快速原型技術(Rapid Prototyping，簡稱RP),就是借助計算機輔助設計，用曲面反求的方法采集得到有關零件的幾何形狀，一次性建立數字化掃描模型，達到快速、準確的制造信息零件的現代化方法。RP技術是當今世界上發(fā)展最快的制造技術，是近20年來制造技術領域的一次比較大的突破，是先進制造技術領域的重要前沿課題之一。RP技術的特點是由CAD模型直接驅動快速制造任意復雜的幾何形狀，基于這種方法，我們實驗室實現了槳油機進排氣道模具設計和加工。

　　發(fā)動機進排氣道形狀是影響發(fā)動機功率、扭矩、油耗、加速性能、排放、振動及噪聲等性能指標的重要因素之一。但其幾何形狀極不規(guī)則，難以用二維幾何圖形及數學解析式準確表達。目前，國內引進的發(fā)動機很難獲得進排氣道的原始三維數據，通常是在二維圖上表達幾個截面，再提供一個或幾個樣品，難以直接根據產品功能和用途正向進行氣道三維造型和模具設汁制造。傳統(tǒng)的方法常需制造樣板經過反復的試驗與修改，導致了產品精度低、模具尺寸形狀重復性差、開發(fā)周期長，最終導致發(fā)動機性能不能達到要求。為此我們在氣缸念些排氣道摸具設計中引人快速原型技術，使進排氣道模具設訓和加工實現數字化。

　　我們主要是通過實物反求(RE)獲得表面數據，然后在CATIA環(huán)境下實現逆向實體造型，將處理好的模型保存為通用文件格式，在Pro/E中進行模具設計，最后調人數控加工軟件MasteiCAM中進行NC加工，由MasterCAM后置處理模塊生成NC代碼，下面以柴油機排氣道為例說明其加工和設計過程。

　　1排氣道模型的表面數字化

　　采用無接觸激光儀掃描排氣道表面曲面，可對排氣道的不同位置區(qū)域進行掃描，把測量結果直接變換到目標坐標系，基于測量系統(tǒng)提供參考點進行拼接。測量系統(tǒng)本身自帶軟件可以對點云數據預處理，如:進行去噪和均化、冗余數據的壓縮和歸并、殘缺教據的平滑填補等處理，以剔除無用有害數據.保留并優(yōu)化有效數據，減小測量誤差對三維建模精度影響，測得的點云數據以標準格式輸出。經整理后的點云數據如圖1所示。

　　2三維模型重構

　　曲面重構的關鍵就是根據大規(guī)模散亂測點數據，重新構造具有復雜曲面外形產品的三維計算機模型。從工程觀點評價曲面重構的重要指標是模型的精確性、光順性、幾何不變性及對大規(guī)模散亂數據的重構能力。排氣道的曲面重構及實體化造型是在CATIA環(huán)境下完成的，其曲面重構過程:(1)特征面識別。將點云劃分出若干個特征區(qū)域，用不同的顏色加以表示;(2)點云分塊。根據自動識別的特征區(qū)域，將數據點云分成若干小塊，以便分別處理;(3)分塊重構特征面。對點云分塊分別進行重構，得到許多獨立的三維曲面組合起來，通過倒角、縫合等操作使其光滑連接;這里要解決的主要問題是曲線的創(chuàng)建和診斷修改.只有滿足曲線光順，曲面才能光順，曲面與點云的吻合精度也主要靠曲線中關鍵特征線的提取和創(chuàng)建精度來保證。(4)曲面誤差分析。對已完成的曲面，進行曲面誤差分析，以在設計要求范圍內控制擬合曲面與點云之間的誤差(0.lmm),最后完成由曲面向實體造型的轉化。