3 实验结果及分析....................... 48-50
4.3.4 工艺参数的优化....................... 50-51
4.4 提高制件精度的改进措施....................... 51-53
4.4.1 平面精度....................... 51-52
4.4.2 高度方向的精度....................... 52-53
4.5 本章小结....................... 53-54
第5章 粉末激光烧结中翘曲问题的研究....................... 54-68
5.1 粉末激光烧结成形件的翘曲模型....................... 54-58
5.1.1 熔固收缩....................... 54-55
5.1.2 温致收缩 .......................55-56
5.1.3 翘曲模型....................... 56-58
5.2 制件翘曲问题的实验研....................... 58-64
5.3 翘曲的原因及规律....................... 64-68
结论
1.系统阐述了快速成形技术及基于即的快速模具制造技术的分类、特点、存在的主要问题及发展趋势。
2.比较全面的分析了粉末激光烧结技术的特点及影响成形件精度的各项因素，针对精度问题，通过实验得出了各因素对成形件精度的影响规律，并就提高SLS制件精度提出了一些相应的解决办法。
3.针对SLS制件的翘曲问题进行了实验，总结出了各工艺参数对制件翘曲程度的影响规律，并分析了产生翘曲的原因和避免翘曲的措施。
4.对硅橡胶材料的类型与特点，以及硅橡胶模具的优缺点进行了系统的分析，并介绍了硅橡胶模具的工艺过程。
5.分析了硅橡胶模具及其成形制品的常见问题及控制措施，并对影响快速硅橡胶成形制品精度的因素进行了实验分析。
参考文献
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