快速原型技术在机械制造中的应用及发展趋势.doc

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1、快速原型技术在机械制造中的应用及发展趋势［摘要］本文简要介绍了快速原型技术的原理、特点及典型工艺方法；概括了快速原型技术在机械制造中的应用现状，探讨了快速原型技术未来的发展趋势。［关键词］快速原型；机械制造；应用；发展趋势中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：1009-914X(2016)19-0113-010前言近年来，各种先进制造技术竞相发展，使企业将产品快速、成功地推向市场成为可能，成为企业占领市场先机的可靠保障。快速原型技术(RapidPrototyping.RP),也称为快速成型技术，产生于20世纪80年代后期①，是一项结合了机械、计算机、数控、信息化和新材料等

2、的多学科交叉多技术集成的先进制造技术。快速原型制造技术具有高柔性，高集成，高适应，低成本等特点，是现代机械制造技术的典型代表之一。1RP的原理及工艺方法相对于传统的“减法”制造，快速原型技术是“加法”制造。形象地表述快速原型制造系统就像一台3D打印机，根据三维实体模型“打印”出实体零部件。快速原型技术的基本原理是基于“离散/堆积”思想，把三维实体模型分散成二维层机构，再用材料按顺序准确地把之前的各层堆积起來，最终获得理想的三维实体零部件。冃前，快速原型制造技术的主耍工艺方法有：(1)立体光固化成型法(SLA,Stere-1ithographyApparatus)是通过控制激光束

3、照射液态光敏树脂,使光敏树脂材料逐层固化，最后将所有层再进行固化形成幣体零件。该方法生产的零件精度高、表面质量好；原材料利用率高，能制造形状特别复杂精细的零件。(2)分层实体制造发(LOM,LaminatedObjectManufacture)是利用热压辐将涂有热熔胶的薄层材料粘结在一起，再用激光束剪裁成零件形状。该方法工艺简单，加工成本低，可靠性好，效率高。(3)选择性激光烧结法(SLSSelectiveLaserSintering)是激光有选择地对粉末材料进行逐层烧结而固化成零件。该方法可制造多种材料的零件，如塑性金属陶瓷等，加工精度和强度高。(4)熔融沉积成型法(EDM,

4、FusedDepositionModeling)是用喷头将热塑性材料以丝状形式喷挤出，逐层固结，最后堆积成实体零件。该方法操作简单，成本低，效率高，环保性好。(5)三维印刷法(TDP,ThreeDimensinalPrinting)是反复地用打印喷头将粉末材料喷在有粘结剂的层面上，最后形成幣体零件。2快速原型技术在机械制造中的应用2.1在模具制造屮的应用在模具制造中应用快速成型技术进行快速制模，具体分为直接制模和间接制模，与传统制模相比，应用快速原型技术大大缩短了模具的研发周期，将模具从设计到制造的过程变得更为高效，为模具制造的创新发展提供了大力支持。2.2在新产品研发屮的应用

5、应用快速原型技术可以使新产品的设计开发过程变得简单而且高效，既缩短了研发周期，乂降低了研发成本。而且对于形状复杂零件的开发效率也大大提高，从而有助于企业在竞争中立于不败之地。例如，西安交通大学的西北RPM应用服务中心，运用快速原型技术为TCL公司设计了多款手机样品，整个过程仅用了7天。2.3小批量复杂零件的直接生产在机械制造中，有时只需要制造单件或儿十件的很少数量的零部件，要是仍然使用传统工艺制造，会耗用大量的时间和较高的成本。因此对于某些用高分子材料及其复杂金属制造的零件，可用相应材料进行直接快速原型，这样既节省时间有降低成本。除上述应用外，快速原型技术在机械制造中还冇较多其

6、他应用。例如,产品展示，产品检验及微型机械等。这些应用都对原有传统工艺带来了质的提升。3发展趋势现在快速原型技术己经在机械制造等越来越多的领域发挥了其独特的优势，并获得了充分的认可。但同时对该技术的要求也越來越高，这就耍求其不断完善和发展，以适应更高标准耍求的需耍。2.1新材料的研制用于快速原型的材料由最初的塑料、树脂等，发展到现在的高性能材料（如纤维混纺料，精铸石蜡尼龙复合物等②），己取得了长足的发展。但是目前所使用的这些高性能材料在快速原型过程中仍会出现翘曲变形和粘结等问题，必须通过后续工序进行烧结固化等操作，幣个过程相对比较复杂。因此，研制具有更好性能、适应性更广的原型材

7、料（如，纳米材料等复合材料）改善现有材料的不足，是快速原型技术持续发展的重要保障，也是今后国内外研究人员竞相突破的难点和研究的热点。3.2新工艺方法的研发现冇几种典型快速原型工艺方法，都不同程度地存在冇待改进的地方。如LOM方法操作相对复杂，耗时长，只能制造实心零件；SLA方法需要设计支撑，原材料价格昂贵，加工成本高等。因此，在改进现有工艺方法的同时，也要研发新的原型工艺。例如，喷射原型技术、多材料制造系统、直接金属原型工艺等。3.3提高原型精度影响快速成型精度的因素主耍有两个方面，一是“先