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经济型快速成形系统研究
RP技术被认为是近20年来制造技术的一项重大突破，可与60年代的NC技术相媲美，这一先进制造技术一出现，就受到工业先进国家的高度重视，并站在21世纪全球竞争的战略高度来关心和支持这一技术。我国90年代初也进入这一领域，目前一些单位接近或已开发出商品化的RP系统并开始少量销售。但RP技术的推广应用的一个很大的问题是其设备价格昂贵，许多企业特别是中小企业根本无力购买。针对这种情况，笔者提出了的经济型的RP系统的概念和原理，并探讨了其系统组成及应用特点。
1 基本原理 RP系统成套设备价格昂贵的根本原因是因为它是将机械工程、CAD、CAM、CNC、精密伺服驱动、激光技术及新材料技术集于一体的一种高新技术产品。怎样降低RP系统的价格呢？笔者提出了模块化与取代化相接合的原则，将复杂的RP系统“解耦”成功能相对独立的几个模块，然后分析哪些模块是RP系统特有的，是无法取代的，哪些模块是可以用其它相同或相似的功能模块，不作或少作修改来取代，而且取代后RP设备的成本会有明显的降低。RP系统从功能上可以分为4部分:造型设计模块、切片处理模块、成形控制模块及成形装置模块。4个模块哪些是无法取代的呢？很明显切片处理模块的功能是，将一个零件的CAD三维模型处理成二维平面数据，是RP技术特有的，是无法取代的。而造型设计模块对已据有CAD三维造型应用基础（软硬件、人才）的用户，只要输出成形机要求的文件格式就可以了，无需新的投资。对无工作站或高档微机、CAD造型软件及三维造型能力的用户，为了降低采用RP技术的投资费用，也可以借助其它单位，如高等院校、科研院所的人才、计算机软硬件优势，通过计算机网络，如局域网、广域网、甚至公用电话网，来实现远程通讯把数据传输到成形机里。而成形控制模块和成形装置模块能够被取代吗？下面就这一问题展开讨论。 RP技术是一种直接用CAD模型驱动快速制造复杂形状的三维零件的先进制造技术，而CNC加工技术是一种计算机数字控制技术，它们都是用数字化信号控制执行部件完成预定的零件成形过程。而LOM、SLA、FDM、SLS等快速成形工艺方法的材料处理维数都是N＝2，即将一个零件的CAD三维模型进行离散化（降维）处理成二维平面，再由二维平面堆积成一个物理的三维实体。根据N＝2的条件，为确保其实现的运动控制系统的维数M＝2.5。而CNC机床若材料处理维数N＝2，为确保其实现的运动控制系统的维数也是M＝2.5。若N＝3，其运动控制系统的维数M＝5（若用空间平面来拟合自由曲面时，M＝3）［1，2］，所以一般的连续切削控制CNC机床都有2.5轴以上的联动功能。这说明从信息处理和运动控制的角度来看，具有2.5轴以上联动功能的CNC机床数控系统（这里所指的数控系统包括数控装置、可编程控制器、主轴驱动及进给驱动装置等部分）可以完成LOM、SLA、FDM、SLS等成形工艺的成形控制过程。因此RP系统的成形控制模块可以用企业现有的具有2.5轴以上联动功能CNC机床的控制系统来取代。快速成形装置模块是指完成某种快速成形工艺成形运动的运动部件，显然CNC机床原有的运动部件如X－Y－Z运动单元，也可作为快速成形装置模块中的必要组成部分，但还需研制与机床原有的运动部件有机集成的专用部件，才能完成快速成形运动。 综上所述，我们提出的经济型RP系统是指，以用户现有的具有2.5轴以上联动功能的CNC数控机床为基础，以现有的工作站或高档微机和三维CAD造型软件作造型设计模块，只配置切片处理模块和快速成形装置模块中的必要部件，来完成产品成形过程的快速成形系统。[1] [2] [3] 下一页