1. 前言 

　　近二十年來令消，制造業(yè)市場環(huán)境發(fā)生了巨大變化：一方面表現(xiàn)為消費者興趣的短時效性和消費者需求日益主體化篙萧、個性化及多元化轩鸭；另一方面則是區(qū)域性、國際性市場壁壘的淡化或打破漏设，使制造廠商不得不著眼于全球市場的激烈競爭墨闲。快速將多樣化的產(chǎn)品推向市場是制造商把握市場先機而求生存的重要保障郑口。由此導(dǎo)致了制造價值觀從面向產(chǎn)品到面向顧客的重定向鸳碧、制造戰(zhàn)略重點從成本與質(zhì)量到時間與響應(yīng)的轉(zhuǎn)移等。此可視為各國致力于CIMS犬性、并行工程瞻离、敏捷制造等現(xiàn)代制造模式研究與實踐的重要背景腾仅。傳統(tǒng)制造業(yè)的戰(zhàn)略是規(guī)模效益第一，八十年代又提出價格第一和質(zhì)量第一套利，九十年代以來推励，已發(fā)展為市場響應(yīng)第一∪馄龋快速響應(yīng)制造已成為國際研究的熱點验辞。自動化制造系統(tǒng)是以響應(yīng)市場定單為重點的。如今市場的機遇要靠企業(yè)去把握喊衫、去創(chuàng)造跌造。因此，產(chǎn)品的快速開發(fā)是快速響應(yīng)制造的龍頭湘搀，將成為贏得21世紀(jì)國際市場競爭的關(guān)鍵尾丑。 

　　八十年代以來，由于光拳刚、機朋井、電、材料科學(xué)的發(fā)展楷首，一個基于材料累加原理的快速原型制造技術(shù)（RP）誕生了韧仓。短短幾年之內(nèi)，這一技術(shù)就為制造業(yè)廣泛接受俘汹。利用這一技術(shù)可以在計算機控制下臊链，迅速將CAD數(shù)字模型變?yōu)榱慵奈锢砟Ｐ汀Ｒ蚨鳦AD→RP原型→評價→CAD修改已逐漸成為保證一次設(shè)計成功的新設(shè)計模式苇均。在家電侄掠、汽車制造業(yè)中，模具成形零件占了制造工時的50%～70%溯鱼。近幾年來發(fā)展起來的基于RP的RT技術(shù)钻哩，可以快速將RP原型復(fù)制出各種工程材料的樣件或小批量功能零件，實現(xiàn)產(chǎn)品的試產(chǎn)試銷肛冶，以爭取定單或占領(lǐng)市場街氢。RT技術(shù)還可以迅速獲得電極制造鋼制模具。這一方法可制造注塑模睦袖、壓鑄模珊肃、沖壓模等各類精密復(fù)雜模具。目前快速成型技術(shù)已經(jīng)廣范應(yīng)用于汽車馅笙、航空航天伦乔、船舶、家電董习、工業(yè)設(shè)計烈和、醫(yī)療爱只、建筑、工藝品制作以及兒童玩具等領(lǐng)域招刹，并且隨著這一技術(shù)本身的不斷發(fā)展和完善虱颗，其應(yīng)用范圍將不斷拓廣。

　　2.快速成形技術(shù)在產(chǎn)品的快速開發(fā)中的應(yīng)用與案例 

　　2.1產(chǎn)品的設(shè)計評估與審核 

　　在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中蔗喂，設(shè)計手段日趨先進墙滋，CAD計算機輔助設(shè)計使得產(chǎn)品設(shè)計快捷、直觀妨屑，但由于軟件和硬件的局限巍慧，設(shè)計人員仍無法直觀地評價所設(shè)計產(chǎn)品的效果、結(jié)構(gòu)合理性及生產(chǎn)工藝的可行性浑云。為提高設(shè)計質(zhì)量并园，縮短生產(chǎn)試制周期∮构福快速成型系統(tǒng)可在幾個小時或幾天內(nèi)將設(shè)計人員的圖紙或CAD模型轉(zhuǎn)化成現(xiàn)實的模型和樣件樊颁。這樣就可進行設(shè)計評定，迅速地取得用戶對設(shè)計的反饋意見呀逃。同時也有利于產(chǎn)品制造者加深對產(chǎn)品的理解澳银，合理地確定生產(chǎn)方式、工藝流程钾植。與傳統(tǒng)模型制造相比慨即，快速成型方法速度快，能夠隨時通過CAD進行修改與再驗證泛鸟，使設(shè)計走向盡善盡美蝠咆。 

　　雖然快速成型制作的成本高一些，但在新產(chǎn)品的快速開發(fā)成為企業(yè)生存與發(fā)展的瓶頸的市場環(huán)境下北滥，快速成型制作已成為企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)的必要環(huán)節(jié)刚操。 

　　2.2產(chǎn)品功能試驗 

　　由快速成型制作的原型具有一定的強度，可用于傳熱再芋、流體力學(xué)試驗菊霜，可用于產(chǎn)品受載應(yīng)力應(yīng)變的實驗分析。例如祝闻，美國GM在為其97年將推出的某車型開發(fā)中占卧，直接使用快速成型制作的模型進行車內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)遗菠、冷卻循環(huán)系統(tǒng)及冬用加熱取暖系統(tǒng)的傳熱學(xué)試驗联喘，較之以往的同類試驗節(jié)省花費達40％以上。某國防廠引信葉輪的開發(fā)周期為5個月辙纬，費用為24萬元豁遭，后來采用快速成型工藝制作葉輪的樹脂模型叭喜，直接用于彈道試驗，引信葉輪的臨界轉(zhuǎn)速高達50000rpm党滓，制作時間為1.5小時矗赔，費用僅為400元，極大地加快了我國導(dǎo)彈引信的開發(fā)速度狠楞。江陰汽車空調(diào)器廠開發(fā)的汽車空調(diào)器動葉輪與靜葉輪坦浦，直接使用快速成型制作的模型進行空氣動力學(xué)實驗，后經(jīng)改型設(shè)計達到理想要求盲并，極大地縮短了開發(fā)周期怔赤、節(jié)省了開發(fā)成本。

　　2.3與客戶或訂購商的交流手段 

　　在國內(nèi)外吻悍，制作RP原型成為某些制造商家爭奪訂單的手段分较。例如西安某公司，利用西安交通大學(xué)LPS600型快速成型機及以此為基礎(chǔ)的快速模具制造技術(shù)囚上，僅在接到西安VOLVO公司標(biāo)書后的6個工作日內(nèi)便設(shè)計生產(chǎn)出了第一個功能樣件南垦，從而在眾多的競爭商中奪到年總產(chǎn)值達1000萬美元的油箱件的供應(yīng)合同。另一方面痰拢，客戶總是更樂意對實物原型“指手劃腳”跛鸵，提出對產(chǎn)品的修改意見，因此快速成型制作的模型成為設(shè)計制造商與客戶交流溝通的基本條件资柔。 

　　2.4快速模具制造 

　　以快速成型制作的實體模型恒傻，結(jié)合精鑄、金屬噴涂建邓、電鍍及電極研磨等技術(shù)可以快速制造出模具盈厘，其制造周期一般為傳統(tǒng)的數(shù)控切削方法的1／5～1／10，而成本卻僅為其1／3～1／5官边。根據(jù)模具材料沸手、生產(chǎn)成本、RP原型的材料注簿、生產(chǎn)批量契吉、模具的精度要求已開發(fā)出多種多樣的工藝方法。本文僅對實際產(chǎn)品快速開發(fā)的常見工藝方法與案例加以介紹诡渴。 

　　1）用快速成型件作母模捐晶，制作硅橡膠模 

　　當(dāng)制造的零件件數(shù)較少（批量在20～50件）時，一般采用以RP原型作母模妄辩，采用室溫硫化的有機硅橡膠澆注制作硅橡膠模惑灵。由于硅橡膠良好的柔性和彈性，對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、花紋精細(xì)私舱、無拔模斜度（甚至有一定倒拔模斜度）以及具有深凹槽的零件來說畦肉，制件澆注完成后均可直接取出。該工藝方法可以快速菊舅、容易而廉價地小批量生產(chǎn)各種塑料零件和石蠟?zāi)Ｐ徒缸耍诤娇蘸教臁Ⅲw育用品舆滞、玩具和裝飾設(shè)備等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛菱区。制作生產(chǎn)周期為1周左右。成本為鋼模的1/15-1/20服讯。 云南光學(xué)儀器廠開發(fā)的望遠鏡外殼快速模具制作案例状奴。通過制作RP模型，采用硅橡膠模翻制ABS塑料樣件精臭，云南光學(xué)儀器廠快速地實現(xiàn)了新產(chǎn)品開發(fā)耗憨，含RP原型，制作生產(chǎn)周期為6天摇祖。

　　2）金屬噴涂（Metal Spraying）制模法 

　　當(dāng)模具要求的壽命在3000件以下時眷篇，一般采用以RP原型作母模，將低熔點的熔化金屬（如鋅鋁合金）充分霧化后以一定的速度噴射到母模的表面荔泳，形成模具型腔表面蕉饼，充填背襯復(fù)合材料，制作鋅鋁合金軟模具玛歌。該工藝方法簡單昧港，周期短，型腔表面及其精細(xì)花紋一次同時形成支子。其制作周期為1～2周创肥，成本為數(shù)控法加工鋼模的1/3-1/5。國家節(jié)水灌溉中心開發(fā)的滴灌用滴頭快速模具制作案例值朋。通過制作滴頭RP模型叹侄，采用金屬噴涂制模法制作鋅鋁合金軟模具，注塑成型1000件滴頭產(chǎn)品昨登，用于農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉試驗趾代，國家節(jié)水灌溉中心快速地實現(xiàn)了新產(chǎn)品的試制，含RP原型丰辣，制作生產(chǎn)周期為2周撒强。 

　　3）用快速成型件作母模，制作鋼模 

　　當(dāng)模具要求的壽命在3000件以上時滥港，可以采用以RP原型作母模鸠头，翻制由環(huán)氧樹脂與碳化硅混合物構(gòu)成的整體研磨輪（3D砂輪）镇盛，在石墨電極成型機上研磨出整體石墨電極，或利用電化學(xué)原理通過電鑄的方法使銅沉積在RP原型表面約2～3mm厚缓缝，移去RP原型，得到電極殼體敦驼，充填背襯材料赂品，制成整體銅電極。利用以上整體石墨電極或整體銅電極通過電火花加工制造鋼模具述加。該模具制造工藝方法避免了CNC加工誓豺，節(jié)約了CNC編程及加工時間，復(fù)形精度也較高飘蔓。其模具制作周期為3～4周吏恃，成本為數(shù)控法加工鋼模的1/2?/FONT>1/3。 圖1.6為一拖集團公司開發(fā)的發(fā)動機用連桿快速模具制作案例账何。通過制作連桿RP模型代虾，采用石墨電極整體成型技術(shù)制作連桿石墨電極，通過電火花加工制造連桿鋼模具激蹲。制作生產(chǎn)周期為3周棉磨。

　　3.結(jié)論 

　　從以上論述可以看出，快速成型技術(shù)及以其為基礎(chǔ)的快速模具技術(shù)在企業(yè)新產(chǎn)品的快速開發(fā)中有著重要的作用学辱，它可以極大地縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期乘瓤，降低開發(fā)階段的成本，避免開發(fā)風(fēng)險策泣。在二十一世紀(jì)衙傀，新產(chǎn)品的快速開發(fā)成為企業(yè)生存與發(fā)展命脈，該項技術(shù)必將得到廣闊的應(yīng)用與發(fā)展萨咕。

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