离散/堆积成形原理

快速成形（Rapid Prototyping，简称RP），又称快速原型制造（Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM）。意指快速地制造出原型或零件，是学术界和工业界的专用技术语，但它并不仅仅指快速原型，而是代表了一种成形概念，泛指快速的成形制造过程、快速成形工艺方法以及相应的软件、材料、设备以及整个技术链。目前，快速制造（Rapid Manufacturing，简称RM）已被公认为是泛指快速的成形制造这样一种重要的先进制造技术。

从学术上看，基于离散-堆积成形原理的成形方法统称为快速成形或快速制造，即是指由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体的技术总称。

RP成形过程可分为离散和堆积两个过程，如图10-1-1所示，离散过程将三维实体的CAD模型沿一定方向分解，即将连续的实体（表面），按一定厚度采样，分解成不连续的层片，得到一系列截面数据。各种工艺根据各自的工艺要求，对截面数据进行处理（如填充，偏移等），通过合理的工艺规划，生成控制成形工具的运动轨迹。在堆积过程中，成形工具在运动轨迹的控制下，加工出层片，并将新生成的层片与已成形部分堆积、连接，层片生成与堆积连接过程循环往复，直至零件全部加工完成。离散和堆积是RP工艺特有的两个过程，离散是堆积的准备和依据，堆积是离散的复原，它们相辅相成，实现零件的数字化成形。

显然，离散过程是一种数据处理过程，是对三维CAD模型进行离散化的数据处理，而堆积过程是一种物理实现过程，通过物理实体的运动完成层片的堆积成形。在这两个过程中间则需要根据各种RP工艺的不同要求进行合理的工艺规划，主要是根据成形工艺特点和用户要求合理制定工艺规则，生成堆积单元的运动轨迹，选择合适的工艺参数等。由此可见，工艺规划是联系离散过程（数据处理过程）和堆积过程（物理实现过程）的桥梁，是实现从离散时的信息取样到堆积时的信息还原的信息处理过程，体现了不同RP工艺的区别和特点。

最近，学术界和工程界专家将这种成形制造方法称为增材制造，以区别于传统的切削等加工技术的减材制造和铸造、锻造等采用模具的成形制造。

图10-1-1 RP成形过程示意图