快速成型技术的发展和应用

河北劳动关系职业学院

机电一体化专业毕业论文设计

论文题目

快速成型技术的发展应用

毕 业 论 文 成 绩 评 定 表

毕业论文（设计）教师指导记录表

指导教师签字： 年 月 日

在现代市场经济全球一体化背景下的今天，企业要在竞争日益激烈的市场经济中掌握先机，占据有利地位，需要有技术和产品上的创新，把握并引导市场的发展方向。与此同时，对于市场的需求，企业需要做出快速的响应，切合当前需求，而现有的常规技术手段已经不能对市场的需求做出最快的反应。与此同时快速制造技术的快速发展，体现了现代先进制造技术对全球制造业的支撑，通过应用快速成型技术企业能迅速响应市场需求，最快速度的抢占新兴市场。企业需要通过采用快速成型技术来降低开发、生产成本、缩短研发周期、提高市场快速响应能力，快速成型(Rapid Prototyping)是上世纪80年代末及90 年代初发展起来的高新制造技术，是由三维CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体的总称。它集成了CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果，是先进制造技术的重要组成部分。由于它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性， 与传统制造方法不同，快速成型从零件的CAD几何模型出发，通过软件分层离散和数控成型系统，用激光束或其他方法将材料堆积而形成实体零件。通过与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段相结合，已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段，在航空航天、汽车摩托车、家电等领域得到了广泛应用。

快速成型技术兴起于20世纪80年代，是现代工业发展不可或缺的一个重要环节。本文介绍了快速成型技术的产生、技术原理、工艺特点、设备特点等方面，快速成型将向复合成型、降低成本、简化工艺，提高速度和精度的方向发展，同时简述快速成型技术在国内的发展历程。

关键词：快速成型，烧结，固化，叠加，发展

服务，降低成本

目录

前言 ....................................................................................................................................................... III 摘要 ....................................................................................................................................................... IV 目录 ......................................................................................................................................................... V

1.第一章快速成型技术的概述 .............................................................................................................. 1

1.1快速成型技术的产生 ........................................................................................................ 1

1.2快速成型技术原理 ............................................................................................................ 2

2.第二章快速成型技术的软件系统和工艺工程 .................................................................................. 3

2.1软件系统 ............................................................................................................................ 3

2.2工艺过程 ............................................................................................................................ 3

3. 第三章几种常用快速成型技术的原理 ............................................................................................ 4

3.1立体印刷 ............................................................................................................................ 4

3.2选择性激光烧结 ................................................................................................................ 4

3.2.1 SLS技术的应用领域 ............................................................................................ 7

3.2.2目前选择性激光烧结成型技术尚存在的一些问题 ............................................ 7

3.3分层实体制造 .................................................................................................................... 8

3.4熔融沉积成型 .................................................................................................................... 9

3.4.1 熔融沉积造型(FDM)的工艺原理 .......................................................................... 9

4. 第四章快速成型与传统工艺 .......................................................................................................... 10

4.1 RP技术的特点 ................................................................................................................ 10

4.2几种典型的快速成型工艺及其比较 .............................................................................. 11

4.2.1几种典型的快速成型工艺 .................................................................................. 11

4.2.2几种典型快速成型工艺的比较 .......................................................................... 11

5. 第五章快速成技术的应用 .............................................................................................................. 12

5.1快速原型制造 .................................................................................................................. 12

5.2快速模具制造 .................................................................................................................. 12

5.3快速铸造.......................................................................................................................... 13

5.4快速成型技术在工业设计中的应用 .............................................................................. 14

5.4.1在外观及人机评价中的应用 .............................................................................. 14

5.4.2在产品结构评价中的应用 .................................................................................. 14

5.4.3与反求工程结合 .................................................................................................. 14

6.第六章快速成型技术的发展前景 .................................................................................................... 16

6.1快速成型的发展趋势 ...................................................................................................... 16

6.1.1开发概念模型机或台式机 .................................................................................. 16

6.1.2开发新的成形能源 .............................................................................................. 16

6.1.3开发性能优越的成形材料 .................................................................................. 16

6.1.4研究新的成形方法与工艺 .................................................................................. 16

6.1.5集成化 .................................................................................................................. 16

6.2快速成型的应用对制造业的影响 .................................................................................. 17

(1)RP技术在制造方式上具有革命性的突破 .............................................................. 17

(2)RP技术优化了产品开发过程，是快速市场响应的重要保证 .............................. 17

(3)产品在设计阶段接受设计评估与校审 ................................................................... 18

(4)产品在设计阶段就可进行功能试验 ....................................................................... 18

(5)可进行快速模具制造或成品制造 ........................................................................... 18

6.3拓展快速成型应用的新型材料 ...................................................................................... 18

6.4快速成型技术在向产品生产化发展中所存在的主要问题 .......................................... 19

6.5快速成型技术产业面临的应用化挑战 .......................................................................... 20

结束语 .................................................................................................................................................... 21

参考文献 ................................................................................................................................................ 22

1.第一章快速成型技术的概述

快速成形技术又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)技术，诞生于20世纪80年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。即，快速成形技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。

1.1快速成型技术的产生

快速原型（Rapid Prototyping，RP）技术，又称快速成形技术，是当今世界上飞速发展的制造技术之一。快速成形技术最早产生于二十世纪70年代末到80年代初，美国3M公司的阿伦赫伯特于1978年、日本的小玉秀男于1980年、美国UVP公司的查尔斯胡尔1982年和日本的丸谷洋二1983年，在不同的地点各自独立地提出了RP的概念，即用分层制造产生三维实体的思想。查尔斯胡尔在UVP的继续支持下，完成了一个能自动建造零件的称之为Stereolithography Apparatus (SLA)的完整系统SLA-1，1986年该系统获得专利，这是RP发展的一个里程碑。同年，查尔斯胡尔和UVP的股东们一起建立了3D System公司。与此同时，其它的成形原理及相应的成形系统也相继开发成功。1984年米歇尔法伊杰提出了薄材叠层（Laminated Object Manufacturing，以下简称LOM）的方法，并于1985年组建Helisys公司，1992年推出第一台商业成形系统LOM-1015。1986年，美国Texas大学的研究生戴考德提出了选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称SLS)的思想，稍后组建了DTM公司，于1992年开发了基于SLS的商业成形系统Sinterstation。斯科特科瑞普在1988年提出了熔融成形(Fused Deposition Modeling，简称FDM)的思想，1992年开发了第一台商业机型3D-Modeler。

自从80年代中期SLA光成形技术发展以来到90年代后期，出现了几十种不同的RP技术，但是SLA、SLS和FDM几种技术，目前仍然是RP技术的主流，最近几年LJP（立体喷墨打印）技术发展迅速，以色列、美国、日本等国的RP设备公司都力推此类技术设备。

RP技术与传统制造方法（即机械加工）有着本质的区别，它采用逐渐增加材料的方法（如凝固、焊接、胶结、烧结、聚合等）来形成所需的部件外型，由于RP技术在制造产品的过程中不会产生废弃物造成环境的污染，（传统机械加工的冷却液等是污染环境的），因此在当代讲究生态环境的今天，这也是一项绿色制造技术。

RP技术集成了CAD、CAM、激光技术、数控技术、化工、材料工程等多项技

术，解决了传统加工制造中的许多难题。

RP技术的基本工作原理是离散与堆积，在使用该技术时，首先设计者借助三维CAD或者通过逆向工程所采集的几何数据，建立数字化模型，这是完成快速成型制造的一项基本条件，借助现有的主流三维设计软件建立三维模型，再经过三维CAD导出相应的文件格式输入快速成型机当中，通过逐点、逐面进行三维的立体堆积，部件完成后，再经过必要的后续处理，使完成的部件在性能、形状尺寸、外观上等方面达到设计要求。[4]

1.2快速成型技术原理

快速成型技术采用离散/堆积成型原理，对三维CAD 模型进行分层，使其转换成厚度很薄的二维平面模型。通过平面模型的数控代码指导加工，再将加工出每个薄层粘结而成形。主要包括如下几个主要步骤：

（1）产品CAD实体模型构建：构建方法有两种，一是可通过概念设计，设计出所需零件的计算机三维模型（数字模型、CAD模型）；二是可通过逆向工程，通过三维数字扫描仪对产品原型进行扫描，而后结合逆向工程对扫描数据进行处理。

（2）三维模型的分层处理：即按照一定的规律将该模型离散为一系列有序的单元， 通常在Z向将其按一定厚度进行离散（习惯称为分层），把原来的三维CAD模型变成一系列的层片。

（3）层层制造堆积成型：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。

（4）后处理：由成形系统成形一系列层片并自动将它们联接起来，得到一个三维物理实体。[4]

2.第二章快速成型技术的软件系统和工艺工程

2.1软件系统

快速成型制造系统包括机械系统、控制系统、和软件系统。机械系统是基础，控制系统是关键，软件系统是灵魂。软件系统的一部分是数据处理软件，另一部分是控制软件。数据处理软件的主要任务是根据物体的CAD模型或其他模型经过分层、填充，产生工艺加工信息的层片文件，这个层片文件可以通过转换生成可供数控加工的NC代码、控制实时加工等。

STL/STC/CLI及HPGL等文件是快速成形技术的数据转换格式，其中STL文件格式最初是立体印刷技术中得到应用，由于它在数据处理上比较简单，而且与CAD系统无关，因此很快发展为快速成形领域中CAD系统与快速成型系统之间数据转换的标准。[4]

2.2工艺过程

（1）产品三维模型的构建。由于快速成型系统只接受计算机的构造的产品三维模型，然后再进行切片处理，因此，首先要在PC机或工作站上构建所加工工件的三维CAD模型。该三维CAD模型可以利用计算机辅助软件根据产品要求直接构建，也可以将已有产品的二维图样进行转换而形成三维模型，或在逆向工程中，用测量仪对已有的产品实体进行激光扫描，CT断层扫描，得到点云数据，然后利用反求工程的方法来构造三维模型。

（2）三维模型的近似处理。由于产品往往有一些不规则的自由曲面，加工前要对模型进行近似处理，方便后续的数据处理工作。经过近似处理获得的三维模型文件STL格式文件，由一系列相连的空间三角形组成。由于STL文件格式简单、实用，目前已经成为快速成型领域的标准接口文件。典型的CAD软件都有转换盒输出STL格式文件的接口。

（3）三维模型的分层处理。由于快速成型工艺是按一层层截面轮廓进行加工的，因此加工前须根据被加工模型的特征选择合适的加工方向。在成型高度方向上将三维模型离散成一系列有序的二维层片，以便提取截面的轮廓信息。间隔范围可取0.05-0.5mm，常用0.1mm。间隔越小，成型精度越高，但成型时间也越长，效率就越低；反之则精度低，但效率高。层片间隔选定后，成型时每层叠加的材料厚度应与其相适应。

（4）截面加工。根据切片处理的截面轮廓，在计算机控制下，快速成型系统中的成型头由数控系统控制，在XOY平面内按截面轮廓进行扫描，得到一层层截面。

（5）截面叠加。每层截面形成后，下一层材料被送到已形成的层面上，然后进行后一层的成型，并与前一层相粘结，从而将一层层的截面逐步叠合起来，最终形成三维产品。

（6）成型零件的后处理。从成型系统里取出成型件，进行打磨，抛光、涂

挂或放在高温炉中进行烧结，进一步提高其强度。[4]

3. 第三章几种常用快速成型技术的原理

3.1立体印刷

立体印刷简称为SLA也称为光造型或立体光刻。立体印刷工艺是利用液态光固化树脂的光聚合原理工作的，这种液态材料在一定波长和强度的紫外线的照射下能迅速发生光聚合反应，分子量急剧增大，材料也就从液态转为固态。液槽中盛满液态光固化树脂，聚焦后的激光点在偏转镜作用下，能在液态表面上扫描，扫描的轨迹及激光的有无均由计算机控制，成型开始时，工作平台在液态下一个截面层厚的深度，聚焦后的激光点在计算机指令的控制下，按照截面轮廓的要求在液态表面上逐点扫描，光点打到的地方，液态就固化，当一层扫描完成后，被激光光点照射的地方固化，没有被照射的地方仍为液态，从而得到该截面轮廓的塑料薄片。然后升降台带动平台下降一层高度，已成型的层面上又布满一层树脂，刮平器将黏度较大的树脂液刮平，然后再进行下一层扫描，新固化的一层牢固的粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕，最后升降台升出液体树脂表面，取出工件，进行清洁和表面光洁处理，得到一个三维实体模型。[4]

特点：

（1） 精度高。精度一般为0.05-0.1mm

（2） 成型速度较快。光固化形成机的最大扫描速度可达10m/s以上。

（3） 扫描质量好。在要求范围内能较好的保证扫描质量。

（4） 系统工作相对稳定。

3.2选择性激光烧结

选择性激光烧结(Selective Laser Sintering)是20世纪80年代末出现的一种快速成型新工艺—利用激光束烧结粉末材料分层加工制造技术。零件的三维描述被转化为一整套切片，每个切片描述确定高度的零件横截面。采用激光束对粉末状的成型材料进行分层扫描，受到激光束照射的粉末被烧结。当一个层被扫描烧结完毕后，工作台下降一个层的厚度，一个敷料辊又在上面敷上一层均匀密实的粉末，直至完成整个造型。在造型过程中，未经烧结的粉末对模型的空腔和悬臂部分起着支撑作用。SLS也是不必象SLA工艺那样另行生成支撑工艺结构，成型过程与复杂程度无关，无需任何工装模具。因此特别适合于内部结构极其复杂的零件制造，例如，发动机缸体、缸盖、进排气管等

目前RP技术的快速成型工艺方法有十多种，主要有：立体光固造型（立体印刷）SLA；选择性激光烧结SLS；叠层技术LOM；熔融沉积造型FDM ，三维印刷3D-P。

选择性激光烧结技术（Selective Laser Sintering）是发展最快，最为成功且已经商业化的RP方法之一，采用该技术不仅可以制造出精确的模型，还可以成型具有可靠结构的金属零件作为直接功能件使用。由于其具有诸多优点，如

粉末选材广泛、适用性，可直接烧结零件等，因此在现代制造中受到越来越广泛的重视。

SLS技术最初是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校于1989年提出的。后来美国DTM公司于1992年推出该工艺的商品化生产设备。几十年来，奥斯汀分校和DTM公司在SLS领域做了大量研究工作，在设备研制和工艺、材料开发上取得了丰硕的成果。德国的EOS公司在这一领域也做了很多研究工作，并开发了相应的系列成型设备。

在国内，很多单位进行了SLS的相关研究工作，如华中科技大学、南京航空航天大学、西北工业大学、华北工学院和北京隆源自动成型有限公司等也取得了许多重大成果。如北京隆源自动成型有限公司开发的AFS-300激光快速成型的商品化设备。

如果从烧结用材料的特性来划分，选择性激光技术的发展可分为两个阶段：一是用SLS技术烧结低熔点的材料来制造原型。目前的烧结设备和工艺大多处于这一阶段。所使用的材料是塑料、尼龙、金属或者陶瓷的包衣粉末）（或于聚合物的混合物）；二是用SLS技术直接烧结高熔点的材料来制造零件

选择性激光技术是采用激光有选择地分层烧结固体粉末，并使烧结成型的固化层层层叠加生成所需形状的零件。其整个工艺过程包括CAD模型的建立及数据处理、铺粉、烧结以及后处理等。[1]

SLS技术的快速成型系统工作原理如图1-1所示。

图1 -1选择性激光烧结原理

整个工艺装置由粉末缸和成型缸组成。工作时粉末缸活塞（送粉活塞）上升，由铺粉辊将粉末在成型缸活塞（工作活塞）上均匀铺上一层，计算机根据原型的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹，有选择的烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。粉末完成一层后，工作活塞下降一个层厚，铺粉系统铺上新粉，控制激光束再扫描烧结新层。如此循环往复，层层叠加，知道三维零件成型。最后，将未烧结的粉末回收到粉末缸中，并取出成型件，对于金属粉末激光烧结，在烧

结之前，整个工作台被加热至一定温度，可减少成型中的热变形，并利于层与层之间的结合。

与其他RP方法相比，SLS最突出的优点在于它所使用的成型材料十分广泛。从理论上说，任何加热后能形成原子间粘结的粉末材料都可以作为SLS 的成型材料。目前，可成功进行SLS成型加工材料有石蜡、高分子、金属、陶瓷粉末和它们的复合粉末材料。由于SLS成型材料品种多、用料节省、成型件性能分布广泛，适合多种用途以及SLS无需设计和制造复杂的支撑系统，所以SLS的应用越来越广泛。

成型材料是SLS技术发展和烧结成功的一个关键环节，它直接影响成型件的成型速度、精度和物理化学性能，影响工艺和设备的选择及成型件的综合性能。因此，国内外有许多公司和研究单位加强了这一领域的研究工作，并取得了重大进步。

◆ 国外主要SLS成型材料的产品及用途

国外的许多快速成型系统开发公司和使用单位都对快速成型材料进行了大量的研究工作，开发了适合多种快速成型的材料。其中在SLS领域以DTM公司所开发的成型材料最具有代表性，其已经商品化的SLS用成型材料的产品见表1-1。

表1-1DTM开发的SLS用成型材料产品

◆ 国内主要SLS成型材料的产品及用途

与快速成型设备的研究相比，我国快速成型材料及工艺的研究相对滞后，目前还处在起步阶段，与国外相比还存在较大差距。虽国内有多家研究开发单位对SLS材料和工艺进行了研究开发工作，但还没有专门的成型材料生产和销售单位。国内几家主要快速成型技术研究单位开发的材料见表2-2。[1]

表2-2 国内主要快速成型技术研究单位开发的SLS用材料

3.2.1 SLS技术的应用领域

几十年来，SLS工艺已经成功应用于汽车、造船、航天和航空等诸多行业，为许多传统制造业注入了新的生命力和创造力。

概括的说，SLS工艺可以应用于以下一些场合：

快速原型制造。可快速制造设计零件的原型，及时进行评价、修正以提高产品的设计质量，使客户获得直观的零件模型、制造教学、实验用复杂模型。

快速模具和工具制造。将SLS制造的零件和直接作为模具使用，如砂型铸造用模、金属冷喷模、低熔点合金模等。也可将成型件经后处理后做功能性零件使用。

单件或小批量生产。对于那些不能批量生产或者形状很复杂的零件，利用SLS技术来制造，可降低成本和节约生产时间，这对航空航天及国防工业更具有重大的意义。

3.2.2目前选择性激光烧结成型技术尚存在的一些问题

SLS是一种新兴的制造技术，在许多方面还不够完善。如制造的三维零件普遍存在强度不高、精度较低及表面质量较差等问题。目前，制造出来的零件普遍存在着致密度、强度及精度较低、机械性能和热学性能不能满足使用要求等一系列问题。这些成型件不能作为功能性零件直接使用，需要进行后处理（如热等静压HIP、液相烧结LPS、高温烧结及熔浸）后才能投入实际使用。

就SLS技术在金属粉末中的应用来说，存在的问题可以归结为以下两点： ① 在直接法中，虽然激光是一种重要的加工条件，但是如果激光功率过小，会使粘结金属熔化不充分，导致烧结体的残余孔隙过多；反之，如果功率太高，则又会生成过多的金属液，使烧结体发生变形。因此对直接法而言，为了获得良好的烧结结构，必须不断摸索以寻找到最佳的激光功率。而且直接法烧结后的零件机械强度和致密度较低，需进行后续处理（如液相烧结、热等静压等）才能满足使用要求。

② 对于间接法而言，烧结后的成型件孔隙较大，强度也不是很高，必须经后处理才能成为密实的金属功能件。一般的后处理工艺为脱脂→高温焙烧（或称二次烧结）→金属熔浸。间接法的优点是烧结速度快，但主要缺点是工艺周期长，在后处理过程中零件的尺寸和形状精度会降低。

此外，还需要注意的是，由于金属粉末的SLS温度较高，为了防止金属粉末氧化，烧结时必须将金属粉末密封在充有保护气体的容器中。保护气体有氮气、氢气、氩气及其混合气体。烧结的金属不同，要求的保护气体也不同。

快速成型技术中，金属粉末激光烧结是近年来人们研究的一个热点，实现使用高熔点金属直接烧结成型金属零件，对传统切削加工方法难以加工制造出高强度零件以及对快速成型技术更广泛的应用具有重要的意义。尤其在航天器件、飞机发动机零件及武器零件的制造方面。

近几十年来SLS技术得到了飞速发展，获得了良好的应用效果，但作为一项新兴制造技术，尚处于一个不断发展、不断完善的过程之中。目前，SLS技术还有很大发展空间。因此，需要加强SLS技术的研究，以使其能更好的服务于制造业。

3.3分层实体制造

上世纪80年代末出现了一项高新制造技术——快速成型技术(Rapid Prototypin)。按照快速成型技术使用的材料及工艺特点，主要分为LOM(Laminated Object Manufacturing)分层实体制造工艺、SLA(Stereolithography Apparatus)立体光刻工艺、SLS(Selective Laser Sintering)选择性烧结工艺、FDM(Fused Depostion Modeling)熔融沉积制造工艺等几大类，在汽车、摩托车、家电、航空、医疗等行业获得了广泛的应用。 ·如果零件结构需要，还应像钢模一样设计抽芯、滑块、顶杆等结构，其设计是否合理对于注塑件能否顺利脱模至关重要，也是纸基注塑模具设计的技术关键之一。

·流道、浇口、排气口设纸基模具的流道与浇口，不必像钢模那样设计主流道、分流道、浇口、冷料穴等完整的浇注系统，而采用模具表面直接到注塑件的简易浇口设计，浇口位置选取时主要考虑一般应在最低点或相对低点以利于聚氨酯材料充满型腔及自然排气，尽量设置在不影响注塑件外观的部位，尽量设置在残留冷料少以及便于取出的位置。排气口一般应设计在相对高点及排气死角位置以保证聚氨酯材料充满型腔。

·锁模、定位设计锁模、定位设计主要是考虑反应式低压注塑过程是以手工操作为主，应在适当位置设计孔位，以便注塑时用螺栓紧固锁模并定位。

纸基注塑模具制造纸基模具的制造过程实际上就是纸基快速原型件的制作过程，即按照纸基快速原型件的制作方法来制造纸基注塑模具的动模、定模、抽芯、滑块、顶杆、嵌块等各个部件，分别处理、装配，制作出完整的纸基注塑模具。

首先将设计好的纸基模具各个部件的三维CAD模型按照有效用纸、强度优化、便于剥离等纸基件制作原则在三维设计软件中合理装配，一次或数次制作完成，将装配好的文件转换为快速成型机所能接受的STL文件并输入快速成型机进行纸基件的制作，然后将制作完成的纸基模具快速原型件进行废料剥离、零部件分离，反复多次涂漆、打磨，各部件修整、试装配，最终完成纸基模具各零部件

快速原型件的制作。

反应式低压注塑

首先将各个零部件在适当的表面喷涂脱模剂，然后按照设计好的孔位进行定位、锁模，模具装配完成后将反应式树脂与固化剂在常温常压下用电动低压注塑机注入纸基模具中，完成注塑件的浇注过程。待完全固化后，拆开模具，取出注塑零件。按需要进行修整、打磨、喷漆等处理以满足工艺要求。

由于反应式注塑材料与纸基件表面强化漆同为聚氨酯类材料，为防止两者之间发生反应而影响脱模，应采取有效的隔离措施或喷涂具有隔离作用的脱模剂。 这一快速模具技术已在摩托车空滤盖及护板等塑料覆盖件的研制中得到应用，实践表明纸基注塑模具具有制作周期短、精度高、使用寿命较硅胶模长(可达数十件至数百件)的特点，注塑工艺简便、注塑件质量良好，完全满足新产品研制与开发中小批量生产的要求。

基于LOM技术的注塑模具无论是在新产品试制还是在中小批量生产方面都得到了广泛应用，其中直接制造反应式低压注塑模具的工艺方法具有模具制作速度快、成本低、工艺简便的特点，有着良好的应用前景。

纸基注塑模具在模具设计思路、考虑要素以及模具结构等方面与钢模设计类似，纸基注塑模具的设计实际上已经完成了钢模设计的前期准备工作，稍加改变并完善模框等外围辅助结构设计就可迅速投入模具生产，为并行工程的顺利实施提供了有力的保障。

3.4熔融沉积成型

3.4.1 熔融沉积造型(FDM)的工艺原理

（1） 快速成型技术的基本原理[4]

快速成型技术是对零件的三维CAD 实体模型，按照一定的厚度进行分层切片处理，生成二维的截面信息，然后根据每一层的截面信息，利用不同的方法生成截面的形状。这一过程反复进行，各截面层层叠加，最终形成三维实体。

（2） FDM 的工艺原理

快速成型机的加热喷头受计算机控制，根据水平分层数据作x - y 平面运动。丝材由送丝机构送至喷头，经过加热、熔化，从喷头挤出粘结到工作台面，然后快速冷却并凝固。每一层截面完成后，工作台下降一层的高度，再继续进行下一层的造型。如此重复，直至完成整个实体的造型。每层的厚度根据喷头挤丝的直径大小确定。FDM 工艺关键是保持熔融的成型材料刚好在凝固点之上，通常控制在比凝固点高1 ℃左右 。目前，最常用的熔丝线材主要是ABS、人造橡胶、铸蜡和聚酯热塑性塑料等

4. 第四章快速成型与传统工艺

4.1 RP技术的特点

（1）产品灵活性。RP技术采用离散/堆积成型的原理，将十分复杂的三维制造过程简化为二维制造过程的叠加，使复杂模型直接制造成为可能，越是复杂的零件越能体现RP技术的优越性；

（2）快速性。从CAD 设计到完成原型制作通常只需几个小时到几十个小时，加工周期短，可节约70%时间以上，能够适应现代竞争激烈的产品市场；

（3）低成本。与产品的复杂程度无关，节省了大量的开模时间，一般制作费用降低50%，特别适合新产品的开发和单件小批量零件的生产；

（4）成型过程中信息过程和材料过程一体化，制作原型所用的材料不限，各种金属和非金属材料均可使用，尤其适合成型材料为非均质并具有功能剃度或有孔隙要求的原形；

（5）适应于加工各种形状的零件，制造工艺与零件的复杂程度无关，不受工具的限制，可实现自由制造（Free Form Fabrication），原型的复制性、互换性高；

（6）使设计、交流和评估更加形象化，使新产品设计、样品制造、市场定货、生产准备、等工作能并行进行，支持同步（并行）工程的实施；

（7）具有高柔性，采用非接触加工的方式，无需任何工夹具，即可快速成型出具有一定精度和强度并满足一定功能的原型和零件。

（8）高集成化，RP 技术是集计算机、CAD/CAM、数控、激光、材料和机械等一体化的先进制造技术，整个生产过程实现自动化、数字化、与CAD模型具有直接的关联，所见即所得，零件可随时制造与修改，实现设计制造一体化。

（9）加工过程中无振动、噪声和废料，可实现无人值守长时间自动运行。

4.1.1RP技术与传统方法相比具有独特的优越性和特点： (1)快速性 从CAD设计到原型零件制成，一般只需几个小时至几十个小时，速度比传统的成型方法快得多，使之技术尤其适合于新产品的开发与管理。

(2)设计制造一体化 落后的CAPP一直是实现设计制造一体化的较难克服的一个障碍，而对于RP来说，由于采用了离散堆积的加工工艺，CAPP已不再是难点，CAD和CAM能很好结合。

(3)自由成形制造 自由的含义有两个：一是指可以根据零件的形状，无需专用工具的限制而自由地成型，可以大大缩短新产品的试制时间；二是指不受零件形状复杂程度限制。

(4)高度柔性 仅需改变CAD模型，重新调整和设置参数即可生产出不同形状的零件模型。

(5)材料的广泛性 RP技术可以制造树脂类、塑料类原型，还可以制造出纸类、石蜡类、复合材料以及金属材料和陶瓷材料的原型。

(6)技术的高度集成 RP技术是计算机、数据、激光、材料和机械的综合集成，只有在计算机技术、数控技术、激光器件和功率控制技术高度发展的今天才可能诞生RP技术。因此它带有鲜明的时代特征。

4.2几种典型的快速成型工艺及其比较

随着CAD建模和光机电一体化技术的发展，RP技术的工艺方法发展很快，按照所用材料的形态与种类不同，目前投入应用的已有十余种工艺方法，其中发展较为成熟的主要有以下四种类型：液态光敏聚合物选择性固化(SLA)、薄型材料选择性切割(LOM)、粉末材料选择性激光烧结(SLS)、丝状材料选择性熔融沉积(FDM)。

4.2.1几种典型的快速成型工艺 (1)光固化立体造型(SLA) SLA使用的是可光固化的液体材料，当扫描器在计算机的控制下将激光器的能量按分层信息传递给成型液面后，扫描区就发生聚合反应和固化，完成一层的加工。采用这种方法成型的零件有较高的精度且表面光洁，但可用材料的范围较窄。

(2)分层物件制造(LOM) LOM的层面信息通过每一层的轮廓来表示，激光扫描器的动作由这些轮廓信息控制，它采用的材料是具有厚度信息的片材。

这种加

工方法只需加工轮廓信息，所以可以达到很高的加工速度，但材料的范围很窄，每层厚度不可调整是最大缺点。

(3)选择性激光烧结(SLS) SLS使用固体粉末材料，该材料在激光的照射下，能吸收能量，发生熔融固化，从而完成层信息的成型。这种方法适用的材料范围广（适用于聚合物、铸造用蜡、金属或陶瓷粉末），特别是在金属和陶瓷材料的成型方面具有独特的优点。SLS无材料浪费现象，未烧结的粉末可重复使用。目前成熟的工艺材料为蜡粉及塑料粉，用金属粉或陶瓷粉进行粘结或烧结的工艺还正在实验阶段。

(4)熔融沉积造型(FDM) FDM不是采用激光作能源，而是将电能传递给塑料丝，在挤出喷头前达到熔融状态，喷头在计算机的控制下将熔融的塑料丝写到工作台上，从而完成整个零件的加工过程。这种方法的能量传输和材料传输均不同于前面三种方法，系统成本较低；但由于喷头的运动是机械运动，速度有一定限制，所以加工时间较长，且其材料使用范围不广。

4.2.2几种典型快速成型工艺的比较

种典型RP工艺的比较如表l-1所示。

表1-1 几种典型RP工艺的比较

5. 第五章快速成技术的应用

5.1快速原型制造

利用快速成型方法可以方便、快捷地制造出所需要的原型，主要是塑料（PS、PA、ABS等）原型。它在新产品的开发中具有十分重要的作用。通过原型，设计者可以很快地评估设计的合理性、可行性，并充分表达其构想，使设计的评估及修改在极短的时间内完成。因此，可以显著缩短产品开发周期，降低开发成本。具体地讲，它主要有以下三个方面的用途。

（1）外形设计考查 很多产品特别是家用电器、移动通讯工具及汽车等对外形的美观和新颖性要求极高。传统检验外形的方法是用 CAD 将产品图形显示于计算机屏幕，但这种方法实际直观性太差。采用快速原型制造方法可以在极短的时间内，用低廉的造价直接做出设计模型，供设计人员及用户审查，修改设计后再进行检验，直到满意为止。

（2）功能检测设计者使用 RP原型可以迅速进行功能检测，如流动分析、应力分析、空气动力学分析等，确定是否最好地满足设计的要求，从而优化产品设计。如风扇、风鼓等的设计，可获得最佳扇叶曲面、最低噪音的结构。（3）装配干涉检验对新产品的开发，尤其是在有限空间内的复杂系统，其装配干涉检验是十分必要的。SLS原型可以用来制作装配模拟件，观察各零部件之间是否协调配合，如何相互影响。通过上述检验可以在最短时间内成功地完成设计。

5.2快速模具制造

快速模具制造 利用SLS技术制造模具有直接法和间接法两种。直接制模是用SLS工艺方法直接制造出树脂模、陶瓷模和金属模具；间接制模则是用快速成形件做母模或过渡模具，再通过传统的模具制造方法来制造模具。（1）直接制模① 直接制造树脂模 使用 SLS 方法利用尼龙等成型材料可直接制作树脂模。上述材料经快速成型机制作出模具，然后将制作完成的模具，组合在注射模的模座上，用于实际的注射成型。也可制作出中空模具，以金属树脂灌注之，以强化内部结构，并且在模具表面，渗上一层树脂进行表面结构强化，即可承受注射成型的压力、温度，从模具烧结成型至注射塑料产品只需花费5～6天的时间。上述树脂模也可以作为吸塑模和型腔模使用。②直接制造金属模具 利用SLS工艺直接制造金属模具是目前世界发达工业国家都在研究的领域，主要有以下三种途径第一，金属粉末大功率激光烧结成型技 利用高功率激光（1000 W以上）对金属粉末进行扫描烧结，逐层叠加成型，成型件经表面后处理（打磨、精加工）即完成模具制作，制作的模具可作为压铸模、锻模使用。该方法与激光熔敷的工艺原理是一致的。第二，混合金属粉末激光烧结成型技成型粉末为两种金属粉末的混合体，其中的一种熔点较低，起粘结剂的作用，利用低功率激光快速成型机对混合粉末进行激光烧结即可直接制作金属模具，用于批量较大的塑料零件和蜡模的生产。第三，金属—树脂粉末激光烧结成型法，使用 SLS 方法，以覆膜金属粉

末或金属与树脂的机械混合粉末为成形原料，通过选区烧结得到金属粘结实体，再经后处理（脱脂、高温烧结、渗金属等），直接形成金属模具。 （2）间接制模间接制模的方法较多， 比较常用的有以下三种。① 金属喷涂制模法 采用喷枪将金属喷涂到快速成形的原型上形成一个金属硬壳层，将其分离下来，用填充铝粉的环氧树脂或硅橡胶支撑，即可制成注塑模具的型腔。这一方法省略了传统加工工艺中的详细画图、数控加工和热处理等三个耗时费钱的过程，因而成本只有传统方法的几分之一。 ②硅橡胶模法硅胶模的制备方法是将液体硅胶按照快速成形母模的分型线依次浇铸，待硅胶固化后， 再将母模脱去，形成一副橡胶模具。硅胶模的特点是制模过程简单，不需专门设备，脱模容易。硅胶模适宜于蜡、树脂、石膏等浇铸成型方法。广泛应用于精铸蜡模的制作、艺术品的仿制和生产样件的制备。 ③振动研磨法 振动研磨法是一种利用快速成形原型母模直接加工石墨电极(电火花加工用)的方法。首先利用原型制作一个 Sin 环氧树脂的负型做为研磨头，将研磨头和石墨块安放在专用的石墨电极研磨机上，研磨头产生微小旋振， 不断研磨石墨本体，在石墨块上研磨出与研具形状相反, 而与零件形状相同的石墨电极。 用振动研磨法加工石墨电极，使电极的加工自动化。一个研磨头可以反复用来研磨电极。一个损耗了的电极经过研磨头的修复即可复原。 用快速成型制作电极的母模具有快速、精度高、尺寸易修改的特点。

5.3快速铸造

快速铸造 铸造是制造业中常用的方法。在铸造生产中，模板、芯盒、蜡模压模等一般都是机加工和手工完成的，不仅加工周期长、费用高，而且精度不易保证。对于一些形状复杂的铸件，模具的制造一直是个老大难问题，快速成型技术为实现铸造的短周期、多品种、低费用、高精度提供了一条捷径。可以通过以下三种方法实现快速铸造。

（1）用快速成形技术直接制造精铸用蜡模和树脂消失模 SLS 方法可以用蜡或可消失性树脂为原料，直接制造精铸用的蜡模和树脂消失模，再用传统的精铸工艺，进行涂壳、脱蜡、焙烧等，得到铸造型壳。对于树脂消失模，采用高温闪烧法，迅速将树脂分解脱去。残留灰分少，不涨壳、精度高，非常适宜于薄壁的复杂结构铸件生产。

采用快速成型技术， 可以对收缩造成的尺寸误差进行校正，如果铸出成品的尺寸超差，可以立即对 CAD 模型进行修改，再做出第二件蜡模与树脂模。这种方法尤其适用于形状复杂的单件或小批量的铸件生产，如飞机叶片、叶轮等等特殊件。国外公司已用此方法制造了飞机叶轮、摩托车汽缸头、无链条自动车中轴等铸件。

（2）用快速成形原型代替铸造中的木模或制造铸造模具用SLS技术制作的树脂原型或陶瓷原型代替木模，不仅大大缩短了制模时间，而且激光成型的原型水平远比木模要高， 强度和尺寸稳定性优于木模。特别是对于难以加工、需要多种组合的木模用快速成型模的优点就更为突出。

快速成形原型还可用于制造硅胶模或石膏模、陶瓷模的母模，翻制成模具再

制作蜡型芯壳或直接浇铸，这种方法适合于小批量铸件的生产， 用翻硅胶模的方法，借助快速成形原型生产出了人造骨、人体头像、涡轮等零件的蜡模和铸件。

（3）用快速成形技术直接成型铸造型壳、型芯和蜡模的压型 用铸造用覆膜陶瓷为原料， 可以一步制成铸造用的型壳，在 CAD 环境中, 直接将零件模型转换为壳型, 再配以浇冒口系统。烧结过程中，非零件部分进行烧结，零件部分仍是粉末。烧结完成后，将粉末倒出再经过固化处理就或为铸造用的型壳。此方法省去了传统精铸过程中蜡型制作、涂壳、脱蜡等多道工艺过程，是对传统铸造过程的重大变革。摘要:介绍快速成型技术的原理,重点讨论了与快速成型相关的技术,并试图将此技术充分应用于产品设计评价,以期缩短产品的开发周期。

5.4快速成型技术在工业设计中的应用

5.4.1在外观及人机评价中的应用

新产品开发的设计阶段，虽然可借助设计图纸和计算机模拟，但并不能展现原型，往往难以做出正确和迅速的评价，设计师可以通过制作样机模型达到检验的目的。传统的模型制作中主要采用的是手工制作的方法，制作工序复杂，手工制作的样机模型不仅工期长，而且很难达到外观和结构设计要求的精确尺寸，因而其检查外观及人机设计合理性的功能大打折扣。快速成型设备制作的高精度、高品质样机与传统的手工模型相比较可以更直观地以实物的形式把设计师的创意反映出来，方便产品的外观造型和人机特性评价。

现在的快速成型加工得到的成型件都是单一颜色，颜色主要由材料决定，为了对产品色彩外观进行评价，有时需要手工涂色，随着彩色成型技术的发展，这方面的问题可以解决。人机评价主要包括成型件尺寸及操作宜人性，快速成型可以很好地满足这方面的要求。

5.4.2在产品结构评价中的应用

通过快速成型制成的样机和实际产品一样是可装配的，所以它能直观地反映出结构设计合理与否，安装的难易程度，使结构工程师可以及早发现和解决问题。由于模具制造的费用一般很高，比较大的模具往往价值数十万乃至几百万，如果在模具开出后发现结构不合理或其他问题，其损失可想而知。而应用快速成型技术的样机制作可以把问题解决在开出模具之前，大大提高了产品开发的效率。

5.4.3与反求工程结合

反求工程(Reverse Engineering,RE)也称逆向工程，就是用一定的测量手段对实物或模型进行测量，然后根据测量数据通过三维几何建模方法重建实物的CAD数字模型，从而实现产品设计与制造过程。对于大多数产品来说，可以在通用的三维CAD软件上设计出它们的三维模型，但是由于对某些因素，如对功能、工艺、外观等的考虑，一些零件的形状十分复杂，很难在CAD软件上设计出它们的实体模型，在这种情况下，可以通过对模型测量和数据处理，获得三维实体模

型。

作为一种新产品开发以及消化、吸收先进技术的重要手段，反求工程和快速成型技术可以胜任消化外来技术成果的要求。对于已存在的实体模型，可以先通过反求工程，获取模型的三维实体，经过对三维模型处理后，使用快速成型技术，实现产品的快速复制，缩短了产品开发周期，大大提高产品的开发效率。

6.第六章快速成型技术的发展前景

6.1快速成型的发展趋势

6.1.1开发概念模型机或台式机 目前，RP技术向两个方向发展：工业化大型系统，用于制造高精度、高性能零件；自动化的桌面小型系统，此类系统称为概念模型机或台式机，主要用于制造概念原型。发达国家许多科研机构（如IBM公司）及教育单位（中等职业学校甚至中小学）已经开始购买此种小型RP设备，并极有可能进入家庭。美国通用汽车公司也计划为其每位工程师配备一台此类设备。采用桌面RP系统制造的概念原型，可用于展示产品设计的整体概念、立体形态布局安排，进行产品造型设计的宣传，作为产品的展示模型、投标模型等使用。

6.1.2开发新的成形能源

SL、LOM、SLS等快速成形技术大多以激光作为能源，而激光系统（包括激光器、冷却器、电源和外光路）的价格及维护费用昂贵，致使成形件的成本较高，于是许多RP研究集中于新成形能源的开发。目前已有采用半导体激光器、紫外灯等低廉能源代替昂贵激光器的RP系统，也有相当多的系统不采用激光器而通过加热成形材料堆积出成形件。

6.1.3开发性能优越的成形材料

RP技术的进步依赖于新型快速成形材料的开发和新设备的研制。发展全新的RP材料，特别是复合材料，如纳米材料、非均质材料、其它传统方法难以制作的复合材料已是当前RP成形材料研究的热点。目前国外RP技术的研究重点是RP成形材料的研究开发及其应用，美国许多大学里进行RP技术研究的科技人员多数来自材料和化工专业。

6.1.4研究新的成形方法与工艺 在现有的基础上，拓宽RP技术的应用，开展新的成形技术的探索。新的成形方法层出不穷，如三维微结构制造、生物活性组织的工程化制造、激光三维内割技术、层片曝光方式等。对于RP微型制造的研究主要集中于：RP微成形机理与方法、RP系统的精度控制、激光光斑尺寸的控制以及材料的成形特性等方面。目前制作的微零件仅是概念模型，并不能称之为功能零件，更谈不上微机电系统（MEMS）。要达到MEMS还需克服很多的问题，如：随着尺寸的减小，表面积与体积之比相对增大，表面力学、表面物理效应将起主导作用；微摩擦学、微热力学、微系统的设计、制造、测试等。

6.1.5集成化

生物科学、信息科学、纳米科学、制造科学和管理科学是21世纪的5个主流科学，与其相关的五大技术及其产业将改变世界，制造科学与其它科学交叉是其发展趋势。RP与生物科学交叉的生物制造、与信息科学交叉的远程制造、与纳米科学交叉的微机电系统等都为RP技术提供了发展空间。并行工程（CE）、虚拟技术（VT）、快速模具（RT）、

反求工程（VR）、快速成形（RP）、网络（Internet、Intranet）相结合而组成的快速反应集成制造系统，将为RP的发展提供用力的技术支持。

6.2快速成型的应用对制造业的影响

快速响应市场是企业把握市场机遇，在竞争中求得生存发展的重要保障。在这样的背景下发展起来的RP技术必将引起制造业的重大变革。

(1)RP技术在制造方式上具有革命性的突破

不同于传统成型加工方法，利用RP技术加工零件，不需要刀具和模具，而是利用光、热、电等手段，通过固化、烧结、聚合等作用，实现材料的堆积，并从液态、粉末态过渡到实体状态从而完成造型过程。

(2)RP技术优化了产品开发过程，是快速市场响应的重要保证

RP技术出现后，实体造型、快速成型和3D数字化技术成为产品开发的主要因素，见上图。在开发过程中，不断对原型进行评价修改，而且这种评价不只限于面对着图样或计算机上的图形“指手划脚”，而是可以得到不同阶段的试件原型，并随时得到用户的反馈，及时更正每个阶段发现的错误。随着产品开发过程的进行，结合不同阶段的设计内容和用户反馈，同步制作出试验原型。[2] 由此可见，RP技术为产品开发提供了一种“新柔性”，不仅缩短了开发周期，而且大大隆低下产品开发中失误的可能性。

(3)产品在设计阶段接受设计评估与校审

传统产品开发过程中，用户一般要等待5—6个月才能看到新产品的试件原型。利用RP技术，可以在很短的时间(几小时或几天)内精确地生成产品的原型

[3]。基于厂家和商家对RP原型的一致认同，很多制造厂家利用RP原型争夺产品订单。例如美国底特律的1家制造商，采用RP技术和快速精铸技术，在接到福特公司标书后的4个工作日内便生产出了第1个功能样件，从而在众多的竞争者中夺得了为福特公司生产年总产值达300万美元发动机缸盖精铸件的合同。 (4)产品在设计阶段就可进行功能试验

RP技术使用新型光敏树脂材料等制成的试件原型具有足够的强度，可用于传热、流体力学等方面的试验，还可用于受载应力分布分析。例如，克莱斯勒直接利用RP制造的车体原型进行高速风洞流体动力学试验，节省成本达70％。我国西安东方机械厂导弹引信叶轮的传统开发流程费用为2～4万元，周期为3～5个月，而采用RP技术制作叶轮的树脂模型，直接用于弹道试验，制作时间仅为

1．5 h，费用仅为40O元。

(5)可进行快速模具制造或成品制造

以RP原型作模心或模套，结合快速精铸、金属喷涂、粉末烧结或电极研磨等技术可以快速制造出企业生产所需要的模具或工装设备，其制造周期比数控加工缩短30％ 一4o％ 以上，成本却下降35％ 一70％。目前很多采用RP技术的公司并不单单是制作RP原型，而是将RP与RT技术结合，进行快速模具或成品制造。我国成功应用RP技术的一个实例就是深圳殷华公司利用真空硅胶模复制技术，把RP原型快速复制为聚氨脂材料(PU)的原型，通过选用不同性能的PU材料达到不同材料特性的要求，加以打磨喷涂等处理，就使快速原型成为快速产品。他们的很多客户带着这样的产品参加订货会和展览会，赢得了市场先机。

快速成形术已经广泛应用于家电、汽车、航空航天、船舶、工业设计、医疗等领域。艺术、建筑等领域的工作者也已开始使用RP设备。根据14个RP设备供应商和43个RP服务商的统计数据，所有RP模型的近41%用于装配和功能型零件；约27%用于工程、工具制造、报价和投标；约23%用于原型模具、金属铸造及模芯制造。随着RP技术本身的发展和完善，其应用领域在不断拓展。

6.3拓展快速成型应用的新型材料

将快速成型材料直接用于加工生产是DSM Somos关注的焦点。新材料Somos 9420 EP-White是一种基于环氧树脂的光敏聚合物，据说该树脂结合了聚丙烯的机械强度，同时具有白色注塑成型级材料的外观。DSM表示，该树脂适用于扣接制品、铰链连接和模型的功能原型。通过安装和功能测试，该树脂比其他光固化

树脂更坚固、有弹性且不易断裂。用该树脂制成的铰链能够经受住反复的挠曲，而大多数光固化树脂不具备这一性能特点。[2]

另外两种光固化材料由Somos的环氧丙烷化合物合成，第一种被称为WaterShed 11120，在2001年投入使用，是一种类ABS的光固化树脂。新型

ProtoFen O-XT透明和白色树脂具有更好的加工性能、更高的精确度和更高的HDT（经紫外线处理为70℃，热处理大于100℃）。与环氧树脂有关，据说环氧丙烷化合物生产速度更快、强度更大、抗吸湿性能更好，能够用于要求高尺寸稳定的场合。

Huntsman Advanced Materials的新型RenShape SL 7800是一种环氧丙烯酸酯光敏聚合物，具有高强度和伸长率，能够生产出高精度模型和功能原型。Huntsman期待这些新材料能够帮助用户生产适应性强的制品，QuickCast直接用一桶原料进行浇铸成型，免去了材料转移的麻烦。

SL 7800具有强度高、易清洁的特点，能够降低制品抛光要求。经过交联，该材料能够达到邵式硬度87 D，弯曲模量达到330000～380000psi

（1psi=6.89kpa），伸长率为10%～18%，缺口冲击强度为0.73～1.1ft

（1ft=304.8mm）-lb（1lb=0.4536kg）/in（1in=25.4mm）。据说第一种SL树脂降低了锑含量，获得FDA认可，通过USP Class VI检测，能够用于医疗建模和造型中。

6.4快速成型技术在向产品生产化发展中所存在的主要问题

（1）材料问题。目前快速成型技术中成型材料的成型性能大多不太理想，成型件的物理性能不能满足功能性、半功能性零件的要求，必须借助于后处理或二次开发刁'能生产出令人满意的产品。由于材料技术开发的专门性，一般快速成型材料的价格都比较贵，造成生产成本提高。

（2）高昂的设备价格。快速成型技术是综合计算机、激光、新材料、CAD/CAM集成等技术而形成的一种全新的制造技术，是高科技的产物，技术含量较高，所以，目前快速成型设备的价格较贵，限制了快速成型技术的推广应用。

（3）功能单一。现有快速成型机的成型系统都只能进行一种工艺成型，而且大多数只能用一种或少数几种材料成型。这主要是因为快速成型技术的专利保护问题，各厂家只能生产自己开发的快速成型工艺成型设备，随着技术的进步，这种保护体制已成为快速成型技术集成的障碍。

（4）成型精度和质量问题。由于快速成型的成型工艺发展还不完善，特别是对快速成型软件技术的研究还不成熟，目前快速成型零件的精度及表面质量大多不能满足工程直接使用的需要，不能作为功能性零件，只能作原型使用。为提高成型件的精度和表面质量，必须改进成型工艺和快速成型软件。

（5）软件问题。随着快速成型技术的不断发展，快速成型技术的软件问

题越来越突出，快速成型软件系统不但是实现离散/堆积成型的重要环节，对成型速度，成型精度，零件表面质量等方面都有很大影响，软件问题已成为快速成型技术发展的关键问题。[3]

6.5快速成型技术产业面临的应用化挑战

虽然快速成型技术在航空航天、汽车、机械、电子、电器、医学、玩具、建筑、艺术品等许多领域都已获得了广泛应用，但大多仅作为原型件进行新产品开发及功能测试等，如何生产出能直接使用的零件是快速成型技术面临的一个重要问题。

在应用上，我国许多行业缺少后续技术研发，在快速制造的原型向模具和功能零件转化方面，没有形成系统技术体系，企业没有很好将此技术应用在产品开发方面。另外，快速成型尤其适合航天产品中零部件单件小批量的制造，其成本低、效率高。目前，快速成型技术在国外的航空领域有超过8%的应用量，发达国家在航空航天器的研制中不断尝试应用快速成型技术，而我国的应用量则非常低。[3]

结束语

快速成形技术是集机械、电子、光学、材料等学科为一体的先进制造技术之

一。快速成型技术突破了传统的加工模式，是近２０年制造技术领域的一次重大突破。它与科学计算可视化和虚拟现实等技术相结合，为设计者、制造者与用户之间提供了一种可测量、可触摸的新手段。快速成型技术可以自动、快速、直接、精确地讲设计思想转化为具有一定功能的原型或直接制造零件（模具），有效地缩短了产品的研发周期，是提高产品质量、缩减产品成本的有力工具。她的核心是基于数字化的新型成型技术。快速成型技术对制造企业的模型、原型及成形件制造方式正产生深远的影响

参考文献

[1]郝洪艳,汤文成，孔凡新.基于制造网格平台的模具制造资源共享机制研究[J].中国制造业信息化 [2]孙秀英.面向RP的VRML模型浏览与分层研究[D].西安科技大学,2006.

[3] 梁江波 葛正浩 厉成龙《快速成型技术及其向产品化生产发展所面临的技术问题》2007

[4] 孙美霞 文慧 张丹丹

《机械制造基础》国防科技大学出版社