1骤坐、前 言     

　　快速原型技術(shù)（Rapid Prototyping & Manufacturing,簡稱RP或RPM）是指在計算機控制與管理下绪杏，由零件CAD模型直接驅(qū)動，采用材料精確堆積復(fù)雜三維實體的原型或零件制造技術(shù)纽绍，是一種基于離散/堆積成型原理的新型制造方法蕾久。     

　　快速成型技術(shù)已經(jīng)能非常成功地制作包括樹脂、塑料拌夏、紙類僧著、石蠟、陶瓷等材料的原型辰诉，但往往不能作為功能性零件圣治，只能在有限的場合用來替代真正的金屬和其它類型功能零件做功能實驗。隨著需求的增加和技術(shù)的不斷發(fā)展敏袄，快速原型技術(shù)正向快速原型/零件制造的方向發(fā)展辙紧。     

　　利用RP技術(shù)成型功能零件尤其是金屬零件的一種主要方法是轉(zhuǎn)換技術(shù)，稱為快速模具（RT坚为，Rapid tooling）技術(shù)视片。由于傳統(tǒng)模具制作過程復(fù)雜、耗時長、費用高赢凫，往往成為設(shè)計和制造的瓶頸输跑，因此應(yīng)用RP技術(shù)制造快速經(jīng)濟模具成為RP技術(shù)發(fā)展的主要推動力之一。Paul認(rèn)為從RP到RT是快速成型技術(shù)發(fā)展的第二次飛躍样矢。     

　　制造和成型的最終目的是要提供滿足要求的產(chǎn)品和服務(wù)营将。RP技術(shù)以其諸多優(yōu)越性而成為制造業(yè)的前沿技術(shù)，但因為材料的局限性制約了其更廣泛的應(yīng)用那岁；傳統(tǒng)技術(shù)如鑄造冗美、鍛壓等經(jīng)過長期發(fā)展，已相對成熟析二，但不能適應(yīng)信息時代的快速柔性要求粉洼，在未來一段時期內(nèi)，必須將快速成型技術(shù)與傳統(tǒng)成型技術(shù)結(jié)合起來叶摄，實現(xiàn)敏捷化制造属韧。     

　　2、RP與RT系統(tǒng)集成     

　　新產(chǎn)品開發(fā)中成本最高蛤吓、工時最長的階段就是制造所涉及的物理模型宵喂，即原型制造過程。RP技術(shù)主要用于零件設(shè)計的快速檢驗以及各種模型的快速制造会傲。其基本原理和成型過程是：先由CAD軟件設(shè)計出所需零件的計算機三維曲面實體模型锅棕，即電子模型；然后根據(jù)工藝要求淌山，將其按一定厚度進行分層裸燎，把原來的三維電子模型變成二維平面信息（截面信息）；再將分層后的數(shù)據(jù)進行一定的處理泼疑，加入加工參數(shù)顺少，生成數(shù)控代碼；在計算機控制下以赤，數(shù)控系統(tǒng)以平面加工方式有序地連續(xù)加工出每個薄層并使它們自動粘接而成型磕裂。     

　　RT就是用各種方法把RP原型轉(zhuǎn)換成工模具的技術(shù)。其中一個方法是將原型轉(zhuǎn)換成陶瓷型劣饺，再利用鑄造的方法轉(zhuǎn)換成金屬型印姑。利用RP原型與RT技術(shù)集成的制造精密鑄造模具方法適應(yīng)了現(xiàn)代工業(yè)向著多品種、變批量發(fā)展的要求契片，被稱為"柔性工具"方法,其工藝路線狮贪。   

　　3、集成系統(tǒng)制造功能性產(chǎn)品的精度分析     

　　從CAD模型到快速原型到產(chǎn)品的過程可以看出汛欺，最終產(chǎn)品的精度是由每個階段的制造誤差決定的尾杆。 

　　(1)CAD建模過程中设塑，由于建模軟件的局限性，對于復(fù)雜的曲面常常不能精確地加以描述狗丙。   

　　(2)STL文件的劃分過程中譬奈，由于STL文件格式對幾何造型過程中出現(xiàn)的錯誤不敏感，這些錯誤通過STL文件帶入到RP造型工藝中暇昂，有的將嚴(yán)重影響RP工藝的造型過程莺戒。而且，STL文件用平面三角形面片來逼近空間的任意表面急波，因而只能近似地表示零件在CAD系統(tǒng)中的幾何特征从铲。    

　　(3)RP工藝是通過材料的堆積來生成物體原型，許多工藝過程還伴隨著材料的相變澄暮，如FDM和SLA工藝名段。所以，RP成型過程不只是一個材料的機械堆積過程泣懊，還是一個高度耦合伸辟、非線性的熱力學(xué)過程。這一過程的精度影響因素有：材料參數(shù)嗅定、激光功率、分層厚度用踩、掃描路徑等渠退。  

　　(4)轉(zhuǎn)換工藝中的精度損失取決于轉(zhuǎn)換工藝所使用的材料、轉(zhuǎn)換方法等脐彩。     

　　(5)金屬澆注過程是整個工藝過程中精度損失最大的階段论艰。通常，前幾個階段的誤差在10×10-2mm數(shù)量級发刨，而金屬凝固過程的尺寸變化在幾個甚至十幾個毫米數(shù)量級勇袋，因此，最終產(chǎn)品精度的提高很大程度上取決于這個階段太队。影響其精度的因素有：材料性質(zhì)淑助，如材料密度、彈性模量痢玖、導(dǎo)熱率光稽、比熱、線膨脹系數(shù)等氨案，尤其是金屬的高溫?zé)嵛镄詤?shù)也拳，金屬與型腔之間的傳熱特征，澆锻刺、冒口的位置等绝迁。     

　　4、集成系統(tǒng)產(chǎn)品精度保證體系     

　　實際生產(chǎn)中，常常采用試錯法來保證最終產(chǎn)品的精度鹃栽。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展以及對降低成本躏率、實現(xiàn)數(shù)字化、過程可控性的要求谍咆，有必要采用計算機集成制造方法禾锤，對整個過程進行計算機模擬仿真研究。CAE（Computer Aided Engineering,計算機輔助工程）包括靈捷制造摹察、柔性制造恩掷、同時工程，虛擬制造等供嚎。引進CAE技術(shù)黄娘，可以把工藝路線重新繪制。如果把中間過程看作"黑匣子"克滴，則由CAD模型到產(chǎn)品的工藝路線逼争，此過程相應(yīng)的快速、多回路誤差控制與反饋系統(tǒng)劝赔。     

　　5誓焦、誤差反饋系統(tǒng)研究     

　　在此CAE系統(tǒng)中，誤差存在于每一階段诸痢。     

　　在CAD造型怕猖、劃分STL文件的過程中，精度的丟失是由于造型軟件的局限性斜回，提高軟件的質(zhì)量簇寻，可以降低誤差。     

　　在RP原型制造階段凳贰、轉(zhuǎn)換工藝階段和金屬澆注階段市通，涉及熱、力耦合問題哗励，引用非線性有限元方法苫瘾，在三維笛卡爾坐標(biāo)下，根據(jù)能量守恒原理界橱，可以得出：     

　　1）蒜吱、再將溫度引起的熱應(yīng)力和外力（如邊界條件）之和作為力載荷施加到物體，求得總變形量骆喉。得出每一階段的誤差之后诚凰，可以建立誤差反饋系統(tǒng)。誤差反饋系統(tǒng)屬閉環(huán)控制系統(tǒng)哀澈。它的一個主要內(nèi)容是變形傳遞函數(shù)的研究牌借。在三維笛卡爾坐標(biāo)下度气，由計算得到的變形前和變形后的誤差可以表示為：    

　　e(x,y,z)=p理想(x,y,z)-p實際(x,y,z)     

　　2）、如果用Δd（x,y,z）表示實際整體形狀的變化矩陣膨报，g(x,y,z)表示控制矩陣磷籍，則整個過程的反饋控制可以描述為：     

　　Δd（x,y,z）=g(x,y,z) e (x,y,z)     

　　3）、e(x,y,z)是每個過程的代數(shù)和现柠，即院领，如果不考慮CAD造型過程的誤差，且e1(x,y,z)够吩，e2(x,y,z)比然，e3(x,y,z)分別表示RP原型制造的誤差、轉(zhuǎn)換工藝過程的誤差和金屬澆注過程的變形量周循，則：    

　　e(x,y,z)=e1(x,y,z)+e2(x,y,z)+e3(x,y,z)     

　　4）强法、現(xiàn)在的問題就是，設(shè)置適當(dāng)?shù)膅(x,y,z)湾笛，使Δd（x,y,z）能夠很快地收斂到小于某個誤差允許的范圍δ梭唆，即滿足：     

　　Δd（x,y,z）＜δ     

　　5）、g(x,y,z)體現(xiàn)出我們對整個變形過程的理解蟋真，它必須實時的反映產(chǎn)品變形和CAD模型變形的耦合關(guān)系踱陡。而且還要隨變形邊界條件和材料參數(shù)的變化而變化。     

　　由于整個過程是一個多變量酷它、多輸入的復(fù)雜三維非線性閉環(huán)控制系統(tǒng)荸跃，各個變量之間可能存在耦合關(guān)系，因此掺胖，影響g(x,y,z)的因素很多冲雾，很難用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)公式描述醉檐，因此盾叭，作者提出應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，訓(xùn)練g(x,y,z)勿镇，使Δd（x,y,z）達到要求肄高。     

　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有通過小的嵌入系統(tǒng)能處理大容量的信息的優(yōu)點，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法蚂兴，可以把此復(fù)雜三維非線形閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)作柒浙。

　　 利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習(xí)的優(yōu)點，可以大大減少誤差反饋問題對工藝數(shù)據(jù)的需求章姓，并且便于系統(tǒng)的擴展佳遣。而且由于閉環(huán)系統(tǒng)對誤差的校正作用，可能會導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定凡伊。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)零渐、自學(xué)習(xí)方法窒舟，可以提高系統(tǒng)的魯棒性。     

　　6诵盼、結(jié)論     

　　RP技術(shù)是一個正在快速發(fā)展的新興制造技術(shù)惠豺，RP和RT技術(shù)相結(jié)合的集成系統(tǒng)是當(dāng)今利用RP技術(shù)制造功能性零件的主要方法，提高此快速柔性系統(tǒng)的精度是當(dāng)今急迫解決的問題风宁。本文分析了影響此柔性制造系統(tǒng)中產(chǎn)品精度的因素洁墙，提出了用非線性有限元分析三個主要成型階段的精度，采用模式識別理論戒财、誤差理論热监、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法處理誤差反饋問題，進行誤差補償修正和加工精度的預(yù)報固翰，提高最終產(chǎn)品質(zhì)量的方法涉姆。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享治盆，并不代表本站贊同其觀點和對其真實性負(fù)責(zé)绳弯，也不構(gòu)成任何其他建議。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布矫摸、編輯整理上傳耗砖，對此類作品本站僅提供交流平臺，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)烧锋。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻廉旅、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題密梯，請第一時間告知桌苔，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容，以保證您的權(quán)益安影！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn腻喇。