RPM技术的应用及优化探讨

RPM技术在国民经济极为广泛的领域得到了应用，并且还在向新的领域发展。

1）快速产品开发

RPM在产品开发中的关键作用和重要意义是很明显的，它不受形状复杂程度的限制，可迅速地将显示于计算机屏幕上的设计结果变为可进一步评估的实物原型，根据该原型可对设计的正确性、造型的合理性、可装配和干涉性进行具体的检验。对于一些新产品，或如模具这样形状复杂、造价昂贵的零件，若根据CAD模型直接进行最终的加工制造，风险很大，有时往往需要多次返工才能成功，这不仅研制周期长，资金消耗也相当大。通过RPM原型的检验可将这种风险降到最低限度。

采用RPM快速产品开发技术可减少产品开发成本30%～70%，缩短开发周期50%。如德国某公司开发的光学照相机机体，采用RPM技术从CAD建模到原型制作仅需3～5天时间，耗费5 000马克；而用传统的方法则至少需一个月，耗费3万马克。

2）RPM在医学领域中的应用

在医学上，应用RPM技术进行辅助诊断和辅助治疗的应用也得到日益推广。如脑外科、骨外科，可直接根据CT扫描和核磁共振数据转换成STL文件，再采用各种RPM工艺技术均可制造出病变处的实体结构，以帮助外科医生确定复杂的手术方案。在骨骼制造和人的器官制造上，RPM有着独特的用处。如人的右腿遭遇粉碎性骨折，则用左腿的CT数据经对称处理后可获得右腿粉碎破坏处的骨组织结构数据，通过RPM技术制取骨骼原型，可取代已破坏的骨骼，注以生长素，可在若干天后与原骨骼组织长为一体。

3）快速模具制造（Rapid Tooling，RT）

随着多品种小批量时代的到来以及快速占领市场的需要，开发快速经济型模具越来越引起人们的重视。RT技术无需数控铣削，无需电火花加工，无需专用工装，直接根据RPM原型可将复杂的模具型腔制造出来，是当今RPM技术的最大优势。RT技术与传统模具制造技术相比，可节省三分之一的时间和成本。RT技术可分为直接制模和间接制模两大类，各自又都有许多不同的工艺方法。范围之广，足以使人们根据产品规格、性能要求、精度需要、成本控制、交货期限来选择合适的技术路线。

（1）间接制模。间接制模是指利用RPM技术首先制造模芯，然后用此模芯复制软质模具，或制作金属硬模具，或者制作加工硬模具的工具。相对于直接制模来说，间接制模技术比较成熟，常用的技术方法和工艺有如下几种。

①硅橡胶浇注法。该法以RPM原型为母模，采用硫化的有机硅橡胶浇注制作硅橡胶软模。其工艺过程为：对RPM原型进行表面处理，并在原型表面涂洒脱模剂→将原型放置在模框内并进行固定，同时在真空室对硅橡胶进行配置混合→抽去气泡，向已准备好的模框内浇注混合的硅橡胶液→待硅橡胶固化后开模，取出原型，便得到所需的硅橡胶模。

这种RT工艺方法可不考虑增设模具拔模斜度，有较好的切割性能，用薄刀片就可容易地将硅橡胶切开。因此用硅橡胶来复制软质模具时，可以先不分上下模，整体浇注出模具后再由预定的分模面将其切开，取出原型，即可得到上下模。目前高温硫化硅橡胶模可作为压铸模，铸造如锌合金这样的金属件，寿命可达200～500件。(www.xing528.com)

②树脂浇注法。树脂浇注法是以液态环氧树脂作为基体材料，将RPM原型进行表面处理并涂洒脱模剂，选择设计分型面，然后进行环氧树脂浇注，取出原型后，便得到所需软质模具。环氧树脂模的制作工艺简单，成本低廉，传热性好、强度高，适合于注塑模、吸塑模等模具，其寿命可达3 000件。

③精密铸造陶瓷型模具。其工艺过程为：RPM原型→复制硅橡胶或环氧树脂软模→移去母模原型→利用软模浇注或喷涂陶瓷浆料并硬化→浇注金属形成金属模→金属模型腔表面抛光→加入浇注系统和冷却系统→批量生产用注塑模具。

④电铸法制作金属模。工艺过程：RPM原型→复制软模→移去母模原型→在软模中浇注石蜡石膏模型→石蜡石膏模型表面金属化处理→电铸形成金属硬壳→制作背衬→加入浇注系统和冷却系统→作为注塑、压铸模具。

⑤金属熔射喷涂法制作金属模。工艺过程：RPM原型表面处理→原型表面喷涂雾状金属形成金属硬壳→制作背衬→加入浇注系统和冷却系统→作为注塑、压铸模具。所制作的模具力学性能好，可以作为工作压力较高的模具。

⑥熔模铸造制作模具。工艺过程：RPM原型→制作蜡模压型→蜡模→利用蜡模熔模铸造制成金属模。

（2）直接制模。随着RPM技术的发展，可用来制造原型的材料越来越多，性能也在不断改进，一些非金属RPM原型已有较好的机械强度和热稳定性，可以直接用作模具。如采用LOM工艺的纸基原型，坚如硬木，可承受200°的高温，并可进行机械加工，经适当的表面处理，如喷涂清漆、高分子材料或金属后，可作为砂型铸造的木模、低熔点合金的铸模、试制用的注塑模及熔模铸造用的蜡模成形模。若作为砂型铸造木模时，纸基原型可制作50～100件砂型，用做蜡模成形模时可注射100件以上的蜡模。

利用SLS工艺烧结由聚合物包覆的金属粉末，可得到金属的实体原型，经过对该原型的后处理，即高温熔化蒸发其中的聚合物，然后在高温下烧结，再渗入熔点较低的如铜之类的金属后可直接得到金属模具。这种模具可用作吹塑模或注塑模，其寿命可达几万件，可用于大批量生产。

利用RPM技术直接制造金属模具的方法在缩短制造周期，节省资源，发挥材料性能，提高精度，降低成本方面具有很大潜力。目前，用SLS和FDM等工艺方法直接成形金属模的研究仍在进行之中。

另外，注塑模、压铸模等多种模具，常常需要用电火花机床（EDM）通过成形电极进行电加工。利用RPM原型或其工艺转换模，采用研磨法、精密铸造、电铸、粉末冶金、石墨成形等方法，快速制作金属电极和石墨电极，用于所需模具的加工，要比通常的机械加工方法具有速度快、质量好、成本低、制造周期短的特点。