快速原型制造技術的發(fā)展與應用

1、快速原型制造技術的發(fā)展與應用摘要 本文首先介紹了快速成型技術的國內外發(fā)展現(xiàn)狀、快速成型技術的成型方式、成型特點和應用狀況,指出立體光固化(SLA)、選擇性激光燒結(SLS)、分層實體制造(LOM)、熔積成型(FDM)是目前使用的幾種主要成型方式,并對它們的成型原理進行了簡要介紹。研究了快速成型技術在新產(chǎn)品開發(fā)、鑄造技術和模具制造方面的應用?？焖俪尚图夹g改變了傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)模式,可以為設計者提供產(chǎn)品樣件,縮短設計周期,加快新產(chǎn)品的開發(fā)進度,為決策者提供直觀性;快速成型技術迅速提供砂型鑄造、熔模鑄造、實型鑄造用的各種模樣,包括樹脂模、層壓模、熔模和消失模等,還可采用直接制殼鑄造法直接制造熔模鑄造用

2、的壓型、金屬型、壓鑄型、注塑模,甚至直接制造小批量鑄件,介紹了熔積成型技術在石膏型精密鑄造上的應用和基于選擇性激光燒結技術的快速鑄造技術,快速成型技術與鑄造工藝的有機結合,開創(chuàng)了快速制造金屬零件的新階段,對用高新技術改造傳統(tǒng)的鑄造工業(yè),使其面貌煥然一新,增強鑄造行業(yè)的競爭能力;快速成型技術為母模的制造提供了一條快速、經(jīng)濟、可行的技術途徑,討論了利用快速成型技術制造模具的一般工藝方法,探討了將快速成型技術與金屬電弧噴鍍技術結合起來快速制造金屬模具問題,以及快速成型技術與精密鑄造技術相結合的模具制造工藝,基于快速成型制造的快速模具技術,集成了快速成型制造高新技術和傳統(tǒng)技術,發(fā)揮各自優(yōu)勢,己成為產(chǎn)品

3、快速更新?lián)Q代和新產(chǎn)品開發(fā)及中、小批量生產(chǎn)的有效手段之一。預測了快速成型技術的發(fā)展趨勢,指出隨著技術的不斷進步和工業(yè)的發(fā)展,快速成型技術將發(fā)揮越來越重要的作用。關鍵詞 快速成型技術,新產(chǎn)品開發(fā),鑄造 引言目前,市場環(huán)境發(fā)生了巨大變化。一方面表現(xiàn)為消費者需求日趨主體化、個性化和多樣化;另一方面則是產(chǎn)品制造商們都著眼于全球市場的激烈競爭。面對市場,不但要很快地設計出符合人們消費需求的產(chǎn)品,而且必須很快地生產(chǎn)制造出來,搶占市場,因此,面對一個迅速變化已無法預料的買方市場,以往傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)模式對市場的響應就顯得越來越遲緩與被動?？焖夙憫袌鲂枨?己成為制造業(yè)發(fā)展的重要走向。為此,這些年來工業(yè)化國家一

4、直在不遺余力地開發(fā)先進制造技術,以提高制造工業(yè)的發(fā)展水平,以便在激烈的全球競爭中占有一席之地，與此同時,計算機、微電子、信息、自動化、新材料和現(xiàn)代化企業(yè)管理技術的發(fā)展日新月異,產(chǎn)生了一批新的制造技術和制造模式,制造工程與科學取得了前所未有成就。快速成型技術就是在這種背景下逐步形成并得以發(fā)展的?？焖俪尚图夹g的發(fā)展,使得產(chǎn)品設計、制造的周期大大縮短,提高了產(chǎn)品設計、制造的一次成品率,降低產(chǎn)品開發(fā)成本,從而給制造業(yè)帶來了根本性的變化?？焖俪尚?raPdiPrototyPing,RP)技術是在計算機技術、數(shù)控技術、激光技術和新材料的基礎上發(fā)展起來的一種先進制造技術。它具備如下特點:原型的復制性、互換性

5、高,制造工藝與制造原型的幾何形狀無關,在加工復雜曲面時更顯優(yōu)越;加工周期短,成本低,成本與產(chǎn)品復雜程度無關,一般制造費用降低50%,加工周期節(jié)約70%以上;高度技術集成,可實現(xiàn)設計制造一體化;制造原型所用的材料不限,各種金屬和非金屬材料均可使用,因而,得到了廣泛應用?？焖俪尚图夹g自80年代問世以來,在成型系統(tǒng)、材料方面有了長足的進步,同時推動了快速制模技術(raPidto01ing,RT)和快速制造技術(raPdimanufaCturing,RM)的發(fā)展。近年來,該技術迅速在工業(yè)造型、制造、建筑、藝術、醫(yī)學、航空、航天、考古和影視等領域得到良好應用。1 快速成型技術的發(fā)展現(xiàn)狀1.1 快速成型技

6、術在國外的發(fā)展快速成型技術是一種用材料逐層或逐點堆積出制件的制造方法。分層制造三維物體的思想雛形,最早出現(xiàn)在制造技術并不發(fā)達的19世紀。早在1892年,日lanther主張用分層方法制作三維地圖模型。1979年東京大學的中川威雄教授,利用分層技術制造了金屬沖裁模、成型模和注塑模。光刻技術的發(fā)展對現(xiàn)代RP技術的出現(xiàn)起到了催化作用。20世紀70年代末到80年代初期,美國3M公司的AlanJ.Hebert(1978年)、日本的小玉秀男(1980年)、美國UVP公司的CharlesW.Holl(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鐘的概念,即利用連續(xù)層的選區(qū)固化產(chǎn)生

7、三維實體的新思想。Charlesw.Holl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SterolithograPhyAPP:atus(SLA)的完整系統(tǒng)SLA一1,1986年該系統(tǒng)獲得專利,這是即發(fā)展的一個里程碑。同年,CharleSW.Hun和UVP的股東們一起建立了3DSystem公司,隨后許多關于快速成型的概念和技術在3DSystem公司中發(fā)展成熟。與此同時,其它的成型原理及相應的成型機也相繼開發(fā)成功。1984年MIChaelFeygi門提出了分層實體制造(IJam1nated jee:Manufaeturing,LOM)的方法,并于1985年組建Helisys公司,199

8、0年前后開發(fā)了第一臺商業(yè)機型LOM一1015。1986年,美國TexaS大學的研究生C.Deekard提出了SeleCtiVeLaserSinte,ing(SLS)的思想,稍后組建了nTM公司,于1992年開發(fā)了基于SLS的商業(yè)成型機(Sinterstati。)。Sc。ttCr。mP在1988年提出了FusedDePosi:ionModeling(FDM)的思想,1992年開發(fā)了第一臺商業(yè)機型3D一Modeelr。自從80年代中期SLA成型技術發(fā)展以來到90年代后期,出現(xiàn)了十幾種不同的快速成型技術,除前述幾種外,典型的還有3DP,SDM,SGC等。但是,SLA、LOM、SLS和FDM四利,技術

9、,目前仍然是快速成型技術的主流。即技術在世界正式出現(xiàn)并獲得了迅猛的發(fā)展,表現(xiàn)出極強的生命力。美國在該技術領域一直處于領先地位,日本和歐洲等工業(yè)發(fā)達國家都投入了大量資金進行研究與開發(fā)。1998年在我國上海舉行的第七屆國際模具技術和設備展覽會上,美國、日本、德國、新加坡等國都展出了RP設備。目前全世界己有2000多臺RP系統(tǒng)投入使用。據(jù)報道,世界上快速制造服務中心發(fā)展很快,己由1992年剛開始出現(xiàn)時的42家猛增到1996年的284家,現(xiàn)在又有新的增長。國外有關RP研究的學術會議和專業(yè)刊物都己出現(xiàn)1991年Dagtn大學每年主辦。t.Conf.onRaPidPrototyPing這是舉辦時問最早的學

10、術會議。由美國sME協(xié)會的!沖A分會主辦的Int.Conf.onR:PidPr。t。tyPingandManufact。ring會議,側重快速成型在制造業(yè)中的應用,同時進行商業(yè)展覽。1996年參加會議人數(shù)達610人。歐洲和日本也相應舉辦了RPM年會。RPM技術己成為許多國際會議的熱點主題。己創(chuàng)刊的RP專業(yè)雜志有美國C八)/CAM雜志的每月新聞通訊RaPidProt。tyPingRePortS,美國MCB大學出版的1995年創(chuàng)刊的RaPidPrototyPsngJo。rnal和美國RP季刊RaPidPrototyPing概括起來,這些會議和雜志涉及新的RP方法和工藝、新材料開發(fā)、快速模具制造、制

11、件精度、軟件及新應用等。1.2 快速成型技術在國內的發(fā)展我國RP技術的研究始于1991年,清華大學、西安交通大學、華中理工大學、南京航空航大大學等高等學校和北京隆源公司、廣州中望商業(yè)機器有限公司等都在RP技術的研究與應用方面取得了顯著成果。這些成果包括即理論、CAO數(shù)據(jù)處理軟件、RP工藝原理、方法及控制技術、成型設備、成型材料以及成形精度等方面。兒年來,我國RP技術飛速發(fā)展,己研制出與國外SLA(立體光固化),LOM(分層實體制造),SLS(選擇性激光燒結),FDM(熔積成型)等工藝方法相似的設備,并逐步實現(xiàn)了商品化,其性能達到了國際水平。清華大學最先引進了美國3D公司的SLA一250設備與技

12、術并進行研究與丁卜發(fā),現(xiàn)己開發(fā)出“M一RPMS一11”型多功能快速成型制造系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有分層實體制造SSM(LOM)和熔積成型一MEM(FDM)兩種功能,這是我國自主知識產(chǎn)權的世界唯一擁有兩種快速成型工藝的系統(tǒng)。它具有較好的性能價格比是基于“模塊化技術集成”概念設計制造的,只需在基礎件上增加或更換某一功能模塊,即可完成相對應的特定工藝。此外,清華大學還開發(fā)出基于FDM法的熔絲沉積制造系統(tǒng)MEM一250和基于IOM法的分層實體制造系統(tǒng)SSM一500等。華中理工大學研制出以紙為成型材料的基于分層實體制造法(LOM)的HRP系統(tǒng);西安交通大學開發(fā)了基于立體印刷法(SLA)的LPS和cPS系統(tǒng);南京

13、航空航大大學開發(fā)了基于選擇性激光燒結法(SLS)的RAP系統(tǒng):北京隆源公司推出了基于選擇性激光燒結法(SLS)的AFS系統(tǒng);1998年5月在上海舉行的第七屆國際模具技術和設備展覽會上清華大學、西安交通大學、華中理工大學,北京隆源快速成形公司等單位均展示了各自開發(fā)的快速成型系統(tǒng)。在基于快速成型技術的快速制造模具方面,上海交通大學開發(fā)了具有我國自主知識產(chǎn)權的鑄造模樣計算機輔助快速制造系統(tǒng),為汽車行業(yè)制造了多種模具:隆源公司的RP服務中心也為企業(yè)制作了多種精密鑄模;華中理工大學研究出了一種復膜技術快速制造鑄模,翻制出了鋁合金模具和鑄鐵模塊。在模具制造業(yè),可以利用快速成型技術制得的快速原型,結合硅膠模

14、、金屬冷噴涂、精密鑄造、電鑄、離心鑄造等方法生產(chǎn)模具;快速成型件也可以直接或間接制得巨DM電極,用于電火花加生產(chǎn)模具;快速成型技術制得的快速原型也可以直接作為模具。90年代中末期是R技術蓬勃發(fā)展的階段。目前,國內RP技術主要在一些大型企業(yè)、公司應用,如廣東的美的、華寶、科龍、江蘇的春蘭、小天鵝,青島的海爾等,都先后采用快速成形系統(tǒng)來丁卜發(fā)新產(chǎn)品J,收到了很好的效果。國內的家電行業(yè)在快速成形系統(tǒng)的應用上,走在了國內前列。北京、廣州等地的一些單位相繼成立了RP服務中心,進行即M技術的應用推廣工作。目前,國內由政府資助,正在深圳、天津等地建立一批向企業(yè)提供快速成形技術的服務機構,推動快速成形技術在我

15、國的廣泛應用。我國在1995年召開了第1屆快速成型制造會議。1996年在中國先進制造技術會議上發(fā)表了20多篇有關RP技術的論文,使之成為會議的主題之一。1998年西安交通大學召開了全國快速成形與模具快速制造會議。但總的一說來,與工業(yè)化國家相比我國RP技術的研究和應用尚存在一定的差距。2 工作原理RP系統(tǒng)可以根據(jù)零件的形狀，每次制做一個具有一定微小厚度和特定形狀的截面，然后再把它們逐層粘結起來，就得到了所需制造的立體的零件。當然，整個過程是在計算機的控制下，由快速成形系統(tǒng)自動完成的。不同公司制造的RP系統(tǒng)所用的成形材料不同，系統(tǒng)的工作原理也有所不同，但其基本原理都是一樣的，那就是分層制造、逐層疊

16、加。這種工藝可以形象地叫做增長法或加法。RP技術的基本原理是：將計算機內的三維數(shù)據(jù)模型進行分層切片得到各層截面的輪廓數(shù)據(jù)，計算機據(jù)此信息控制激光器（或噴嘴）有選擇性地燒結一層接一層的粉末材料（或固化一層又一層的液態(tài)光敏樹脂，或切割一層又一層的片狀材料，或噴射一層又一層的熱熔材料或粘合劑）形成一系列具有一個微小厚度的的片狀實體，再采用熔結、聚合、粘結等手段使其逐層堆積成一體，便可以制造出所設計的新產(chǎn)品樣件、模型或模具。自美國3D公司1988年推出第一臺商品SLA快速成形機以來，已經(jīng)有十幾種不同的成形系統(tǒng)，其中比較成熟的有UV、SLA、SLS、LOM和FDM等方法。3 快速成型技術的特點3.1 快

17、速性從CAO設計到原型零件制成,一般只需幾個小時至幾十個小時,速度比傳統(tǒng)的成型方法快得多,使快速成形技術尤其適合于新產(chǎn)品的開發(fā)與管理。3.2 設計制造一體化落后的CAPP一直是實現(xiàn)一設計制造一體化的較難克服的一個障礙,而對于快速成形來說,由于采用了離散堆積的加工工藝,CAPP已不再是難點,CAD和CAM能夠很好地結合。3.3 自由成形制造自由的含義有兩個:一是指可以根據(jù)零件的形狀,無需專用工具的限制而自由地成形,可以大大縮短新產(chǎn)品的試制時間;二是指不受零件形狀復雜程度限制。3.4 高度柔性僅需改變CAD模型,重新調整和設置參數(shù)即可生產(chǎn)出不同形狀的零件模型。3.5材料的廣泛性快速成形技術可以制造

18、樹脂類、塑料類原型,還可以制造出紙類、石蠟類、復合材料以及金屬材料和陶瓷材料的原型。3.6技術的高度集成RP技術是計算機、數(shù)據(jù)、激光、材料和機械的綜合集成,只有在計算機技術、數(shù)控技術、激光器件和功率控制技術高度發(fā)展的今天才可能誕生快速成形技術,因此快速成型技術帶有鮮明的時代特征。4 加工特點快速原型技術突破了“毛坯一切削加工一成品”的傳統(tǒng)的零件加工模式,開創(chuàng)了不用刀具制作零件的先河,是一種前所未有的薄層迭加的加工方法。與傳統(tǒng)的切削加工方法相比,快速原型加工具有以下優(yōu)點:(1)可迅速制造出自由曲面和更為復雜形態(tài)的零件,如零件中的凹槽、凸肩和空心部分等,零件的復雜程度和生產(chǎn)批量與制造成本基本無關,

19、大大降低了新產(chǎn)品的開發(fā)成本和開發(fā)周期。(2)屬非接觸加工,不需要機床切削加工所必需的刀具和夾具,無刀具磨損和切削力影響。(3)無振動、噪聲和切削廢料。(4)可實現(xiàn)夜間完全自動化生產(chǎn)。(5)加工效率高,能快速制作出產(chǎn)品實體模型及模具。5 快速成型制造技術的應用RP技術出現(xiàn)的十余年來,己在廣泛的領域中得到應用并顯示出它的優(yōu)越性。此項技術不僅己應用在機械、汽車、航空航天、造業(yè)電而已在醫(yī)療、藝術和建筑等行業(yè)中發(fā)揮了它的作用,并取得了顯著的效果.5.1快速模具制造目前,采用快速成形制造技術的快速模具制造(RaPdiTool1ng,RT)主要用于制造鑄造模具和塑料模具。制模方法可分為間接制模和直接制模兩種

20、方式。5.2 快速制造金屬零件RP技術與鑄造技術相結合是由快速成型原型轉化為金屬零件的最佳途徑。其力一法有通過原型翻制壓型、直接復制鑄模或燒失型鑄造熔模,亦可設計模型直接得到型殼、型芯(原型)。采用RP原型得到燒失型鑄造熔模是一種較快的精鑄方法。美國3D一Systems公司采用這種方法開發(fā)了Qu1ekcast快速精鑄技術它是在SLA法制造的原型表面上包覆耐火材料,直接焙燒使原型材料燒蝕氣化后得到鑄殼,用于金屬零件的澆注成型。該技術的關鍵是采用了發(fā)氣量小,燃燒充分的光固樹脂材料。美國福特汽車公司采用了這項技術制造汽車模具。快速成型金屬零件作為第一步的原型制作,己具有相當快的成型速度。若要進一步提

21、高制作速度,需要我們進一步探索和解決的問題是找到適應各種快速成形方法的鑄造工藝和材料,以加快金屬零件的制造速度。5.3 加速新產(chǎn)品開發(fā)新產(chǎn)品開發(fā)的設計階段,雖然可借助設計圖紙和計算機模擬,但并不能展現(xiàn)原型,往往難以做出正確和迅速的判斷,而這對形狀復雜外形要求美觀的產(chǎn)品尤其重要。采用RP技術可在不需要其他加工手段支撐的情況下,在幾小時或幾大內將設計圖紙或CAD模型制成RP三維實體原型。設計者可以根據(jù)此原型對外型、裝配關系等方面的設計方案進行評定、模擬試驗分析、生產(chǎn)可行性評估,并能迅速得到用戶對設計方案的反饋信息、,這樣,可以把可能出現(xiàn)的問題解決在設計階段,使新產(chǎn)品開發(fā)的費用和時間顯著減少。如美國

22、Detroit的一家制造商,用RP系統(tǒng)及相應的快速精鑄技術,只用4d時間就造出福特公司的發(fā)動機缸蓋精鑄件樣品,在眾多的競爭對手中搶先占領市場,獲得了3000萬美無的定單。在新產(chǎn)品開發(fā)中,如遇多種方案,對各方案產(chǎn)品的性能和效果尚需經(jīng)過實物試驗才能可靠地確定時,可用RP技術制成各種方案的原型制件,再進行模擬試驗分析和生產(chǎn)可行性評估,從而找出好的設計方案。5.4 在醫(yī)學中用于器官模型制作世界上許多國家都十分重視RP技術在醫(yī)學領域中的應用,并取得了好的效果。該方法是將以數(shù)字成像技術為基礎的CT(斷層成像)、MR工(核磁共振)等診斷方法與RP系統(tǒng)相結合,即把所獲得的人體掃描的分層截面圖像,經(jīng)計算機三維重

23、建后的數(shù)據(jù)提供給RP系統(tǒng),得到人體局部或內臟器官(原型)。這樣就可以顯示該部位病變情況和實體結構,可用于臨床輔助診斷和復雜手術方案的確定,或供教學使用。此外亦可利用鐘原型制作假肢。5.5 與反求工程相結合形成快速設計制造閉環(huán)系統(tǒng)在即技術中的反求,就是要在現(xiàn)有實物的基礎上求出三維的CAD模型。對于大多數(shù)產(chǎn)品未說,都可以在通用的CAD軟件上設計出它們的三維模型,但是由于對某些因素,如對功能、工藝、外觀等的考慮,一些零件的形狀十分復雜,很難在CAD軟件上設計出它們的實體模型,因此先制造出小比例的實物模型,再通過對模型測量和數(shù)據(jù)處理,獲得三維實體模型。目前在反求工程中常用的測量方法有三坐標測量儀法、激

24、光三角形法、核磁共振(MR)I法、斷層成像(CT)法、光柵法和自動斷動掃描儀法等。通過反求工程還可以對RP原型進行快速、準確的測量,找出產(chǎn)品設計中的不足,重新設計,經(jīng)過多次反復的迭代,可使產(chǎn)品更加完善。在RP技術中引入反求工程,形成了一個包括設計、制造、檢測的快速設計制造閉環(huán)反饋系統(tǒng)。這樣就加快了反求工程的發(fā)展,擴大了快速成形制造技術的應用范圍。此外即技術還可在微細加工、工藝品制作、文物復制及建筑模型制作等方面得到應用?？焖俪尚图夹g是一種處在發(fā)展完善過程的高新技術,其技術本身和應用領域尚需進行大量的開發(fā)研究。21世紀將是以知識經(jīng)濟和信息社會為特征的時代,制造業(yè)面臨信息社會中瞬息萬變的市場對小批

25、量多品種產(chǎn)品要求的嚴峻挑戰(zhàn)。在制造業(yè)日趨國際化的狀況下,縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和減少開發(fā)新產(chǎn)品投資風險,成為企業(yè)賴以生存的關鍵。因此,快速成型/快速制模戶決速制造技術將會得到進一步發(fā)展。隨著市場競爭的日趨激烈,該技術將會被越來越多的企業(yè)所采用,對企業(yè)的發(fā)展,發(fā)揮越來越重要的作用,并將給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。同時,快速成型技術作為一門多學科交叉的先進制造技術,其本身的發(fā)展,也將推動相關技術、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。6 快速原型技術的發(fā)展趨勢快速原型技術經(jīng)過近 20 年的發(fā)展，正朝著實用化、工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化方向邁進。其未來發(fā)展趨勢歸納如下6.1 創(chuàng)新工藝 RP 技術的發(fā)展離不開其他先進設計、制造技術的支持，而且，它

26、們之間的結合越來越緊密。冰凍成形以水為原料，通過溫度控制、水滴控制、噴射方法與速度控制實現(xiàn)快速成形;人體骨骼組織工程材料成形利用材料的生物活性，將器官移人人體后誘導破壞組織再生，恢復機體功能，并適時降解。6.2 開發(fā)新材料 合適的材料是快速原型制造的關鍵。研制替代進口的光固化樹脂，是 RP 技術推廣的當務之急，開發(fā)全新的 RP 新材料如復合材料、納米材料、非均質材料、活性生物材料，是當前國內外 RP 成型材料研究的熱點。6.3 開發(fā)功能強大的數(shù)據(jù)采集、處理和監(jiān)控軟件 軟件系統(tǒng)不僅是實現(xiàn)離散、堆積成型的關鍵，而且還對成型速度、成型精度、零件表面質量等方面有很大影響。目前，大多數(shù)快速原型制造系統(tǒng)所

27、使用的分層切片算法都是基于 STL 文件進行的，STL 文件存在許多缺陷和不足，如何克服 STL 文件本身的缺陷，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式是十分重要的。現(xiàn)在的切片方式都是平面的，今后可能發(fā)展曲面切片、不等厚分層等方法，從曲面模型直接截面、分層，用更精確、更簡潔的數(shù)學描述，提高造型精度。6.4 不同制造目標相對獨立發(fā)展當前，RP 制造目標主要有三個方面，即快速概念設計原型制造、快速模具原型制造、快速功能零件原型制造。其中快速概念設計原型制造與快速模具原型制造技術已在實際中應用，市場潛力巨大，是近期研究和市場化重點。快速功能零件原型制造技術難度較大，近期僅限于研究領域。6.5 反求技術已成為研究熱點 麻

28、省理工學院(MIT)的 RP 課程均將反求與 RP 融合。由實物、照片或 CT 數(shù)據(jù)等組成的反求幾何模型，常用于仿制、維修和新產(chǎn)品開發(fā)，可大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低成本。反求技術也是人體器官成型的核心與基礎。 6.6 向大型制造和微型制造進軍 由于大型模具的高難度和高成本，以及 RPM 在模具制造方面的優(yōu)勢，可以預測 RPM將向大型原型制造方向發(fā)展。RPM 的另一個重要發(fā)展方向是微型化，適應環(huán)境和桌面化的微型“三維打印機”正日益受到 RP 設備開發(fā)商和用戶的關注，這種產(chǎn)品價格便宜、外觀小巧、成型空間小并有一定的造型精度。這方面以色列的概念模型機世界領先，清華大學激光成形中心也在開發(fā)適合中國國情

29、的“三維打印機”，它有較高的性價比。 6.7 RPM 行業(yè)標準化 目前，RPM 工藝、設備種類繁多，RPM 行業(yè)標準化既有利于開發(fā)商開發(fā)更新的產(chǎn)品，又方便用戶。 6.8 高速度、高精度、高可靠性 大力改進快速原型制造系統(tǒng)，研制工作精度高、可靠性好、效率高而且廉價的制造設備，將解決制造系統(tǒng)昂貴、精度偏低、制品物理較差、所使用材料有限等問題。 6.9 生長成型 伴隨著生物工程、活性材料、基因工程、信息科學的發(fā)展，信息制造過程與物理制造過程相結合的生長成型方式將會產(chǎn)生，制造與生長將是同一概念。以全息生長元為基礎的智能材料自主生長方式是 RPM 的新里程碑。 6.10網(wǎng)絡加工 通過信息高速公路形成快速

30、原型制造信息網(wǎng)絡，使用戶直接從網(wǎng)絡得到產(chǎn)品的模型，利用自己的快速原型制造設備制造出原型，另一方面沒有原型設備的公司也可以利用網(wǎng)絡通過遠程制造來實現(xiàn)原型制造。7 研究設想RP技術經(jīng)過十一幾年的發(fā)展,設備與材料兩方面都有了長足的進步。目前由于該技術的成本高,加以制件的精度、強度和l時久性能還不能滿足用戶的要求,暫時阻礙了RP技術的推廣普及。此外,近年來CNC切削機床亦在大步向前發(fā)展:一方面,價格大幅度下降;另一方面,高速、高精度的CNC機床問世,制件時間縮短,精度及表面質量提高。因此,不少企業(yè)使用CNC切削機床快速制造金屬或非金屬模具及零件,向RP技術提出了新的挑戰(zhàn)。但是,在成型復雜、中空的零件方

31、面,CNC切削機床是不能取代RP技術的。這種直接從概念設計迅速轉為產(chǎn)品的設計一生產(chǎn)模式,必然是21世紀中制造技術的主流。隨著技術的進步,RP技術還會大踏步地向前發(fā)展,并將成為許多設計公司、制造公司、研究機構和教育機構等的基本技術和裝備。8 未來幾年RP技術的主要技術動向8.1 提高RP系統(tǒng)的速度、控制精度和可靠性優(yōu)化設備結構,選用性能價格比高、壽命長的元器件,使系統(tǒng)更簡潔,操作更方便,可靠性更高,速度更快。開發(fā)不同檔次、不同用途的機型亦是RP系統(tǒng)發(fā)展的一個方面,例如:一方面開發(fā)高精度、高性能的機型,以滿足對制件尺寸、形狀和表面質量要求更高、或有特殊要求的用戶。另一方面,開發(fā)專門用于檢驗設計、模

32、擬制品可視化,而對尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度要求不高的概念機。8.2 提高數(shù)據(jù)處理速度和精度研究開發(fā)用CAD原始數(shù)據(jù)直接切片方法,減少數(shù)據(jù)處理量以及由STl格式轉換過程而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)缺陷和輪廓失真。8.3 研究開發(fā)成本低、易成形、變形小、強度高、耐久及無污染的成形材料將現(xiàn)有的材料,RP技術的工藝要求。特別是功能材料進行改造或預處理,使之適合于從RP的特點出發(fā),結合各種應用要求,新的RP材料,特別是復合材料,例如納米材料、非均質材料發(fā)全、其它方法難以制作的復合材料等。降低RP材料的成本,發(fā)展新的更便宣的材料。8.4 開發(fā)新的成型能源前述的主流成形技術中,SLA、LOM和SLS均以激光作為能源,

33、而激光系統(tǒng)(包括激光器、冷卻器、電源和外光路)的價格及維護費昂貴而傳輸效率較低,影響制件的成本。新成形能源方面的研究也是RP技術的一個重要方向。8.5 研究開發(fā)新的成型方法在過去的十年中,許多研究者開發(fā)出了十幾種成型方法,基本上都基于立體平面化一離散一堆積的思路。這種方法還存在著許多不足,今后有可能研究集“堆積”和“切削”于一體的快速成形方法,即RP與CNC機床和其它傳統(tǒng)的加工方式相結合,以提高制件的性能和精度,降低生產(chǎn)成本。還可能從RP原理延伸,產(chǎn)生一些新的快速成型方法。8.6 繼續(xù)研究快速制模和快速制造技術一方面研究開發(fā)RP制件的表面處理技術,提高表面質量和耐久性:另一方面研究開發(fā)與注塑技術、精密鑄造技術相結合的新途徑和新工藝,快速經(jīng)濟地制造金屬模具、金屬零件和塑料件。8.7 應用范圍擴大通過對現(xiàn)有RP系統(tǒng)的改進和新材料的開發(fā),使之能夠經(jīng)濟地.生產(chǎn)出直接可用的模具、工業(yè)產(chǎn)品和民用消費品:制造出人工器官,用于治療疾病。9 結束語只要我們始終不渝地堅持多學科綜合交叉的觀點,堅持各單位大力協(xié)作的觀點,堅持可持續(xù)發(fā)展的觀點堅持技術創(chuàng)新的觀點,堅持面向生產(chǎn)的觀點,我國的快速成型制造技術就能趁