快速成型技术的原理

术已成为并行工程和敏捷制造的一种技术途径。

（3）单件、小批量和特殊复杂零件的直接生产。对于高分子材料的零部件，可用高强度的工程塑料直接快速成型，满足使用要求;对于复杂金属零件，可通过快速铸造或直接金属件成型获得。该项应用对航空、航天及国防工业有特殊意义。

（4）快速模具制造。通过各种转换技术将RP原型转换成各种快速模具，如低熔点合金模、硅胶模、金属冷喷模、陶瓷模等，进行中小批量零件的生产，满足产品更新换代快、批量越来越小的发展趋势。快速成型应用的领域几乎包括了制造领域的各个行业，在医疗、人体工程、文物保护等行业也得到了越来越广泛的应用。

快速成型技术的主要应用各行业的应用状况如下：

◆汽车、摩托车：外形及内饰件的设计、改型、装配试验，发动机、汽缸头试制。

◆家电：各种家电产品的外形与结构设计，装配试验与功能验证，市场宣传，模具制造。

◆通讯产品：产品外形与结构设计，装配试验，功能验证，模具制造。 ◆航空、航天：特殊零件的直接制造，叶轮、涡轮、叶片的试制，发动机的试制、装配试验。

◆轻工业：各种产品的设计、验证、装配，市场宣传，玩具、鞋类模具的快速制造。

◆医疗：医疗器械的设计、试产、试用，CT扫描信息的实物化，手术模拟，人体骨关节的配制。

◆国防：各种武器零部件的设计、装配、试制，特殊零件的直接制作，遥感信息的模型制作。

总之，快速成型技术的发展是近20年来制造领域的突破性进展，它不仅在制造原理上与传统方法迥然不同，更重要的是在目前产业策略以市场响应速度为第一的状况下，RP技术可以缩短产品开发周期，降低开发成本，提高企业的竞争力。下面通过一些事例，说明该项技术在产品开发过程中起的作用。

1.设计验证：用于新产品外观设计玲证和结构设计验证，找出设计缺陷，完善产品设计。在现代产品设计中，设计手段日趋先进，计算机辅助设计使得产品设计快捷、直观，但由于软件和硬件的局限，设计人员仍无法直观地评价所设计产品的效果和结构的合理性以及生产工艺的可行性。快速成型技术为设计人员迅速得到产品样品，直观评判产品提供了先进的技术手段。我公司为某摩托车生产厂新型250摩托车制作的覆盖件样件，包括油箱、前后挡板、车座和侧盖等共13件。采用AFS成型技术，仅用12天就完成了全部制作。设计人员将样件装在车体上，经过认真评价和反复比较，对产品的外观做了重新修改，达到了理想状态。这一验证过程，使设计更趋完美，避免了盲目投产造成的浪费。

2．装配验证：制出样品实件，进行装配实验。天津某公司委托我方加工传真机外壳及电话。用户不仅要进行外观评价，而且要将传真机

的内部部件装入样件中，进行装配实验和结构评价。该公司首先选择传统加工方法，分块加工，手工粘结，仅加工一套电话听筒就耗资肆仟元，耗时20天。预计制作传真机样品需2个月，费用为2?5万元。我公司用快速成型技术，仅用15天就将该产品一套共六件交给委托方。用户在装配实验中发现了7处装配干涉和结构不合理处。将前后两种方法相比，传真机BABS塑料组装样件传统加工方法工序繁多，手工拼接费时、费力，材料浪费大、加工周期长。对复杂的结构和曲面，加工粗糙，尺寸精度低，制作的实物模型与设计模型之间不能建立一一对应的关系，因而在装配实验中很难检查出设计错误。而自动成型法，高度自动化，一次成型，周期短，精度高，与设计模型之间具有一一对应的关系，更适合样品组装件的生产和制造。 3．功能验证：我公司为某摩托车厂制作250型双缸摩托车汽缸头。这是一款新设计的发动机，用户需要10件样品进行发动机的模拟实验。该零件具有复杂的内部结构，传统机加工无法加工，只能呆用铸造成型。整个过程需经过开模、制芯、组模、浇铸、喷砂和机加等工序，与实际生产过程相同。其中仅开模一项就需三个月时间。这对于小批量的样品制作无论在时间上还是成木上都是难以接受的。我们采用选区激光烧结技术，以精铸熔模材料为成型材料，在快速成型机上仅用5天即加工出该零件的10件铸造熔模，再经熔模铸造工艺，10天后得到了铸造毛坯。经过必要的机加工，30天即完成了此款发动机的试制。

4．快速铸造：在制造业特别是航空、航天、国防、汽车等重点行业，

共基础的核心部件一般均为金属零件，而且相当多的金属零件是非对称性的、有不规则曲面或结构复杂而内部又含有精细结构的零件。这些零件的生产常采用铸造或解体加工的方法。在铸造生产中，模板、芯盒、压蜡型、压铸模的制造往往是用机加工的方法来完成的，有时还需要钳工进行修整，不仅周期长、耗资大，而且从模具设计到加工制造是一个多环节的复杂过程，咯有失误就会导致全部返工。特别是对一些形状复杂的铸件，如叶片、叶轮、发动机缸体、缸盖等，模具的制造是一个难度更大的问题，即使使用数控加工中心等昂贵的设备，在加工技术与工艺可行性方面仍有很大困难。可以设想，如果遇到此类零件的试制或小批量生产，其制造周期、成本及风险是相当大的。

激光快速成型技术已被证明是解决小批量复杂零件制造的非常有效的手段。迄今为止，我们己通过激光快速成型成功地生产了包括叶铃、叶片、发动机转子、泵体、发动机缸体、缸盖等千余仕扫盘钻件 我们将快速成型与铸造工艺的结合称为快速铸造工艺。图5给出了快速铸造工艺与传统铸造工艺的比较。由于快速铸造过程无须开模具，因而大大节省了制造周期和费用。图6是采用快速铸造方法生产的燃气二动机S段，零件直径80Omm，高410m们，按传统金属铸件方法制造，模具制造周期约需半年，费用几十万。用快速铸造方法，快速成型铸造熔模7天(分6段组合)，拼装、组合、铸造10天，费用每件不超过2万(共6件)。用快速成型方法生产的新型坦克增压器的铸造熔模，我们用5天时间就完成了37件蜡模的生产，使整个试制任务