(RP) 快速成型技术
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快速成型技术 (RP)
快速成型技术(RP)的起源
1979年，东京大学的中川威雄教授利用分层技术制造了金属冲裁模、 成形模和注塑模。
20世纪70年代末到80年代初，美国3M公司的AlanJ. Hebert（1978 年）、日本的小玉秀男（1980年）、美国UVP公司的Charles W. Hull （1982年）和日本的丸谷洋二（1983年），各自独立地首次提出了RP的 概念，即利用连续层的选区固化制作三维实体的新思想。 Charles W. Hull在UVP的资助下，完成了第1个RP系统Stereo lithography Apparatus （SLA），并于1986年获得专利，这是RP发展的一个里程碑。随后许多 快速成形概念、技术及相应的成形机也相继出现。
反求工程是将三维的物理实体几何信息数字化的一系列技术手段的总称， 它完成实物 信化的功能。反求工程的整个过程主要由两个部分组成，首 先是零件表面数字化，提取零件的表面三维数据。主要的技术手段有三 坐标测量 仪、三维激光数字化仪、工业CT和磁共振成像MRI，以及自动 断层扫描仪等。
通过三维数字化设备得到的数据往往是一些散乱的无序点或线的 集合，还必须对其进行三维重构得到三维CAD模型，或者层片模 型等。
目前已经有许多比较成熟的RP专用数据处理软件面市。如 Bridgeworks and SolidView， Brockware， StlView， Velocity， Z_ Shifter， Rapid Tools， Rapid Prototyping Module，Rapid Tools，以及清华大学激光快速成型中心开发的Lark’98 等。
不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系 统特点也各有不同。但是，其基本原理都是一样的，那就是"分 层制造，逐层叠加"，类似于数学上的积分过程。形象地讲，快 速成形系统就像是一台"立体打印机"。
快速成型技术(RP)的成型过程
快速成型技术(RP)的成型过程：
首先建立目标件的三维计算机辅助设计(CAD 3D)模型,
表面离散化是在CAD系统上对三维的立体模型或曲面模型内外表面进行 网络化处理,即用离散化的小三角形平面片来代替原来的曲面或平面,经 网络化处理后的模型即为STL文件.该文件记录每个三角形平面片的顶点 坐标和法向矢量.然后用一系列平行于X2Y平面(可以是等间距或不等间 距)对基于STL文件表示的三维多面体模型用分层切片算法对其进行分层 切片,然后对分层切片信息进行数控后处理,生成控制成型机运动的数控 代码.
然后对该实体模型在计算机内进行模拟切片分层,沿同一方向(比 如Z轴)将CAD实体模型离散为一片片很薄的平行平面; 把这些薄 平面的数据信息传输给快速成型系统中的工作执行部件,将控制 成型系统所用的成型原材料有规律地一层层复现原来的薄平面, 并层层堆积形成实际的三维实体,最后经过处理成为实际零件。
构造三维模型 模型近似处理
设计
设计
快
铸造 锻压 焊接
模具
模具
速
毛坯
成
去
（大于工件）
形
除
半成品
加
半成品
ຫໍສະໝຸດ Baidu
工
工件
样品
模具
a）
b）
传统加工与快速成型比较
快速成型技术(RP)的定义
快速成型技术(Rapid Prototyping & Manufacturing, 缩写为(RP) 技术，又叫快速原型技术。
RP技术是将计算机辅助设计(CAD) 、计算机辅助制造(CAM) 、计 算机数控技术(CNC) 、材料学和激光结合起来的综合性造型技术。
2、反求工程 物理形态的零件是快速成型制造技术中零件几何信息的另一个重要
来源。这里既包括天然形成的各种几何形体，也包括利用各种技术手段， 如锻造、锻压、焊接、车、铣、刨、磨、堆积等传统工艺加工而成的几 何实体。几何实体包含了零件的几何信息,但这些信息必须经过反求工程 将三维物理实体的几何信息数字化,将获得的数据进行必要的处理后,实现 三维重构而得到CAD三维模型。
3、数据处理与转换
快速成型系统比绘图仪、打印机要复杂得多，同时设备工 艺也具有更大的多样性，因此利用快速成型系统制造零件并 不像使用打印机、绘图仪那样简单，只要将CAD系统的文件 发 送过去就行了。三维CAD造型或反求工程得到的数据必须 进行大量处理，才能用于控制RP成型设备制造零件。
数据处理的主要过程包括表面离散化，生成STL文件或CFL 文件，分层处理生成SLC、CLI、HPGL等层片文件，根据工 艺要求进行填充处理，对数据进行检验 和修正并转换为数控 代码。
切片处理
激光
喷射源
固化树脂 切割箔材 烧结粉末
喷粘结剂 喷热熔材料
三维产品（样品/模具） 表面处理
快速成型过程
快速成型技术(RP)的技术体系
一个比较完整的快速成型技术的技术体系包含CAD造型、反求 工程、数据转换、原型制造以及物性转换等基本环节。
1、三维CAD造型 三维造型包括实体造型和曲面造型。利用各种三维CAD软件进行几何
快速成型技术(RP)的基本原理
快速成型技术是对零件的三维CAD实体模型，生成STL文件、按照一定的 厚度进行分层切片处理，生成二维的截面信息，然后根据每一层的截面信 息，利用不同的方法生成截面的形状，借助计算机控制的成型机完成材料 的形体制造。这一过程反复进行，各截面层层叠加，最终形成三维实体。 分层的厚度可以相等，也可以不等。分层越薄，生成的零件精度越高，采 用不等厚度分层的目的在于加快成型速度。
造型,得到零件的三维CAD数学模型，这是快速成型制造技术的重要组成 部分，是获得初始信息的最常用方法，也是制造过程的第一步。
目前较著名的CAD软件 系统主要有 Pro／Engineer， AutoCAD， I— DEAS，Unigraphics，CATIA，CADKEY等，其三维造型方式主要有实 体造型和曲面造型，三维数据格式主要有IGES，DXF，VDA—FS， Uni— versallFiles等。目前许多CAD软件在目前系统中加入一些专用模 块，将三维造型结果进行离散化，生成面片模型文件(STL文件、CFL文 件等)或层片模型文件(LEAF文件、CLI文件、 HPGL文件等。
快速成型技术(RP)的起源
1979年，东京大学的中川威雄教授利用分层技术制造了金属冲裁模、 成形模和注塑模。
20世纪70年代末到80年代初，美国3M公司的AlanJ. Hebert（1978 年）、日本的小玉秀男（1980年）、美国UVP公司的Charles W. Hull （1982年）和日本的丸谷洋二（1983年），各自独立地首次提出了RP的 概念，即利用连续层的选区固化制作三维实体的新思想。 Charles W. Hull在UVP的资助下，完成了第1个RP系统Stereo lithography Apparatus （SLA），并于1986年获得专利，这是RP发展的一个里程碑。随后许多 快速成形概念、技术及相应的成形机也相继出现。
反求工程是将三维的物理实体几何信息数字化的一系列技术手段的总称， 它完成实物 信化的功能。反求工程的整个过程主要由两个部分组成，首 先是零件表面数字化，提取零件的表面三维数据。主要的技术手段有三 坐标测量 仪、三维激光数字化仪、工业CT和磁共振成像MRI，以及自动 断层扫描仪等。
通过三维数字化设备得到的数据往往是一些散乱的无序点或线的 集合，还必须对其进行三维重构得到三维CAD模型，或者层片模 型等。
目前已经有许多比较成熟的RP专用数据处理软件面市。如 Bridgeworks and SolidView， Brockware， StlView， Velocity， Z_ Shifter， Rapid Tools， Rapid Prototyping Module，Rapid Tools，以及清华大学激光快速成型中心开发的Lark’98 等。
不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系 统特点也各有不同。但是，其基本原理都是一样的，那就是"分 层制造，逐层叠加"，类似于数学上的积分过程。形象地讲，快 速成形系统就像是一台"立体打印机"。
快速成型技术(RP)的成型过程
快速成型技术(RP)的成型过程：
首先建立目标件的三维计算机辅助设计(CAD 3D)模型,
表面离散化是在CAD系统上对三维的立体模型或曲面模型内外表面进行 网络化处理,即用离散化的小三角形平面片来代替原来的曲面或平面,经 网络化处理后的模型即为STL文件.该文件记录每个三角形平面片的顶点 坐标和法向矢量.然后用一系列平行于X2Y平面(可以是等间距或不等间 距)对基于STL文件表示的三维多面体模型用分层切片算法对其进行分层 切片,然后对分层切片信息进行数控后处理,生成控制成型机运动的数控 代码.
然后对该实体模型在计算机内进行模拟切片分层,沿同一方向(比 如Z轴)将CAD实体模型离散为一片片很薄的平行平面; 把这些薄 平面的数据信息传输给快速成型系统中的工作执行部件,将控制 成型系统所用的成型原材料有规律地一层层复现原来的薄平面, 并层层堆积形成实际的三维实体,最后经过处理成为实际零件。
构造三维模型 模型近似处理
设计
设计
快
铸造 锻压 焊接
模具
模具
速
毛坯
成
去
（大于工件）
形
除
半成品
加
半成品
ຫໍສະໝຸດ Baidu
工
工件
样品
模具
a）
b）
传统加工与快速成型比较
快速成型技术(RP)的定义
快速成型技术(Rapid Prototyping & Manufacturing, 缩写为(RP) 技术，又叫快速原型技术。
RP技术是将计算机辅助设计(CAD) 、计算机辅助制造(CAM) 、计 算机数控技术(CNC) 、材料学和激光结合起来的综合性造型技术。
2、反求工程 物理形态的零件是快速成型制造技术中零件几何信息的另一个重要
来源。这里既包括天然形成的各种几何形体，也包括利用各种技术手段， 如锻造、锻压、焊接、车、铣、刨、磨、堆积等传统工艺加工而成的几 何实体。几何实体包含了零件的几何信息,但这些信息必须经过反求工程 将三维物理实体的几何信息数字化,将获得的数据进行必要的处理后,实现 三维重构而得到CAD三维模型。
3、数据处理与转换
快速成型系统比绘图仪、打印机要复杂得多，同时设备工 艺也具有更大的多样性，因此利用快速成型系统制造零件并 不像使用打印机、绘图仪那样简单，只要将CAD系统的文件 发 送过去就行了。三维CAD造型或反求工程得到的数据必须 进行大量处理，才能用于控制RP成型设备制造零件。
数据处理的主要过程包括表面离散化，生成STL文件或CFL 文件，分层处理生成SLC、CLI、HPGL等层片文件，根据工 艺要求进行填充处理，对数据进行检验 和修正并转换为数控 代码。
切片处理
激光
喷射源
固化树脂 切割箔材 烧结粉末
喷粘结剂 喷热熔材料
三维产品（样品/模具） 表面处理
快速成型过程
快速成型技术(RP)的技术体系
一个比较完整的快速成型技术的技术体系包含CAD造型、反求 工程、数据转换、原型制造以及物性转换等基本环节。
1、三维CAD造型 三维造型包括实体造型和曲面造型。利用各种三维CAD软件进行几何
快速成型技术(RP)的基本原理
快速成型技术是对零件的三维CAD实体模型，生成STL文件、按照一定的 厚度进行分层切片处理，生成二维的截面信息，然后根据每一层的截面信 息，利用不同的方法生成截面的形状，借助计算机控制的成型机完成材料 的形体制造。这一过程反复进行，各截面层层叠加，最终形成三维实体。 分层的厚度可以相等，也可以不等。分层越薄，生成的零件精度越高，采 用不等厚度分层的目的在于加快成型速度。
造型,得到零件的三维CAD数学模型，这是快速成型制造技术的重要组成 部分，是获得初始信息的最常用方法，也是制造过程的第一步。
目前较著名的CAD软件 系统主要有 Pro／Engineer， AutoCAD， I— DEAS，Unigraphics，CATIA，CADKEY等，其三维造型方式主要有实 体造型和曲面造型，三维数据格式主要有IGES，DXF，VDA—FS， Uni— versallFiles等。目前许多CAD软件在目前系统中加入一些专用模 块，将三维造型结果进行离散化，生成面片模型文件(STL文件、CFL文 件等)或层片模型文件(LEAF文件、CLI文件、 HPGL文件等。