快速原型制造技术详解

快速原型制造技术是快速形成所需实体制件的制造技术，在20世纪80年代后期起源于美国，是最近30多年来世界制造技术领域的一次重大突破。它能将已具数学几何模型的设计迅速、自动地物化为具有一定结构和功能的原型或零件。快速原型制造技术综合利用计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）技术、数控技术、激光加工技术、材料技术、测试传感技术、数据处理技术等机械电子技术和计算机技术，通过固化、烧结、黏结、熔结等方式，将材料逐层或逐点堆积成形。

快速原型制造技术主要方法有光固化法、迭层法、烧结法、熔融沉积法。

快速原型制造技术获得零件的途径不同于传统的材料去除或材料变形方法，而是在计算机控制下，基于离散/堆积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。从成形角度看，零件可视为由点、线或面叠加而成，即从CAD模型中离散得到点、线、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。从制造角度看，它根据CAD造型生成零件三维几何信息，转化为相应的指令传输给数控系统，通过激光束或其他方法使材料逐层堆积而形成原型或零件，无需经过模具设计制作环节，极大地提高了生产效率，大幅降低了生产成本，特别是极大地缩短了生产周期，因而被誉为制造业中的一次革命。

快速原型制造技术制造实体样件的步骤是：

（1）由CAD软件设计出样件的实体模型，并按照一定的厚度在Z坐标方向对生成的CAD模型进行切面分层，生成每个截面的二维平面信息；

（2）对二维层面信息进行工艺处理，选择合适的加工参数，系统自动生产刀具移动轨迹和数控加工代码；

（3）对加工过程进行仿真；

（4）利用数控装置控制激光束或其他工具的运动，在当前层上进行轮廓扫描，加工出适当的截面形状；

（5）铺上一层新的成形材料，进行下一层面的加工，重复上述过程，直至样件加工完毕。

快速原型制造技术的技术特征有以下6点。

（1）高度柔性。快速原型制造技术的最突出特点就是柔性好，它取消了专用工具，在计算机管理和控制下可以制造出任意复杂形状的零件，它可重编程、重组、连续改变，把生产装备用信息方式集成到一个制造系统中。

（2）技术的高度集成。快速原型制造技术是计算机技术、数控技术、激光技术与材料技术的综合集成。在成形概念上，它以离散/堆积原理为指导，在控制上以计算机和数控为基础，以最大的柔性为目标。因此只有在计算机技术、数控技术高度发展的今天，快速原型制造技术才有可能进入实用阶段。

（3）设计制作一体化。快速原型制造技术的另一个显著特点就是计算机辅助设计与制造（Computer Aided Design and Computer Aided Manufacturing，CAD/CAM）一体化。在传统的CAD/CAM技术中，由于成形思想的局限性，致使设计制造一体化很难实现。而对于快速原型技术来说，由于采用离散/堆积分层制作工艺，能够很好地将CAD/CAM结合起来。(www.xing528.com)

（4）快速性。快速原型制造技术的一个重要特点就是其快速性。这一特点适合于新产品的开发与管理。

（5）自由形状制造。快速原型制造技术的这一特点是基于自由形状制造的思想。

（6）材料的广泛性。在快速原型领域中，由于各种快速原型工艺的成形方式不同，因而材料的使用也各不相同。

快速原型制造技术用于产品开发的设计评价、功能验证、可制造性和可装配性检验、非功能性样品制作、快速制造模具、快速制造金属型零件以及快速反求工程等。快速原型制造技术能大幅缩短产品开发周期、降低产品开发成本，其与虚拟制造技术一起，被称为未来制造业的两大支柱技术。

复习思考题

1.何谓特种加工？它有哪些主要方法？为什么特种加工能用来加工难加工的材料和形状复杂的工件？

2.电火花线切割加工有何特点？

3.电解加工有何特点？

4.超声波加工的基本原理是什么？

5.激光加工应用的技术基础是什么？可以从中获得哪些启示？

6.说明电子束加工和离子束加工的工作原理和特点。