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快速成型--持續(xù)發(fā)展現(xiàn)代制造業(yè)的重大創(chuàng)造力
（作者未知） 2009/10/6
在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，60％～90％的工業(yè)產(chǎn)品需要使用模具加工，模具工業(yè)已經(jīng)成為制造業(yè)中的一項基礎(chǔ)工業(yè)，是技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的手段，同時又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域，在歐美等工業(yè)發(fā)達國家被成為“點鐵成金”的“磁力工業(yè)”。我國模具權(quán)威人士稱之為“模具是印鈔機”�？梢娔＞吖I(yè)在世界各國經(jīng)濟發(fā)展中具有重要的顯著地位。
當(dāng)前，產(chǎn)品制造業(yè)呈現(xiàn)如下發(fā)展趨勢：1生產(chǎn)、經(jīng)營及市場全球化；2用戶需求個性化、多樣化；3產(chǎn)品生命周期短，更新?lián)Q代加速；4產(chǎn)品技術(shù)高科技化；5市場競爭激烈化。據(jù)統(tǒng)計，我國新產(chǎn)品的平均開發(fā)周期為18個月，產(chǎn)品的生命周期為10.5年。而美國1990年已實現(xiàn)“3個3”，即產(chǎn)品的生命周期為3年，產(chǎn)品的試制周期為3個月，產(chǎn)品的設(shè)計周期為3周。因此，制造企業(yè)要想在21世紀(jì)求得生存和發(fā)展，就必須面對這一新的形勢，不斷研究或引進新的技術(shù)。
過去，傳統(tǒng)的零件成型方法是采用多種機械加工機床，以及刀具和模具，還要有高水平的技工，成本高，制造周期往往長達幾星期，甚至幾個月，不能適應(yīng)新產(chǎn)品的更新。為克服上述問題，近幾年來開發(fā)成功了快速成型制造技術(shù)和相應(yīng)的快速成型機。它是利用激光等物理方法，向用戶提供物理模型和快速修改設(shè)計方案，從而大大減少了新產(chǎn)品開發(fā)前期的時間和費用�？焖俪尚图夹g(shù)不受零件幾何形狀的限制，能夠制造出常規(guī)加工技術(shù)無法實現(xiàn)的復(fù)雜幾何形狀零件的建模。它能幫助設(shè)計者快速實現(xiàn)設(shè)計方案并尋找出原設(shè)計方案的不足或疏漏之處，及時修改使之完善，節(jié)省了大量的試模時間；同時，它還能使生產(chǎn)銷售與用戶之間的距離縮短，這是因為快速成型技術(shù)能及時按用戶的要求建立產(chǎn)品模型，使設(shè)計出的產(chǎn)品更直觀更具有可加工性和更能為客戶所接受，從而提升了企業(yè)的市場競爭能力。因此，快速成型技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子、通訊、醫(yī)療、建筑、家電、玩具、家具、日用五金及工藝品制作等眾多領(lǐng)域。
近期發(fā)展的快速成型技術(shù)主要有：熔融堆積成型、疊層實體成型、光固化立體成型、選擇性激光燒結(jié)成型等。
1 新舊兩種成型方法
快速成型（Rapid Prototyping，簡稱RP）是80年代末期出現(xiàn)的一種高新技術(shù)。它以增材制造法一次成型復(fù)雜的零部件或模具，堪稱制造領(lǐng)域人類思維的一次飛躍，也被稱為自數(shù)控技術(shù)以來的又一次革命，尤其對模具工業(yè)的發(fā)展起到了極大的推動作用�？焖俪尚褪菂R集了計算機輔助設(shè)計、計算機輔助制造、計算機數(shù)字控制、精密伺服驅(qū)動和新材料等諸多工程領(lǐng)域的先進成果，根據(jù)計算機上構(gòu)成的產(chǎn)品三維設(shè)計模型，對其進行分層切片，得到各層截面的輪廓。按照這些輪廓，激光束選擇地切割一層層的紙，形成各截面輪廓并逐步疊加成三維產(chǎn)品。解決了傳統(tǒng)加工方法中的許多問題，它的出現(xiàn)代表著生產(chǎn)工程的又一突破。
快速成型制造技術(shù)徹底擺脫了傳統(tǒng)的“去除”加工方法（部分去除大于工件的毛坯上的材料，而得到工件），采用全新的“增大”加工方法（用一層層的小毛坯逐步疊加成大工件），將復(fù)雜的三維加工分解成簡單二維加工的組合。因此，它不必采用傳統(tǒng)的加工機床和工模具，只需傳統(tǒng)加工方法30％～50％的工時和25％～35％的成本，就能直接制造產(chǎn)品樣品或模具。 圖1表示新舊兩種成型方法的流程圖。
2 常用的四種方法
隨著CAD建模和光、機、電一體化技術(shù)的發(fā)展，快速成型技術(shù)的工藝方法發(fā)展很快，已商品化的快速成型系統(tǒng)主要有以下四種。
2.1 熔融堆積成型（Fused Deposition Modeling，F(xiàn)DM）
將CAD模型分為一層層極薄的截面，生成控制熔融堆積成型噴嘴移動軌跡的二維幾何信息。加熱頭把熱熔性材料（ABS、尼龍、石蠟等材料）加熱到臨界半流動狀態(tài)，在計算機控制下，噴嘴頭沿CAD確定的二維幾何信息運動軌跡擠出半流動的材料，沉積固化成精確的零件薄層，通過垂直升降系統(tǒng)降下新形成層，進行固化。這樣層層堆積粘結(jié)，自下而上形成一個零件的三維實體。
2.2 疊層實體制造（Laminated Object Manufacturing，LOM）
它是將單面涂有熱溶膠的箔材（涂覆紙－涂有粘接劑覆層的紙、涂覆陶瓷箔、金屬箔等）通過熱輥加熱粘接在一起，使激光束在片材平面內(nèi)沿確定軌跡掃描而形成平面模型。平面模型逐層堆疊在并在滾壓輥的滾壓下粘接逐步形成整體物理模型，去除廢料后即成型。廢料部分切成網(wǎng)絡(luò)是為了便于消除。
2.3 立體光固化成型（Stereo Lithography Apparatus，SLA）
它是利用激光束在液態(tài)光敏樹脂內(nèi)沿確定的平面運動軌跡掃描，由點到線到面，使被掃描區(qū)的樹脂薄層產(chǎn)生聚合反應(yīng)，從而形成零件的一個薄層截面。當(dāng)一層固化完畢，升降工作臺移動一個層片厚度（未完，下一頁）
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