快速成型技术的应用现状与发展趋势
摘要：快速成型（RP ）技术是一种结合计算机、数控、机械、激光和材料技术于一体的先进制造技术。本文论述了快速成型技术的应用领域及发展和现状。阐述了快速成型技术在国内国外的发展趋势及快速成型技术的未来发展方向。 关键字:快速成型、技术、应用、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。
1. 快速成型技术的应用
1-1快速成型技术的概念、常用类型、基本原理及优越性
快速成型技术简称RP 技术，RP 技术是集CAD 技术、数控技术、材料技术、机械工程、电子技术和激光技术等技术一体的综合技术，是实现产品设计从二维到三维实体快速制造的一体化技术。【1】
目前比较成熟的RP 技术和相应系统已有十余种，其中较为成熟的技术有：薄型材料切割成型（LOM ）、丝状材料熔融沉积成型（FDM ）、液态光固化成型（SLA ）、粉末材料烧结成型（SLS ）、粉末材料三维打印成型（3DP ）等。
【1】
RP技术的基本原理：首先设计出所需产品或零件的计算机三维模型
（CAD 、UG ；然后根据工艺要求，按照一定的规律将该模型离散成一系列的二维单元，通常早Z 方向将其离散，把原来的三维CAD 模型变成一系列的二维层片；再根据每个层片的轮廓信息，输入加工参数，自动生成数控代码；最后由成型系统将一系列层片自动生成并将它们连接起来，得到一个三维物理实体
【1】。
快速成型技术的优越性:在产品设计和制造领域应用快速成型技术，能显著的缩短产品投放市场的周期、降低成本、提高质量，增强企业的竞争能力。【2】 1-2快速成型技术在模具生产领域的应用
模具是现代工艺生产中主要的工艺设备，它以其特定的机构通过一定的方式使原材料成型，具有生产效率高、质量好、成本低、节约能源和原材料等的一系列的优点。利用模具来成型产品在工艺生产中的比重越来越大，模具成型优越性很多，可以完成一些很复杂的零件成型，有很多小型零件或复杂的零件在像车床和数控机床上是无法完成的，但利用模具来生产可能很简单，但是模具本身的生产是一个困难的过程，生产一个模具从设计到生产出来投入是由是一个漫长的过程，它的生产周期很长，模具的凹摸和凸木有时是很复杂的，一般的方法不容易生产出来，用制造生产出来也很难，再加上精度不好，所以就要有更好的解决方法。[3]
快速成型的出现解决了在生产模具方面的很多问题，因为快速成型的优越性，无论怎么复杂的零件，只要能设计出来，就可以通过快速成型技术将实体加工出来。
目前，才用才有快速成型技术的快速模具制造，主要用于铸造模具和塑料模具。制造方法可分为直接制造和间接制造两种方式。[4]
间接制模是由RP 技术制造零件原型，与传统的制造工艺相结合的制模方法。与数控加工相比，RP 技术可以更快、更好的设计并制造出各种复杂的原型。将RP 原型作为样件用于传统的模具制作工艺一般可以使模具成本和周期减少一半。
间接制模工艺已经基本成熟，应用较多，根据生产批量的大小可以采用不同的方法，当生产量在20-50件时，可采用硅橡胶木制造法。当生产量在100-1000件时，多采用环氧树脂模，为延长模具寿命，通常在环氧树脂中添加各种添加剂，当生产量在5000件以上时，可通过RP 原型制作电极，采用点火花加工法制作金属模具。【1、4】
直接制模是利用，RP 技术将模具直接制作成型，它不需要制作原型样件是一种鱼传统的制模工艺完全不同的方法。采用此种方法制造金属模具，是一种更有发展前途的快速模具制作法。如美国DTM 公司成功的开发了制造金属注塑模的技术，该技术是用选择性激光烧结（SLS ）工艺烧结涂有树脂的钢粒，形成模具半成品，再经过渗铜和其他后处理工艺得到钢铜合金的注塑模。尺寸精度很高，寿命可达5万件。[1、4]
1-3快速成型技术在加速新产品开发中的应用
新产品的开发的设计阶段，虽然可以借助设计图纸和计算机模拟，但不能展现所设计的原型，往往难以做出正确的判断。采用RP 技术可在可在几小将设计的图型制成三维实体原型。然后可以根据这个实体对它的外观及装配关系做出评定、模拟实验分析、并且可以迅速的得到消费者的反馈信息，这样，可以把可能出现的问题解决在设计阶段，使新产品开发的费用和时间减少很多。
【4】
1-4快速成型技术在医学中的应用【5】
世界上许多国家都十分重视RP 技术在医学上的应用，该方法是将数字成像技术为基础的CT 诊断方法与RP 技术相结合，把通过CT 所获得的人体扫描图像经过计算机得到三维重组数据提供给RP 系统，得到人体局部或心脏器官原型，这样就可以显示该部病变情况和实体机构，有利于诊断和复杂手术方案的确定，还可以利用RP 技术制造假肢和一些骨骼，提供给一些病患者，恢复其原有功能。
如果在手术前，利用逆向工程应用螺旋CT 或MRI 获得缺损骨联系性缺损三维数据模型，在计算机上模拟重建三维图像，可以直观地对骨性疾病做出正确的诊断。然后将三维数据模型通过快速成型技术转化为三维仿真生物模型后，为术者提供的手术平台，术前能够对个体化实体模型直观地进行分析、测量，
并预演整个手术过程，明确截骨范围，熟悉手术过程，缩短了手术时间，简化手术，从而减少手术病发症的发生。
2. 快速成型的发展趋势
2-1快速成型的发展现状
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。【1】
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。
2-2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Sanders Prototype Inc 基于热熔金属喷射技术的Pattern Master,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
Generis Generative Systeme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.[6]
2-3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。【7】
3. 结语
快速成型技术是一门强大的、先进的、多学科的交叉制造技术，他将推动相关技术、产业的快速发展，在未来快速成型技术所应用的领域会越来越广，在工业生产中的地位会越来越高，快速成型技术与其他技术的结合应用江苏制造业发展的趋势。
参考文献
【1】 韩霞 . 杨恩源 . 快速成型技术与应用【M 】. 机械工业出版社. 2012
【2】 刘伟军 . 快速成型技术及应用【M 】 北京市. 机械工业出版社.2005
【3】 叶久新 王群. 塑料成型工业及模具设计【M 】. 机械工业出版社.
2007
【4】 王广春 . 赵国群. 快速成型与快速模具制造技术及其应用【M 】. 机
械工业出版社. 2004
【5】 柴枫. 赵依名. 快速成型技术在医学中的应用[C]. 2004
【6】 肖来利等 · 快速成型技术的现状及应用概述【J 】·中国矿业，2012。
【7】宋天虎 .我国快速成型制造技术的发展与展望 【J 】 .中国机械工程.
2000
快速成型技术的应用现状与发展趋势
摘要：快速成型（RP ）技术是一种结合计算机、数控、机械、激光和材料技术于一体的先进制造技术。本文论述了快速成型技术的应用领域及发展和现状。阐述了快速成型技术在国内国外的发展趋势及快速成型技术的未来发展方向。 关键字:快速成型、技术、应用、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。
1. 快速成型技术的应用
1-1快速成型技术的概念、常用类型、基本原理及优越性
快速成型技术简称RP 技术，RP 技术是集CAD 技术、数控技术、材料技术、机械工程、电子技术和激光技术等技术一体的综合技术，是实现产品设计从二维到三维实体快速制造的一体化技术。【1】
目前比较成熟的RP 技术和相应系统已有十余种，其中较为成熟的技术有：薄型材料切割成型（LOM ）、丝状材料熔融沉积成型（FDM ）、液态光固化成型（SLA ）、粉末材料烧结成型（SLS ）、粉末材料三维打印成型（3DP ）等。
【1】
RP技术的基本原理：首先设计出所需产品或零件的计算机三维模型
（CAD 、UG ；然后根据工艺要求，按照一定的规律将该模型离散成一系列的二维单元，通常早Z 方向将其离散，把原来的三维CAD 模型变成一系列的二维层片；再根据每个层片的轮廓信息，输入加工参数，自动生成数控代码；最后由成型系统将一系列层片自动生成并将它们连接起来，得到一个三维物理实体
【1】。
快速成型技术的优越性:在产品设计和制造领域应用快速成型技术，能显著的缩短产品投放市场的周期、降低成本、提高质量，增强企业的竞争能力。【2】 1-2快速成型技术在模具生产领域的应用
模具是现代工艺生产中主要的工艺设备，它以其特定的机构通过一定的方式使原材料成型，具有生产效率高、质量好、成本低、节约能源和原材料等的一系列的优点。利用模具来成型产品在工艺生产中的比重越来越大，模具成型优越性很多，可以完成一些很复杂的零件成型，有很多小型零件或复杂的零件在像车床和数控机床上是无法完成的，但利用模具来生产可能很简单，但是模具本身的生产是一个困难的过程，生产一个模具从设计到生产出来投入是由是一个漫长的过程，它的生产周期很长，模具的凹摸和凸木有时是很复杂的，一般的方法不容易生产出来，用制造生产出来也很难，再加上精度不好，所以就要有更好的解决方法。[3]
快速成型的出现解决了在生产模具方面的很多问题，因为快速成型的优越性，无论怎么复杂的零件，只要能设计出来，就可以通过快速成型技术将实体加工出来。
目前，才用才有快速成型技术的快速模具制造，主要用于铸造模具和塑料模具。制造方法可分为直接制造和间接制造两种方式。[4]
间接制模是由RP 技术制造零件原型，与传统的制造工艺相结合的制模方法。与数控加工相比，RP 技术可以更快、更好的设计并制造出各种复杂的原型。将RP 原型作为样件用于传统的模具制作工艺一般可以使模具成本和周期减少一半。
间接制模工艺已经基本成熟，应用较多，根据生产批量的大小可以采用不同的方法，当生产量在20-50件时，可采用硅橡胶木制造法。当生产量在100-1000件时，多采用环氧树脂模，为延长模具寿命，通常在环氧树脂中添加各种添加剂，当生产量在5000件以上时，可通过RP 原型制作电极，采用点火花加工法制作金属模具。【1、4】
直接制模是利用，RP 技术将模具直接制作成型，它不需要制作原型样件是一种鱼传统的制模工艺完全不同的方法。采用此种方法制造金属模具，是一种更有发展前途的快速模具制作法。如美国DTM 公司成功的开发了制造金属注塑模的技术，该技术是用选择性激光烧结（SLS ）工艺烧结涂有树脂的钢粒，形成模具半成品，再经过渗铜和其他后处理工艺得到钢铜合金的注塑模。尺寸精度很高，寿命可达5万件。[1、4]
1-3快速成型技术在加速新产品开发中的应用
新产品的开发的设计阶段，虽然可以借助设计图纸和计算机模拟，但不能展现所设计的原型，往往难以做出正确的判断。采用RP 技术可在可在几小将设计的图型制成三维实体原型。然后可以根据这个实体对它的外观及装配关系做出评定、模拟实验分析、并且可以迅速的得到消费者的反馈信息，这样，可以把可能出现的问题解决在设计阶段，使新产品开发的费用和时间减少很多。
【4】
1-4快速成型技术在医学中的应用【5】
世界上许多国家都十分重视RP 技术在医学上的应用，该方法是将数字成像技术为基础的CT 诊断方法与RP 技术相结合，把通过CT 所获得的人体扫描图像经过计算机得到三维重组数据提供给RP 系统，得到人体局部或心脏器官原型，这样就可以显示该部病变情况和实体机构，有利于诊断和复杂手术方案的确定，还可以利用RP 技术制造假肢和一些骨骼，提供给一些病患者，恢复其原有功能。
如果在手术前，利用逆向工程应用螺旋CT 或MRI 获得缺损骨联系性缺损三维数据模型，在计算机上模拟重建三维图像，可以直观地对骨性疾病做出正确的诊断。然后将三维数据模型通过快速成型技术转化为三维仿真生物模型后，为术者提供的手术平台，术前能够对个体化实体模型直观地进行分析、测量，
并预演整个手术过程，明确截骨范围，熟悉手术过程，缩短了手术时间，简化手术，从而减少手术病发症的发生。
2. 快速成型的发展趋势
2-1快速成型的发展现状
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。【1】
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。
2-2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Sanders Prototype Inc 基于热熔金属喷射技术的Pattern Master,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
Generis Generative Systeme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.[6]
2-3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。【7】
3. 结语
快速成型技术是一门强大的、先进的、多学科的交叉制造技术，他将推动相关技术、产业的快速发展，在未来快速成型技术所应用的领域会越来越广，在工业生产中的地位会越来越高，快速成型技术与其他技术的结合应用江苏制造业发展的趋势。
参考文献
【1】 韩霞 . 杨恩源 . 快速成型技术与应用【M 】. 机械工业出版社. 2012
【2】 刘伟军 . 快速成型技术及应用【M 】 北京市. 机械工业出版社.2005
【3】 叶久新 王群. 塑料成型工业及模具设计【M 】. 机械工业出版社.
2007
【4】 王广春 . 赵国群. 快速成型与快速模具制造技术及其应用【M 】. 机
械工业出版社. 2004
【5】 柴枫. 赵依名. 快速成型技术在医学中的应用[C]. 2004
【6】 肖来利等 · 快速成型技术的现状及应用概述【J 】·中国矿业，2012。
【7】宋天虎 .我国快速成型制造技术的发展与展望 【J 】 .中国机械工程.
2000