RP技术的发展及其研究

张慧梅

摘 要：文章主要针对快速成型进行了分析，详细介绍了其发展状态以及作用原理和特点，并对当前已经投入使用的几种技术进行了论述，对该项技术需要进行开发、研究的内容展开了探讨。

关键词：成型工艺；快速成型；制造技术

RP技术即快速成型技术，该技术最初起源于上世纪八十年代，在制造领域中属于一种全新的技术。随着科技的进步以及新型材料工艺的出现，RP技术迅速发展。区别于传统的制造方法，RP技术是将零件的设计制造从传统工具中解脱出来，向着CAD几何模型出发，通过使用计算机软件将模型进行分层离散，并利用数控系统进行控制，采用激光束将材料进行堆积，从而形成实体零件模型的技术。由于它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。

1 技术发展

在目前的制造行业中，快速制造技术一直是技术研发的重点，RP技术作为目前发展最快的技术之一，从最初的产生到后期的成熟，虽然发展速度上降低许多，但是由于新工艺、新装备的出现，RP技术发展仍旧较为活跃。

RP技术研究在我国的起步最初在上世纪九十年代，最初我国应用的RP技术主要是引进技术。依照报道，我国目前从国外引入RP设备以及技术的企业已达到了数十家，RP技术以及设备的应用使得企业的生产力大大提高，因而获得了巨大的效益。目前我国RP技术对于研究也进入了稳步阶段，国产RP设备也逐步的同国际发达国家生产同类产品水平相当，并且成本更低。我国在发展中，逐步形成了RP材料以及设备的制造体系。近年来，在国家科学技术部的支持下，我国已在深圳、天津、上海、西安、南京、重庆等地建立一批向企业提供RP技术的服务机构，并开始起到了积极的作用，推动了该技术在我国的广泛应用，使我国RP技术的发展走上了专业化、市场化的轨道，为国民经济的发展作出了贡献。

2 原理分析

离散堆积成型是RP技术所采用到技术原理，通过CAD模型快速制造出各类复杂的三围图形，并直接驱动的技术便是RP。其技术作用过程中为：在计算机中利用三维CAD软件依照实际的需要将所需要的零件的三维曲面或者模型制作出来，即制作电子模型。依照工艺具体需求，对该电子模型依照一定厚度分层，将三维电子模型转变为平面的截面信息，通过计算机的控制，以平面加工的方式令数控系统有序的进行薄层式加工，并自动的将所有的薄层粘结成型。

对RP技术体系进行分解，可以将其分解为五个环节，即：三维CAD造型、反求工程、数据转换、原型制造、后处理等，其环节和环节之间相互联系。

3 技术特点分析

首先，使用RP技术使得零件的制造周期更短，使用CAD从设计到制造零件原型，往往仅仅需要几个小时，复杂的零件几十个小时便可以制造出来，相比较于传统的成型法更加高效快速，适用于新产品的研发。在CAPP法中设计制造一体化相对与落后，并且这一问题难以克服，而RP技术加工工艺使用了离散堆积，因此CAD、CAM的结合性良好。其次，在RP技术中可以依照零件实际需要的形状进行设计成型，而不会受到专用工具的限制，在新产品的研发中大大缩短了其周期，并且零件形状无论如何复杂都不会受到限制。在设计中仅仅需要将CAD模型改变即可，柔性相对较高，通过参数的重新设置调整，便可以改变零件的形状。最后，RP技术所应用的领域较为广泛，能够适用于各类材料，并且其技术继承了计算机、激光、数据、机械、材料等，在多种技术的集成下，诞生了高效快速的RP技术，因此其技术还富有鲜明的时代特征。

4 不同的RP工艺比较

光机电一体化技术的发展以及CAD建模技术的进步，使得RP技术的发展有了更加广阔的发展空间。依照所需要的材料不同可以将RP技术分为不同种形态，其中已经在应用的RP技术有十多种，但是发展相对较为成熟的只有四种，即：SLA、LOM、SLS和FDM。

（1）光固化立体造型（SLA），SLA使用的是可光固化的液体材料，当扫描器在计算机的控制下将激光器的能量按分层信息传递给成型液面后，扫描区就发生聚合反应和固化，完成一层的加工。采用这种方法成型的零件有较高的精度且表面光洁，但可用材料的范围较窄。

（2）分层物件制造（LOM），LOM的层面信息通过每一层的轮廓来表示，激光扫描器的动作由这些轮廓信息控制，它采用的材料是具有厚度信息的片材。这种加工方法只需加工轮廓信息，所以可以达到很高的加工速度，但材料的范围很窄，每层厚度不可调整是最大缺点。

（3）选择性激光烧结（SLS），SLS使用固体粉末材料，该材料在激光的照射下，能吸收能量，发生熔融固化，从而完成层信息的成型。这种方法适用的材料范围广（适用于聚合物、铸造用蜡、金属或陶瓷粉末），特别是在金属和陶瓷材料的成型方面具有独特的优点。SLS无材料浪费现象，未烧结的粉末可重复使用。目前成熟的工艺材料为蜡粉及塑料粉，用金属粉或陶瓷粉进行粘结或烧结的工艺还正在实验阶段。

（4）熔融沉积造型（FDM），FDM不是采用激光作能源，而是将电能传递给塑料丝，在挤出喷头前达到熔融状态，喷头在计算机的控制下将熔融的塑料丝写到工作台上，从而完成整个零件的加工过程。这种方法的能量传输和材料传输均不同于前面三种方法，系统成本较低；但由于喷头的运动是机械运动，速度有一定限制，所以加工时间较长，且其材料使用范围不广。

5 还需研发的技术内容

快速自动成型同其他技术相互融合、密切配合是现代RP技术发展的难点和重点。目前RP技术正在不断向着产业化方向发展，逐步实现工业化。但是就目前的发展状态来看，其技术仍旧存在诸多需要克服的难点。例如，材料在生产过程中存在的残余应力以及所能够处理的材料种类限制等。RP技术在生产过程中所需要的设备以及所使用的材料成本相对较高，因而只适用于小批量的生产。另外其成型速度以及精度上仍旧需要进一步改善，因此可以总结出，快速成型技术在未来的发展中应当进一步改善以下几方面内容：

首先应当从可靠性、大件制作能力以及生产率等方面改善技术系统，尤其从制作精度方面对快速成型系统予以改善；其次对该技术系统的生产成本进行降低，使之成为经济型、高效型的生产系统，并针对其技术工艺以及生产方法予以改进；另外，在快速模具的生產应用上海需要做进一步研究，同时对快速成型材料进行开发，提高材料性能，并开发高性能软件；最后则是将快速成型技术同其他技术相互结合，提高自动测量精度，并将逆向工程同自动测量进行集成。

6 结束语

在制造领域中，RP技术的出现实一场技术革命，快速成型技术进步的基础是计算机、激光、新材料技术的进步，同时也离不开其他先进技术的发展。RP技术在新技术的推动下还在进一步的发展，因而在未来的应用中其具有更加宽广的空间。尤其是快速成型系统的可靠性、精度以及材料、软件的应用上，将会快速更新。

在我国很多研究机构中，有关RP技术的研究相对较为广泛，但是该种技术的普及应用率还相对较低，远远无法达到科技进步以及经济发展的需要。但是由其发展状态推断，通过科技人员的努力，我国RP技术必然会飞速发展，且其应用也将更加的广泛。因而RP技术在目前的制造领域具有极其重要的地位。

参考文献

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