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1、前 言
　　快速原型技術(shù)（Rapid Prototyping & Manufacturing,簡稱RP或RPM）是指在計算機(jī)控制與管理下，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(shí)體的原型或零件制造技術(shù)，是一種基于離散/堆積成型原理的新型制造方法。
　　快速成型技術(shù)已經(jīng)能非常成功地制作包括樹脂、塑料、紙類、石蠟、陶瓷等材料的原型，但往往不能作為功能性零件，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(shí)驗。隨著需求的增加和技術(shù)的不斷發(fā)展，快速原型技術(shù)正向快速原型/零件制造的方向發(fā)展。
　　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，Rapid tooling）技術(shù)。由于傳統(tǒng)模具制作過程復(fù)雜、耗時長、費(fèi)用高，往往成為設(shè)計和制造的瓶頸，因此應(yīng)用RP技術(shù)制造快速經(jīng)濟(jì)模具成為RP技術(shù)發(fā)展的主要推動力之一。Paul^[1]認(rèn)為從RP到RT是快速成型技術(shù)發(fā)展的第二次飛躍。
　　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)。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；傳統(tǒng)技術(shù)如鑄造、鍛壓等經(jīng)過長期發(fā)展，已相對成熟，但不能適應(yīng)信息時代的快速柔性要求，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，實(shí)現(xiàn)敏捷化制造。 論壇

2、RP與RT系統(tǒng)集成
　　新產(chǎn)品開發(fā)中成本最高、工時最長的階段就是制造所涉及的物理模型，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。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(jī)三維曲面實(shí)體模型，即電子模型；然后根據(jù)工藝要求，將其按一定厚度進(jìn)行分層，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(jìn)行一定的處理，加入加工參數(shù)，生成數(shù)控代碼；在計算機(jī)控制下，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。
　　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，再利用鑄造的方法轉(zhuǎn)換成金屬型。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，被稱為“柔性工具”方法^[5],其工藝路線，如圖1示。 論壇

圖1　工藝路線圖

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，最終產(chǎn)品的精度是由每個階段的制造誤差決定的,如圖2所示。

圖2　誤差影響因素 論壇

　　(1)CAD建模過程中，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；
　　(2)STL文件的劃分過程中，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，有的將嚴(yán)重影響RP工藝的造型過程^[3，4]。而且，STL文件用平面三角形面片來逼近空間的任意表面，因而只能近似地表示零件在CAD系統(tǒng)中的幾何特征^[3]。
　　(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，如FDM和SLA工藝。所以，RP成型過程不只是一個材料的機(jī)械堆積過程，還是一個高度耦合、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)、激光功率、分層厚度、掃描路徑等。
　　(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。
　　(5)金屬澆注過程是整個工藝過程中精度損失最大的階段。通常，前幾個階段的誤差在10×10^-2mm數(shù)量級，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，因此，最終產(chǎn)品精度的提高很大程度上取決于這個階段。影響其精度的因素有：材料性質(zhì)，如材料密度、彈性模量、導(dǎo)熱率、比熱、線膨脹系數(shù)等，尤其是金屬的高溫?zé)嵛镄詤��?shù)，金屬與型腔之間的傳熱特征，澆、冒口的位置等。

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4、集成系統(tǒng)產(chǎn)品精度保證體系
　　實(shí)際生產(chǎn)中，常常采用試錯法來保證最終產(chǎn)品的精度。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及對降低成本、實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、過程可控性的要求，有必要采用計算機(jī)集成制造方法，對整個過程進(jìn)行計算機(jī)模擬仿真研究。CAE（Computer Aided Engineering,計算機(jī)輔助工程）包括靈捷制造、柔性制造、同時工程，虛擬制造等。引進(jìn)CAE技術(shù)，可以把工藝路線重新繪制，如圖3示。如果把中間過程看作“黑匣子”，則由CAD模型到產(chǎn)品的工藝路線，如圖4所示；此過程相應(yīng)的快速、多回路誤差控制與反饋系統(tǒng)，如圖5所示。

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圖3　CAE中工藝路線圖 論壇

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圖4　CAD模型到產(chǎn)品的工藝路線圖 中國

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圖5　多回路誤差控制及反饋系統(tǒng) 此篇文章來自中國

5、誤差反饋系統(tǒng)研究

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