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1、论快速成形技术快速成形（RP）技术是由 CAD 模型直接驱动，快速制造任意复杂形状三维物理实体的技术。是为制造业企业新产品开发服务的一项关键共性技术, 对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。自该技术问世以来，已经在发达国家的制造业中得到了广泛应用，并由此产生一个新兴的技术领域。快速成形技术集成看机械、电子、计算机、光学、新材料等领域中的技术，与传统的去除材料加工方法相比，它是通过逐 层 增 加 材 料 来 制 造 零 件 的 。 不同 种 类 的 快 速 成 型 系 统 因 所 用 成 形 材 料 不 同 ， 成 形 原 理 和 系 统 特 点 也 各 有 不
2、同 。 但 是 ， 其 基 本 原 理 都 是 一 样 的 ， 那 就 是 分 层 制 造 ， 逐 层 叠 加 ， 类 似于 数 学 上 的 积 分 过 程 。1快 速 成 形 技 术 过 程（ 1） 产 品 三 维 模 型 的 构 建（ 2） 三 维 模 型 的 近 似 处 理（ 3） 三 维 模 型 的 分 层 切 片 和 产 生 加 工 路 径（ 4） 成 形 加 工（ 5） 成 形 零 件 的 后 处 理2快速成形技术的特点(1) 制造原型所用的材料不限，各种金属和非金属材料均可使用(2) 原型的复制性、互换性高(3) 制造工艺与制造原型的几何形状无关，在加工复杂曲面时更显优越(4)
3、加工周期短，成本低，成本与产品复杂程度无关，一般与传统加工模型的工艺相比, 快速成形在制造费用上可以降低 80%，加工周期可以节约 70%以上(5) 高度技术集成，可实现了设计制造一体化3快速成形技术1、立体光刻技术 (SL/SLA)SLA 的工作原理是以液态光敏树脂 (例如一种特殊的环氧树脂 )为造型材料，采用紫外激光器为能源:一种是氦一福激光器 (波长 325nm，功率 1550MW)，另一种是氨离子激光器(波长 351365nm，功率 100500MW )，激光束光斑大小为 0.053mm。由 CAD 设计出三维模型后将模型进行水平切片，分成为成千上万个薄层，生成分层工艺信息，按计算机所
4、确定的轨迹，控制激光束的扫描轨迹，使被扫描区域内的液态光敏树脂固化，形成一层薄固体截面后，升降机构带动工作台下降一层高度，其上复盖另一层液态光敏树脂，接着进行第二层激光扫描固化，新固化的一层牢固地粘在前一层上，就这样逐层叠加直到完成整个模型的制作。一般每个薄层的厚度 0.070.4mm，模型从树脂中取出后，进行最终硬化处理加以打光、电镀、喷漆或着色等即可。2. 薄材叠层成形技术 (LOM)薄材叠层成形技术是通过对原料纸进行激光切割与粘合的方式来形成零件的。其工艺是先将单面涂有热熔胶的纸通过加热辊加压粘结在一起，此时位于其上方的激光器按照分层 CAD 模型所获得的数据，将一层纸切割成所制零件的内
5、外轮廓，然后新的一层纸再叠加在上面，通过热压装置，将下面已经切割的层粘合在一起，激光再次进行切割。切割时工作台连续下降，切割掉的纸片仍留在原处，起支撑和固化作用，纸片的一般厚度为 0.070.1mm。该方法特点是成形速率高，成本低廉。3. 选区激光粉末烧结技术 (SLS)选择性激光烧结 (SLS)的成形方法是。在层面制造与逐层堆积的过程中，用激光束有选择地将可熔化粘结的金属粉末或非金属粉末 (如石蜡、塑料、树脂沙、尼龙等)一层层地扫描加热，使其达到烧结温度并烧结成形; 当一层烧结完后，工作台降下一层的高度，铺下一层的粉末，再进行第二层的扫描，新烧结的一层牢固地粘结在前一层上，如此重复，最后烧结
6、出与 CAD 模型对应的三维实体。选择性激光烧结 (SLS)突出的优点在于它是以粉末作为成形材料，所使用的成形材料十分广泛，从理论上来说，任何被激光加热后能够在粉粒间形成原子间连接的粉末材料都可以作为 SLS 的成形材料。4、熔融沉积成形技术 (MEM) MEM 的基本原理是:加热喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息作 X-Y 平面运动和高度 Z 方向的运动，丝材 (如塑料丝、石腊质丝等)由供丝机构送至喷头，在喷头中加热、熔化，然后选择性地涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层截面轮廓，层层叠加最终成为快速原型。用此法可以制作精密铸造用蜡模、铸造用母模等。4快速成形的应用不 断 提 高 RP 技
7、 术 的 应 用 水 平 是 推 动 RP 技 术 发 展 的 重 要 方 面 。 目 前 ，快 速 成 型 技 术 已 在 工 业 造 型 、 机 械 制 造 、 航 空 航 天 、 军 事 、 建 筑 、 影 视 、家 电 、 轻 工 、 医 学 、 考 古 、 文 化 艺 术 、 雕 刻 、 首 饰 等 领 域 都 得 到 了 广 泛 应 用 。并 且 随 着 这 一 技 术 本 身 的 发 展 ， 其 应 用 领 域 将 不 断 拓 展 。 RP 技 术 的 实 际 应用 主 要 集 中 在 以 下 几 个 方 面 ：(1)在 新 产 品 造 型 设 计 过 程 中 的 应 用 快 速
8、 成 形 技 术 为 工 业 产 品 的 设 计 开发 人 员 建 立 了 一 种 崭 新 的 产 品 开 发 模 式 。 运 用 RP 技 术 能 够 快 速 、 直 接 、 精确 地 将 设 计 思 想 转 化 为 具 有 一 定 功 能 的 实 物 模 型 (样 件 )， 这 不 仅 缩 短 了 开发 周 期 ， 而 且 降 低 了 开 发 费 用 ， 也 使 企 业 在 激 烈 的 市 场 竞 争 中 占 有 先 机 。 (2)在 机 械 制 造 领 域 的 应 用 由 于 RP 技 术 自 身 的 特 点 ， 使 得 其 在 机 械 制 造领 域 内 ， 获 得 广 泛 的 应 用
9、， 多 用 于 制 造 单 件 、 小 批 量 金 属 零 件 的 制 造 。 有 些特 殊 复 杂 制 件 ， 由 于 只 需 单 件 生 产 ， 或 少 于 50 件 的 小 批 量 ， 一 般 均 可 用RP 技 术 直 接 进 行 成 型 ， 成 本 低 ， 周 期 短 。 (3)快 速 模 具 制 造 传 统 的 模 具 生 产 时 间 长 ， 成 本 高 。 将 快 速 成 型 技 术 与传 统 的 模 具 制 造 技 术 相 结 合 ， 可 以 大 大 缩 短 模 具 制 造 的 开 发 周 期 ， 提 高 生 产率 ， 是 解 决 模 具 设 计 与 制 造 薄 弱 环 节 的
10、 有 效 途 径 。 快 速 成 形 技 术 在 模 具 制 造方 面 的 应 用 可 分 为 直 接 制 模 和 间 接 制 模 两 种 ， 直 接 制 模 是 指 采 用 RP 技 术 直接 堆 积 制 造 出 模 具 ， 间 接 制 模 是 先 制 出 快 速 成 型 零 件 ， 再 由 零 件 复 制 得 到 所需 要 的 模 具 。 (4)在 医 学 领 域 的 应 用 近 几 年 来 ， 人 们 对 RP 技 术 在 医 学 领 域 的 应 用 研究 较 多 。 以 医 学 影 像 数 据 为 基 础 ， 利 用 RP 技 术 制 作 人 体 器 官 模 型 ， 对 外 科手 术
11、有 极 大 的 应 用 价 值 。 (5)在 文 化 艺 术 领 域 的 应 用 在 文 化 艺 术 领 域 ， 快 速 成 形 制 造 技 术 多 用 于艺 术 创 作 、 文 物 复 制 、 数 字 雕 塑 等 。 (6)在 航 空 航 天 技 术 领 域 的 应 用 在 航 空 航 天 领 域 中 ， 空 气 动 力 学 地 面 模拟 实 验 (即 风 洞 实 验 )是 设 计 性 能 先 进 的 天 地 往 返 系 统 (即 航 天 飞 机 )所 必 不可 少 的 重 要 环 节 。 该 实 验 中 所 用 的 模 型 形 状 复 杂 、 精 度 要 求 高 、 又 具 有 流 线型
12、特 性 ， 采 用 RP 技 术 ， 根 据 CAD 模 型 ， 由 RP 设 备 自 动 完 成 实 体 模 型 ， 能够 很 好 的 保 证 模 型 质 量 。 (7)在 家 电 行 业 的 应 用 目 前 ， 快 速 成 形 系 统 在 国 内 的 家 电 行 业 上 得 到 了很 大 程 度 的 普 及 与 应 用 ， 使 许 多 家 电 企 业 走 在 了 国 内 前 列 。 如 ： 广 东 的 美 的 、华 宝 、 科 龙 ； 江 苏 的 春 兰 、 小 天 鹅 ； 青 岛 的 海 尔 等 ， 都 先 后 采 用 快 速 成 形 系统 来 开 发 新 产 品 ， 收 到 了 很 好
13、 的 效 果 。 快 速 成 形 技 术 的 应 用 很 广 泛 ， 可 以 相信 ， 随 着 快 速 成 形 制 造 技 术 的 不 断 成 熟 和 完 善 ， 它 将 会 在 越 来 越 多 的 领 域 得到 推 广 和 应 用 。5快 速 成 形 的 发 展 方 向从 目 前 RP 技 术 的 研 究 和 应 用 现 状 来 看 ， 快 速 成 型 技 术 的 进 一 步 研 究 和开 发 工 作 主 要 有 以 下 几 个 方 面 ： (1)开 发 性 能 好 的 快 速 成 型 材 料 ， 如 成 本 低 、 易 成 形 、 变 形 小 、 强 度 高 、耐 久 及 无 污 染 的
14、成 形 材 料 。 (2)提 高 RP 系 统 的 加 工 速 度 和 开 拓 并 行 制 造 的 工 艺 方 法 。 (3)改 善 快 速 成 形 系 统 的 可 靠 性 ， 提 高 其 生 产 率 和 制 作 大 件 能 力 ， 优 化设 备 结 构 ， 尤 其 是 提 高 成 形 件 的 精 度 、 表 面 质 量 、 力 学 和 物 理 性 能 ， 为 进 一步 进 行 模 具 加 工 和 功 能 实 验 提 供 基 础 。 (4)开 发 快 速 成 形 的 高 性 能 RPM 软 件 。 提 高 数 据 处 理 速 度 和 精 度 ， 研 究开 发 利 用 CAD 原 始 数 据 直 接 切 片 的 方 法 ， 减 少 由 STL 格 式 转 换 和 切 片 处 理过 程 所 产 生 精 度 损 失 。 (5)开 发 新 的 成 形 能 源 。 (6)快 速 成 形 方 法 和 工 艺 的 改 进 和 创 新 。 直 接 金 属 成 形 技 术 将 会 成 为 今后 研 究 与 应 用 的 又 个 热 点 。 (7)进 行 快 速 成 形 技 术 与 CAD、 CAE、 RT、 CAPP、 CAM 以 及 高 精 度 自 动 测量 、 逆 向 工 程 的 集 成 研 究 。 (8)提 高 网 络 化 服 务 的 研 究 力 度 ， 实 现 远 程 控 制 。
