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 .................................................................................................................. 17 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
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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
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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]
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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
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