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计算机辅助设计(CAD)
CAD技术的发展是以它的硬件和软件技术的发展为标志的。从某种意义上讲RP技术是CAD硬件设备中,输出外设的最新成员,而与之相关的是CAD中以产品模型(几何模型)发展为主线的软件技术的发展。
CAD技术中产品模型的发展过程经过二维模型、三维线框模型、曲线模型、实体模型、产品模型、特征模型直至最新的生物模型。从二维向三维,从简单的几何元素(直线、圆弧)向复杂的几何元素(体、曲线、曲面),从单一的几何信息向反映工艺信息在内的产品全信息,从静态设计向以参数化特征造型为基础的动态设计发展。
最早的CAD技术以二维绘图软件为主。它是传统设计手段─工程图纸设计的延续,具有简单、实用,对传统的生产管理体制冲击较小的特点。直至今日,二维绘图系统仍是CAD领域中的重要部分,并且自身亦在不断发展。它对于普及和推广CAD技术,提高绘图质量和设计效率起着积极的促进作用。但是,二维产品模型有着根本的局限性,用二维的直线、圆弧来表示三维的物体,只能是视图、投影图的表示,不能建立物体真实模型。
随着六十年代“计算机图形学”的出现,实体造型中诸如边界计算、曲面表示、布尔运算等关键技术的相继解决,能够较真实地表示三维物体的三维实体模型开始应用。许多具有三维实体造型功能的CAD系统陆续问世。给传统的生产方式,从设计到制造,乃至经营管理都带来了巨大的冲击。
利用三维实体产品模型,设计者在设计产品时,不需要将三维物体进行投影,想象各种角度的视图,用多个剖面表示内容结构,用多个视图解释投影的二义性。而可以直接在计算机上构造三维物体,并赋以质量、颜色等特性,并从任意角度观察物体。随着参数化特征造型技术的发展,设计人员还可以在零件上构造具有加工工艺特性的特征结构,修改原先设计的尺寸,使零件的形态按要求进行变化。新的设计手段大大方便了设计人员。一方面他们可以构造任意复杂的零件表面形状和内部结构,而无需考虑如何表达它们的二维投影;另一方面他们可以把头脑中的设计灵感直接映射到计算机构成的三维空间中,而无需经过二维平面手段作为媒介。
产品模型发展到实体模型,能较完整的表示一个三维物体。这为RP技术的产生准备了条件,同时也提出了需求。因为如果没有能表示三维物体的数据模型,而只是一些图纸,想要用RP的原理制造出实体模型就需要手工计算出各个截面,编制每个截面的加工代码。计算劳动量太大,以致无法实现。假设一个零件的高度有50mm,每层厚度为0.1mm,共500层的加工量,而一个人每天计算10层,就需50天的编程时间。这根本谈不上是快速。因此三维物体的实体模型表示,是RP技术的一项重要的支撑技术,它的发展和成熟是RP技术出现并实用的必要条件。