快速原型(Rapid Prototyping,简称RP)技术是由CAD模型驱动的逐层堆叠制造三维物理实体的一类制造技术的总称。它无须任何工/模具即可快速制造出任意复杂形状的三维实体,因此近年来已成为先进制造领域中的一项支柱技术。然而,昂贵的设备价格、有限的功能和成形精度,不同程度地制约着RP技术的推广普及。在众多的成形精度影响因素中,工艺参数的选择显得尤为重要。通常的做法是:为了获得满意的制件,需要反复调整工艺参数,既费时成本又高。针对上述问题,本文以选区激光烧结(Selective LaserSintering,简称SLS)工艺为研究对象,对虚拟快速原型系统实现过程中的各种关键技术进行了研究,并取得如下研究成果: (1) 参照国产AFS-320型SLS快速成形机,运用VRML和三维造型软件EDS UGNX 2.0建立了虚拟快速成形机实体模型,并对模型材质、背景和光照进行了处理。在此基础上,运用VRML的Script节点和外部编程接口EAI,成功地实现了Java编程对VRML场景的交互控制。 (2) 通过Java Applet编程建立了层片文件读入、NC代码生成、成形过程仿真和工件显示模块,完成了数据的提取、处理和传递过程,实现了面向NC文件的成形过程仿真以及工件虚拟原型的可视化功能。 (3) 建立了成形过程评估模型,提出了一种基于二维区域角度划分的工件体积精确计算方法,克服了以往整体包容盒体积算法的不足。运用该模型,可对成形过程及制件质量相关指标进行预测,进而为用户最终选择合理的加工参数提供依据。 (4) 开发了虚拟快速原型系统——VRPS-I,并实现了与已开发的RP应用软件系统的集成。运用该系统,用户既可直观地观察动态成形的全过程,也可在实际成形前预览制件的虚拟原型并对成形过程进行评估,以便事先发现潜在问题,合理选择成形工艺参数。 本课题的研究,对预测和优化成形过程参数、提高制件质量和生产效率、降低制件成本具有重要的理论意义和工程应用价值,同时也为快速原型技术的远程工程教育提供了一条可行的途径。