机电工程学院
题目：快速原型制造技术
专业：机械设计制造及其自动化班级：
学号：
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日期：
快速原型制造技术
关键词：快速原型，产品开发，制造业、制造技术、CAD
一.概念
快速原型制造技术，又叫快速成形技术，（简称RP技术）。

英文：RAPID PROTOTYPING（简称RP技术），或APID PROTOTYPING MANUFACTUREING，（简称RPM）。

RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。

不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。

但是，其基本原理都是一样的，那就是"分层制造，逐层叠加"，类似于数学上的积分过程。

形象地讲，快速成形系统就像是一台"立体打印机"。

二.基本原理
RPM技术，是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体和技术总称。

RPM技术采用离散/堆积成型原理，其过程是：先由三维CAD软件设计出所需要零件的计算机三维曲面或实体模型；然后根据工艺要求，将其按一定厚度进行分层，使原来的三维电子模型变成二维平面信息，加入加工参数，产生数控代码；微机控制下，数控系统以平面加工方式，有序地连续加工出每个薄层，并使它们自动粘接而成形，这就是材料堆积的过程。

不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。

但是，其基本原理都是一样的，那就是"分层制造，逐层叠加"，类似于数学上的积分过程。

形象地讲，快速成形系统就像是一台"立体打印机"。

它可以在没有任何刀具、模具及工装卡具的情况下，快速直接地实现零件的单件生产。

根据零件的复杂程度，这个过程一般需RP系统可以根据零件的形状，每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截面，然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体的零件。

当然，整个过程是在计算机的控制下，由快速成形系统自动完成的。

不同公司制造的RP系统所用的成形材料不同，系统的工作原理也有所不同，但其基本原理都是一样的，那就是"分层制造、逐层叠加"。

这种工艺可以形象地叫做"增长法"或"加法"。

快速原型制造技术的基本过程：
（1）CAD模型设计：应用三维CAD软件，根据产品要求设计三维模型，或采用逆向工程技术获取产品的三维模型。

（2）三维模型的近似处理：用一系列小三角形平面来逼近模型上的不规则曲面，从而得到产品的近似模型。

（3）三维模型的Z向离散化（即分层处理）：将近似模型沿高度方向分成一系列具有一定厚度的薄片，提取层片的轮廓信息（4）处理层片信息，生成数控代码：根据层片几何信息，生成层片加工数控代码，用以控制成形机的加工运动。

（5）逐层堆积制造：在计算机控制下，根据生成的数控指令，RP 系统中的成形头在X－Y平面内按截面轮廓进行扫描，固化液态树脂，从而堆积出当前的一个层片，并将当前层与已加工好的零件部分粘合。

然后，成形机工作台面下降一个层厚的距离，再堆积新的一层。

如此反复进行直到整个零件加工完毕。

（6）后置处理：对完成的原型进行处理，使之达到要求。

（清理零件表面，去除辅助支撑结构）。

RPM技术的特点：
（1）高度柔性，可以制造任意复杂形状的三维实体；
（2）CAD模型直接驱动，设计制造高度一体化；
（3）成形过程无需专用夹具或工具；
（4）无需人员干预或较少干预，是一种自动化的成形过程；
（5）成形全过程的快速性，适合现代激烈的产品市场；
（6）技术的高度集成性，既是现代科学技术发展的必然产物，也是对它们的综合应用，带有鲜明的高新技术特征。

三.现有技术
快速原型制造技术在模具制造中的应用大大促进了产品设计现代化的进程，极大地缩短了新产品投放市场的周期，基于快速原型技术的快速模具制造新技术是快速制造的重要发展方向，具有广阔的前景，从工艺转化上可以将快速制造工艺分为直接制模和间接制模。

金属模具的直接快速制造是指快速成形系统根据零件的三维造型直接分层堆积形成所需要的金属零件或模具，不需另外的工序转换。

金属模具的间接快速制造是指先用快速成形技术制造出具有模具实际形状的快速原型，然后采用其他工艺在快速原型的基础上复制出所要求的模具。

与快速成形技术结合进行金属模具制造的工艺有铸造、粉末成形、电加工、粉末喷射等。

RP技术并没有仅仅停留在制作原型上，经过十几年的发展，国外相继推出了一些直接成形金属材料的RP系统，并开始实际用于快速制作金属模具乃至金属零件。

与此同时，RP技术也已能快速制作在实际产品中使用的功能性塑料（比如聚碳酸脂）零件。

由此可见，RP技术已经具有了制造最终产品的功能，从而表明它的内涵正从快速原型制造向快速制造（RM，Rapid Manufacturing）方向发展。

目前比较成熟的RP工艺所处理的材料大概只限于树脂、蜡、某些工程塑料和纸等几种。

用这些材料制成的零件，即使经过後处理也大
多不能作为真正的机械零件使用。

而以金属材料作为RP的处理对象来直接生产金属零件和模具的工艺尚不十分成熟，如何提高直接金属成形件的尺寸精度、表面质量和机械性能并降低成本，尚有许多工作要做。

设备投资大、材料费用高。

RP工艺的研发成本高，这种研发成本必定转移到相应的工艺装备上去，加之RP设备属小批生产，因而其价格居高不下，即使是相对便宜的概念型RP设备，其价格也不太低。

此外，RP工艺对材料有特殊要求，其专用成形材料价格相对偏高。

设备和材料的价格也影响了RP技术的普及应用。

四.发展趋势
现代 RPM 技术发展的一个重要特点就是快速自动成型与其它先进的设计制造技术的结合越来越紧密。

目前 ,快速原型制造技术朝着工业化、产业化方向迈进。

完善制造工艺、系统与 CAD 等软件的接口,制定统一的数据交换标准 ,进一步提高成型速度和精度 ,降低系统价格和运行成本 ,开发出满足工程要求的材料和扩大应用领域等都是人们关注的焦点。

另一方面，与因特网结合的专业化RP服务机构正蓬勃发展，通过网络为客户进行离线或交互式在线服务，深受中小企业的欢迎，其业务量不断增加。

所有这些，都表明RP技术正进入加速发展阶段，其应用将越来越普及。

RPM技术的发展趋势：
1. 不同制造目标相对独立发展
从制造目标来说，RPM主要用于①快速概念设计原型制造，②快速模具原型制造，③快速功能测试原型制造，④快速功能零件制造。

2. 向大型制造与微型制造进军
3. 追求RPM更快的制造速度、更高的制造精度、更高的可靠性。

4. RPM设备的使用外设化，操作智能化。

使RPM设备的安装和使用变得非常简单，不需专门的操作人员。

5. RPM行业标准化，并且与整个产品制造体系相融合。

参考文献
[1] 刘伟军，快速成型技术及应用，机械工业出版社
[2] 王运赣，快速成型技术，华中科技大学出版社
[3] 快速原型制造，/view/3553987.htm。