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快速成型技术及在我国的发展

摘要:技术兴起于20世纪80年代,是现代工业不可或缺的一个重要环节。本文介绍了技术

的产生、技术原理、工艺特点、设备特点等方面,同时简述技术在国内的历程。

0引言

在现代市场经济全球一体化背景下的今天,企业要在竞争日益激烈的市场经济中掌握

先机,占据有利地位,需要有技术和产品上的创新,把握并引导市场的方向。与此同时,对于

市场的需求,企业需要做出快速的响应,切合当前需求,而现有的常规技术手段已经不能对市

场的需求做出最快的反应。与此同时快速制造技术的快速,体现了现代先进制造技术对全球

制造业的支撑,通过应用技术企业能迅速响应市场需求,最快速度的抢占新兴市场。企业需

要通过采用技术来降低开发、生产成本、缩短研发周期、提高市场快速响应能力,保持强大

的市场竞争力。

1快速成形技术的产生

快速原型(RapidPrototyping,RP)技术,又称快速成形技术,是当今世界上飞速的制造

技术之一。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公司的阿伦

赫伯特于1978年、日本的小玉秀男于1980年、美国UVP公司的查尔斯胡尔1982年和日本

的丸谷洋二1983年,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。查尔斯胡尔在UVP的继续支持下,完成了一个能自动建造零件的称之为

StereolithographyApparatus(SLA)的完整系统SLA-1,1986年该系统获得专利,这是RP

的一个里程碑。同年,查尔斯胡尔和UVP的股东们一起建立了3DSystem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年米歇尔法伊杰提出了薄材叠层

(LaminatedObjectManufacturing,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大学的研究生戴考德

提出了选择性激光烧结(SelectiveLaserSintering,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。斯科特科瑞普在1988年提

出了熔融成形(FusedDepositionModeling,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光成形技术以来到90年代后期,出现了几十种不同的RP技术,但

是SLA、SLS和FDM几种技术,目前仍然是RP技术的主流,最近几年LJP(立体喷墨打印)技

术迅速,以色列、美国、日本等国的RP设备公司都力推此类技术设备。

2技术特点

RP技术与传统制造方法(即机械加工)有着本质的区别,它采用逐渐增加材料的方法(如

凝固、焊接、胶结、烧结、聚合等)来形成所需的部件外型,由于RP技术在制造产品的过程

中不会产生废弃物造成环境的污染,(传统机械加工的冷却液等是污染环境的),因此在当代

讲究生态环境的今天,这也是一项绿色制造技术。

RP技术集成了CAD、CAM、激光技术、数控技术、化工、材料工程等多项技术,解决了传

统加工制造中的许多难题。

RP技术的基本工作原理是离散与堆积,在使用该技术时,首先设计者借助三维CAD或者

通过逆向工程所采集的几何数据,建立数字化模型,这是完成制造的一项基本条件,借助现有

的主流三维设计软件建立三维模型,再经过三维CAD导出相应的文件格式输入机当中,通过

逐点、逐面进行三维的立体堆积,部件完成后,再经过必要的后续处理,使完成的部件在性

能、形状尺寸、外观上等方面达到设计要求。

RP技术的特点

从原理上说,应用RP技术来进行产品制造,可以忽略产品部件的外形复杂程度(这也是

与传统机械加工方式制造产品的最大区别之一),原材料的利用率接近100%,制造精度最高

可达0.01mm。

RP技术的主要特点有:

2.1制造快速

RP技术是并行工程中进行复杂原型或者零件制造的有效手段,能使产品设计和模具生

产同步进行,从而提高企业研发效率,缩短产品设计周期,极大的降低了新品开发的成本及风

险,对于外形尺寸较小,异形的产品尤其适用。

2.2CAD/CAM技术的集成