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90年代開始，隨著冷戰(zhàn)時代的結(jié)束，市場環(huán)境發(fā)生了巨大的變化。一方面表現(xiàn)為消費(fèi)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，產(chǎn)品制造商們不但要很快地設(shè)計出符合人們消費(fèi)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，面對一個迅速變化且無法預(yù)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(yīng)就顯得越來越遲緩與被動。快速響應(yīng)市場需求，已成為制造業(yè)發(fā)展的重要走向。為此，這些年來工業(yè)化國家一直在不遺余力地開發(fā)先進(jìn)制造技術(shù)，以提高制造工業(yè)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(jī)、微電子、信息、自動化、新材料、和現(xiàn)代企業(yè)管理技術(shù)的發(fā)展日新月異，這些技術(shù)、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，給產(chǎn)品創(chuàng)意、研究開發(fā)、設(shè)計、工藝設(shè)計、加工準(zhǔn)備、制造工藝、裝備、裝配、質(zhì)量保證、生產(chǎn)管理和企業(yè)經(jīng)營都有帶來了重大變革，產(chǎn)生了一批新的制造技術(shù)和制造模式，制造工程與科學(xué)取得了前所未有的成就。快速成形技術(shù)就是在這種背景下逐步形成并得以發(fā)展。快速成形技術(shù)的發(fā)展，使得產(chǎn)品設(shè)計、制造的周期大大縮短，提高了產(chǎn)品設(shè)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。 2、技術(shù)原理及特點(diǎn) 快速成形技術(shù)(快速原型技術(shù)，RP技術(shù))是計算機(jī)輔助設(shè)計及制造技術(shù)、逆向工程技術(shù)、分層制造技術(shù)(SFF)、材料去除成形(MPR)材料增加成形(MAP)技術(shù)以及它們的集成。通俗地說，快速成形技術(shù)就是利用三維CAD的數(shù)據(jù)，通過快速成型機(jī)，將一層層的材料堆積成實體原型。
快速成形技術(shù)有以下特點(diǎn)： (1) 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； (2) 原型的復(fù)制性、互換性高； (3) 制造工藝與制造原型的幾何形狀無關(guān)，在加工復(fù)雜曲面時更顯優(yōu)越； (4) 加工周期短，成本低，成本與產(chǎn)品復(fù)雜程度無關(guān)，一般制造費(fèi)用降低50%，加工周期節(jié)約70%以上； (5) 高度技術(shù)集成，可實現(xiàn)了設(shè)計制造一體化； 3、快速成形工藝 迄今為止，國外、國內(nèi)已開發(fā)成功了10多種成熟的快速成形工藝，其中比較常用的有以下幾種： 3.1 紙層疊法——薄形材料選擇性切割(LOM法) 計算機(jī)控制的CO2激光束按三維實體模型每個截面輪廓線對薄形材料(如底面涂膠的卷狀紙、或正在研制的金屬薄形材料等)進(jìn)行切割，逐步得到各個輪廓，并將其粘結(jié)形成快速原型。用此法可以制作鑄造母模或用于“失紙精密鑄造”。 3.2 激光立體制模法——液態(tài)光敏樹脂選擇性固化(SLA法) 液槽盛滿液態(tài)光敏樹脂，它在計算機(jī)控制的激光束(按照三維模型每個截面的輪廓線)照射下會很快固化形成一層輪廓，新固化的一層牢固地粘結(jié)在前一層上，如此重復(fù)直至成形完畢，即形成快速原型。而新推出的光照成形機(jī)(如3D Systems公司出產(chǎn)的SLA-300 成形機(jī))采用了Zephyr再涂層技術(shù)，最上面待成形樹脂用真空吸附式刮板結(jié)構(gòu)涂布供給，不需要沉入液態(tài)樹脂中，提高了速度，在制作的原型中不再困有液態(tài)樹脂。用來制作消失模、在熔模精密鑄造中替代蠟?zāi)！?/SPAN> 3.3 燒結(jié)法——粉末材料選擇性激光燒結(jié)(SLS法) 粉末材料可以是塑料、蠟、陶瓷、金屬或它們復(fù)合物的粉體、覆膜砂等。粉末材料薄薄地鋪一層在工作臺上，按截面輪廓的信息，CO2激光束掃過之處，粉末燒結(jié)成一定厚度的實體片層，逐層掃描燒結(jié)最終形成快速原型。用此法可以直接制作精鑄蠟?zāi)！嵭丸T造用消失模、用陶瓷制作鑄造型殼和型芯、用覆膜砂制作鑄型[1]、以及鑄造用母模等。 此外還有粉末材料選擇性粘結(jié)法(TDP法)、直接殼型鑄造法(DSPC法)[2]以及實體生長成形法(SGC法)[2]等方法。 上述快速成形的工藝方法都是基于計算機(jī)三維實體造型。在對三維模型進(jìn)行處理后，形成截面輪廓信息，隨后將各種材料按三維模型的截面輪廓信息進(jìn)行掃描，使材料粘結(jié)、固化、燒結(jié)，逐層堆積成為快速原型，這就是所謂的分層制造技術(shù)。 4、國內(nèi)外研究、應(yīng)用情況 1986年，Charles Hull開發(fā)了世界上第一套快速原型裝置，第二年第一代商業(yè)化快速原型制造系統(tǒng)在3D Systems公司問世[2]。此后的10年間，快速原型制造技術(shù)的研究和開發(fā)工作開展得如火如荼。1998年RP的直接收入(銷售RP系統(tǒng)和進(jìn)行原型制造及原型后續(xù)加工收入)預(yù)計可達(dá)10億美元[4]。美國、日本及歐洲發(fā)達(dá)國家已將快速成形技術(shù)應(yīng)用于航空、宇航、汽車、通訊、醫(yī)療、電子、家電、玩具、軍事裝備、工業(yè)造型(雕刻)、建筑模型、機(jī)械行業(yè)等。國內(nèi)RP研究起步在1991年左右，北京隆源自動成形系統(tǒng)有限公司、清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、南京航天大學(xué)、華中理工大學(xué)、上海交通大學(xué)、華北工學(xué)院等在成型理論、工藝方法、設(shè)備、材料、軟件等方面做了大量的研究、開發(fā)工作。有些單位已開發(fā)出商品化、能做出復(fù)雜原型的RP系統(tǒng)。例如北京隆源公司開發(fā)的AFS——300激光快速成形機(jī)(選擇性激光燒結(jié)系統(tǒng))[5]、華中理工大學(xué)研制的以紙為成形材料的基于分層物體制造原理的HRP系統(tǒng)、清華大學(xué)研制的多功能快速造型系統(tǒng)MRPMS和基于FDM的熔融擠出成形系統(tǒng)(MEM——250)等。在基于快速成形技術(shù)的快速制造模具方面，上海交通大學(xué)開發(fā)了具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的鑄造模樣計算機(jī)輔助快速制造系統(tǒng)，為汽車行業(yè)制造了多種模具[6]；隆源公司的RP服務(wù)中心也為企業(yè)制作了多種精密鑄模；華中理工大學(xué)研究出了一種復(fù)膜技術(shù)快速制造鑄模，翻制出了鋁合金模具和鑄鐵模塊。此外，國內(nèi)的家電行業(yè)在快速成形系統(tǒng)的應(yīng)用上，走在了國內(nèi)前列。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)來開發(fā)新產(chǎn)品，收到了很好的效果。目前，國內(nèi)由政府資助，正在深圳、天津等地建立一批向企業(yè)提供快速成型技術(shù)的服務(wù)機(jī)構(gòu)[7]。我們有理由相信：快速成形技術(shù)在我國將得到很好的應(yīng)用。 在模具制造業(yè)，可以利用快速成形技術(shù)制得的快速原型，結(jié)合硅膠模、金屬冷噴涂、精密鑄造、電鑄、離心鑄造等方法生產(chǎn)模具；快速成形件也可以直接或間接制得EDM電極，用于電火花加生產(chǎn)模具；快速成形技術(shù)制得的快速原型也可以直接作為模具。 快速成形技術(shù)的進(jìn)一步研究和開發(fā)工作主要在以下幾方面[5]： (1) 改善快速成形系統(tǒng)的可靠性、生產(chǎn)率和制作大件能力，尤其是提高快速成形系統(tǒng)的制作精度； (2) 開發(fā)經(jīng)濟(jì)型的快速成形系統(tǒng)； (3) 快速成形方法和工藝的改進(jìn)和創(chuàng)新； (4) 快速模具制造的應(yīng)用； (5) 開發(fā)性能好的快速成形材料； (6) 開發(fā)快速成形的高性能軟件； (7) 快速成形技術(shù)與CAD、CAE、CAPP、CAM以及高精度自動測量、逆向工程的一體化集成 6、結(jié) 語 快速成形技術(shù)是一種具有廣泛應(yīng)用前景的正在不斷完善的高新技術(shù)。隨著市場競爭的日趨激烈，該技術(shù)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(jì)效益。同時，快速成形技術(shù)作為一門多學(xué)科交叉的專業(yè)技術(shù)，其本身的發(fā)展，也將推動相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 |