快速成形和零件制造技术邵武

快速成形和零件制造技术

RP (Rapid Prototyping)技术是20世纪80年代后期诞生，90年代发展起来的快速成形(原型)技术，被公认为是近年来制造技术领域的一次重大突破，它对制造业的影响可与数控技术的出现相媲美。RP系统综合了机械工程、CAD、数控技术，激光技术及材料科学技术，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想物化为具有一定结构和功能的原型或直接制造零件，从而可以对产品设计进行快速评价、修改及功能试验，有效地缩短了产品的研发周期，可以快速响应市场需求，提高企业的竞争力。

快速成形技术彻底摆脱了传统的“去除”加工法(部分去除大于工件的毛坯上的材料来得到工件)，而采用全新的“增长”堆积法(用一层层的小毛坯逐步叠加成大工件，将复杂的三维加工分解成简单的二维加工的组合)，因此，它不必采用传统的加工机床和工模具，只需传统加工方法的10%～30%的工时和20%～35%的成本，就能直接制造出产品样品或模具。由于快速成形具有上述突出的优势，所以近年来发展迅速，已成为现代先进制造技术中的一项支柱技术，是实现并行工程CE(Concurrent Engineering)必不可少的手段。

一、RP&M技术产生的背景

随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈，产品的开发速度日益成为市场竞争的主要矛盾。在这种情况下，自主快速产品开发(快速设计和快速工模具制造)的能力(成本和周期)，成为制造业全球竞争的实力基础。同时，制造业为满足日益个性化的市场需求，又要求制造技术有较强的灵活性，能够在不增加产品的成本的前提下，以小批量甚至单件组织生产。因此，产品开发的速度和制造技术的柔性就变得十分关键了。

半个世纪以来，计算机、CAD/CAM、NC、材料和激光等技术的发展和普及，也在技术层面上为新的制造技术的产生奠定了基础。

正是在这种社会背景下，快速成形/零件制造技术(RP&M-Rapid Prototyping/Parts Manufacturing)于20世纪80年代后期产生于美国，并迅速扩展到欧洲及日本，被认为是近年来制造技术领域的一项重大突破。

二、RP&M的原理及主要方法

RP&M技术，是指在计算机控制与管理下，由零件的CAD模型直接驱动快速制造任意复杂形状三维实体的技术总称，是现代多种先进技术的集成。快速成形技术采用离散/堆积成形原理，通过离散获得堆积的路径和方式，通过精确堆积将材料“叠加”起来形成复杂三维实体。人们把快速成形系统比喻为“立体打印机”(3DSolid Printer)是非常形象的。

离散/堆积的过程是由三维CAD模型开始的：先将CAD模型离散化，将某一方向(常取Z向)切成许多层面，即分层，属信息处理过程；然后在分层信息控制下顺序堆积各片层，并使层层结合，堆积出三维实体零件，这是CAD模型的物理体现过程。每种RP设备及其操作原理都是基于逐层叠加的过程的。

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