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快速成形與快速制模技術(shù)的發(fā)展
（作者未知） 2009/10/6
摘要:本文綜述了快速成形技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，特別是這兩年在快速成形系統(tǒng)、材料和快速制模方面的最新成就，并分析了快速成形與快速制模技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞:快速成形，快速制模，技術(shù)發(fā)展
1、引言
21世紀(jì)是以知識(shí)經(jīng)濟(jì)和信息社會(huì)為特征的時(shí)代，制造業(yè)面臨信息社會(huì)中瞬息萬變的市場(chǎng)對(duì)小批量多種產(chǎn)品要求的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在制造業(yè)日趨國(guó)際化的狀況下，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和減少開發(fā)新產(chǎn)品投資風(fēng)險(xiǎn)，成為企業(yè)賴以生存的關(guān)鍵。直接從計(jì)算機(jī)模型產(chǎn)生三維物體的快速成形技術(shù)，是由現(xiàn)代設(shè)計(jì)和現(xiàn)代制造技術(shù)迅速發(fā)展的需求應(yīng)運(yùn)而生的，它涉及機(jī)械工程、自動(dòng)控制、激光、計(jì)算機(jī)、材料等多個(gè)學(xué)科，近年來，該技術(shù)迅速在工業(yè)造型、制造、建筑、藝術(shù)、醫(yī)學(xué)、航空、航天、考古和影視等領(lǐng)域得到良好的應(yīng)用。快速成形/快速制模/快速制造技術(shù)為企業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)力提供了一種先進(jìn)的手段。
快速成形技術(shù)(Papid prototyping，以下簡(jiǎn)稱RP)自80年代問世以來，在成形系統(tǒng)、材料方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，同時(shí)推動(dòng)了快速制模(Rapid Tooling，以下簡(jiǎn)稱RT)和快速制造(Rapid Manufacturing，以下簡(jiǎn)稱RM)的發(fā)展，90年代中末期是RP技術(shù)蓬勃發(fā)展的階段。我國(guó)的華中科技大學(xué)、清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、北京隆源公司和南京航空航天大學(xué)等單位，于90年代初率先開發(fā)RP及相關(guān)技術(shù)的研究、開發(fā)、推廣和應(yīng)用。到1999年，國(guó)內(nèi)已有數(shù)十臺(tái)引進(jìn)或國(guó)產(chǎn)RP系統(tǒng)在企業(yè)、高校、研究機(jī)構(gòu)和快速成形服務(wù)中心運(yùn)行。在國(guó)家科技部的領(lǐng)導(dǎo)和支持下，先后成立了近十家旨在推廣應(yīng)用RP技術(shù)的“快速原型制造技術(shù)生產(chǎn)力促進(jìn)中心”，863/CIMS主題專家組還將快速成形技術(shù)納入目標(biāo)產(chǎn)品發(fā)展項(xiàng)目。此外，有相當(dāng)一部分高校將RP技術(shù)列入了“211”規(guī)劃。國(guó)內(nèi)投入RP研究的單位逐年增加，RP市場(chǎng)初步形成。
2、快速成形技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史
RP技術(shù)是一種用材料逐層或逐點(diǎn)堆積出制件的制造方法。分層制造三維物體的思想雛形，最早出現(xiàn)在制造技術(shù)并不發(fā)達(dá)的19世紀(jì)。早在1892年，Blanthre主張用分層方法制作三維地圖模型。1979年?yáng)|京大學(xué)的中川威雄教授，利用分層技術(shù)制造了金屬?zèng)_裁模、成型模和注塑模。
光刻技術(shù)的發(fā)展對(duì)現(xiàn)代RP技術(shù)的出現(xiàn)起到了催化作用。
20世紀(jì)70年代末到80年代初期，美國(guó)3M公司的Alanj.Hebert(1978)、日本的小玉秀男(1980)、美國(guó)UVP公司的Charles W.Hull(1982)和日本的丸谷洋二(1983)，在不同的地點(diǎn)各自獨(dú)立地提出了RP概念，即利用連續(xù)層的選區(qū)固化產(chǎn)生三維實(shí)體的新思想。Charles W.Hull在UVP的繼續(xù)支持下，完成了一個(gè)能自動(dòng)建造零件的稱之為SterolithographyApparatus(SLA)的完整系統(tǒng)SLA-1，1986年該系統(tǒng)獲得專利，這是RP發(fā)展的一個(gè)里程碑。
同年，Charles W.Hull和UVP的股東們一起建立了3D System公司；隨后許多關(guān)于快速成形的概念和技術(shù)在3D System公司中發(fā)展成熟。與此同時(shí)，其它的成型原理及相應(yīng)的成型機(jī)也相繼開發(fā)成功。1984年Michael Feygin提出了分層實(shí)體制造(Laminatde Object Manufacturing，以下簡(jiǎn)稱LOM)的方法，并于1985年組建Helisys公司，1990年前后開發(fā)了第一臺(tái)商業(yè)機(jī)型LOM—1015。1986年，美國(guó)Texas大學(xué)的研究生C.Deckaed提出了Selective Laser Sintering(SLS)的思想，稍后組建成DTM公司，于1992年開發(fā)了基于SLS的商業(yè)成型機(jī)(Sinterstation)ScottCrump在1988年提出了Fused Deposition Modeling(FDM)的思想，1992年開發(fā)了第一臺(tái)商業(yè)機(jī)型3D-Modeler。自從20世紀(jì)80年代中期SLA光成型技術(shù)發(fā)展以來到90年代后期，出現(xiàn)了十幾種不同的快速成形技術(shù)，除前述幾種外，典型的還有，3DP、SDM、SGC等。目前，SLA、LOM、SLS和FDM四種技術(shù)比較成熟。
3、RP技術(shù)的新進(jìn)展
3.1光固化成形(SLA)
該成形法是目前世界上研究最深入、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種快速成形方法。目前研究SLA方法的有3D System公司、EOS公司、F＆S公司、CMET公司、D-MEC公司、 Teijin Seiki公司、 Mitsui Zosen公司、西安交通大學(xué)和華中科技大學(xué)等。美國(guó)3D System公司的SLA技術(shù)在國(guó)際市場(chǎng)上占的比例最大，其設(shè)備自1988年推出SLA-250機(jī)型以后，在技術(shù)上有了長(zhǎng)（未完，下一頁(yè)）
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