1．快速原型/零件制造技術(shù)的原理

　　快速原型/零件制造技術(shù)是由CAD模型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造任意復(fù)雜形狀三維實(shí)體的技術(shù)總稱。它的特征是：

　　1）可以制造任意復(fù)雜的三維幾何實(shí)體旁涤。

　　2）CAD模型直接驅(qū)動(dòng)吵聪。

　　3）成形設(shè)備無(wú)需專用夾具或工具。

　　4）成形過(guò)程中無(wú)人干預(yù)或較少干預(yù)胧沫。

　　快速原型技術(shù)采用離散/堆積成型的原理塘憨，其過(guò)程是：先由三維CAD軟件設(shè)計(jì)出所需要零件的計(jì)算機(jī)三維曲面或?qū)嶓w模型（亦稱電子模型），然后根據(jù)工藝要求智础，將其按一定厚度進(jìn)行分層士到，把原來(lái)的三維電子模型變成二維平面信息（截面信息），即離散的過(guò)程助安；再將分層后的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理辰诱，加入加工參數(shù)，產(chǎn)生數(shù)控代碼莽裤，在微機(jī)控制下拱缆，數(shù)控系統(tǒng)以平面加工方式有序地連續(xù)加工出每個(gè)薄層并使它們自動(dòng)粘接而成形，這就是材料堆積的過(guò)程店烛。

　　隨著RPM技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)該項(xiàng)技術(shù)認(rèn)識(shí)的深入谢奕，它的內(nèi)涵也在逐步擴(kuò)大。目前快速原型技術(shù)包括一切由CAD直接驅(qū)動(dòng)的成形過(guò)程辱甫，而主要的技術(shù)特征即是成形的快捷性遍送。對(duì)于材料的轉(zhuǎn)移形式可以是自由添加、去除店诗、以及添加和去除結(jié)合等形式裹刮。

　　2．RPM技術(shù)的主要方法

　　RPM技術(shù)的具體工藝不下30余種，根據(jù)采用材料及對(duì)材料處理方式的區(qū)別庞瘸，可歸納為5類方法捧弃。

　　1. 選擇性液體固化

　　選擇性液體固化的原理是：將激光聚集到液態(tài)光固化材料（如光固化樹(shù)脂）表面，令其有規(guī)律地固化擦囊，由點(diǎn)到線到面违霞，完成一個(gè)層面的建造，而后升降移動(dòng)一個(gè)層片厚度的距離霜第，重新覆蓋一層液態(tài)材料葛家，再建造一個(gè)層面，由此層層迭加成為一個(gè)三維實(shí)體泌类。該方法的典型實(shí)現(xiàn)工藝有立體光刻（SL癞谒，Stereolithography），實(shí)體磨固化（DGC刃榨，Solid Ground Curing）弹砚，激光光刻（LS，Light Sculpting）,總的來(lái)說(shuō)，都以選擇性固化液體樹(shù)脂為特征虫棚。

　　2. 選擇性層片粘接

　　選擇性層片粘接采用激光或刀具對(duì)箔材進(jìn)行切割辽画。首先切割出工藝邊框和原型的邊緣輪廓線，而后將不屬于原型的材料切割成網(wǎng)格狀黔琢。通過(guò)升降平臺(tái)的移動(dòng)和箔材的送給可以切割出新的層片并將其與先前的層片粘接在一起阀恳，這樣層層迭加后得到下一個(gè)塊狀物，最后將不屬于原型的材料小塊剝除寻癌，就獲得所需的三維實(shí)體薇榨。層片添加的典型工藝是分層實(shí)體制造（Laminated Object Manufacturing——LOM）。這里所說(shuō)的箔材可以是涂覆紙（涂有粘接劑覆層的紙）绪封，涂覆陶瓷箔魏颠、金屬箔或其他材質(zhì)基的箔材。

　　3. 選擇性粉末熔結(jié)/粘接

　　選擇性粉末熔結(jié)/粘接是：對(duì)于由粉末鋪成的有好密實(shí)度和平整度的層面历扭，有選擇地直接或間接將粉末熔化或粘接软苗，形成一個(gè)層面，鋪粉壓實(shí)棺氢，再熔結(jié)或粘接成另一個(gè)層面并與原層面熔結(jié)或粘接心爷，如此層層疊加為一個(gè)三維實(shí)體。所謂直接熔結(jié)是將粉末直接熔化而連接肃续；間接熔結(jié)是指僅熔化粉末表面的粘結(jié)涂層蛮拔，以達(dá)到互相粘結(jié)的目的。粘接則是指將粉末采用粘接劑粘接痹升。其典型工藝有選擇性激光燒結(jié)（SLS，Selective Laser Sintering）三維印刷（3DP畦韭，3D Printing）等疼蛾。無(wú)木模鑄型（PCM，Patternless Casting Mold）工藝也屬于這類方法艺配。這里的粉末材料主要有蠟察郁、聚碳酸脂、水洗砂等非金屬粉以及金屬粉如鐵转唉，鈷皮钠，鉻以及它們的合金。

　　4. 擠壓成形

　　擠壓成形是指將熱熔性材料（ABS赠法、尼龍或蠟）通過(guò)加熱器熔化麦轰，擠壓噴出并堆積一個(gè)層面，然后將第二個(gè)層面用同樣的方法建造出來(lái)猴宾，并與前一個(gè)層面熔結(jié)在一起潘吸，如些層層堆積而獲得一個(gè)三維實(shí)體。采用熔融擠壓成形的典型工藝為熔融沉積成型（FDM，F(xiàn)used Deposition Modeling）卤撬。

　　5. 噴墨印刷

　　噴墨印刷Ink-Jet Printing是指將固體材料熔融巴移，采用噴墨打印原理（汽泡法和晶體振蕩法）將其有序地噴出，一個(gè)層面又一個(gè)層面地堆積建造而形成一個(gè)三維實(shí)體柄楼。

　　3．RPM技術(shù)的工藝裝備瞭驴、材料及軟件

　　國(guó)外RPM技術(shù)的研究和應(yīng)用主要集中在美國(guó)、歐洲和日本翅陪。從技術(shù)退钱、材料、應(yīng)用和基礎(chǔ)設(shè)施等方面比較來(lái)看又信，總的情況是美國(guó)領(lǐng)先于歐洲和日本胰绢，歐洲和日本平分秋色。

　　目前世界上已有200多家機(jī)構(gòu)開(kāi)展了RPM的研究抛冗，能夠商品化生產(chǎn)RPM設(shè)備的主要有美國(guó)3D systems切省、Helisys、DTM Corp帕胆、日本C-MET朝捆、D-MEC、德國(guó)EOS懒豹、以色列Cubital芙盘，據(jù)統(tǒng)計(jì)到1988年全世界已有4300余臺(tái)RPM成形設(shè)備。

　　1. RPM工藝設(shè)備

　　目前RPM的工藝裝備發(fā)展速度很快脸秽，前述五種RPM技術(shù)都已由許多公司開(kāi)發(fā)了自己的裝備儒老。

　　美國(guó)主要的RPM生產(chǎn)商有6家，即3D systemes记餐、Helisys驮樊、DTM、Stratasys片酝、Sanders Prototype和Soligen囚衔。日本有6家，即CMET雕沿、D-MEC练湿、Teijin Seiki、Kira Corp荡西、Mitsui Zosen和Denken Enginerring谴疾。歐洲有3家，即EOS舵翘、Cubital和F＆S蠕艳。

　　2. RPM成形材料

　　成形材料是RPM技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)椭肝。它影響原型的成形速度、精度和物理磺则、化學(xué)性能玩困，直接影響到原型的二次應(yīng)用和用戶對(duì)成形工藝設(shè)備的選擇。國(guó)外新工藝的出現(xiàn)往往與新材料的應(yīng)用有關(guān)牧俩。RPM現(xiàn)在所應(yīng)用的成形材料已經(jīng)較為豐富

　　3. RPM用軟件的開(kāi)發(fā)

　　軟件是RPM系統(tǒng)的靈魂脉鼻。其中作為CAD到RP接口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理軟件是其關(guān)鍵之一。

　　各大RPM系統(tǒng)生產(chǎn)商一般都開(kāi)發(fā)自己的數(shù)據(jù)變換接口軟件妨迈，如3D SYSTEM公司的ACES度姑、QuickCast、Helisys呈枉、cubital的SoliderDFE趁尼，Sanders Prototype的ProtBuild和ProtoSupport等。

　　由于CAD與RPM的數(shù)據(jù)變換接口軟件開(kāi)發(fā)的困難性和相對(duì)獨(dú)立性猖辫，國(guó)外涌現(xiàn)了很多作為CAD與RP系統(tǒng)之間的橋梁的第三方軟件酥泞。這些軟件一般都以常用的數(shù)據(jù)文件格式作為輸入輸出接口。輸入的數(shù)據(jù)文件格式有STL啃憎、IGES芝囤、DXF、HPGL辛萍、CT層片文件等悯姊，而輸出的數(shù)據(jù)文件一般為CLI。國(guó)外比較著名的一些第三方接口軟件有：美國(guó)Solid Concept公司的Bridge Works贩毕、Solid View悯许，比利時(shí)Materialise公司的Magics，美國(guó)POGO公司的STLManager辉阶，美國(guó)人Igore Tebelev的Still View岸晦，美國(guó)Imageware公司的Surface-RPM等。

　　4．RPM技術(shù)的應(yīng)用

　　RPM技術(shù)應(yīng)用發(fā)展很快痪僵。一個(gè)顯著的指標(biāo)是RPM服務(wù)機(jī)構(gòu)的數(shù)量和收入。國(guó)外RPM服務(wù)機(jī)構(gòu)的數(shù)量以每年59%的速度遞增倍挚，從1992年的42個(gè)發(fā)展到1996年284個(gè)暮诫，1997年的331個(gè)。服務(wù)機(jī)構(gòu)購(gòu)買的設(shè)備占設(shè)備擁有量的29%绪忙，1995年参唆，服務(wù)機(jī)構(gòu)的總收入達(dá)到1.92億美元，而同年成型機(jī)銷售收入0.786億美元肘渔∏螅可以說(shuō)，已經(jīng)從對(duì)RPM工藝的熟悉、觀望独府、嘗試性應(yīng)用階段進(jìn)入了將RPM真正作為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的重要環(huán)節(jié)吩伊，提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)質(zhì)量、加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度的階段婆沟。

　　5．RPM技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

　　RPM技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)是：

　　1. 不同制造目標(biāo)相對(duì)獨(dú)立發(fā)展

　　從制造目標(biāo)來(lái)說(shuō)便螟，RPM主要用于①快速概念設(shè)計(jì)原型制造，②快速模具原型制造唠摹，③快速功能測(cè)試原型制造及④快速功能零件制造爆捞。

　　由于快速概念型制造和快速模個(gè)型制造的巨大市場(chǎng)和技術(shù)可行性，將來(lái)這兩個(gè)方面將是研究和商品化的重點(diǎn)勾拉。由于彼此特點(diǎn)有較大差距煮甥，兩者將呈相對(duì)獨(dú)立發(fā)展的態(tài)勢(shì)∨涸蓿快速測(cè)試型制造由于使用范圍的限制和特點(diǎn)不夠鮮明成肘，本身不會(huì)形成獨(dú)立流派，將附屬于快速概念型制造找默⊥Ы伲快速功能零件制造將是發(fā)展的一個(gè)重要方向，但技術(shù)難度很大在今后的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)惩激，仍將局限于研究領(lǐng)域店煞。

　　2. 向大型制造與微型制造進(jìn)軍

　　分析各大公司的產(chǎn)品系列，可以發(fā)現(xiàn)风钻，原型的制造尺寸呈增大的趨勢(shì)顷蟀。由于大型模具的制造難度和RPM在模具制造方面的優(yōu)勢(shì)，可以預(yù)測(cè)將來(lái)的RPM市場(chǎng)將有一定比例為大型原型制造所占據(jù)缎选。與此成鮮明對(duì)比的將是RPM向地領(lǐng)域的進(jìn)軍展管，SL的一個(gè)重要發(fā)展方向是微米印刷（Microlithography），以制造微米零件（Microscale Parts）否胜。日本Nagoya University在這方面領(lǐng)先瓣老。激光光斑可達(dá)5μm，成形時(shí)原型不動(dòng)忽愧，激光束通過(guò)透明板精密聚焦在被成形的原型上崇已。X-Y掃描全停位精度為0.00025mm，Z向停位精度為0.001mm脑苫，可制造5μm×5μm×3μm零件如靜脈閥贱起、集成電路零件等。

　　3. 追求RPM的更快的制造速度舱踊、更高的制造精度迫扫、更高的可靠性疮窟。

　　4. RPM設(shè)備的使用外設(shè)化，操作智能化诬絮。使RPM設(shè)備的安裝和使用變得非常簡(jiǎn)單鬼癣，不需專門(mén)的操作人員。

　　5. RPM行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化远剩，并且與整個(gè)產(chǎn)品制造體系相融合扣溺。

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