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作者:不详
来源:不详 时间:2005-4-24 17:28:25 |
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快速成形技术是一种集CAD、CNC、精密机械、激光、高分子材料等学科于一体的高新技术，能快速将CAD三维模型制成实物原型，不仅提高了CAD模型的可视性和直观性，还可用于功能测试。将快速成形技术与精密铸造和塑料加工工艺结合起来，可以快速、经济地制造供小批量生产用模具，从而能小批量生产塑料件和金属件，为新产品试制提供良好的条件。
快速成形（Rapid Prototyping）技术是80年代中期才发展起来的高新技术，是一种离散/堆积的加工技术，其基本过程是首先将零件的三维实体沿某一坐标轴进行分层处理，得到每层截面的一系列二维截面数据，按特定的成形方法（薄材叠层LOM、粉末烧结SLS、熔积成型FDM、光固化SLA等）每次只加工一个截面，然后自动叠加一层成形材料，这一过程反复进行直到所有的截面加工完毕生成三维实体原型。
从制造原理上讲，快速原型（RP）技术一改“去除”为“堆积”的加工原理，给制造技术带来了革命性的飞跃式发展。基于RP原理的快速制造技术经十几年的发展，在创新设计、反求工程、快速制模各方面都有了长足的进步。RP技术的应用可大大加快产品开发速度，缩短制造周期，降低开发成本。
现代市场竞争的特点是多品种、小批量、短周期，要求企业对市场能快速响应并不断推出新产品占领市场，如新型电话机的市场寿命仅6个月，又如台湾和日本摩托车行业，每三个月就推出一种新型摩托车投入市场，摩托车几万辆就需改型。二十世纪九十年代以来，在信息互联网支持下，由快速设计、反求工程、快速成形、快速制模等构成的快速制造技术取得很大进展。
快速制造技术是由计算机辅助设计（CAD）、反求工程（Reverse Engineering，简称RE）、快速成形（Rapid Prototyping，简称RP）和快速制模（Rapid Tooling，简称RT）一起在信息互联网支持下，形成一套快速制造系统的技术，其结构如图1所示。图1 产品快速制造系统框图
快速成形技术是快速制造的核心，能在几小时或几十小时内直接从CAD三维实体模型制作出原型，比图纸和计算机屏幕提供了一个信息更丰富、更直观的实体。采用该技术能够在产品开发的阶段，全面考虑产品生命周期中的各种因素，力争使开发能够一次获得成功。从而缩短开发周期，提高产品质量，降低成本，避免开发的投资风险，被誉为是并行工程环境的战略工具。采用该技术可以获得巨大的经济效益和社会效益，例如德国大众汽车公司采用快速成形技术，成功地制造出异常复杂的轿车齿轮箱体原型，精度超过传统方法，制造时间由原来的8周缩短为2周。美国Pratt & Whitney实验室于1994年制造了2000个铸件，按常规方法约需700万美元，而用RP方法只用了60～70万美元，生产时间节约了70%～90％。
90年代初该技术进入中国，引起许多企业的兴趣。近年来国内RP技术获得了较快的发展，其中4种成熟的RP技术均有较好的应用并可提供商品化的设备，快速成形材料也实现了国产化。快速原型技术的一个重要应用范围是通过原型制作，最终制成可以批量生产的各种模具。将RP技术与精密制造技术相结合快速制造出零件，不仅改善了小批量及特殊形状零件的生产周期长、成本高的状况，而且能实现制造过程的集成化、自动化、快速化，适应市场对小批量、多品种的快速响应。这种直接从概念设计迅速转为产品的设计-生产模式，必然是21世纪中制造技术的主流。随着技术的进步，RP技术还会大踏步地向前发展,并将成为许多设计公司、制造公司、研究机构和教育机构等的基本技术和装备。
二、快速成形技术的发展
快速成形技术最早产生于二十世纪70年代末到80年代初，美国3M公司的Alan J. Hebert(1978)、日本的小玉秀男(1980)、美国UVP公司的Charles W. Hull(1982)和日本的丸谷洋二(1983)，在不同的地点各自独立地提出了RP的概念，即用分层制造产生三维实体的思想。Charles W. Hull 在UVP的继续支持下，完成了一个能自动建造零件的称之为Stereolithography Apparatus (SLA)的完整系统SLA-1，1986年该系统获得专利，这是RP发展的一个里程碑。同年，Charles W. Hull和UVP的股东们一起建立了3D System公司。与此同时，其它的成形原理及相应的成形系统也相继开发成功。1984年Michael Feygin提出了薄材叠层（Laminated Object Manufacturing，以下简称LOM）的方法，并于1985年组建Helisys公司，1992年推出第一台商业成形系统LOM-1015。1986年，美国Texas大学的研究生C. Deckard提出了选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称SLS)的思想，稍后组建了DTM公司，于1992年开发了基于SLS的商业成形系统Sinterstation。Scott Crump在1988年提出了熔融成形(Fused Deposition Modeling，简称FDM)的思想，1992年开发了第一台商业机型3D-Modeler。自从80年代中期SLA光成形技术发展以来到90年代后期，出现了几十种不同的RP技术，除前述几种外，典型的还有3DP等。但是，SLA、LOM、SLS和FDM四种技术，目前仍然是RP技术的主流。
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