【正文】 1 引言本次課題是基于SLA的快速模具設(shè)計(jì)與制造研究，并且選定了鼠標(biāo)作為本課題研究的初始實(shí)物原型。本次課題涉及3DSS、Geomagic、Magics、Pro/E等軟件的使用，快速成型機(jī)等設(shè)備的使用及硅膠模具的制作。根據(jù)制作過程，我們大致把本次課題分為三個(gè)階段，分別為：模型的反求及重建、快速原型的建立和硅膠模具的制作。針對本次課題，我主要側(cè)重快速原型和硅膠模具的制作這兩方面的研究。 鼠標(biāo)的初始實(shí)物 快速成形技術(shù)的背景快速成形技術(shù)又稱快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，簡稱RP)技術(shù)，誕生于20世紀(jì)80年代后期，是基于材料堆積法的一種產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造技術(shù)。它不受傳統(tǒng)加工模式的局限，不需要機(jī)械加工設(shè)備便可快速制造出形狀復(fù)雜的工件，被看作是產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域的重大研究成果。其對制造行業(yè)的沖擊可與五六十年代的數(shù)控技術(shù)相比，尤其是產(chǎn)品的原型制造，為面向21世紀(jì)的新產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了一種切實(shí)可行的技術(shù)途徑[2] ?？焖俪尚渭夹g(shù)綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械工程、CAD技術(shù)、逆向工程、分層制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、激光技術(shù)等高新技術(shù)，可以自動、精確、直接、快速地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑?，或可以直接制造零件，從而為零件原型制作、新設(shè)計(jì)思想的校驗(yàn)等方面提供了一種高效、低成本的實(shí)現(xiàn)手段[3]?？焖俪尚渭夹g(shù)在不需要任何刀具、模具及工裝夾具的情況下，直接接受產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜形狀新產(chǎn)品的快速制造，快速制造出新產(chǎn)品的樣件、模具或模型，優(yōu)越性顯而易見。通過RP技術(shù)快速制造出的模型或樣件可直接用于新產(chǎn)品設(shè)計(jì)驗(yàn)證、功能驗(yàn)證、外觀驗(yàn)證、工程分析、市場訂貨等，有利于優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，大大提高了新產(chǎn)品開發(fā)的一次成功率，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本，提高產(chǎn)品的市場競爭力[4]。 快速成形技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀快速成形技術(shù)概念的提出可追溯到1979年，日本東京大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所的中川威雄教授發(fā)明了疊層模型造型法，1980年小玉秀男又提出了光造型法，該設(shè)想提出后，由丸谷洋二于1984年繼續(xù)研究，并于1987年進(jìn)行產(chǎn)品試制。1988年，美國3D Systems公司率先推出快速原型實(shí)用裝置——激光立體造型即SLA(Stereo Lightgraphy Apparatus)，并以年銷售增長率為30%～40%的增幅在世界市場出售[5]。世界上，美國是最重要的RP設(shè)備生產(chǎn)國，％。而對于本課題主要采用的光固化成形法，主要進(jìn)行研究的有3D Systems公司、EOS公司、CMET公司、DMEC公司、Teijin Seiki公司、Mitsui Zosen公司等。3D Systems公司于1999年推出SLA7000機(jī)型。AUTOSTRADE公司（日本）使用680nm左右波長的半導(dǎo)體激光器作為光源，并開發(fā)出針對該波長的可見光樹脂。在國內(nèi)，清華大學(xué)主要研究RP方面的現(xiàn)代成形學(xué)理論、SSM（slicing solid manufacturing）、FDM工藝，開展了基于SLA工藝的金屬模具的研究。華中科技大學(xué)研究LOM工藝，推出了HRP系列成形機(jī)和成形材料。西安交通大學(xué)開發(fā)出LPS和CPS系列的光固化成形系統(tǒng)及相應(yīng)樹脂，CPS系統(tǒng)采用紫外燈為光源，體積略同柜式空調(diào)機(jī)。南京航空航天大學(xué)重點(diǎn)研究了SLS成形工藝。華北工學(xué)院研究了基于SLS工藝的金屬零件的RP制造。南京師范大學(xué)與南京理工大學(xué)主要研究光造型工藝及微結(jié)構(gòu)快速成型工藝，并研制了低成本桌面快速成型系統(tǒng)及微結(jié)構(gòu)桌面快速成型系統(tǒng)，同時(shí)還開展了成形材料及新型RP用光學(xué)技術(shù)的研究[6]?？焖俪尚渭夹g(shù)是一種具有廣泛應(yīng)用前景的、正在不斷完善的高新技術(shù)。隨著市場競爭的日趨激烈，該技術(shù)將會被越來越多的企業(yè)所采用，對企業(yè)的發(fā)展起到越來越重要的作用，并將給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，快速成形技術(shù)作為一門多學(xué)科交叉的專業(yè)技術(shù)，其本身的發(fā)展也將推動相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[7]。 快速成形技術(shù)的發(fā)展趨勢從目前技術(shù)的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀來看，快速成型技術(shù)的進(jìn)一步研究和開發(fā)工作主要有以下幾個(gè)方面： (1)開發(fā)性能好的快速成型材料，如成本低、易成形、變形小、強(qiáng)度高、耐久及無污染的成形材料；(2)提高RP系統(tǒng)的加工速度和開拓并行制造的工藝方法；(3)改善快速成形系統(tǒng)的可靠性，提高其生產(chǎn)率和制作大件能力，優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，尤其是提高成形件的精度、表面質(zhì)量、力學(xué)和物理性能，為進(jìn)一步進(jìn)行模具加工和功能實(shí)驗(yàn)提供基礎(chǔ)；(4)開發(fā)快速成形的高性能RP軟件。提高數(shù)據(jù)處理速度和精度，研究開發(fā)利用CAD原始數(shù)據(jù)直接切片的方法，減少由STL格式轉(zhuǎn)換和切片處理過程所產(chǎn)生精度損失；(5)開發(fā)新的成形能源；(6)快速成形方法和工藝的改進(jìn)和創(chuàng)新。直接金屬成形技術(shù)將會成為今后研究與應(yīng)用的又—個(gè)熱點(diǎn)；(7)進(jìn)行快速成形技術(shù)與CAD、CAE、RT、CAPP、CAM以及高精度自動測量、逆向工程的集成研究；(8)提高網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)的研究力度，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制[8]。 基于快速成形技術(shù)的硅膠模型技術(shù)采用快速成形技術(shù)制造用于新產(chǎn)品開發(fā)與試制的技術(shù)稱為快速模具制造技術(shù)(Rapid Tooling，簡稱RT)。傳統(tǒng)模具制造的方法有很多，如：數(shù)控銑削加工、成形磨削、電火花加工、線切割加工等。由于這些工藝復(fù)雜、時(shí)間長、費(fèi)用高而影響了新產(chǎn)品對于市場的響應(yīng)速度。而傳統(tǒng)的快速模具（例如中低熔點(diǎn)合金模具、電鑄模、噴涂模具等）又由于工藝粗糙、精度低、壽命短，很難完全滿足用戶的要求。此外，傳統(tǒng)的快速模具常常因?yàn)槟＞叩脑O(shè)計(jì)與制造中出現(xiàn)的問題無法改正，而不能做到真正的“快速”。因此，應(yīng)用快速成形技術(shù)制造快速模具，在最終生產(chǎn)模具、開模之前進(jìn)行產(chǎn)品的試制與小批量生產(chǎn)，可以大大提高產(chǎn)品開發(fā)的一次成功率，有效地節(jié)約開發(fā)時(shí)間和費(fèi)用。快速模具的目標(biāo)是以較低的成本，快速地生產(chǎn)出具有較好尺寸精度、表面粗糙度和一定復(fù)雜度的模具。根據(jù)模具的使用壽命，快速模具的種類可以分為軟模具、中間模具和硬模具。模具相對壽命在200次以下定義為軟模具(Soft Tooling)，壽命在200～5000次定義為中間模具或過渡模具(Firm Tooling Bridge Tooling)，壽命在5000次以上為硬模具(Hard Tooling)。軟模具適合中小批量零件生產(chǎn)，是一種周期短、成本低的模具制造工藝。本次課題擬采用軟模具。硅膠模具技術(shù)是一種常見的快速軟模具制造技術(shù)。其定義為：以硅膠為基料灌入已固定原型的型框中，待硅膠硬化后沿分型面用刀具切開，取出原型，即得到模具。硅橡膠模具制造工藝是一種比較普及的快速模具制造方法。硅橡膠模具具有良好的柔性和彈性，能制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜、花紋精細(xì)、無拔模斜度，甚至倒拔模斜度以及具有深凹槽類的零件，制造周期短，制件質(zhì)量高。硅膠模具與傳統(tǒng)模具制造技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢：（1）復(fù)印性能好，可良好地翻印母模上的細(xì)小特征，基本上無尺寸精度損失； （2）硅膠作為彈性體，可供制作形狀復(fù)雜樣件的模具，并且不需要設(shè)置拔模斜度就能脫模，大大簡化了模具設(shè)計(jì)； （3）硅膠模具的延展性、韌性好；（4）硅膠模具的離型性好；（5）耐高溫，可以直接澆注低溫合金或金屬；（6）生產(chǎn)周期短，一般僅為十幾個(gè)小時(shí)，甚至幾個(gè)小時(shí)；（7）制成的樣件產(chǎn)品性能，根據(jù)聚氨酯配比可直接與ABS、PE、PP等類比。（8）成本低，硅膠模的制作費(fèi)用要比傳統(tǒng)模具制作的費(fèi)用低得多[9]。43 / 432 模型的反求及重建 逆向工程技術(shù)的介紹 逆向工程的定義 逆向工程（Reverse Engineering，簡稱RE），也稱反求工程、反向工程等，其思想最初來自于油泥模型到產(chǎn)品實(shí)物的設(shè)計(jì)過程。作為消化吸收先進(jìn)技術(shù)的一種手段。逆向工程的主要任務(wù)是將原始的物理模型轉(zhuǎn)化成為工程設(shè)計(jì)概念或數(shù)字化模型：一方面為提高工程設(shè)計(jì)及加工分析的質(zhì)量和效率提供充足的信息，另一方面為充分利用CAD/CAM/CAE技術(shù)已有的產(chǎn)品進(jìn)行再設(shè)計(jì)服務(wù)。逆向工程是對產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的一種描述。在工程技術(shù)人員的一般概念中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一個(gè)從無到有的過程：設(shè)計(jì)人員首先構(gòu)思產(chǎn)品的外形、性能和大致的技術(shù)參數(shù)等，然后利用CAD技術(shù)建立產(chǎn)品的三維數(shù)字化模型，最終將這個(gè)模型轉(zhuǎn)入制造流程，完成產(chǎn)品的整個(gè)設(shè)計(jì)制造過程。這樣的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程可稱之為“正向設(shè)計(jì)”。反之，可以認(rèn)為逆向工程是“將產(chǎn)品樣件轉(zhuǎn)化為CAD模型的相關(guān)數(shù)字化技術(shù)和幾何模型重建技術(shù)”的總稱[10]。 逆向工程的系統(tǒng)組成 逆向工程系統(tǒng)主要由3部分組成：產(chǎn)品實(shí)體外形的數(shù)字化、CAD模型的重建、產(chǎn)品樣本和模具制造。 逆向工程系統(tǒng)中設(shè)備和軟件因素主要包括以下幾個(gè)方面：（1）測量機(jī)與探頭；（2）數(shù)據(jù)處理；（3）模型