快速成形技術(shù)(RapidPrototyping；RP)什么是快速成形技術(shù)[1]快速成形技術(shù)(Rapid Prototyping；RP)又稱快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，簡稱RPM)技術(shù)，誕生于20世紀(jì)80年月后期，是基于材料積存法的一種高制造技術(shù)，被認(rèn)為是近20年來制造領(lǐng)域的一個重大成果。它集機(jī)械工程、CAD、逆向工程技術(shù)、分層制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、激光技術(shù)于一身，可以自動、直接、快速、準(zhǔn)確地將設(shè)計思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂锌隙üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵?，從而為零件原型制作、設(shè)計思想的校驗(yàn)等方面供給了一種高效低本錢的實(shí)現(xiàn)手段。即，快速成形技術(shù)就是利用三維CAD的數(shù)據(jù)，通過快速成型機(jī)，將一層層的材料積存成實(shí)體原型?？焖俪尚渭夹g(shù)的特點(diǎn)制造原型所用的材料不限，各種金屬和非金屬材料均可使用；原型的復(fù)制性、互換性高；制造工藝與制造原型的幾何外形無關(guān)，在加工簡單曲面時更顯優(yōu)越；加工周期短，本錢低，本錢與產(chǎn)品簡單程度無關(guān)，一般制造費(fèi)用降低50%，加工周期節(jié)約70%以上；高度技術(shù)集成，可實(shí)現(xiàn)了設(shè)計制造一體化；RP技術(shù)產(chǎn)生背景隨著全球市場一體化的形成，制造業(yè)的競爭格外劇烈，產(chǎn)品的開發(fā)速度日益成為主要沖突。在這種狀況下，自主快速產(chǎn)品開發(fā)(快速設(shè)計和快速工模具)的力量()成為制造業(yè)全球競爭的實(shí)力根底。制造業(yè)為滿足日益變化的用戶需求，要求制造技術(shù)有較強(qiáng)的敏捷性，能夠以小批量甚至單件生產(chǎn)而不增加產(chǎn)品的本錢。因此，產(chǎn)品的開發(fā)速度和制造技術(shù)的柔性就格外關(guān)鍵。從技術(shù)進(jìn)展角度看，計算機(jī)科學(xué)、CAD技術(shù)、材料科學(xué)、激光技術(shù)的進(jìn)展和普及為的制造技術(shù)的產(chǎn)生奠定了技術(shù)物質(zhì)根底。RP技術(shù)根本原理快速成形技術(shù)是在計算機(jī)掌握下，基于離散、積存的原理采用不同方法積存材料，最終完成零件的成形與制造的技術(shù)。從成形角度看，零件可視為“點(diǎn)”或“面”的疊加。從CAD電子模型中離散得到“點(diǎn)”或“面”的幾何信息，再與成形工藝參數(shù)信息結(jié)合，控制材料有規(guī)律、準(zhǔn)確地由點(diǎn)到面，由面到體地積存零件。從制造角度看，它依據(jù)CAD造型生成零件三維幾何信息，掌握多維系統(tǒng)，通過激光束或其他方法將材料逐層積存而形成原型或零件。RP技術(shù)的類型近十幾年來，隨著全球市場一體化的形成，制造業(yè)的競爭十分劇烈。尤其是計算機(jī)技術(shù)的快速普遍和CAD/CAM技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得RP技術(shù)得到了異乎尋常的高速進(jìn)展，表現(xiàn)出很強(qiáng)的生命力和寬闊的應(yīng)用前景。快速成形技術(shù)進(jìn)展至今，以其技術(shù)的高集成性、高柔性、高速性而得到了快速進(jìn)展。目前，快速成形的工藝方法已有幾十種之多，其中主要工藝有四種根本類型：光固化成型法、分層實(shí)體制造法、選擇性激光燒結(jié)法和熔融沉積制造法。光固化成形SLA(Stereo lithography Apparatus)工藝也稱光造型、立體光刻及立體印刷，其工藝過程是以液態(tài)光敏樹脂為材料布滿液槽，由計算機(jī)掌握激光束跟蹤層狀截面軌跡，并照耀到液槽中的液體樹脂，而使這一層樹脂固化，之后升降臺下降一層高度，已成型的層面上又布滿一層樹脂，然后再進(jìn)展一層的掃描，固化的一層結(jié)實(shí)地粘在前一層上，如此重復(fù)直到整個零件制造完畢，得到1個三維實(shí)體模型。該工藝的特點(diǎn)是：原型件精度高，零件強(qiáng)度和硬度好，可制出外形特別簡單的空心零件，生產(chǎn)的模型柔性化好，可隨便拆裝，是間接制模的抱負(fù)方法。缺點(diǎn)是需要支撐，樹脂收縮會導(dǎo)致精度下降，另外光固化樹脂有肯定的毒性而不符合綠色制造進(jìn)展趨勢等。分層實(shí)體制造LOM(Laminated Object Manufacturing)工藝或稱為疊層實(shí)體制造，其工藝原理是依據(jù)零件分層幾何信息切割箔材和紙等，將所獲得的層片粘接成三維實(shí)體。其工藝過程是：首先鋪上一層箔材，然后用CO，激光在計算機(jī)掌握下切出本層輪廓，非零件局部全部切碎以便于去除。當(dāng)本層完成后，再鋪上一層箔材，用滾子碾壓并加熱，以固化黏結(jié)劑，使鋪上的一層結(jié)實(shí)地粘接在已成形體上，再切割該層的輪廓，如此反復(fù)直到加工完畢，最終去除切碎局部以得到完整的零件。該工藝的特點(diǎn)是工作牢靠，模型支撐性好，本錢低，效率高。缺點(diǎn)是前、后處理費(fèi)時費(fèi)力，且不能制造中空構(gòu)造件。選擇性激光燒結(jié)SLS(Selective Laser Sintering)工藝，常承受的材料有金ABS塑料等材料的粉末作為成形材料。其工藝過程是：先在工作臺上鋪上一層粉末，在計算機(jī)掌握下用激光束有選(零件的空心局部不燒結(jié)，仍為粉末材料)，被燒結(jié)局部便固化在一起構(gòu)成零件的實(shí)心局部。一層完成后再進(jìn)展下一層，一層與其上一層被牢牢地?zé)Y(jié)在一起。全部燒結(jié)完成后，去除多余的粉末，便得到燒結(jié)成的零件。該工藝的特點(diǎn)是材料適應(yīng)面廣，不僅能制造塑料零件，還能制造陶瓷、金屬、蠟等材料的零件。造型精度高，原型強(qiáng)度高，所以可用樣件進(jìn)展功能試驗(yàn)或裝配模擬。熔融沉積成形FDM(FusedDepositionManufacturing)工藝又稱為熔絲沉積制造，其工藝過程是以熱塑性成形材料絲為材料，材料絲通過加熱器的擠壓頭熔化成液體，由計算機(jī)掌握擠壓頭沿零件的每一截面的輪廓準(zhǔn)確運(yùn)動，使熔化的熱塑材料絲通過噴嘴擠出，掩蓋于已建筑的零件之上，并在極短的時間內(nèi)快速凝固，形成一層材料。之后，擠壓頭沿軸向向上運(yùn)動一微小距離進(jìn)展下一層材料的建筑。這樣逐層由底到頂?shù)胤e存成一個實(shí)體模型或零件。該工藝的特點(diǎn)是使用、維護(hù)簡潔，本錢較低，速度快，一般簡單程度原型僅需要幾個小時即可成型，且無污染。除了上述4化，如三維打印技術(shù)、光屏蔽工藝、直接殼法、直接燒結(jié)技術(shù)、全息干預(yù)制造等。RP技術(shù)的應(yīng)用不斷提高RP技術(shù)的應(yīng)用水平是推動RP技術(shù)進(jìn)展的重要方面。目前，快速成型技術(shù)已在工業(yè)造型、機(jī)械制造、航空航天、軍事、建筑、影視、家電、輕工、醫(yī)學(xué)、考古、文化藝術(shù)、雕刻、首飾等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。并且隨著這一技術(shù)本身的進(jìn)展，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩嗤卣埂P技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用主要集中在以下幾個方面：在產(chǎn)品造型設(shè)計過程中的應(yīng)用快速成形技術(shù)為工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)人員建立了一種嶄的產(chǎn)品開發(fā)模式。運(yùn)用 RP技術(shù)能夠快速、直接、準(zhǔn)確地將設(shè)計思想轉(zhuǎn)化為具有肯定功能的實(shí)物模型(樣件)，這不僅縮短了開發(fā)周期，而且降低了開發(fā)費(fèi)用，也使企業(yè)在劇烈的市場競爭中占有先機(jī)。在機(jī)械制造領(lǐng)域的應(yīng)用由于RP在機(jī)械制造領(lǐng)域內(nèi)，獲得廣泛的應(yīng)用，多用于制造單件、小批量金屬零件的制造。有些特別簡單制件，由于只需單件生產(chǎn)，或少50件的小批量，一般均可用RP技術(shù)直接進(jìn)展成型，本錢低，周期短。快速模具制造傳統(tǒng)的模具生產(chǎn)時間長，本錢高。將快速成型技術(shù)與傳統(tǒng)的模具制造技術(shù)相結(jié)合，可以大大縮短模具制造的開發(fā)周期，提高生產(chǎn)率，是解決模具設(shè)計與制造薄弱環(huán)節(jié)的有效途徑?？焖俪尚渭夹g(shù)在模具制造方面的應(yīng)用可分為直接制模和間接制模兩種，直接制模是指承受RP技術(shù)直接積存制造出模具，間接制模是先制出快速成型零件，再由零件復(fù)制得到所需要的模具。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用近幾年來，人們對RP技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用爭論較多。以醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)為根底，利用 RP技術(shù)制作人體器官模型，對外科手術(shù)有極大的應(yīng)用價值。在文化藝術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用在文化藝術(shù)領(lǐng)域，快速成形制造技術(shù)多用于藝術(shù)創(chuàng)作、文物復(fù)制、數(shù)字雕塑等。在航空航天技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域中，空氣動力學(xué)地面模擬試驗(yàn)()是設(shè)計性能先進(jìn)的天地來回系統(tǒng)()所必不行少的重要環(huán)節(jié)。該試驗(yàn)中所用的模型形狀簡單、精度要求高、又具有流線型特性，承受RP技術(shù)，依據(jù)CADRP設(shè)備自動完成實(shí)體模型，能夠很好的保證模型質(zhì)量。在家電行業(yè)的應(yīng)用目前，快速成形系統(tǒng)在國內(nèi)的家電行業(yè)上得到了很大程度的普及與應(yīng)用，使很多家電企業(yè)走在了國內(nèi)前列。如：廣東的美的、華寶、科龍；江蘇的春蘭、小天鵝；青島的海爾等，都先后承受快速成形系統(tǒng)來開發(fā)產(chǎn)品，收到了很好的效果?？焖俪尚渭夹g(shù)的應(yīng)用很廣泛，可以信任，隨著快速成形制造技術(shù)的不斷成熟和完善，它將會在越來越多的領(lǐng)域得到推廣和應(yīng)用。快速成型技術(shù)的進(jìn)展方向從目前RP技術(shù)的爭論和應(yīng)用現(xiàn)狀來看，快速成型技術(shù)的進(jìn)一步爭論和開發(fā)工作主要有以下幾個方面：開發(fā)性能好的快速成型材料，如本錢低、易成形、變形小、強(qiáng)度高、耐久及無污染的成形材料。提高RP系統(tǒng)的加工速度和開拓并行制造的工藝方法。改善快速成形系統(tǒng)的牢靠性，提高其生產(chǎn)率和制作大件力量，優(yōu)化設(shè)備構(gòu)造，尤其是提高成形件的精度、外表質(zhì)量、力學(xué)和物理性能，為進(jìn)一步進(jìn)展模具加工和功能試驗(yàn)供給根底。開發(fā)快速成形的高性能RP