快速成型技术对地区工业发展的影响研究

刘俊英 梁丰

摘要本文简要介绍了快速成型技术（RP技术）的内涵、分类以及特点。着重介绍了快速成型技术在河源的应用及其对河源工业发展的影响。RP技术是制造史上的一次突破，优化了产品开发过程，缩短了产品开发周期，在产品设计阶段可进行功能试验并接受设计评估与校审，降低产品及模具开发成本，对工业发展具有非常深远的影响。

关键词快速成型技术工业发展河源市

1 快速成型技术的内涵及分类

快速成型技术（Rapid Prototyping，简称RP）是上个世纪八十年代发展起来的一种新型的产品制造技术。传统的制造工艺需要模具、刀具和工装夹具的配合才能加工出零件，而快速成型技术则不需这些工具，可以直接利用产品设计的原型（CAD）数据，用材料堆积的方法快速制造出新产品的模型、样件或模具。概括来讲，快速成型技术是一种先离散再堆积的成形过程。所谓的离散就是产品前期数据处理，而堆积则是材料的物理实现形成产品。在离散过程中，将产品的三维CAD模型沿特定方向进行分解，得到一系列截面片层数据，再根据所制定的工艺要求，获得控制快速成型设备成形头运动的轨迹；在材料堆积过程中，成形头在已定的运动轨迹控制下，加工出产品层片，层片不断堆积相互连接，进而加工出产品零件。①

迄今为止，快速成型技术已有十几种成型方法，每种方法都有其自身的成型特点和应用范围。在实际生产中比较常用的成型方法有立体光固化成型法(SM)、选择性激光烧结法 (SIS) 、熔融沉积造型法(FDM)、叠层制造法(UM)等。

2 快速成型技术的特点②

（1）极快速的成型过程。RP系统几乎可以与所有的CAD系统相融合，从电脑三维模型生成到加工出实际产品只需要几小时到几十小时的时间； （2）可以制造任意复杂形状的三维实体，零件制造周期和制造成本与其复杂性无关，只与其净体积有关； （3）用CAD模型直接驱动，实现设计与制造高度一体化，其直观性和易改性为产品的完美设计提供了优良的设计环境； （4）成型过程无需专用夹具、模具、刀具，既节省了费用，又缩短了制作周期；（5）可与CAD/CAM系统高度集成。快速成型技术用三维扫描设备扫描出产品的模型数据，可用常用CAD/CAM系统打开该模型，避免了传统意义上的产品三维造型过程和数控加工的复杂编程步骤，从而实现高度自动化和程序化。

3 快速成型技术在河源的应用及其对河源工业发展的影响

快速成型技术是制造史上的一次重大变革，对河源工业的发展也具有非常大的影响。其影响可以概括为以下几个方面。

（1）RP技术是制造史上的巨大突破，可促进工业更好更快发展。利用RP技术加工零件，与传统加工方法完全不同，不需要刀具、夹具和模具，而是利用激光、电能、热能等手段，将液态材料固化、粉末态材料烧结、聚合，进而完成造型过程。造型后可通过打磨、喷漆等方式进行后处理。这种新的制造方式可免除制造刀具、夹具和模具的过程，直接进行产品加工，降低加工成本，减少加工时产生的噪声。这一新型的制造工艺可以加快工业发展速度，促进工业更好更快发展。

（2）RP技术可以优化新产品设计开发过程，有效缩短新产品研发周期，确保新产品投放市场时间，是快速市场响应的重要保证。传统意义上的新产品开发，因要完成产品设计、工装夹具设计及加工、模具设计及加工等一系列的步骤，用户一般要等待5~6个月才能看到新产品的样件，而且样品成型后才能真正进行设计验证，不能保证百分百的成功率。运用RP技术进行新产品开发，产品的实体造型过程、快速成型过程以及3D数字化技术成为决定产品开发速度和质量的主要因素，这些开发过程大多决定于软件应用的熟练度和快速成型设备操作的熟练度，产品开发周期可大大缩短。而且，在开发过程中，可以应用快速成型技术得到不同阶段的试件原型，不断地对原型进行评价修改，并随时得到用户的反馈，及时更正每个设计阶段发现的错误。这样，利用RP技术，可以在很短的时间内（几小时或几天内）精确地生产出新产品的原型，使模型的制造时间缩短数倍甚至数十倍。③由此可见，RP技术可认为是一种新型的柔性制造工艺，不仅大大缩短了产品开发周期，而且明显降低了新产品开发的失败率，显著提高新产品投产的一次成功率。

（3）产品在设计阶段可进行功能试验并接受设计评估与校审。传统的新产品开发，只能利用软件进行物理、力学等功能验证，存在一定的风险性。RP技术所使用的新型光敏树脂材料等制成的试件原型具有足够的强度，可用于物理、工程力学、材料力学、流体力学等方面的试验。在产品设计阶段，同步制作出样件模型，进行相应功能试验，使新产品的设计开发更具有市场说服力，提高企业竞争力。河源市有些企业就是利用快速成型技术，在产品设计阶段接受设计评估与校审，利用RP原型争夺产品订单，使其在河源的整个工业发展中立于不败之地。

（4）RP技术对河源工业发展的其他影响。RP技术的应用对河源工业发展的影响是多方面的。除了上述介绍的几点外，RP技术的出现还提高了制造复杂零件的能力，使复杂零件的直接制造成为可能，因使用传统制造工艺进行复杂零件的制造需要复杂模具制造、夹具制造，加工成本非常高，使用RP技术可大大降低复杂零件的加工成本，同时减少研制时间；应用RP技术进行新产品研发可以实施并行工程，使新产品的造型设计、样件加工、市场询价订货、生产加工准备等工作能同时进行，并能使产品设计、交流和评估更加具有真实性和可信性；应用RP技术可以支持创新设计、改进产品外观，有利于优化产品设计，这对工业外观设计尤为重要，河源是手机制造基地，手机的外观设计非常重要，更新换代也比较快，应用RP技术对手机产业发展具有非常重要的意义；利用RP技术进行快速模具制造在河源也有部分应用，这可以为传统的模具制造企业增添新的活力，快速地实现单件及小批量产品的生产，大大提前新产品上市时间，节省大量开模费用的同时也使相应企业在地区工业发展中处于不败之地。

4 结论

RP技术是一种先进的加工技术，采用RP技术可以快速制造出产品的样件或模型，使新产品的设计、交流、功能验证、工程分析、市场询价订货等可以并行实施，并能真实可靠地优化产品设计，从而有效提高新产品开发的成功率，同时缩短新产品研发周期，降低企业生产成本，提高企业的市场竞争力。河源工业发展起步较晚，要促进河源工业的快速发展，迫切需要增强企业创新意识、加大新产品开发力度，应用RP技术正好可以满足这些要求，为河源地区的工业发展提供动力和活力。不难看出，RP技术的应用对包括河源在内的各个城市的工业发展都具有非常深远的影响。