机械设计制造中快速成型技术的应用

（湖南应用技术学院 湖南 常德 415000）

快速成型技术概述

快速成型（RP）技术是在近代CAD、CAM技术、计算机数控技术、激光技术、精密伺服驱动技术、材料科学技术的基础上共同发展起来的，这些技术奠定了快速成型（RP）技术的物质基础。不同类型的快速成型系统因为所用成形材料的不同，导致成形原理和成型系统特点也各有不同。但其基本原理都是相似的，那就是通过CAD技术将复杂的三维制造转化成一系列二维平面图形的制造，俗称“分层制造，逐层叠加”。就如同数学中的微积分一样，利用特殊材料经过层层累积，最终形成特定的产品。

快速成型技术在机械设计制造中的原理及其特点

快速成形（RP）技术是在计算机强大的分析能力下，基于离散化、堆积成型的原理采用不同方法堆积材料，最终完成零件的技术。

（1）从成形方面看，零件制造采用“堆积成型”的技术方式，从CAD电子模型中离散得到有关原型零件的几何形状、结构和材料的组合信息，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，由面到体地进行三维堆积。

（2）从制造方面看，它根据CAD造型生成零件三维几何信息，通过分析数据，文件进行离散，经过激光束或其他方法进行堆积，后处理，最终形成零件实体。

在快速成型技术发展过程中，由于其独特的加工方式及其应用范围广泛，形成了传统机械加工所不具备的一些特点。

（1）制造原型所用的材料没有具体限制，各种金属和非金属材料均可使用。

（2）产品多样化复杂化，因此，原有机械制造工艺与制造原型不能适应产品需求，所以加工复杂曲面时快速成型技术更显优越。

（3）没有传统机械加工条件约束，使快速成型技术加工周期短，成本低。

（4）利用CAD模型驱动，各种软件的相辅相成，实现了设计制造一体化。

（5）快速成型技术的发展，使产品加工的加工程序优化，周期大大缩短，大学生对机械设计制造的兴趣被极大的激发。

快速成型技术在机械设计制造中的设计过程中相对应的问题

快速成型技术在设计方面往往对应了产品的个性化、多样化的特点，因此在设计流程方面对比传统机械制造工业来说相对灵活，没有那么多步骤，但是由于新型技术的发展，往往伴随着一些结构、流程设计、及产品最终成型的一些问题。

快速成型技术在材料使用上对材料往往没有太多的条件限制，但是由于快速成型技术的原理方法不同，导致最终零件总体性能不好，包括弹性，抗拉性、韧性等方面。并且有些材料伴有污染，对人体有害等问题的存在，因此材料问题是限制快速成型技术发展的一大阻力。

由于快速成型的技术基础是“逐层叠加”原理，然而在设计时利用什么材料、以及是否有更好的技术支持，是快速成型技术更加具有优势性的重要因素。因此材料以及相应技术的发展，对快速成形（RP）技术影响极大。我们应该研究开发一些新型的成型方法，寻找一些可代替性材料，从而以进一步的改善和提高零件的各项性能，提高成型精度和成型效率。

其中最重要的是快速成形所制造出来零件的精度各方面一般都有较大的误差。于是快速成型技术的基本原理决定了该工艺比不上传统机械加工所具有的表面质量和精度指标，因此提高产品精度，才能更好适应社会需求。

快速成型技术在机械设计中的应用及其发展方向

快速成型（RP）技术的实际应用主要集中在以下几个方面：

（1）在新产品设计过程中的应用。快速成形技术能够迅速地将设计人员的相关设计思想转化为实体模型，从而为从事机械设计制造的设计人员建立了一种崭新的产品开发模式。这不仅缩短了开发周期，而且降低了开发费用，也能使企业在激烈的市场竞争中占有先机。

（2）在机械制造领域的应用。目前快速成型技术主要用于产品创新研发，由于该技术具有周期短，成本低等特点，使得其在机械制造领域内，获得广泛的应用。它不受结构复杂性的约束，因此往往在机械领域内，一些重要、复杂的产品设计成本与设计风险很大程度上被降低，开发时间也被极大缩短。

（3）传统模具生产的应用。传统模具生产具有时间长，成本高等特点。快速成型技术与传统的模具制造技术的相结合，可以大大缩短模具制造的开发周期，提高生产率，是解决模具设计与制造薄弱环节的有效途。

随着时代的进步，工业也对其技术的不但需求导致快速成型技术不得不继续发展。在今后我们可以根据以下方面来综合考虑。

（1）开发新型材料以及新型成型能源，使其快速成型技术产品成本更低、变形更小、强度更高。

（2）优化快速成型方法和工艺，以提高快速成型系统的加工速度，增加各种制造工艺，也可以与传统机械工艺进行相互融合。

（3）提高与改善快速成型系统可靠稳定性，更好的与CAD等技术结合，优化设备结构，进一步为机械设计制造加工提供强大助力。

（4）提高切片方法改进，确保零件的精度损失在合理掌控范围之内。

（5）与互联网更好的结合，可以实施远程操控，以更好地实现设计制造产品一体化。

结束语

快速成型技术是先进制造技术的重要分支，无论在制造思想上还是实现方法上都有很大的突破，利用快速成型技术可对产品设计进行迅速评价、修改，并自动快速地将设计转化为具有相应结构和功能的原型产品。快速成型可以在无需准备任何模具、刀具和工装卡具的情况下，直接接受产品设计（CAD）数据，由传统的“去除法”改变到今天的“增长法”，这是机械以及其他行业发展的重要推力