1纪他、前 言

　　90年代開始蛛倦，隨著冷戰(zhàn)時(shí)代的結(jié)束桶至，市場環(huán)境發(fā)生了巨大的變化昼伴。一方面表現(xiàn)為消費(fèi)者需求日趨主體化、個(gè)性化和多樣化镣屹；另一方面則是產(chǎn)品制造商們都著眼于全球市場的激烈競爭圃郊。面對市場，產(chǎn)品制造商們不但要很快地設(shè)計(jì)出符合人們消費(fèi)需求的產(chǎn)品女蜈，而且必須很快地生產(chǎn)制造出來持舆，搶占市場。因此伪窖，面對一個(gè)迅速變化且無法預(yù)料的買方市場逸寓，以往傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)模式對市場的響應(yīng)就顯得越來越遲緩與被動(dòng)居兆。快速響應(yīng)市場需求竹伸，已成為制造業(yè)發(fā)展的重要走向泥栖。為此，這些年來工業(yè)化國家一直在不遺余力地開發(fā)先進(jìn)制造技術(shù)袄优，以提高制造工業(yè)發(fā)展水平鹏愚，以便在激烈的全球競爭中占有一席之地。與此同時(shí)紫掷，計(jì)算機(jī)味羡、微電子、信息伯梧、自動(dòng)化院蜘、新材料、和現(xiàn)代企業(yè)管理技術(shù)的發(fā)展日新月異惊眠，這些技術(shù)纳傍、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，給產(chǎn)品創(chuàng)意尖鲜、研究開發(fā)拧亡、設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)宣璧、加工準(zhǔn)備谤碳、制造工藝、裝備溢豆、裝配蜒简、質(zhì)量保證、生產(chǎn)管理和企業(yè)經(jīng)營都有帶來了重大變革漩仙，產(chǎn)生了一批新的制造技術(shù)和制造模式搓茬，制造工程與科學(xué)取得了前所未有的成就《铀快速成形技術(shù)就是在這種背景下逐步形成并得以發(fā)展卷仑。快速成形技術(shù)的發(fā)展麸折，使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)锡凝、制造的周期大大縮短，提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)磕谅、制造的一次成品率私爷，降低產(chǎn)品開發(fā)成本，從而給制造業(yè)帶來了根本性的變化膊夹。

　　2痒仇、技術(shù)原理及特點(diǎn)

　　快速成形技術(shù)(快速原型技術(shù)然那，RP技術(shù))是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及制造技術(shù)、逆向工程技術(shù)恰印、分層制造技術(shù)(SFF)涝沈、材料去除成形(MPR)材料增加成形(MAP)技術(shù)以及它們的集成。通俗地說瓢圈，快速成形技術(shù)就是利用三維CAD的數(shù)據(jù)侍醇，通過快速成型機(jī)，將一層層的材料堆積成實(shí)體原型珊场∽永快速成形技術(shù)系統(tǒng)的工作流程”菩铮　　

　　快速成形技術(shù)有以下特點(diǎn)：

　　(1) 制造原型所用的材料不限稻便，各種金屬和非金屬材料均可使用；

　　(2) 原型的復(fù)制性诽昨、互換性高趁宠；

　　(3) 制造工藝與制造原型的幾何形狀無關(guān)，在加工復(fù)雜曲面時(shí)更顯優(yōu)越惜姐；

　　(4) 加工周期短犁跪，成本低，成本與產(chǎn)品復(fù)雜程度無關(guān)歹袁，一般制造費(fèi)用降低50%坷衍，加工周期節(jié)約70%以上；

　　(5) 高度技術(shù)集成宇攻，可實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)制造一體化惫叛；

　　3倡勇、快速成形工藝

　　迄今為止逞刷，國外、國內(nèi)已開發(fā)成功了10多種成熟的快速成形工藝妻熊，其中比較常用的有以下幾種：

　　3.1　紙層疊法——薄形材料選擇性切割(LOM法)

　　計(jì)算機(jī)控制的CO2激光束按三維實(shí)體模型每個(gè)截面輪廓線對薄形材料(如底面涂膠的卷狀紙夸浅、或正在研制的金屬薄形材料等)進(jìn)行切割，逐步得到各個(gè)輪廓扔役，并將其粘結(jié)形成快速原型帆喇。用此法可以制作鑄造母模或用于“失紙精密鑄造”亿胸。

　　3.2　激光立體制模法——液態(tài)光敏樹脂選擇性固化(SLA法)

　　液槽盛滿液態(tài)光敏樹脂馁雏，它在計(jì)算機(jī)控制的激光束(按照三維模型每個(gè)截面的輪廓線)照射下會(huì)很快固化形成一層輪廓，新固化的一層牢固地粘結(jié)在前一層上国产，如此重復(fù)直至成形完畢托俯，即形成快速原型赠飞。而新推出的光照成形機(jī)(如3D Systems公司出產(chǎn)的SLA-300 成形機(jī))采用了Zephyr再涂層技術(shù)，最上面待成形樹脂用真空吸附式刮板結(jié)構(gòu)涂布供給雹纤，不需要沉入液態(tài)樹脂中篙协，提高了速度，在制作的原型中不再困有液態(tài)樹脂墓趋。用來制作消失模粟朵、在熔模精密鑄造中替代蠟?zāi)！?/p>

　　3.3　燒結(jié)法——粉末材料選擇性激光燒結(jié)(SLS法)

　　粉末材料可以是塑料奈兢、蠟喻秩、陶瓷、金屬或它們復(fù)合物的粉體啼插、覆膜砂等批斯。粉末材料薄薄地鋪一層在工作臺(tái)上，按截面輪廓的信息掷漱，CO2激光束掃過之處粘室，粉末燒結(jié)成一定厚度的實(shí)體片層，逐層掃描燒結(jié)最終形成快速原型卜范。用此法可以直接制作精鑄蠟?zāi)Ｏ瓮场?shí)型鑄造用消失模、用陶瓷制作鑄造型殼和型芯海雪、用覆膜砂制作鑄型锦爵、以及鑄造用母模等。

　　此外還有粉末材料選擇性粘結(jié)法(TDP法)奥裸、直接殼型鑄造法(DSPC法)以及實(shí)體生長成形法(SGC法)等方法险掀。

　　上述快速成形的工藝方法都是基于計(jì)算機(jī)三維實(shí)體造型。在對三維模型進(jìn)行處理后湾宙，形成截面輪廓信息樟氢，隨后將各種材料按三維模型的截面輪廓信息進(jìn)行掃描，使材料粘結(jié)侠鳄、固化埠啃、燒結(jié)，逐層堆積成為快速原型枕捺，這就是所謂的分層制造技術(shù)吮蒜。

　　4、國內(nèi)外研究壁歧、應(yīng)用情況

　　1986年催岔，Charles Hull開發(fā)了世界上第一套快速原型裝置，第二年第一代商業(yè)化快速原型制造系統(tǒng)在3D Systems公司問世段扛。此后的10年間惑叶，快速原型制造技術(shù)的研究和開發(fā)工作開展得如火如荼盒器。1998年RP的直接收入(銷售RP系統(tǒng)和進(jìn)行原型制造及原型后續(xù)加工收入)預(yù)計(jì)可達(dá)10億美元。美國衍肥、日本及歐洲發(fā)達(dá)國家已將快速成形技術(shù)應(yīng)用于航空攻睬、宇航、汽車刀念、通訊浅慎、醫(yī)療、電子贺潜、家電抵蚊、玩具、軍事裝備溯革、工業(yè)造型(雕刻)贞绳、建筑模型、機(jī)械行業(yè)等致稀。國內(nèi)RP研究起步在1991年左右冈闭，北京隆源自動(dòng)成形系統(tǒng)有限公司、清華大學(xué)抖单、西安交通大學(xué)萎攒、南京航天大學(xué)、華中理工大學(xué)矛绘、上海交通大學(xué)耍休、華北工學(xué)院等在成型理論、工藝方法货矮、設(shè)備羊精、材料、軟件等方面做了大量的研究囚玫、開發(fā)工作太汹。有些單位已開發(fā)出商品化、能做出復(fù)雜原型的RP系統(tǒng)拇蟋。例如北京隆源公司開發(fā)的AFS——300激光快速成形機(jī)(選擇性激光燒結(jié)系統(tǒng))棒鞍、華中理工大學(xué)研制的以紙為成形材料的基于分層物體制造原理的HRP系統(tǒng)幽滤、清華大學(xué)研制的多功能快速造型系統(tǒng)MRPMS和基于FDM的熔融擠出成形系統(tǒng)(MEM——250)等蓖搅。在基于快速成形技術(shù)的快速制造模具方面，上海交通大學(xué)開發(fā)了具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的鑄造模樣計(jì)算機(jī)輔助快速制造系統(tǒng)哼沃，為汽車行業(yè)制造了多種模具翩汰；隆源公司的RP服務(wù)中心也為企業(yè)制作了多種精密鑄模；華中理工大學(xué)研究出了一種復(fù)膜技術(shù)快速制造鑄模床候，翻制出了鋁合金模具和鑄鐵模塊溃耸。此外湃足，國內(nèi)的家電行業(yè)在快速成形系統(tǒng)的應(yīng)用上，走在了國內(nèi)前列发惭。如廣東的美的剂户、華寶、科龍罩锐，江蘇的春蘭奉狈、小天鵝，青島的海爾等涩惑，都先后采用快速成形系統(tǒng)來開發(fā)新產(chǎn)品仁期，收到了很好的效果。目前竭恬，國內(nèi)由政府資助跛蛋，正在深圳、天津等地建立一批向企業(yè)提供快速成型技術(shù)的服務(wù)機(jī)構(gòu)[7]痊硕。我們有理由相信：快速成形技術(shù)在我國將得到很好的應(yīng)用赊级。

　　在模具制造業(yè)，可以利用快速成形技術(shù)制得的快速原型岔绸，結(jié)合硅膠模此衅、金屬冷噴涂、精密鑄造亭螟、電鑄挡鞍、離心鑄造等方法生產(chǎn)模具；快速成形件也可以直接或間接制得EDM電極预烙，用于電火花加生產(chǎn)模具胀爸；快速成形技術(shù)制得的快速原型也可以直接作為模具。

　　快速成形技術(shù)的進(jìn)一步研究和開發(fā)工作主要在以下幾方面：

　　(1) 改善快速成形系統(tǒng)的可靠性千荡、生產(chǎn)率和制作大件能力锌德，尤其是提高快速成形系統(tǒng)的制作精度；

　　(2) 開發(fā)經(jīng)濟(jì)型的快速成形系統(tǒng)绅踪；

　　(3) 快速成形方法和工藝的改進(jìn)和創(chuàng)新沼惹；

　　(4) 快速模具制造的應(yīng)用；

　　(5) 開發(fā)性能好的快速成形材料兄诱；

　　(6) 開發(fā)快速成形的高性能軟件遥浑；

　　(7) 快速成形技術(shù)與CAD、CAE旧育、CAPP捞勿、CAM以及高精度自動(dòng)測量、逆向工程的一體化集成

　　6、結(jié)　語

　　快速成形技術(shù)是一種具有廣泛應(yīng)用前景的正在不斷完善的高新技術(shù)私周。隨著市場競爭的日趨激烈贮爹，該技術(shù)將會(huì)被越來越多的企業(yè)所采用，對企業(yè)的發(fā)展育勺，發(fā)揮越來越重要的作用但荤，并將給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)涧至，快速成形技術(shù)作為一門多學(xué)科交叉的專業(yè)技術(shù)纱兑，其本身的發(fā)展，也將推動(dòng)相關(guān)技術(shù)化借、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展潜慎。

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