快速成型.论文

学校：江西应用技术职业学院班级：10机自03班姓名：***指导老师：***快速成型技术的研究现状与最新发展10机自03班刘云成摘要快速成型（简称RP）技术是近20年来制造领域中一个革命性的技术突破，它不仅在制造原理上与传统方法迥然不同，更重要的是当前新产品开发是以市场反应为第一晴雨表，产品竞争越来越激烈，应用RP技术就可以在不开模具的前提下，迅速可以得到产品原型，快速响应市场。

并且缩短产品开发周期，降低开发成本。

本文主要讲述快速成型技术的概念、原理以及研究现状和最新发展。

快速成型基于离散-堆积的思想，将一个物理实体复杂的三维加工，离散成一系列二维层片，然后逐点逐面进行材料的堆积成型，是一种降维制造或者称增材制造技术。

成型过程不必采用传统的机械加工的夹具和模具，大大降低了加工难度，并且成型过程的难度与待成型物理实体的形状和结构的复杂程度无关。

快速成型技术与数控加工、铸造、金属冷喷涂、模具制造等手段相结合，已成为产品快速制造的强有力手段，在轻工产品、航空航天、汽车、摩托车、家电、生物等领域得到了广泛应用。

关键字：快速成型研究现状最新发展一、快速成型技术的原理1.1快速成型的过程快速成型属于离散/堆积成型，它将计算机上制作的零件三维模型，进行网格化处理并存储，对其进行分层处理，得到各层截面的二维轮廓信息，按照这些轮廓信息自动生成加工路径，由成型头在控制系统的控制下，选择性地固化或切割一层层的成型材料，形成各个截面轮廓薄片，并逐步顺序叠加成三维坯件。

然后进行坯件的后处理，形成零件。

快速成型的过程如图1-1所示，包括如下几个1.2快速成型技术的特点快速成型的过程是首先生成一个产品的三维CAD实体模型或曲面模型文件，将其转换成STL文件格式，再用一软件从STL文件“切”(Slice)出设定厚度的一系列的片层，或者直接从CAD文件切出一系列的片层，这些片层按次序累积起来仍是所设计零件的形状。

然后，将上述每一片层的资料传到快速自动成型机中去，类似于计算机向打印机传递打印信息，用材料添加法依次将每一层做出来并同时连结各层，直到完成整个零件。

因此，快速自动成型可定义为一种将计算机中储存的任意三维型体信息通过材料逐层添加法直接制造出来，而不需要特殊的模具、工具或人工干涉的新型制造技术。

快速成型技术与传统方法相比具有独特的优越性和特点:（1）产品制造过程几乎与零件的复杂性无关，可实现自由制造(ationFree)，这是传统方法无法比拟的。

FormFabric（2）产品的单价几乎与批量无关，特别适合于新产品的开发和单件小批量零件的生产。

（3）由于采用非接触加工的方式，没有工具更换和磨损之类的问题，可做到无人值守，无需机加工方面的专门知识就可操作。

（4）无切割、噪音和振动等，有利于环保。

（5）整个生产过程数字化，与CAD模型具有直接的关联，零件可大可小，所见即所得，可随时修改，随时制造。

（6）与传统方法结合，可实现快速铸造，快速模具制造，小批量零件生产等功能，为传统制造方法注入新的活力。

二、快速成型技术的研究现状经过二十来年的发展，RP技术已经步入成熟期，从早期的原型制造发展出包含多种功能、多种材料、多种应用的许多工艺，在功能上从完成原型制造向批量定制发展。

在应用上主要集中在产品开发领域的设计、测试、装配等步骤的辅助原型制造上。

直接金属成型和功能性工程塑料熔融挤压成型的出现，使RP技术真正具有了最终产品的制造功能。

RP技术的概念正在从快速成型转变为快速制造（简称RM）。

由于RP工艺能制造具有复杂结构的原型和同时处理多种材料，因此在特殊材料的成型、材料梯度与结构梯度成型方面具有强大的优势，被广泛应用于生物医学领域和微细加工领域等特殊成型场合，其高度的个性化成型水平和工艺柔性得到了充分发挥。

2.1快速成型技术的应用领域（1）新产品开发过程中的设计验证与功能验证。

RP技术可快速地将产品设计的CAD模型转换成物理实物模型，这样可以方便地验证设计人员的设计思想和产品结构的合理性、可装配性、美观性，发现设计中的问题可及时修改。

如果用传统方法，需要完成绘图、工艺设计、工装模具制造等多个环节，周期长、费用高。

如果不进行设计验证而直接投产，则一旦存在设计失误，将会造成极大的损失。

（2）可制造性、可装配性检验和供货询价、市场宣传，对有限空间的复杂系统，如汽车、卫星、导弹的可制造性和可装配性用RP方法进行检验和设计，将大大降低此类系统的设计制造难度。

对于难以确定的复杂零件，可以用RP，技术进行试生产以确定最佳的合理的工艺。

此外，RP原型还是产品从设计到商品化各个环节中进行交流的有效手段。

比如为客户提供产品样件，进行市场宣传等，快速成型技术已成为并行工程和敏捷制造的一种技术途径。

（3）单件、小批量和特殊复杂零件的直接生产。

对于高分子材料的零部件，可用高强度的工程塑料直接快速成型，满足使用要求;对于复杂金属零件，可通过快速铸造或直接金属件成型获得。

该项应用对航空、航天及国防工业有特殊意义。

（4）快速模具制造。

通过各种转换技术将RP原型转换成各种快速模具，如低熔点合金模、硅胶模、金属冷喷模、陶瓷模等，进行中小批量零件的生产，满足产品更新换代快、批量越来越小的发展趋势。

快速成型应用的领域几乎包括了制造领域的各个行业，在医疗、人体工程、文物保护等行业也得到了越来越广泛的应用。

2.2关于快速成型技术的国内外动态美国在发展快速自动成型技术方面，一直处于领先地位，一些著名的高校如麻省理工学院、得克萨斯大学和一批研究机构从政府和工业界取得了大笔开发、研究经费，用于这项技术的进一步研究。

各大公司纷纷购入成型机，以满足争分夺秒的市场需求。

日本、德国、英国等都在研究新的成型技术，开发新产品。

现已有2500多套快速成型机分布在世界各地的不同领域。

自从快速自动成型问世后，国外就很重视其与传统精密铸造技术相结合，继而产生了快速铸造。

快速成型技术在熔模精密铸造中的应用可以分为三种：一是消失成型件（模）过程，用于小量件生产；二是直接型壳法，也用于小量件生产；三是快速蜡模模具制造，用于大批量生产。

这三种方法与传统精密铸造相比，解决了传统方法的蜡模制造瓶颈问题。

国内目前主要有北京隆源、华北工学院、华中理工大学等在进行快速成型设备生产与工艺研究。

使用快速自动成型技术生产精铸用蜡模的厂家主要有航空部材料研究所、北京钢铁研究总院、西安航天发动机厂等，取得了良好的经济效益。

目前，该项技术已经应用于航空、航天、机械、化工、医药等行业。

2.3快速成型技术面临的困难和存在问题目前RP技术还是面临这许多困难，主要困难是来自技术本身的发展水平，其中最突出的表现在如下几个方面：（1）材料成型后的残余应力难以消除，RP技术能够处理的材料种类有限。

（2）RP技术专用的成型材料和设备价格较高及RP技术本身适用于小批量生产使得成本方面偏高。

（3）成型精度与速度方面的不足。

三、快速成型技术的最新发展长期以来，不断有一些学者和专家对RP的发展持观望和怀疑态度，尤其是在1998年受全球经济的不景气所影响，RP工业出现缓慢增长甚至某些方面为负增长。

对此，ersTerry Wohl在其著述的《2000年度全球快速成型及快速模具制造工业进展报告》中指出，RP工业将会在未来几年发生巨大的变化，主要体现在新技术、新工艺及信息网络化等方面。

3.1开发概念模型机或台式机目前，RP技术向两个方向发展：工业化大型系统，用于制造高精度、高性能零件；自动化的桌面小型系统，此类系统称为概念模型机或台式机，主要用于制造概念原型。

发达国家许多科研机构（如IBM公司）及教育单位（中等职业学校甚至中小学）已经开始购买此种小型RP设备，并极有可能进入家庭。

美国通用汽车公司也计划为其每位工程师配备一台此类设备。

采用桌面RP系统制造的概念原型，可用于展示产品设计的整体概念、立体型态布局安排，进行产品造型设计的宣传，作为产品的展示模型、投标模型等使用。

3.2开发新的成型能源SL、LOM、SLS等快速成型技术大多以激光作为能源，而激光系统（包括激光器、冷却器、电源和外光路）的价格及维护费用昂贵，致使成型件的成本较高，于是许多RP研究集中于新成型能源的开发。

目前已有采用半导体激光器、紫外灯等低廉能源代替昂贵激光器的RP系统，也有相当多的系统不采用激光器而通过加热成型材料堆积出成型件。

3.3开发性能优越的成型材料RP技术的进步依赖于新型快速成型材料的开发和新设备的研制。

发展全新的RP材料，特别是复合材料，如纳米材料、非均质材料、其它传统方法难以制作的复合材料已是当前RP成型材料研究的热点。

目前国外RP技术的研究重点是RP成型材料的研究开发及其应用，美国许多大学里进行RP技术研究的科技人员多数来自材料和化工专业。

3.4研究新的成型方法与工艺在现有的基础上，拓宽RP技术的应用，开展新的成型技术的探索。

新的成型方法层出不穷，如三维微结构制造、生物活性组织的工程化制造、激光三维内割技术、层片曝光方式等。

对于RP微型制造的研究主要集中于：RP微成型机理与方法、RP系统的精度控制、激光光斑尺寸的控制以及材料的成型特性等方面。

目前制作的微零件仅是概念模型，并不能称之为功能零件，更谈不上微机电系统（MEMS）。

要达到MEMS还需克服很多的问题，如：随着尺寸的减小，表面积与体积之比相对增大，表面力学、表面物理效应将起主导作用；微摩擦学、微热力学、微系统的设计、制造、测试等。

3.5集成化生物科学、信息科学、纳米科学、制造科学和管理科学是21世纪的5个主流科学，与其相关的五大技术及其产业将改变世界，制造科学与其它科学交叉是其发展趋势。

RP与生物科学交叉的生物制造、与信息科学交叉的远程制造、与纳米科学交叉的微机电系统等都为RP技术提供了发展空间。

并行工程（CE）、虚拟技术（VT）、快速模具（RT）、反求工程（VR）、快速成型（RP）、网络（Internet、Intranet）相结合而组成的快速反应集成制造系统，将为RP的发展提供用力的技术支持。

四、小结本文主要讲述了快速成型技术的概念、原理以及研究现状和最新发展。

快速成型基于离散-堆积的思想，将一个物理实体复杂的三维加工，离散成一系列二维层片，然后逐点逐面进行材料的堆积成型，是一种降维制造或者称增材制造技术。

成型过程不必采用传统的机械加工的夹具和模具，大大降低了加工难度，并且成型过程的难度与待成型物理实体的形状和结构的复杂程度无关。

快速成型技术与数控加工、铸造、金属冷喷涂、模具制造等手段相结合，已成为产品快速制造的强有力手段，在轻工产品、航空航天、汽车、摩托车、家电、生物等领域得到了广泛应用。

参考文献[1] 陈雪芳，孙春华.逆向工程与快速成型技术应用[M].机械工业出版社,2009.。