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快速成型技术应用现状及发展趋势班级：姓名：赵磊学号：快速成型技术应用现状及发展趋势摘要:快速成型技术以其独特的特点和长处,成为加速新产品开发及实现并行工程的有效技术,具有广泛的应用领域和应用价值,发展十分迅猛,该技术的重要性已不容忽视。快速成型技术问世以来，已实现了相当大的市场，发展非常迅速。人们对材料逐层添加法这种新的制造方法已逐步适应。该技术通过与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段结合，已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段，在航空航天、汽车摩托车、家电等领域得到了广泛应用。快速成型技术是基于离散/堆积的原理。在计算机的控制下快速成型机的成型头选择性地固化一层层的液体材料(或选择性的切割一层层的纸、烧结一层层的粉末材料、喷涂一层层的热熔性材料等),形成各个截面轮廓并逐步顺序叠加成三维工件实体。RP技术的主要方法有:光固化立体造型SLA、分层物件制造、选择性激光烧结法、熔融沉积造型。关键词:快速成型技术;原理特点；应用现状;发展趋势引言快速成型技术是一种快速而又精确地工艺技术，随着经济的迅猛发展与市场的激烈竞争，各国制造业不仅致力于扩大生产规模、降低生产成本、提高产品质量，而且还将注意力逐渐放在快速开发新品种以及加快市场的响应速度上。快速成型技术可以加工形状复杂尺寸精度要求高的各种零件，在产品设计和制造领域应用快速成型技术，能显著地缩短产品投放市场的周期，降低成本，提高质量，增大企业的竞争能力，随着科技技术的不断高速发展，人们的生活也在随着快速的更替，一个产品可能今天才投入市场，过不了一段时间就被淘汰了，对同一个产品消费者越来越追求个性化，主体化，多样化。这些都要求产品的设计者和生产者拥有一个快速，多样化的能力来满足消费者的要求。一个产品从设计到出产是一个漫长的过程，所以谁能把握这一点，谁就会拥有胜利的果实。快速成型的优越性正好能满足这些要求，快速成型顾名思义他的速度相对来说是很快的。所以快速成型在很大领域得到广泛的应用和很好的发展，并且在这些领域里所占的比重是越来越大，现在我们应用快速成型技术代替了传统的手工模型的制造，更加精确、快速、直观并且完整的传递出产品的三维信息，建立起一种并行的设计系统，更好的将设计、工程分析与制造三分面集成。从而缩短产品的开发周期，最终保证了产品的质量，所以快速成型技术前景很广。一、快速成型技术的工作原理快速成形技术(RapidPrototyping；RPM)又称快速原型制造(RapidPrototypingManufacturing，简称RPM)技术，【1】是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。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。【10】快速成型技术系统的工作流程如图所示：二、快速成型技术特点1快速性通过STL格式文件,快速成型制造系统几乎可以与所有的CAD造型系统无缝连接,从CAD模型到完成原型制作通常只需几小时到几十小时,可实现产品开发的快速闭环反馈。以快速原型为母模的快速模具技术,能够在几天内制作出所需材料的实际产品,而通过传统的钢制模具制作,至少需要几个月的时间。【9】2高度集成化快速成型技术实现了设计与制造的一体化。在快速成型工艺中,计算机中的CAD模型数据通过接口软件转化为可以直接驱动快速成型设备的数控指令,快速成型设备根据数控指令完成原形或零件的加工。【9】3与工件复杂程度无关快速成型技术由于采用分层制造工艺,将复杂的三维实体离散成一系列层片加工和加工层片之叠加,大大简化了加工过程。它可以加工复杂的中空结构且不存在三维加工中刀具干涉的问题,理论上可以制造具有任意复杂形状的原形和零件。【9】4高度柔性快速成型系统是真正的数字化制造系统,仅需改变三维CAD模型,适当地调整和设置加工参数,即可完成不同类型的零件的加工制作,特别适合新产品开发或单件小批量生产。并且,快速成型技术在成型过程中无需专用的夹具或工具,成型过程具有极高的柔性,这是快速成型技术非常重要的一个技术特征。【9】5自动化程度高快速成型是一种完全自动的成型过程,只需要在成型之初由操作者输入一些基本的工艺参数,整个成型过程操作者无需或较少干预。出现故障,设备会自动停止,发出警示并保留当前数据。完成成型过程时,机器会自动停止并显示相关结果。【9】三、快速成形的工艺方法1.光固化成形SLA(StereolithographyApparatus)工艺也称光造型、立体光刻及立体印刷，其工艺过程是以液态光敏树脂为材料充满液槽，由计算机控制激光束跟踪层状截面轨迹，并照射到液槽中的液体树脂，而使这一层树脂固化，之后升降台下降一层高度，已成型的层面上又布满一层树脂，然后再进行新一层的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕，得到1个三维实体模型。该工艺的特点是：原型件精度高，零件强度和硬度好，可制出形状特别复杂的空心零件，生产的模型柔性化好，可随意拆装，是间接制模的理想方法。缺点是需要支撑，树脂收缩会导致精度下降，另外光固化树脂有一定的毒性而不符合绿色制造发展趋势等。【1】2.分层实体制造LOM(LaminatedObjectManufacturing)工艺或称为叠层实体制造，【9】其工艺原理是根据零件分层几何信息切割箔材和纸等，将所获得的层片粘接成三维实体。其工艺过程是：首先铺上一层箔材，然后用CO，激光在计算机控制下切出本层轮廓，非零件部分全部切碎以便于去除。当本层完成后，再铺上一层箔材，用滚子碾压并加热，以固化黏结剂，使新铺上的一层牢固地粘接在已成形体上，再切割该层的轮廓，如此反复直到加工完毕，最后去除切碎部分以得到完整的零件。该工艺的特点是工作可靠，模型支撑性好，成本低，效率高。缺点是前、后处理费时费力，且不能制造中空结构件。3.选择性激光烧结SLS(SelectiveLaserSintering)工艺，【9】常采用的材料有金属、陶瓷、ABS塑料等材料的粉末作为成形材料。其工艺过程是：先在工作台上铺上一层粉末，在计算机控制下用激光束有选择地进行烧结(零件的空心部分不烧结，仍为粉末材料)，被烧结部分便固化在一起构成零件的实心部分。一层完成后再进行下一层，新一层与其上一层被牢牢地烧结在一起。全部烧结完成后，去除多余的粉末，便得到烧结成的零件。该工艺的特点是材料适应面广，不仅能制造塑料零件，还能制造陶瓷、金属、蜡等材料的零件。造型精度高，原型强度高，所以可用样件进行功能试验或装配模拟。4.熔融沉积成形FDM(FusedDepositionManufacturing)工艺又称为熔丝沉积制造，【9】其工艺过程是以热塑性成形材料丝为材料，材料丝通过加热器的挤压头熔化成液体，由计算机控制挤压头沿零件的每一截面的轮廓准确运动，使熔化的热塑材料丝通过喷嘴挤出，覆盖于已建造的零件之上，并在极短的时间内迅速凝固，形成一层材料。之后，挤压头沿轴向向上运动一微小距离进行下一层材料的建造。这样逐层由底到顶地堆积成一个实体模型或零件。该工艺的特点是使用、维护简单，成本较低，速度快，一般复杂程度原型仅需要几个小时即可成型，且无污染。除了上述4种最为熟悉的技术外，还有许多技术也已经实用化，如三维打印技术、光屏蔽工艺、直接壳法、直接烧结技术、全息干涉制造等。四、快速成型技术发展现状近几年来快速成型技术的水平有了质量的飞跃，快速成型技术已逐渐趋向成熟，研发的重点已从工业和设备研究向工业化、实用化和产品化方向进行。未来快速成型技术的发展方向会想着智能化、网络化以及集成化的方向发展。同时，进一步研制出更为经济可靠、精密高的快速成型工艺与设备，研发出各种通用的原材料以扩大快速成型技术的应用领域。就目前RP技术的发展来说，其生产的制品在表面粗糙度、精度、可重复性和制品质量方面与传统制造方法存在差距。这也是现在RP技术发展的一个重要的方面。【6】现在的RP技工艺以及工艺链条都必须经历一段发展以实现一个可靠、安全的技术，来达到工艺说要求的精度和质量。进一步的改进应该从机械设计方面开始，可以通过技术回馈系统来实现。为了提高制品的质量，将出现RP工艺和传统工艺相结合的复合工艺设备。在设备本身和材料方面，目前研究的主要方向大多集中于加工方法、加工设备激光发射器和材料等方面，目的在于提高制品的强度、耐久性和精度，这些方面的研究，终究会为快速成型到快速制造提过强大的动力。1国外RP技术的发展现状美国式世界上世界上最重要的RP设备生产国，1999年美国生产的RP设备就占世界的81.5%，美国的RP发展水平及其趋势基本代表了世界的RP发展水平及趋势。美国的SandersPrototypeInc基于热熔金属喷射技术的PatternMaster,【3】是制作速度最快的RP设备之一，成型件的表面精度为0.008~0.16mm.德国的GenerisGenerativeSysteme【5】于2001年推出基于喷墨打印的设备，先在每层沙（或蜡）上喷射粘接剂，再选择性喷射反应物。该设备的制作速度，比其它选择性激光烧结设备快10倍以上.2国内RP技术的发展现状我国于20世纪90年代初也开始了快速成型技术的研究，尽管起步较晚，但也起得了丰硕的成果。清华大学开展了SLA、LOM、FDM等多种成型工艺的研究，开发了多功能快速成型机，近年来国内的快速成型技术与水平有了质的飞跃，主要以西安交通大学、清华大学为代表。国内各种快速成型技术在研发、设备的生产以及RP技术及其市场、应用与服务方面都起得了很大的进步。国内许多企业已经有了应用RP技术的设想或方案，应用行业主要集中在工业产品的样件制造领域，例如模具、玩具、家电、汽车灯新产品，新工艺的开发与包装，以及外观要求较高的零件或元器件的快速加工与制作上。【4】从目前国内外RPM技术的研究和应用状况来看，快速成型技术的进一步研究和开发的方向主要表现在以下几个方面：1.大力改善现行快速成型制作机的制作精度、可靠性和制作能力，提高生产效率，缩短制作周期。【8】尤其是提高成型件的表面质量、力学和物理性能，为进一步进行模具加工和功能试验提供平台。2.开发性能更好的快速成型材料。材料的性能既要利于原型加工，又要具有较好的后续加工性能，还要满足对强度和刚度等不同的要求。3.提高RPM系统的加工速度和开拓并行制造的工艺方法。目前即使是最快的快速成型机也难以完成象注塑和压铸成型的快速大批量生产。将来的快速成型机需要向快速和多材料的制造系统发展，以便可以直接面向产品制造。4.开发用于快速成型的RPM软件。这些软件有快速高精度直接切片软件，快速造型制造和后续应用过程中的精度补偿软件，考虑快速成型原型制造和后续应用的CAD等。5.开发新的成型能源。目前大多数成型机都是以激光作为能源，而激光系统的价格和维修费用昂贵，并且传输效率较低。这方面也需要得到改善和发展。6.RPM与CAD、CAM、CAPP、CAE以及高精度自动测量、逆向工程的集成一体化。该项技术可以大大提高新产品的第一次投入市场就十分成功的可能性，也可以快速实现反求工程。【4】7．研制新的快速成型方法和工艺。除了目前SLA、LOM、SLS、FDM外，直接金属成型工艺将是以后的发展焦点。【4】8.提高网络化服务，进行远程控制，实现全球化异地协同合作。五、快速成型技术发展趋势目前国内外快速成型技术研究、开发的重点是其基本理论、新的快速成型方法、新材料开发、模具制作技术、金属零件的直