模具先進制造技術的應用機械工程系2007年4月報告提綱先進制造技術介紹逆向工程快速成型精密檢測2007年4月浙江大學現代制造工程研究所一、先進制造技術介紹先進制造技術是傳統制造技術不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源及現代管理等方面的科技成果，并將其綜合應用于制造行業的產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務等的制造全過程，以實現優質、精良、快速、靈活生產，并取得理想技術經濟效果的制造技術群的總稱。

制造技術+信息技術+管理科學+有關科學技術2007年4月浙江大學現代制造工程研究所先進制造技術發展趨勢個性化、大批量加工精度操作尺寸物理特性幾何形體物理性能市場響應生產重組優化配置高效、低耗無污染“精確化”“極限化”

“快、省”

“效、綠”

制造產品：制造過程：先進制造技術發展趨勢2007年4月浙江大學現代制造工程研究所制造方法：

“數字化”

數字化設計數字化控制數字化管理先進制造技術發展趨勢“自動化”“集成化”“網絡化”“智能化”立足之本是高素質人才2007年4月浙江大學現代制造工程研究所產品制造過程及先進制造技術應用產品設計正向設計逆向設計產品制樣手工出樣快速原形產品制造傳統加工CNC加工質量控制傳統檢測先進檢測產品制造過程及技術應用2007年4月浙江大學現代制造工程研究所逆向工程技術概念:產品功能描述產品概念設計CAD模型產品/實物/模型數據采集反求CAD建模1、逆向工程技術正向設計逆向設計概念→CAD

(艱難)實物→CAD

(容易)2007年4月浙江大學現代制造工程研究所發展歷史及應用情況

自古以來，模仿創新促進了人類社會的進步：

“飛鳥”→“飛機”“鯨”→“潛艇”……60年代末，日本將逆向工程技術應用于制造業：

引進-國產化-改進出口-占領國際市場20世紀90年代，逆向工程技術開始在各國工業界大量應用。1-1、逆向工程技術2007年4月浙江大學現代制造工程研究所我國制造業的應用情況重慶市建有“汽車摩托車反求技術中心”,溫州市建有“產品創新設計與快速制造技術服務中心”……廣東、浙江出現了數千家專業的產品設計服務公司……海爾、臺灣明基、聯想、一汽模具等大批制造企業建有產品創新開發中心……我國“模具十一五”把逆向工程作為重點發展技術。1-1、逆向工程技術2007年4月浙江大學現代制造工程研究所日本人算過的一筆帳：一項符合專利要求的機器的發明，從設計、試制到批量生產約需5-7年;而引進外國制造技術專利，從消化吸收到投產只需2年半時間。據統計,各國70%以上的技術源于國外,逆向工程作為掌握技術的一種手段,可使產品研制周期縮短40%以上,極大提高了生產率。

1-1、逆向工程技術2007年4月浙江大學現代制造工程研究所⑴手繪圖1-2、逆向工程技術（實例）2007年4月浙江大學現代制造工程研究所⑵效果圖1-2、逆向工程技術（實例）2007年4月浙江大學現代制造工程研究所⑶制作油泥模型

1-2、逆向工程技術（實例）2007年4月浙江大學現代制造工程研究所⑷設計師對模型修改1-2、逆向工程技術（實例）2007年4月浙江大學現代制造工程研究所⑸采集點云數據1-2、逆向工程技術（實例）2007年4月浙江大學現代制造工程研究所⑹曲面構建1-2、逆向工程技術（實例）2007年4月浙江大學現代制造工程研究所⑺造型設計裝配

1-2、逆向工程技術（實例）2007年4月浙江大學現代制造工程研究所⑻裝配后的效果

1-2、逆向工程技術（實例）2007年4月浙江大學現代制造工程研究所⑼制作樣車1-2、逆向工程技術（實例）2007年4月浙江大學現代制造工程研究所⑽風洞實驗1-2、逆向工程技術（實例）2007年4月浙江大學現代制造工程研究所⑾模擬碰撞實驗1-2、逆向工程技術（實例）2007年4月浙江大學現代制造工程研究所⑿路試1-2、逆向工程技術（實例）2007年4月浙江大學現代制造工程研究所1-3、逆向工程技術數據采集方法數據采集方法1——接觸式掃描2007年4月浙江大學現代制造工程研究所1-3、逆向工程技術數據采集方法數據采集方法2——非接觸式（激光掃描）2007年4月浙江大學現代制造工程研究所1-3、逆向工程技術數據采集方法數據采集方法3——非接觸式（CCD投影掃描）2007年4月浙江大學現代制造工程研究所1-3、逆向工程技術數據采集方法數據采集方法4——線激光快速掃描2007年4月浙江大學現代制造工程研究所兩種不同數據采集方式優缺點比較項目接觸式探針掃描非接觸式激光掃描掃描準備需在工件上預設測量點只要確定掃描范圍被測工件非柔性工件柔性+非柔性物體掃描數據數據量少，需多次掃描一次掃描，數據量大掃描精度高，一般≤0.005mm低，一般≥±0.03mm掃描效率慢快逆向使用通常用于結構件、使用少范圍廣、使用較多1-3、逆向工程技術數據采集方法2007年4月浙江大學現代制造工程研究所技術優勢快速設計：快速復制：從產品實物快速獲取產品CAD模型。改良創新：在原有產品CAD模型上進行改良，實現快速二次開發。作為正向設計的有益補充，貫穿于整個產品的開發過程。提高創新能力的有效途徑：1-5、逆向工程技術優勢獲取優秀產品信息觀察、剖析二次開發原創設計→→→“為什么要這樣做”積累經驗“應該怎樣做”2007年4月浙江大學現代制造工程研究所汽車、摩托車動力零件模具產品開發家電制品醫療器材、運動器械、特種服裝工藝品、卡通……1-6、逆向工程技術應用領域2007年4月浙江大學現代制造工程研究所

汽車、摩托車制造1-6、逆向工程技術應用領域2007年4月浙江大學現代制造工程研究所汽車、摩托車制造1-6、逆向工程技術應用領域2007年4月浙江大學現代制造工程研究所新型汽車設計(概念型產品)1-6、逆向工程技術應用領域2007年4月浙江大學現代制造工程研究所產品的開發與模具生產、工業設計1-6、逆向工程技術應用領域2007年4月浙江大學現代制造工程研究所通用電器和家電行業1-6、逆向工程技術應用領域逆向工程技術可以協助工業產品設計師進行產品的創新開發。通用電器和家電行業更新頻繁,外形設計是這類產品市場競爭的重要因素。2007年4月浙江大學現代制造工程研究所

醫療器材、工藝品、卡通動畫1-6、逆向工程技術應用領域2007年4月浙江大學現代制造工程研究所人體工學/人體曲線產品設計1-6、逆向工程技術應用領域2007年4月浙江大學現代制造工程研究所概念

快速成形技術（簡稱RP）：

是將產品CAD模形通過分層處理，快速重塑產品樣品的過程，它在產品的試制開發中得到了廣泛應用。

CAD數字模型→物理模型（樣品）

2、快速成型技術概念2007年4月浙江大學現代制造工程研究所2-1、快速成型技術發展歷史發展歷史：八十年代末起源于美國;日本、歐洲政府大量資金資助，發展很快；1992年RP的服務中心僅42個，1996年已達到284個；截止1996年底的統計,全世界安裝了1400臺以上；1998年RP的直接收入達到10億美元;1993年～1995年年增長率40%以上；我國約在1991年ＲＰ研究起步，發展迅速。2007年4月浙江大學現代制造工程研究所成形工藝光固化（簡稱：SLA或AURO）：

材料：液態光敏樹脂

原理：光聚合工作原理

優缺點：精度較高、表面效果好，但運行費用高，強度低，無法進行裝配。

粉末燒結（簡稱：SLS或SLS）：

材料：粉末

原理：激光照射下燒結的原理

優缺點：零件制作速度快，但精度較低，后處理工藝復雜。2-2、快速成形工藝2007年4月浙江大學現代制造工程研究所分層實體（簡稱：LOM或SSM）：

材料：紙、塑料薄膜等薄片

原理：層層涂覆熱熔膠、堆積成型。

優缺點：材料品種使用紙材，不能裝配，不適宜做薄壁原型，受濕度影響容易變形，此工藝已基本淘汰。

熔融擠壓（簡稱：FDM或MEM）：

材料：ABS絲

原理：熱熔、擠壓、層層堆積成型。

優缺點：運行成本較低，精度較高，成形樣件強度好，易于裝配，可進行消失模鑄造，表面質量較好。但制作大型零件時造型速度略慢。

2-2、快速成形工藝2007年4月浙江大學現代制造工程研究所2-3、成形典型工藝及運行成本對比2007年4月浙江大學現代制造工程研究所2-4、熔融擠壓成型技術原理2007年4月浙江大學現代制造工程研究所概念型汽車2-5、快速成型技術應用實例2007年4月浙江大學現代制造工程研究所汽車零部件2-5、快速成型技術應用實例汽車音像面板汽車進氣口汽車門把手2007年4月浙江大學現代制造工程研究所2-5、快速成型技術應用實例轎車模形2007年4月浙江大學現代制造工程研究所各種渦輪葉片2-5、快速成型技術應用實例2007年4月浙江大學現代制造工程研究所鑄造領域2-5、快速成型技術應用實例2007年4月浙江大學現代制造工程研究所2-5、快速成型技術應用實例通訊配件等CD盒2007年4月浙江大學現代制造工程研究所家庭制品（吸塵器/電吹風）2-5、快速成型技術應用實例2007年4月浙江大學現代制造工程研究所動漫卡通2-5、快速成型技術應用實例對話機器人2007年4月浙江大學現代制造工程研究所快速成型技術優勢：大大縮短了產品開發、試制的周期；降低了直接開模存在的風險；提高了成品率。2-6、快速成型技術優勢

Ｐｒａｔｔ＆Ｗｈｉｔｎｅｙ實驗室于1994年制造了2000個鑄件,按常規的方法約需700萬美元,而ＲＰＴ方法只用60萬美元～70萬美元,生產時間節約了70%～90%。2007年4月浙江大學現代制造工程研究所3-1、產品精度常規測量方法產品精度常規測量方法：是指用傳統測量工具（如千分表、量塊、卡尺等）進行的測量，測量簡單的零件形狀、尺寸。測量工具本身精度不高，人為誤差較大；工具量程小、被測工件尺寸、形狀受到限制；許多形狀較復雜的測量任務(如曲面)難以實現；且占用機時較長。2007年4月浙江大學現代制造工程研究所3-1、傳統測量工具及手段2007年4月浙江大學現代制造工程研究所

隨著計算機軟件和硬件的不斷發展，CAD/CAM技術為自由曲面產品的設計和制造提供了越來越大的支持。自由曲面是一種極難定義和加工的幾何元素。不像一般規則的幾何元素，能用有限參數給出精確定義，所以，對其加工精度的檢驗變得較為復雜。精密檢測技術是以精密機械為基礎綜合應用光學、電子技術、傳感技術、計算機技術等多項先進技術組成的測量儀器，能完成各種復雜幾何元素的測量工作，精度可到μ級以上，操作快速，現以大量應用于企業的生產與制造。3-2、產品精密檢測技術2007年4月浙江大學現代制造工程研究所1950年至2000年50年內約提升兩個數量級平均每8年加工誤差縮小一半超精密加工精度0.005μm我國情況一般加工精度<0.01mm平均每12年加工誤差縮小一半增長速度比國外低50%，約落后15～20年3-3、產品加工精度提升的趨勢2007年4月浙江大學現代制造工程研究所

產品精度先進測量方法：

三坐標測量是當代普遍應用的精密的形狀和尺寸檢測技術，是現代制造業、模具工業、產品設計等行業逐步走上核心技術自主研發和質量保證的重要手段，屬于先進的產品質量檢測方法。

3-4、產品精度先進測量方法2007年4月浙江大學現代制造工程研究所發展歷史1956年，英國Ferranti公司開發了第一臺三坐標測量機。3-5、三坐標檢測技術發展歷史世界上第一個觸發測頭2007年4月浙江大學現代制造工程研究所1992年全球擁有三坐標測量機46100臺，年銷售增長率在7%-25%左右；

發達國家擁有量高，在歐美、日韓每6-7臺機床配備一臺三坐標測量機；3-5、三坐標檢測技術發展歷史我國三坐標測量機生產始于20世紀70年代，年增長率在20%以上；

目前，三坐標檢測技術被廣泛應用在汽車、家電、電子、模具等制造領域。2007年4月浙江大學現代制造工程研究所三坐標檢測流程3-6、三坐標檢測流程產品+圖紙工件裝夾、測頭校正、建立坐標手動測量元素、形位公差測量公差評價、檢測報告產品產品+3D模型CNC測量高精度、高柔性、優異的數字化2007年4月浙江大學現代制造工程研究所精密測量：自動／手動操作3-7、三坐標檢測技術操作演示2007年4月浙江大學現代制造工程研究所精密測量：全自動3-7、三坐標檢測技術操作演示2007年4月浙江大學現代制造工程研究所3-8、三坐標測量元素（例）點2007年4月浙江大學現代制造工程研究所平面3-8、三坐標測量元素（例）2007年4月浙江大學現代制造工程研究所圓3-8、三坐標測量元素（例）2007年4月浙江大學現代制造工程研究所球3-8、三坐標測量元素（例）2007年4月浙江大學現代制造工程研究所圓柱3-