快速成型技術(shù)及在我國的發(fā)展
作者: 來源: 文字大小:[大][中][小]
0 引言
在現(xiàn)代市場經(jīng)濟全球一體化背景下的今天，企業(yè)要在競爭日益激烈的市場經(jīng)濟中掌握先機，占據(jù)有利地位，需要有技術(shù)和產(chǎn)品上的創(chuàng)新，把握并引導市場的發(fā)展方向。與此同時，對于市場的需求，企業(yè)需要做出快速的響應(yīng)，切合當前需求，而現(xiàn)有的常規(guī)技術(shù)手段已經(jīng)不能對市場的需求做出最快的反應(yīng)。與此同時快速制造技術(shù)的快速發(fā)展，體現(xiàn)了現(xiàn)代先進制造技術(shù)對全球制造業(yè)的支撐，通過應(yīng)用快速成型技術(shù)企業(yè)能迅速響應(yīng)市場需求，最快速度的搶占新興市場。企業(yè)需要通過采用快速成型技術(shù)來降低開發(fā)、生產(chǎn)成本、縮短研發(fā)周期、提高市場快速響應(yīng)能力，保持強大的市場競爭力。
1 快速成形技術(shù)的產(chǎn)生
快速原型（Rapid Prototyping，RP）技術(shù)，又稱快速成形技術(shù)，是當今世界上飛速發(fā)展的制造技術(shù)之一。快速成形技術(shù)最早產(chǎn)生于二十世紀70年代末到80年代初，美國3M公司的阿倫赫伯特于1978年、日本的小玉秀男于1980年、美國UVP公司的查爾斯胡爾1982年和日本的丸谷洋二1983年，在不同的地點各自獨立地提出了RP的概念，即用分層制造產(chǎn)生三維實體的思想。查爾斯胡爾在UVP的繼續(xù)支持下，完成了一個能自動建造零件的稱之為Stereolithography Apparatus (SLA)的完整系統(tǒng)SLA-1，1986年該系統(tǒng)獲得專利，這是RP發(fā)展的一個里程碑。同年，查爾斯胡爾和UVP的股東們一起建立了3D System公司。與此同時，其它的成形原理及相應(yīng)的成形系統(tǒng)也相繼開發(fā)成功。1984年米歇爾法伊杰提出了薄材疊層（Laminated Object Manufacturing，以下簡稱LOM）的方法，并于1985年組建Helisys公司，1992年推出第一臺商業(yè)成形系統(tǒng)LOM-1015。1986年，美國Texas大學的研究生戴考德提出了選擇性激光燒結(jié)(Selective Laser Sintering，簡稱SLS)的思想，稍后組建了DTM公司，于1992年開發(fā)了基于SLS的商業(yè)成形系統(tǒng)Sinterstation。斯科特科瑞普在1988年提出了熔融成形(Fused Deposition Modeling，簡稱FDM)的思想，1992年開發(fā)了第一臺商業(yè)機型3D-Modeler。
自從80年代中期SLA光成形技術(shù)發(fā)展以來到90年代后期，出現(xiàn)了幾十種不同的RP技術(shù)，但是SLA、SLS和FDM幾種技術(shù)，目前仍然是RP技術(shù)的主流，最近幾年LJP（立體噴墨打印）技術(shù)發(fā)展迅速，以色列、美國、日本等國的RP設(shè)備公司都力推此類技術(shù)設(shè)備。
2 快速成型技術(shù)特點
RP技術(shù)與傳統(tǒng)制造方法（即機械加工）有著本質(zhì)的區(qū)別，它采用逐漸增加材料的方法（如凝固、焊接、膠結(jié)、燒結(jié)、聚合等）來形成所需的部件外型，由于RP技術(shù)在制造產(chǎn)品的過程中不會產(chǎn)生廢棄物造成環(huán)境的污染，（傳統(tǒng)機械加工的冷卻液等是污染環(huán)境的），因此在當代講究生態(tài)環(huán)境的今天，這也是一項綠色制造技術(shù)。
RP技術(shù)集成了CAD、CAM、激光技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、化工、材料工程等多項技術(shù)，解決了傳統(tǒng)加工制造中的許多難題。
RP技術(shù)的基本工作原理是離散與堆積，在使用該技術(shù)時，首先設(shè)計者借助三維CAD或者通過逆向工程所采集的幾何數(shù)據(jù)，建立數(shù)字化模型，這是完成快速成型制造的一項基本條件，借助現(xiàn)有的主流三維設(shè)計軟件建立三維模型，再經(jīng)過三維CAD導出相應(yīng)的文件格式輸入快速成型機當中，通過逐點、逐面進行三維的立體堆積，部件完成后，再經(jīng)過必要的后續(xù)處理，使完成的部件在性能、形狀尺寸、外觀上等方面達到設(shè)計要求。
RP技術(shù)的特點
從原理上說，應(yīng)用RP技術(shù)來進行產(chǎn)品制造，可以忽略產(chǎn)品部件的外形復雜程度(這也是與傳統(tǒng)機械加工方式制造產(chǎn)品的最大區(qū)別之一)，原材料的利用率接近100%，制造精度最高可達0.01mm。
RP技術(shù)的主要特點有：
2.1 制造快速
RP技術(shù)是并行工程中進行復雜原型或者零件制造的有效手段，能使產(chǎn)品設(shè)計和模具生產(chǎn)同步進行，從而提高企業(yè)研發(fā)效率，縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，極大的降低了新品開發(fā)的成本及風險，對于外形尺寸較小，異形的產(chǎn)品尤其適用。
2.2 CAD/CAM技術(shù)的集成
設(shè)計制造一體化一直來說是現(xiàn)在的一個難點，計算機輔助工藝（CAPP）在現(xiàn)階段由于還無法與CAD、CAM完全的無縫對接，這也是制約制造業(yè)信息化一直以來的難點之一，而快速成型技術(shù)集成CAD、CAM、激光技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、化工、材料工程等多項技術(shù)，使得設(shè)計制造一體化的概念完美實現(xiàn)。
2.3 完全再現(xiàn)三維數(shù)據(jù)
經(jīng)過快速成型制造完成的零部件，完全真實的再現(xiàn)三維造型，無論外表面的異形曲面還是內(nèi)腔的異形孔，都可以真實準確的完成造型，基本上不再需要再借助外部設(shè)備進行修復。
2.4 成型材料種類繁多
到目前為止，各類RP設(shè)備上所使用的材料種類有很多，樹脂、尼龍、塑料、石蠟、紙以及金屬或陶瓷的粉末，基本上滿足了絕大多數(shù)產(chǎn)品對材料的機械性能需求。
2.5 創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟效益
與傳統(tǒng)機械加工方式比較，開發(fā)成本上節(jié)約10倍以上，同樣，快速成型技術(shù)縮短了企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)周期，使的在新品開發(fā)過程中出現(xiàn)反復修改設(shè)計方案的問題大大減少，也基本上消除了修改模具的問題，創(chuàng)造的經(jīng)濟效益是顯而易見的。
2.6 應(yīng)用行業(yè)領(lǐng)域廣
P技術(shù)經(jīng)過這些年的發(fā)展，技術(shù)上已基本上形成了一套體系，同樣，可應(yīng)用的行業(yè)也逐漸擴大，從產(chǎn)品設(shè)計到模具設(shè)計與制造，材料工程、醫(yī)學研究、文化藝術(shù)、建筑工程等等都逐漸的使用RP技術(shù)，使得RP技術(shù)有著廣闊的前景。