快速原型技術(shù)(Rapid Prototyping端葵，簡稱RP)于1988年誕生于美國贬奢，迅速擴展到歐洲和日本，并于九十年代初期引進我國蚪缚〗字剩快速原型技術(shù)(RP)是采用材料累加思想，快速制造產(chǎn)品原型的新型綜合技術(shù)米苹，已廣泛應(yīng)用于機械糕伐、汽車、電器蘸嘶、航天航空良瞧、軍工等幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域，開創(chuàng)了模具快速制造的新時代亏较，發(fā)展前景廣闊莺褒。

　　一、快速成形—先進的現(xiàn)代制造技術(shù)

　　傳統(tǒng)的切削加工是不斷地去除毛坯上的多余材料而得到制件雪情，而RP技術(shù)是采用基于材料累積制造的思想遵岩，把三維立體看成是無數(shù)平行的、具有不同形狀的層面的疊加巡通，能快速制造出產(chǎn)晶原型尘执。快速原型制造技術(shù)(RP)將計算機輔助設(shè)計(CAD)宴凉、輔助制造(CAM)誊锭、計算機輔助控制(CHC)表悬、精密伺服驅(qū)動和新材料等先進技術(shù)集于一體，依據(jù)計算機上構(gòu)成的產(chǎn)品三維設(shè)計模型市砍，對其進行分層切片俏川，得到各層截面的輪廓，激光選擇性的切割一層層的紙(或固化一層層的液態(tài)樹脂射疤、燒結(jié)一層層的粉末材料或熱噴頭選擇快速地熔覆一層層的塑料或選擇性地向粉末材料噴射一層層粘結(jié)劑等)符殊，形成各截面輪廓并逐步疊加成三維產(chǎn)品。目前倾桩，它已成為現(xiàn)代制造業(yè)的支柱技術(shù)倘秸，是實現(xiàn)并行工程、集成制造技術(shù)和技術(shù)開發(fā)的必不可少的手段之一眼骗。

　　用于快速原型制造的材料有：液態(tài)光敏樹脂轨皮、粉末材料、熱塑性材料和薄片材料等方秤×抢澹快速原型制造按成形材料及技術(shù)的不同，發(fā)展了立體光刻造型法(SL)益锻、粉末燒結(jié)法(SIS)拆座、熔化凝結(jié)法(FDM)、薄層材料制造法(LOM)冠息、三維印刷法(3DP)挪凑、逐層固化法(SGC)。

　　與傳統(tǒng)的切削加工方法相比逛艰，快速原型加工具有以下優(yōu)點：

　　(1)可迅速制造出自由曲面和更為復(fù)雜形態(tài)的零件躏碳，如零件中的凹槽、凸肩和空心部分等散怖，大大降低了新產(chǎn)品的開發(fā)成本和開發(fā)周期菇绵。

　　(2)屬非接觸加工，不需要機床切削加工所必需的刀具和夾具镇眷，無刀具磨損和切削力影響咬最。　

　　(3)無振動欠动、噪聲和切削廢料永乌。

　　(4)可實現(xiàn)夜間完全自動化生產(chǎn)。

　　(5)加工效率高具伍，能快速制作出產(chǎn)品實體模型及模具翅雏。

　　二、RP技術(shù)在我國的發(fā)展

　　國內(nèi)RP研究起步是在1991年左右，北京隆源快速成形公司咒娶、清華大學(xué)仍枕、西安交通大學(xué)、南京航空航天大學(xué)吗罪、華中理工大學(xué)尚蔗、上海交通大學(xué)、華北工學(xué)院等單位在成型理論话贯、工藝御欢、設(shè)備、材料严齿、軟件開發(fā)等方面做了大量的研究工作。有些單位已開發(fā)出商品化踩林、能做出復(fù)雜原型的RP系統(tǒng)骄闺。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)的鑄造模樣計算機輔助快速制造系統(tǒng)，為汽車行業(yè)制造了多種模具醋掖；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剃袍；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，翻制出了鋁合金模具和鑄鐵模塊捎谨。此外民效，國內(nèi)的家電行業(yè)在快速成形系統(tǒng)的應(yīng)用上，也走在了國內(nèi)前列涛救。如廣東的美的畏邢、華寶、科龍检吆、江蘇的春蘭舒萎、小天鵝、青島的海爾等蹭沛，都先后采用快速成形系統(tǒng)來開發(fā)新產(chǎn)品臂寝，收到了很好的效果。正在深圳摊灭、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)機構(gòu)咆贬。

　　三、快速原型技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用

　　3.1　快速制模鑄造

　　將需鑄零件的CAD模型轉(zhuǎn)換為快速模殼制造帚呼，按模殼每層截面的幾何形狀生成陶瓷模殼然后按快速熔模鑄造方法即可快速制造金屬零件呆逼。此外，可將快速原型技術(shù)制作生成的樣件作為鑄造模具的原模皮向，實現(xiàn)零件的快速鑄造秸铣，其過程為：零件CAD三維設(shè)計→計算流體動力學(xué)分析(CFD)→LOM模型制造→熔模鑄造金屬零件。

　　3.2　快速模具制造

　　傳統(tǒng)的模具制造方法周期長、成本高朱泞，一套簡單的塑料注塑模具其價值也在10萬元以上乐太。設(shè)計上的任何失誤反映到模具上都會造成不可挽回的損失“蛩觯快速原型技術(shù)可精確制作模具的型心和型腔莉孽，也可直接用于注射過程制作塑料樣件，以便發(fā)現(xiàn)和糾正出現(xiàn)的錯誤苦旋。

　　美國愛達荷國家工程與環(huán)境試驗中心采用快速凝固工藝即RSP技術(shù)實現(xiàn)了注塑模具的快速經(jīng)濟制造火晕。該方法采用快速原型技術(shù)制作的樣件作為母體樣板，通過噴涂到母體樣板的金屬或合金熔滴的沉積制造模具偏秦。其工藝過程為：熔融的工具鋼或其它合金被壓入噴嘴液珠，與高速流動的隋性氣體相遇而形成直徑約0.05mm的霧狀熔滴，噴向并沉積到母體樣板上辅甥，復(fù)制出母樣的表面結(jié)構(gòu)形狀酝润，借助脫模劑使沉積形成的鋼制母樣使用的材料取決于噴涂其上的合金材料。對于噴涂工具鋼來說璃弄，可選用陶瓷材料要销，類似材料還有鋁氧粉和氧化鋯可供選擇。該方法制作精度高(噴涂工具鋼時最小表面涂層可達0.038mm夏块，制造精度可達±0.025mm～±0.05mm)疏咐、時間短(普通模具一周之內(nèi)即可成型)、造價低(一般為傳統(tǒng)模具制造費用的1/2～1/10)脐供。

　　3.3　快速鑄造模具

　　以聚碳酸脂為材料浑塞，用SLS快速制出母型，并在母體表面制出陶瓷殼型政己，焙燒后用鋁或工具鋼在殼內(nèi)進行鑄造缩举，即得到模具的型心和型腔。該方法制作周期不超過4周匹颤，制造的模具可生產(chǎn)250000個塑料制品仅孩。

　　3.4基于RP法的快速模具制造實例與效果

　　1.汽車剎車鉗體精鑄母模的激光快速成型加工

　　汽車工業(yè)中很多形狀復(fù)雜的零部件均由精鑄直接制得，如何高精度卡催、高效率责名、低成也制造這些精鑄件的母模是汽車制造業(yè)中的一個重要問題，采用傳統(tǒng)的木模工手工制作绘菲，對于面形狀復(fù)雜的母模液炼，不但效率低、精度低雄工，難以滿足生產(chǎn)需要枕络。采用數(shù)控加工中心制作硬拴，則成本太高。

　　采用快速成型技術(shù)中的熔融沉積制造工藝制造汽車復(fù)雜零部精鑄用模搜澈，成本低魁济，效率高能夠滿足生產(chǎn)需要。

　　工藝過程：首先根據(jù)汽車剎車鉗體精鑄母模的二維圖紙乏傀，采用Pro-E三維實體建模軟件孙已，建立其三維實體CAD模型，然后再采用Lark'98系統(tǒng)對CAD模型進行數(shù)據(jù)處理和工藝規(guī)劃杆坪，最后采用FDM工藝制得汽車剎車鉗體精鑄母模淋袖。

　　1995年8月，采用FDM工藝制造了奧迪轎車剎車鉗體精鑄母模的RP原型锯梁，整體支撐效果很理想即碗，一個完整的包圍盒起了很好的保溫作用。原型尺寸精度高陌凳、尺寸穩(wěn)定不變形剥懒、表面光潔度好、線條流暢冯遂，其精度完全達到并超過了精鑄母模質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)，并鑄出了金屬制件谒获，取得了明顯的階段性成果蛤肌，有力地支持了高級轎車國產(chǎn)作。

　　2.采用RP／RT技術(shù)制作大型汽車覆蓋件模具

　　傳統(tǒng)的大型汽車模具制造方法是首先通過鑄造獲得型坯批狱，然后通過機加工的方法對型坯進行加工來保證模具的尺寸裸准，傳統(tǒng)的模具加工方法的缺點為：制造周期長，成本高赔硫，降低模具開發(fā)的周期和成本成為急待解決的問題炒俱。

　　快速模具制造(RT工藝)是一種新型的工藝，RT工藝方法之一是通過快速原型制造(RP工藝)獲得原型估浴，通過無焙燒陶瓷型技術(shù)將原型轉(zhuǎn)換為陶瓷型没靖，再進行精密鑄造獲得尺寸精度較高、表面光潔度良好的鑄件酒管，經(jīng)拋光處理后即得到所制造的模具驱宴。

　　清華大學(xué)激光快速成型中心與一汽集團，一汽模具技術(shù)有限公司合作采用RP／RT技術(shù)制作大型汽車覆蓋件模具拌艳，制作步驟如下：

　　(1)用Pro／E造型軟件做出CAD模型

　　應(yīng)用MARC非線性有限元分析軟件對鑄件的凝固過程的尺寸精度進行有限元分析歧衡，修改CAD模型。

　　(2)LOM工藝制造模具凸凹模工作部分的原型橙樟，在殷華公司M-RPMS—II型設(shè)備上庸颂，應(yīng)用LOM分層實體制造工藝，采用YHCP-1004涂敷紙，完成模具凸凹模的原型制作扁钥，其余部分由砂型制造俐粪。

　　(3)凸凹模工作部分的原型采用M-RPMS-Ⅱ型多功能快速成型機制作，輪廓掃描速度為300mm／s鹃壤，網(wǎng)格直線速度為500mm／s惫谤，二氧化碳激光器功率為35W，采用YHCP-1004涂覆紙珠洗，熱壓溫度為90℃溜歪，紙和膠層的總厚度為0.1-1mm。

　　(4)利用無焙燒陶瓷轉(zhuǎn)換技術(shù)將模具的凸许蓖、凹模原型轉(zhuǎn)換為陶瓷型蝴猪，陶瓷型凝固時間為8-10分鐘，表面粗糙度Ra0.8-3.2膊爪。

　　(5)采用陶瓷型精密鑄造與消失模鑄造技術(shù)相結(jié)合的方法制造凸自阱、凹模(包括工作部分和其他部分)。

　　(6)對鑄造得到的模具進行簡單的拋光米酬、打磨沛豌，獲得所需的模具。

　　北京殷華激光成型及模具有限公司采用RP／RT技術(shù)完成了大型汽車覆蓋件模具的凸凹模制作赃额，這是一個試驗用板料沖壓模具加派，它的成功開辟了一條大型覆蓋件模具制造的新路。

　　四跳芳、結(jié)語

　　快速原型技術(shù)是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的高新技術(shù)叁渣，RPM的主要技術(shù)特征是成型的快捷性。運用RPM技術(shù)能自動谍潮、快速溯侦、精確地將設(shè)計思想轉(zhuǎn)變成一定功能的產(chǎn)品原型或直接制造零件，這對縮短產(chǎn)品開發(fā)周期慷啊、減少產(chǎn)品開發(fā)費用况魔，提高企業(yè)競爭力有重要作用。

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