面向快速制造技术的概念型产品开发应用研究

摘要

随着社会需要和科学技术的发展，产品的竞争愈来愈激烈。一方面，对产品性能的要求越来越高；另一方面，市场的快速变化，要求设计人员能加快产品的开发速度，缩短产品开发周期。特别对于具有一定时代特色的产品，比如概念型产品，其研发的速度将直接影响开发的成败。 本文围绕这个问题，充分利用CAX技术和快速成形技术，提出了基于三维CAD设计、逆向工程、有限元分析(CAE)、快速成形为核心的快速制造技术，解决传统研发手段存在的不足，最终实现产品的快速研发。 首先，在产品的设计阶段，可依据产品的特点，选择正向设计或逆向设计的方法，实现产品的数字化建模。对于形状较为规则的产品，使用正向设计的方法更合理，它能实现所有特征的数字化，便于后续实施更改。而对于外形复杂的产品，则必须使用逆向工程的方法，它更具有灵活性，受CAD软件造型功能的约束较少。 其次，利用CAE软件，对产品数字化模型进行有限元分析并进行优化设计，尽可能避免设计反复，实现产品性能和进度的并行考虑。它分析的项目主要有静强度、疲劳寿命、热效应等。 最后，在制造环节，抛弃了传统的加工方法，使用了先进制造技术中的快速成形技术。它的数据来源是经优化后的数字模型经数据转换后输出的STL格式文件。快速成形设备能直接使用STL文件进行加工，制造出与数字模型一模一样的实物。在制造评估样件时，一般使用非金属材料即可，而在制造金属件时，一般要使用快速成形技术先制造出毛坯模型，再按传统的精密铸造法生产出金属毛坯。快速成形使用最多的方法有SLA法、LOM法、SLS法等，它们每种方法都有各自的特点。 通过使用快速制造技术对产品开发的实际应用，证明快速制造技术在加快产品开发速度，提高开发成功率是有效的、可行的。在HOTAS产品的开发中，它能将开发成功率提高到95％，最短可达到一个月内完成一次设计迭代，开发费用可减少到原来的20％～30％。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1课题背景及问题的提出

1.1.1概念型产品

1.1.2产品的开发流程

1.1.3传统开发手段的缺点

1.1.4问题的提出

1.2国内外研究现状

1.2.1三维表面重建理论

1.2.2 CAE技术

1.2.3快速原形技术(RP技术)

1.3课题的研究目的和研究的主要内容

1.3.1研究目的

1.3.2研究的主要内容

2快速制造技术

2.1引言

2.2快速制造技术的主要流程

2.2.1设计

2.2.2 CAE分析

2.2.3制造

2.3本章小结

3反求工程

3.1数据采集技术

3.2点云图像处理

3.3三维模型重建

3.3.1 B样条曲线

3.3.2表面重建

3.4本章小结

4 CAE分析

4.1优化分析

4.2有限元法的基本思路

4.3 CAE分析的一般流程

4.3.1建立/获取几何模型

4.3.2选择分析程序

4.3.3建立分析模型

4.3.4求解和查看计算结果

4.4本章小结

5快速原形制造

5.1快速原形的原理

5.2快速原形的主要方法

5.3 STL格式

5.3.1 STL格式简介

5.3.2 STL文件格式

5.4影响快速成形精度的因素

5.5本章小结

6应用

6.1设计

6.2 CAE分析

6.3优化设计

6.4快速原形制造

6.5本章小结

7结论与展望

7.1主要结论

7.2后续研究工作的展望

致谢

参考文献

附录 攻读工程硕士期间的科技工作