[ 快速成型 ] 工艺连载：RP快速成型(Rapid Prototyping)-【集智网】

简介

快速成型（RP）技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术，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。
简介快速原型制造技术，又叫快速成形技术，（简称RP技术）；
英文：RAPID PROTOTYPING（简称RP技术），或 RAPID PROTOTYPING MANUFACTURING，简称RPM。在汽车应用行业家RP样件。
RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。不同种类的快速成型系统因所用成[2]形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。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。形象地讲，快速成形系统就像是一台"立体打印机"。

优越性
它可以在无需准备任何模具、刀具和工装卡具的情况下，直接接受产品设计（CAD）数据，快速制造出新产品的样件、模具或模型。因此，RP技术的推广应用可以大大缩短新产品开发周期、降低开发成本、提高开发质量。由传统的"去除法"到今天的"增长法"，由有模制造到无模制造，这就是RP技术对制造业产生的革命性意义。

特点
RP技术将一个实体的复杂的三维加工离散成一系列层片的加工，大大降低了加工难度，具有如下特点：
⑴成型全过程的快速性，适合现代激烈的产品市场；
⑵可以制造任意复杂形状的三维实体；
⑶用CAD模型直接驱动，实现设计与制造高度一体化，其直观性和易改性为产品的完美设计提供了优良的设计环境；
⑷成型过程无需专用夹具、模具、刀具，既节省了费用，又缩短了制作周期。
⑸技术的高度集成性，既是现代科学技术发展的必然产物，也是对它们的综合应用，带有鲜明的高新技术 特征。
以上特点决定了RP技术主要适合于新产品开发，快速单件及小批量零件制造，复杂形状零件的制造，模具与模型设计与制造，也适合于难加工材料的制造，外形设计检查，装配检验和快速反求工程等。

形成过程
形象地比喻：快速成形系统相当于一台"立体打印机"。
它可以在没有任何刀具、模具及工装卡具的情况下，快速直接地实现零件的单件生产。根据零件的复杂程度，这个过程一般需要1～7天的时间。换句话说，RP技术是一项快速直接地制造单件零件的技术。

工作原理

RP系统可以根据零件的形状，每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截面，然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体的零件。当然，整个过程是在计算机的控制下，由快速成形系统自动完成的。不同公司制造的RP系统所用的成形材料不同，系统的工作原理也有所不同，但其基本原理都是一样的，那就是"分层制造、逐层叠加"。这种工艺可以形象地叫做"增长法"或"加法"。
每个截面数据相当于医学上的一张CT像片；整个制造过程可以比喻为一个"积分"的过程。
RP技术的基本原理是：将计算机内的三维数据模型进行分层切片得到各层截面的轮廓数据，计算机据此信息控制激光器（或喷嘴）有选择性地烧结一层接一层的粉末材料（或固化一层又一层的液态光敏树脂，或切割一层又一层的片状材料，或喷射一层又一层的热熔材料或粘合剂）形成一系列具有一个微小厚度的的片状实体，再采用熔结、聚合、粘结等手段使其逐层堆积成一体，便可以制造出所设计的新产品样件、模型或模具。自美国3D公司1988年推出第一台商品SLA快速成形机以来，已经有十几种不同的成形系统，快速成型技术按原型的成型方式主要分为：激光光固法（SLA）、激光选区烧结法（SLS）、叠层法（LOM）、融融沉积法（FDM）、三维印刷法（3DP）、掩模固化法（SGC）、喷粒法（BPM）等。

（1）SLA快速成形系统的成形原理（SL—Stereolithography）
成形材料：液态光敏树脂；
制件性能：相当于工程塑料或蜡模；
主要用途：高精度塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。
（2）SLS快速成形系统的成形原理（SLS—Selective  Laser  Sintering ）
 成形材料：工程塑料粉末；
 制件性能：相当于工程塑料、蜡模、砂型；
 主要用途：塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。
（3）LOM快速成形系统的成形原理（LOM—Laminated Object Manufacturing）
  成形材料：涂敷有热敏胶的纤维纸；
  制件性能：相当于高级木材；
主要用途：快速制造新产品样件、模型或铸造用木模。
（4）FDM快速成形系统的成形原理（FDM—Fused  Deposition  Modeling）
 成形材料：固体丝状工程塑料；
 制件性能：相当于工程塑料或蜡模；     
主要用途：塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。
其中SLA快速成型技术是目前应用最广、精度最高的快速成型方法之一。

意义方向

意义

大大缩短新产品研制周期，确保新产品上市时间；
------使模型或模具的制造时间缩短数倍甚至数十倍；
提高了制造复杂零件的能力；
------使复杂模型的直接制造成为可能；
显著提高新产品投产的一次成功率；
------可以及时发现产品设计的错误，做到早找错、早更改，避免更改后续工序所造成的大量损失；
支持同步（并行）工程的实施；
------使设计、交流和评估更加形象化，使新产品设计、样品制造、市场定货、生产准备、等工作能并行进行；
支持技术创新、改进产品外观设计；
------有利于优化产品设计，这对工业外观设计尤为重要。
成倍降低新产品研发成本；
------节省了大量的开模费用
快速模具制造可迅速实现单件及小批量生产。使新产品上市时间大大提前，迅速占领市场。
总而言之，RP技术是九十年代世界先进制造技术和新产品研发手段。在工业发达国家，企业在新产品研发过程中采用RP技术确保研发周期、提高设计质量已成为一项重要的策略。当前，市场竞争愈演愈烈，产品更新换代加速。要保持我市产品在国内外市场的竞争力，迫切需要在加大新产品开发投入力度、增强创新意识的同时，积极采用先进的创新手段。RP技术在不需要任何刀具、模具及工装卡具的情况下，可实现任意复杂形状的新产品样件的快速制造。用RP技术快速制造出的的模型或样件可直接用于新产品设计验证、功能验证、外观验证、工程分析、市场订货等，非常有利于优化产品设计，从而大大提高新产品开发的一次成功率，提高产品的市场竞争力，缩短研发周期，降低研发成本。快速原型制造技术生产力促进中心的成立为本市企业应用RP技术开展产品创新活动提供了很好的前提条件。

发展方向

RP技术已经在许多领域里得到了应用，其应用范围主要在设计检验、市场预测、工程测试（应力分析、风道等）、装配测试、模具制造、医学、美学等方面。RP技术在制造工业中应用最多（达到67%），说明RP技术对改善产品的设计和制造水平具有巨大的作用。
快速成形技术还存在许多不足，下一步研究开发工作主要在以下几方面：
⑴改善快速成形系统的可靠性、生产率和制作大件能力，尤其是提高快速成形系统的制作精度；
⑵开发经济型的快速成形系统；
⑶快速成形方法和工艺的改进和创新；
⑷快速模具制造的应用；
⑸开发性能良好的快速成形材料；
⑹开发快速成形的高性能软件等。

技术特点

1 制造快速
RP技术是并行工程中进行复杂原型或者零件制造的有效手段，能使产品设计和模具生产同步进行，从而提高企业研发效率，缩短产品设计周期，极大的降低了新品开发的成本及风险，对于外形尺寸较小，异形的产品尤其适用。
2 CAD/CAM技术的集成
设计制造一体化一直来说是一个难点，计算机辅助工艺（CAPP）在现阶段由于还无法与CAD、CAM完全的无缝对接，这也是制约制造业信息化一直以来的难点之一，而快速成型技术集成CAD、CAM、激光技术、数控技术、化工、材料工程等多项技术，使得设计制造一体化的概念完美实现。
3 完全再现三维数据
经过快速成型制造完成的零部件，完全真实的再现三维造型，无论外表面的异形曲面还是内腔的异形孔，都可以真实准确的完成造型，基本上不再需要再借助外部设备进行修复。
4 成型材料种类繁多
各类RP设备上所使用的材料种类有很多，树脂、尼龙、塑料、石蜡、纸以及金属或陶瓷的粉末，基本上满足了绝大多数产品对材料的机械性能需求。
5 创造显著的经济效益
与传统机械加工方式比较，开发成本上节约10倍以上，同样，快速成型技术缩短了企业的产品开发周期，使的在新品开发过程中出现反复修改设计方案的问题大大减少，也基本上消除了修改模具的问题，创造的经济效益是显而易见的。
6 应用行业领域广
RP技术经过这些年的发展，技术上已基本上形成了一套体系，同样，可应用的行业也逐渐扩大，从产品设计到模具设计与制造，材料工程、医学研究、文化艺术、建筑工程等等都逐渐的使用RP技术，使得RP技术有着广阔的前景。

4市场前景

发展动力

在现代化工业生产中，60%～90%的工业产品需要使用模具加工，模具工业已经成为制造业中的一项基础工业，是技术成果转化的手段，同时又是高新技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被成为“点铁成金”的“磁力工业”。可见，模具工业在世界各国经济发展中具有重要的显著地位。
快速成型专业厂家凯福精密制造，总结当前制造业呈现如下发展趋势：
1、生产、经营及市场全球化；
2、用户需求个性化、多样化；
3、产品生命周期短，更新换代加速；
4、产品技术高科技化；
5、市场竞争激烈化。

数据统计

据统计，我国新产品的平均开发周期为18个月，产品的生命周期为10.5年。而美国1990年已实现“3个3”，即产品的生命周期为3年，产品的试制周期为3个月，产品的设计周期为3周。因此，制造企业要想在21世纪求得生存和发展，就必须面对这一新的形势，不断研究或引进新的技术。
过去，传统的零件成型方法是采用多种机械加工机床，以及刀具和模具，还要有高水平的技工，成本高，制造周期往往长达几星期，甚至几个月，不能适应新产品的更新。为克服上述问题，近几年来开发成功了快速成型制造技术和相应的快速成型机。它是利用激光等物理方法，向用户提供物理模型和快速修改设计方案，从而大大减少了新产品开发前期的时间和费用。快速成型技术广泛应用于航空航天、汽车、电子、通讯、医疗、建筑、家电、玩具、家具、日用五金及工艺品制作等众多领域。

快速成型专业厂家凯福精密制造指出，快速成型技术使之在以下四方面受益：

设计者

在设计产品时，通常分为概念设计及详细设计。由于设计者的能力有限，不可能在短时间内，仅凭图纸上的思维，就把结构、形状及尺寸等问题考虑得很周全并使结果优化，不但费时费力，往往难免有所疏漏，从而造成返工。为解决上述问题，在现代制造技术领域中，提出了并行工程的方法，它以小组协同工作为基础，通过网络共享数据等信息资源，来同步考虑产品设计、制造的有关技术问题，从而实现并行设计的思想。然而，仅仅依靠计算机及数字模拟，没有必要的物理模拟手段，也难于完美地进行并行设计。
湖南快速模型华曙高科采用快速成型技术之后，设计者在设计的最初阶段，就能拿到实在的产品样品，并可在不同阶段快速地修改、重做样品，甚至做出试制用工模具及少量的产品，据此判断有关的各种问题。这给设计者创造了一个优良的设计环境，无需多次反复思考、修改，即可尽快得到优化结果。因此，快速成型技术是真正实现并行设计的强有力手段。

制造者

制造者在产品设计的最初阶段，也能拿到实在的产品样品、甚至试制用的工模具及少量产品，这使得他们能及早地对产品设计提出意见，做好原材料、标准件、外协加工件、加工工艺和批量生产用工模具等准备，最大限度地减少失误和返工，大大节省工时、降低加工成本和提高产品质量。

推销者

推销者在产品设计的最初阶段，也可拿到产品样品、甚至少量产品，这使得他们能据此及早、实在地向用户宣传，征求意见，并进行比较准确的市场需求预测，而不是仅凭抽象的产品描述或一张图纸、一份样本来推销。所以，快速成型技术的应用可以显著地降低新产品的销售风险和成本，大大缩短其投放市场的时间和提高竞争能力。

用户

用户在产品设计的最初阶段，也能见到产品样品，甚至少量产品，这使得他们及早、深刻地认识产品，进行必要的测试，并且提出有关的意见，从而可以在尽可能短的时间内，以合理的价格得到性能最符合要求的产品。
综上所述，快速成型技术必将能承担起21世纪制造业持续高速发展的重任，为现代制造业提供源源不断的超动力。