快速制造技术的发展现状及应用的研究

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进入 21世纪以来，随着经济全球化和技术变革进程日趋加快，许多发达国家提出了许多新观 、新思想，使制造技术由传统意义上的单纯机械加工技术，转变为集机械、电子、材料、信息和管理等诸多技术于- 体的先进制造技术，实现制造业的高技术化。

2快速制造技术基本原理分析快速制造技术(RAPID PROTOTYPING)，简称 RP或RPM，又称快速实体直接加工技术，快速制造技术是采用计算机软件(如计算机辅助设计、制造及分析软件)和精密伺服驱动技术，利用材料的感光或感热效应，将材料陕速成型的过程，是先进加工制造技术的重要组成部分，是现代数控加工工艺方法的重要补充。它不同于传统的用材料去除方式制造零件的方法，首先是将材料逐层加工，直接得到设计实体原型的加工过程，实际上加工的过程与建筑上盖房子的过程很相似，先逐层将材料叠加为-整体。其次是材料不同，传统加工大部分材料是固体，而快速成型技术采用的材料可以是液体的和粉末状的，但是，快速成型技术与传统的加工基本原理都是-样的，都是逐层加工。更形象地说，快速成型系统相当于-台立体打愈”。

3快速成型技术的工艺工程3.1三维模型的构造三维实体模型可以通过 CAD设计软件 (如 P矾 uGsolid-WorksSolidEdge等)获得，也可通过扫描技术得到模型的点云数据，然后利用反求工程的方法，生成相应的三维实体模型。

3.2模型的离散化由于陕速成型系统只能接收二维数据信息，所以需将三维实体模型数据信息二维化，也就是利用软件将三维实体模型分层处理，得到不同层的轮廓数据信息。

3-3快速叠加制造将三维模型分层后的层轮扇i信息转换为成型机工作的NC代码，将成型材料按截面轮廓进行分层制造再叠加起来，即得到所需的零件模型。

3.4表面光整处理由快速成型系统直接堆叠的实体表面会存在-些缺陷，如实体表面的曲面上会存在阶梯现象，坡度越小的面阶梯现象越明显；其表面必须要打磨处理；由光固化陕速成型系统生成的实体表面会有气泡孔或杂质孔，其表面必须补缺处理等。-般的后处理过程有：清洗、冷却、打磨、补缺、喷涂等。

4 RPM技术的特与传统的切削加工方法相比，快速成型加工具有以下优点：4.1加工零件多桦性。RP技术可迅速制造出复杂的零件，尤其是具有很小的凹槽或空心零件等。因为快速成型技术是分层制造零件的，应用软件将三维模型分层得到模型的二维信息，这个分层过程和模型的复杂程度或表面的凸凹情况是无关的，这也正显示着快速成型技术独有的优越性。

2新产品的开发和设计。传统的新产品开发过程极为复杂，设计过程要考虑设备、夹具、刀具等因素，开发周期长并且成本高。如果应用快速制造系统制造零件，只要设计出有三维图形，就能加工出完模型。

同时只需修改CAD模型就可生成各种不同形状的零件。这可大大降低了设计者的工作量，同时更降低了开发新产品的周期和成本。

4.3小批量生产§速成型系统更适用于单件或小批量生产。传统的机械加工适用于批量生产，但是在实际中用的数量很少的零部件，应用快速成型技术加工可节约成本和生产周期。是传统机械加工的重要补充。

44高度适应l生。RP技术减少了对熟练技术工人的需求，加工过程中没有或极少废弃材料，是-种环保型制造技术，并且成功的解决了计算机辅助设计中三维造型看得见，摸不着”的问题。

4.5技术先进l生§速制造技术的加工过程与计算机辅助设计与制造、与反求工程、激光技术、材料科学、网络技术、等相结合，使产品从设计到成型整个过程更趋于先进陡。尤其解决了机械加工中很多棘手的- - 14.。

4.6零件的材料状态广泛l生。传统的机械加工只适用于固体材料，而快速成型系统应用的材料更为广泛，除了固体，还能加工液体和粉末状材料，如光固化快速成型以液态光敏树脂为材料，用计算机数控系统控制激光束，使液态树脂材料分层固化；分层实体制造系统的加工材料是薄片形状的，是用计算机数控系统控制激光束切割每层薄片材料；选择生激光烧结技术的材料是粉末状的，是用计算机数控系统控制激光束分层烧结材料。

4.7生产过程自动化和降低工人的劳动强度。由于陕速成型系统加工零件的过程是计算机控制，只需很少的工人参与即可，即使是出现意外情况，系统会报警并自动停止，大大提高了生产的安全陛。工人只需操作键盘和按钮即可完成零件的加工，显著地降低了工人的劳动强度。

5快速制造技术的发展现状二十世纪八十年代美国就着手开发快速成型技术，最早是在美国开发并应用的。1985年美国Sloigen公司开始开发三维喷绘打蛹术，1986年美国3DSystem公司开始研究并开发立体光固化成型技术。国内自二十世纪几十年代-些科研机构开始研究快速成型技术，主要有清华大学，华中科技大学，西安交通大学，北京航空航天大学等。目前陕速成型技术应用的领域很广泛，如机械制造、军事、家电、医学等领域。

主要应用情况有：5.1新产品开发过程中的设计与功能验证。在新产品开发过程中，通过RP技术，可以快速、直接的将设计理念生成实际产品，及时验证设计方法可行生和模型结构的合理陛，发现问题可及时纠正。

52复杂零件的单件或小批量生产。有些复杂的零件需要量是单件或数量很少，如果应用传统的机械加工过程，需要先通过制造模具再进行生产，成本高，周期长，若采用RP技术，可以直接生产，降低成本，缩短周期。

5.3产品展示。在经济全球化的今天，许多企业通过看样品再王。

RP技术可快速满足企业的这-需求，使企业在竞争发展中处于优势。

54快速模具制造。以RP原型作模心或模套，结合陕速精铸、金属喷涂、粉末烧结或电极研磨等技术可以快速制造出企业生产所需要的模具或工装设备。

6快速制造技术的未来发展方向近年来陕速成型技术的发展很快，并且在很多领域得到了广泛应用，但是也存在很多缺点或局限性，从 目前的应用情况来看，今后研究人员的主要研究方向应从以下几方面：6.1降低生产成本§速成型系统应用的技术有计算机软件系统、激光技术、材料、成型设备等，成型件的综合成本很高，不能满足生产的基本要求。

6.2新型材料研发。目前陕速成型技术应用的材料都比较昂贵，并且加工的成型件在结构和物理性能方面都存在很多缺陷，成型件必须经过后处理才能满足实际要求，改善材料的性能或研究新型材料是今后发展的-重要方向。

63商陛能 RPM软件的开发。目前的快速成型系统只支持STL格式的文件，由于STL格式的文件数据和三维实体模型数据相比，已经有数据误差和部分数据丢失，对零件的加工精度有很大的影响-发适用于RPM技术的高性能的软件是研究人员的重要任务。

7结束语如今陕速制造技术正随着现代科技的高速发展而不断完善，通过快速制造技术加工得到的零部件的精度和性能在不断提高，并且成型设备和材料的价格也不断下降，使得快速制造技术的应用领域和市场越来越广泛。