国内外现状和发展趋势引言快速成型技术 (RapidPrototyping，简称RP)是国际上二十世纪八、九十年代发展起来的一种新型的制造技术”。

它基于增材制造的原理(MaterialIncreaseManufacturing，简称MIM)，根据零件的CAD模型直接成型复杂的零部件或模具，不需要任何工装，突破了传统去材法或变形法加工的许多限制，堪称制造领域人类思维的一次飞跃。

其汇集了计算机科学、CAD,CAM、数控技术、计算机图形学、激光技术、新材料等诸多工程领域的先进成果，解决了，传统加工方法中复杂零件的快速制造难题，能自动、快速、准确地将设计转化成一定功能的产品原型或直接制造零件，对缩短企业产品的开发周期、节约开发资金、提高企业的市场竞争力均具有重大的意义。

RP技术的研究与开发在国外得到了广泛重视。

本文将从以下儿方丽对该技术的最新成果作一综述，并对未来的发展趋势加以探讨。

1 快速成型新设备最近几年，快速成型新设备的研制与开发集中体现在两个方面，一是原有RP的设备完善与提高，推出性能更高、功能更强的改进型;二是新型RP设备的涌现。

在原有设备的完善与发展方而，德国EOS公司树脂光照成型设备STEREOSMAX60O的制作范围为60Omm×60Omm×400n'fin(激光扫描速度可达 10m,s;粉末烧结成型设备EOSINTS一700的制作范围为700mnl×380mm×380mlTl，激光扫描速度可达2(5m,S，专门用于铸造砂型的制作。

日本CEMT公司的树脂光照成型设备SOUP一1000的制作范围更大，为1000 mrn×800mnl×500mnl。

美国DTM 公司的Sinterstation2500的制作范围达300nlln×381mlTl×432mlTl，制作能力比Sinterstation 2000儿乎大一倍，在汽车和航空制造业中将有更大用途。

它采用在z方向的动态聚焦技术，使激光光斑在大零件的边缘也能保持较小的圆形，保证整个原型有较高的分辨率。

DTM公司最近又推出了新的快速成型系统Sinterstation2500plus。

3DSystems 公司的SLA一500,40，其制作速度比SLA一500,30的制作速度快 45, SLA一250,50的制作速度比SLA一250,40的快 6o,; SLA一350采用Zephyr再涂层技术，最上而的待成型树脂用真空吸附式刊板结构涂布供给，不需要沉入液态树脂中，提高厂速度，在制作的原型中不再混有液态树脂。

3DSystems公司最近又推出了性能更为强大的SLA一7000，可以进行包括高强度sL树脂在内的各种树脂的成型。

Helisys公司的L0M一2030成型速度比第一代机快 30, Stratasys的FDM一1650采用改进的挤出头和软件，速度比FDM 一1600快3倍。

而FDM一8000的制作速度比FDM一1650快 1倍，制作范围达508n1m×431n1m×610n1m，精度为0(13n1m。

目前儿乎所有 RP设备的x—Y精度都已经非常高，甚至可达数控机床水平，但Z方向精度牵涉到材料变形和难于直接精确监控等因素，一般都大于0(1n1m 。

新型设备方面，RIKEN与NrITrDATACMET公司合作开发了C0SMART(Colors0lidModelingAdvancedRIKENTechnology)系列的快速成型设备，主要包括 COSMART—S、COSMART—I与SMART—M。

COSMART—S是一台与 SOUP类似的设备，目前在彩色树脂成型方面取得很大成绩;COSMART—I另外包括一台WAX合浸装置和一台粉末去除装置，已成功制造出彩色DNA大分子模型，受到业界的广泛关注;SMART—M(SolidHighSpeedMilling)是一台RP与高速铣相结合的设备，反映了快速成型技术的一个重要发展趋势;此外，AMINOCORPORATION开发了精密压制成形设备，AutostradeCo(Ltd(开发了类似于SL的设备E—DARTS，DenkenEngineeringCo(Ltd(开发了SLP一600设备，HitachiLtd(开发了x—rayCT 设备，ImanishiManufacturingCo(Ltd(开发了S—Art设备2 快速成型新工艺常用的快速成型技术有立体光造型(SLA)、熔融沉积制造 (FDM)、叠层制造(IDM)、选择性激光烧结 (SIS)及三维印刷等。

各种 RP方法各具特点，但是没有一种方法能满足所有的生产要求，各自都在不断改进中。

目前，新的快速成型方法或工艺也是快速成型技术研究的一个热点，出现了很多新型的快速成型方法，例如选择性电铸、低温冰型、金属零件的直接成型等。

2(1 选择性电铸选择性电铸是传统电铸在快速成型技术中的新应用。

不同于传统的快速成型方法，它利用离子沉积的方法有选择地沉积金属离子，形成三维零件实体的一个层而，一个层面的制造完成后，作为极的工件下降一定的高度，快速成型机软件系统通过数据处理得到新层的数据，控制阳极喷头开始新层的沉积，如此层层叠加得到金属零件 1卡?对而言，选择性电铸具有很多优势:(1)由于选择性电铸采用离子沉积的方法得到三维实体零件，其制作的零件致密度较高 (2)选择性电铸的加工过程中，金属离子在系统阴极得到电子还原为金属原子，金属原子源源不断地堆积，从而可直接形成金属件。

(3)通过适当的数据处理，快速成型系统可以方便地求得三维零件实体二维层而的“逆”层而，?U零件模腔的层而。

根据这一原理，埘零件的各层面逐层求“逆”，然后采用选择性电铸逐层制作出各个“逆”层而，层层叠加，就可以直接得到零件的金属模腔。

(4)卡u对于其它快速成型工艺，选择性电铸的工具仅为电解液与辅助金属电极，运行成本与设备成本均较为低廉。

(5)相对于传统电铸，选择性电铸电流密度高，因而~Ji-v效率也较高;同时，选择性电铸可以有效地消除传统电铸中由于电场强度分布不均匀所造成的铸件畸变。

(6)基于金属原子的堆积及组装技术，可实现微型机械的快速制造，为快速成型技术开辟了新途径。

2.2 低温冰型低温冰型是利用水作为成型材料的一种新型数字喷射快速成型方法。

成型过程中，快速成型机的软件系统首先接受三维实体零件的CAD模型，在高度方向上对CAD模型离散化，得到三维CAD模型的各层面信息，生成加工的控制代码;而后，在计算机的控制下，快速成型机挤压喷射形成水滴，低温下水滴凝固粘连到基体上，逐渐形成冰型的一个层而。

如此循环往复，堆积出零件的三维冰型。

与其它的快速成型方法相比，低温冰型具有以下特点:(1)设备成本与运行成本低廉(由于这种成型方法采用水作为成型材料，无需激光器等昂贵的工具，设备的运行、维护所用的成本均较低);(2)成型材料容易获得;(3)无污染;(4)可以获得较好的精度与表面光洁度;(5)去除容易，适于做零件的可消失模。

2(3 金属件的直接成型快速成型的最终目的在于金属零件的制备。

基于这个目的，近年来国内外均展升了金属零件直接成型工艺的研究。

其中，Aeromet公司已经在这方面做了大量的研究工作。

据报道，已成功地直接成型出钛合金的金属零件，并应用到飞机上，其采用的激光器为 l4千瓦大功率激光器，成型材料为钛合金粉末。

3 快速成型新材料一般而言，快速成型用材料应满足:用RP系统直接制造功能件的材料要接近其最终用途埘强度、刚度、耐潮性、热稳定性等的要求;利用快速精确地制造原型;利于快速制模的后续处理。

快速成型新材料的研究是快速成型技术研究的另一个热点。

FDM使用的ABS具有很强的力学性能。

涂有牯结剂的塑料带、不锈钢带和陶瓷带，可适用于标准的IDM工艺。

德国的EOS公司的STEROS系统和日本 CMET公司的OSUP系统也已采用环氧光敏树脂。

在光敏树脂中添加陶瓷等粉粒材料，可制造特殊功能件或快速制模。

SSI的材料选择范围最广，如石蜡、聚碳酸酯、尼龙、填有玻璃的尼龙(具有极好的刚度和热阻性)、DTM专有型芯材料TrueForm和 SandFormZr。

TrueForm用于熔模铸造和小批量生产的软模具。

美国3DSystems公司最初的材料性能较差，现在环氧材料已取代早期的丙烯酸，其强度大大提高。

另外后续制模材料的研究也较多，如杜邦公司研制的用于硅橡胶模复制的聚氨基甲酸酯快速固化材料，其固化时间由原来的数小时缩短为 2分钟，脱模时问只有十多分钟。

最近使用液态光成型材料的各公司都开始配齐环氧系列产品，原因是阳离子系光硬化树脂具有低收缩性和构造特性。

由于光成型材料是用光能使液体向固体三维架桥的硬化性树脂，因此，与广泛使用的通用热塑性材料相比，其物理性能和机械特性现在还不能完全与通用热塑性材料比美。

材料特性的改良仍在逐步进行。

使用固态材料的堆积成型系统中，采用塑料、陶瓷、金属、淀粉、石膏等微细粉末以及熔融材料、纸、薄膜等片状材料，可充分发挥材料的自身特性。

4 快速成型技术的新应用快速成型技术的最初应用主要集中在产品开发中的设计评价、功能试验上。

设计人员根据快速成型得到的试件原型对产品的设计方案进行试验分析、性能评价，借此缩短产品的开发周期、降低设计费用。

典型的应用案例有:美国汽车制造商克莱斯勒 (Chrysler)采用SLA制作的车体原型进行空气动力学试验，取得了较好的试验效果，不仅节约 l『新车型的开发费用，而且也极大地缩短了新车型投放市场的时间。

经过十几来的发展，快速成型技术早已突破了其最初意义上的“原型”概念，向着快速零件、快速工具等方向发展。

就模具的快速制造而言，目前较为成熟的有间接制模与直接制模两种工艺，间接制模通常使用原型件进行模具模腔的翻制，如硅像胶模、环氧树脂膜、金属冷喷涂膜等;直接制模工艺则通过快速成型系统直接成型模具模腔“绿件”，而后通过适当的后处理得到金属的模具模腔，例如美国DTM公司采用SLS工艺烧结包覆树脂的钢粉末制成模腔原型，经过渗铜和其它后处理得到钢铜合金的注塑模腔和模芯镶块。

最近，间接法制模工艺正逐步转向直接制模工艺。

以前着眼于小批试制的简易模具，近来转向中等批景、甚至是大批最生产的准耐久模具的制造。

这是因为与试制品制作领域相比，模具制造领域的市场规模更大，成长率更高“。

快速精铸技术 (Quick—Casting)也是快速成型技术较为成熟的应用之一。

目前来讲，快速精铸的实现主要有三种途径:烧失型铸造熔模的快速制造、铸造型壳的快速制造与铸造压型的快速制造。

在烧失型铸造熔模的快速制造方而，美国3DSystems公司通过 SLA形成了较为成熟的工艺;在铸造型壳的快速制造方丽，Soligen公司用 3D—P原理制成陶瓷铸壳，DTM则采用SLS工艺烧结包覆树脂的陶瓷粉末材料制成陶瓷型壳。