快速成型技术的发展和应用摘要：科技飞速发展的今天，人类对制造业也提出了更高的要求，行业竞争也日趋激烈。

快速成型技术也应运而生，并且展现了它强大的生命力和广阔的应用前景。

目前，快速成型技术已在工业造型、机械制造、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到了广泛应用。

并且随着这一技术本身的发展，其应用领域将不断拓展。

The rapid development of science and technology today, the human is put forward higher requirements on manufacturing, industry competition is increasingly fierce. Rapid prototyping technology also arises at the historic moment, and shows its strong vitality and broad application prospects. At present, the modelling of rapid prototyping technology has been in the industry, machinery manufacturing, aerospace, military, architecture, film and television, home appliances, light industry, medicine, archaeology, cultural art, sculpture, jewelry, and other fields has been widely used. And with the development of the technology itself, and will continue to expand its application field.关键词：快速成型，堆积法，高集成性、高柔性、高速性，自动、直接、快速、精确。

前言：21世纪是以知识经济和信息社会为特征的时代，随着科学技术的发展和社会需求的多样化，全球统一市场和经济全球化的逐步形成，产品的竞争更加激烈。

在工业化的国家中，60%—80%的财富是由制造业提供的。

制造业是衡量一个国家实力水平的重要标志之一，也是创造社会财富和国民经济赖以生存发展的重要支柱产业。

现代制造已不仅仅是机械制造，而且具有大制造，全过程，多科学的新特点。

大制造应包括机电产品的制造，工业流程制造，材料科学制造等等，所以它是一个广义的制造概念。

我国在先进制造技术方面和国外有比较大的差距，特别是我国制造业的自动化，信息化水平不高。

大力发展和应用先进制造技术，勇气改造传统产业和形成高技术，提升我国制造业得产业结构，产品结构和组织结构，增强其技术创新能力，产品开发，和市场竞争能力。

是制造业，特别是机械制造业走出困局的关键性措施。

这样才能保证我们世界工厂地位的确立，实现由制造业大国向制造业强国的转变。

快速成型技术的诞生快速成型技术作为一个专用名词在20世纪80年代末期，美国为了加强其制造业的竞争力与促进国民经济的增长，根据其制造业面临的挑战与机遇，并对其制造业存在的问题进行深刻反省提出来的。

快速成型技术是集成制造技术，电子技术，信息技术，自动化技术，能源晕技术，材料科学以及现在管理技术等众多技术的交叉，融合和渗透而发展起来的，涉及到制造业中的产品设计，加工装配，检验测试，经营管理等产品生命周期全过程，已实现优质，高效，低耗，清洁，灵活生产，提高对动态多变，细分的市场的适应能力和竞争能力的一项综合技术。

快速成型技术是顺应这一潮流而出现的先进制造技术，它能自动，直接，快速，精确的将设计思想物转化具有一定功能的原型或直接制造零件，快速成型技术是先进制造技术的重要组成部分，也是制造技术在制造理论的一次革命性飞跃，快速成型技术目前在美国，欧洲，日本等地已被广泛应用，受到制造业界及各类用户的普遍重视。

世界上第一台快速成形机于自1988年诞生于美国。

快速成型制造技术是国外20世纪80年代后期发展起来的一种新的技术，它与虚拟制造技术一起，被称为未来制造行业的两大支柱制造技术，快速成型制造技术的英文名称缩写是RPM，它全方位的提供了一种可测量，可触摸的手段，是设计者，制造者与用户之间的新媒体，其核心是基于数字化得新形成型制造技术。

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效低。

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，被称为是近20年来制造技术领域的一次重大突破。

快速成型的工作原理快速成形技术是在计算机控制下，基于离散、堆积的原理采用不同方法堆积材料，最终完成零件的成形与制造的技术。

1、从成形角度看，零件可视为“点”或“面”的叠加。

从CAD电子模型中离散得到“点”或“面”的几何信息，再与成形工艺参数信息结合，控制材料有规律、精确地由点到面，由面到体地堆积零件。

2、从制造角度看，它根据CAD造型生成零件三维几何信息，控制多维系统，通过激光束或其他方法将材料逐层堆积而形成原型或零件。

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。

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，当然，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"。

快速成型技术的发展国际上首台快速成型机于1987年诞生于美国，是由美国3DSystems公司制造的快速成型系统SLA-1，采用立体光刻法的快速成形制造系统。

1998年在我国上海举行的第七届国际模具技术和设备展览会上，美国、日本、德国、新加坡等国都展出了RPM设备。

目前全世界已有2000多台RPM系统投入使用。

我国RPM技术的研究始于1991年。

清华大学、西安交通大学、华中科技大学、南京航空航天大学等高校和北京隆源RPM公司、广州中望商业机器有限公司等都在RPM的研究与应用放面取得了显著成果。

清华大学现已开发出“M-RPMS-Ⅱ”型多功能快速成型制造系统，这是我国自主知识产权的世界唯一拥有两种RPM工艺的系统。

快速成型技术的基本类型1.光固化成型SLA(Stereo lithography Apparatus)工艺也称光造型、立体光刻及立体印刷，其工艺过程是以液态光敏树脂为材料充满液槽，由计算机控制激光束跟踪层状截面轨迹，并照射到液槽中的液体树脂，而使这一层树脂固化，之后升降台下降一层高度，已成型的层面上又布满一层树脂，然后再进行新一层的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕，得到1个三维实体模型。

2.分层实体制造LOM(Laminated Object Manufacturing)工艺或称为叠层实体制造，其工艺原理是根据零件分层几何信息切割箔材和纸等，将所获得的层片粘接成三维实体。

其工艺过程是：首先铺上一层箔材，然后用CO2，激光在计算机控制下切出本层轮廓，非零件部分全部切碎以便于去除。

当本层完成后，再铺上一层箔材，用滚子碾压并加热，以固化黏结剂，使新铺上的一层牢固地粘接在已成形体上，再切割该层的轮廓，如此反复直到加工完毕，最后去除切碎部分以得到完整的零件。

3.选择性激光烧结SLS(Selective Laser Sintering)工艺，常采用的材料有金属、陶瓷、ABS塑料等材料的粉末作为成形材料。

其工艺过程是：先在工作台上铺上一层粉末，在计算机控制下用激光束有选择地进行烧结(零件的空心部分不烧结，仍为粉末材料)，被烧结部分便固化在一起构成零件的实心部分。

一层完成后再进行下一层，新一层与其上一层被牢牢地烧结在一起。

全部烧结完成后，去除多余的粉末，便得到烧结成的零件。

4.熔融沉积制造FDM(Fused Deposition Manufacturing)工艺又称为熔融挤出成型，其工艺过程是以热塑性成形材料丝为材料，材料丝通过加热器的挤压头熔化成液体，由计算机控制挤压头沿零件的每一截面的轮廓准确运动，使熔化的热塑材料丝通过喷嘴挤出，覆盖于已建造的零件之上，并在极短的时间内迅速凝固，形成一层材料。

之后，挤压头沿轴向向上运动一微小距离进行下一层材料的建造。

这样逐层由底到顶地堆积成一个实体模型或零件。

5.三维打印3DP（也称三维印刷或喷涂粘结），是一种高速多彩的快速成型方法。

3DP的工艺过程是：1）采集粉末原料；2）将粉末铺平到打印区域；3）打印机喷头在模型横截面定位，喷黏结剂；4）送粉活塞上升一层，实体模型下降一层以继续打印；5）重复上述过程直至模型打印完毕。

快速成型技术的应用（2）在机械制造领域的应用由于RP技术自身的特点，使得其在机械制造领域内，获得广泛的应用，多用于制造单件、小批量金属零件的制造。

有些特殊复杂制件，由于只需单件生产，或少于50件的小批量，一般均可用RP技术直接进行成型，成本低。

（3）快速模具制造传统的模具生产时间长，成本高。

将快速成型技术与传统的模具制造技术相结合，可以大大缩短模具制造的开发周期，提高生产率，是解决模具设计与制造薄弱环节的有效途径。

(4)在医学领域的应用近几年来，人们对RP技术在医学领域的应用研究较多。

以医学影像数据为基础，利用RP技术制作人体器官模型，对外科手术有极大的应用价值。

(5)在文化艺术领域的应用在文化艺术领域，快速成形制造技术多用艺术创作、文物复制、数字雕塑等。

(6)在航空航天技术领域的应用在航空航天领域中，空气动力学地面模拟实验(即风洞实验)是设计性能先进的天地往返系统(即航天飞机)所必不可少的重要环节。

快速成形制造技术广泛应用于汽车制造，航空航天，船舶工程，动力机械，家电，电动工具，医疗机械的修复，轻工玩具与工艺品的制作等行业，设计艺术，建筑等众多领域。

快速成型技术的发展趋势RP技术随着成型工艺的进步和应用的扩展，其概念逐渐从快速成型向快速制造转变，从概念模型向批量定制转变；与此同时，成型设备也向概念型，生产型和专用型三个方向分化。

RP技术的发展日益依赖于实现“离散—堆积”过程的使能技术的发展。