谜-me
你这个选题很好 快速成形， 英文是Rapid Prototyping， 是当代先进制造技术的一种 快速成形技术是计算机辅助设计及制造技术、逆向工程技术、分层制造技术(SFF)、材料去除成形(MPR)材料增加成形(MAP)技术以及它们的集成 通俗一点说， 快速成形就是利用在三维造型软件中已经设计的数字三维模型， 通过快速成型设备(快速成形机)， 制造实体的三维模型的技术 快速成形技术有以下特点：(1) 制造原型所用的材料不限，各种金属和非金属材料均可使用(2) 原型的复制性、互换性高(3) 制造工艺与制造原型的几何形状无关，在加工复杂曲面时更显优越(4) 加工周期短，成本低，成本与产品复杂程度无关，一般与传统加工模型的工艺相比， 快速成形在制造费用上可以降低80%，加工周期可以节约70%以上(5) 高度技术集成，可实现了设计制造一体化曾经和目前仍然为主流的快速成形技术有以下几种：1、立体光刻技术 (SL/SLA)SLA的工作原理是以液态光敏树脂 (例如一种特殊的环氧树脂)为造型材料，采用紫外激光器为能源:一种是氦一福激光器 (波长 325nm，功率15~50MW)，另一种是氨离子激光器(波长351~365nm，功率 100~500MW )，激光束光斑大小为05~3mm。由CAD设计出三维模型后将模型进行水平切片，分成为成千上万个薄层，生成分层工艺信息，按计算机所确定的轨迹，控制激光束的扫描轨迹，使被扫描区域内的液态光敏树脂固化，形成一层薄固体截面后，升降机构带动工作台下降一层高度，其上复盖另一层液态光敏树脂，接着进行第二层激光扫描固化，新固化的一层牢固地粘在前一层上，就这样逐层叠加直到完成整个模型的制作。一般每个薄层的厚度07~4mm，模型从树脂中取出后，进行最终硬化处理加以打光、电镀、喷漆或着色等即可。发展趋势：稳步发展 SL/SLA技术的缺点在于材料成本和设备维护成本十分高昂。因为紫外激光器的使用寿命只能维持在1年左右， 同时作为成形材料的光敏树脂也需要每年更换， 仅此两项便需要每年50万人民币以上的维护成本 此外， SL/SLA快速成形设备结构复杂， 零件众多， 日常的维护保养也十分不易 但是， 由于SL/SLA技术的成形精度非常高， 可以制造十分细小的模型或表面特征， 这一项优势似的SL/SLA技术仍然具有十分广阔的应用前景 薄材叠层成形技术 (LOM)薄材叠层成形技术是通过对原料纸进行激光切割与粘合的方式来形成零件的。其工艺是先将单面涂有热熔胶的纸通过加热辊加压粘结在一起，此时位于其上方的激光器按照分层CAD模型所获得的数据，将一层纸切割成所制零件的内外轮廓，然后新的一层纸再叠加在上面，通过热压装置，将下面已经切割的层粘合在一起，激光再次进行切割。切割时工作台连续下降，切割掉的纸片仍留在原处，起支撑和固化作用，纸片的一般厚度为07~1mm。该方法特点是成形速率高，成本低廉。发展趋势：已经淘汰 LOM技术是快速成形技术发展过程中曾今为了寻找成本相对低廉， 精度相对合理的解决方案的一种尝试性探索 客观而言， LOM设备的成形精度适中， 可以制造一些具有表面纹路的模型， 同时， 成形速度也相对较快 但是， 由于LOM技术的材料利用率很低(10%-20%)， 使得实际的材料成本并不便宜 此外， LOM设备的稳定性和安全性也存在严重隐患， 在实际运行过程中， 纸质、木质和PVC材料在激光照射极易着火， 引起事故 因此， 目前LOM技术在全世界范围内已经几乎停止使用 选区激光粉末烧结技术 (SLS)选择性激光烧结 (SLS)的成形方法是。在层面制造与逐层堆积的过程中，用激光束有选择地将可熔化粘结的金属粉末或非金属粉末 (如石蜡、塑料、树脂沙、尼龙等)一层层地扫描加热，使其达到烧结温度并烧结成形;当一层烧结完后，工作台降下一层的高度，铺下一层的粉末，再进行第二层的扫描，新烧结的一层牢固地粘结在前一层上，如此重复，最后烧结出与CAD模型对应的三维实体。选择性激光烧结 (SLS)突出的优点在于它是以粉末作为成形材料，所使用的成形材料十分广泛，从理论上来说，任何被激光加热后能够在粉粒间形成原子间连接的粉末材料都可以作为SLS的成形材料。 发展趋势：停滞不前 4、熔融沉积成形技术 (MEM) MEM的基本原理是:加热喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息作X--Y平面运动和高度Z方向的运动，丝材 (如塑料丝、石腊质丝等)由供丝机构送至喷头，在喷头中加热、熔化，然后选择性地涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层截面轮廓，层层叠加最终成为快速原型。用此法可以制作精密铸造用蜡模、铸造用母模等。 发展趋势：快速发展 MEM是在相对近期发展处的快速成形技术， 其有点在于安全性高， 设备稳定性高， 成形精度高而运行成本低 因为含有特殊配方的ABS工程塑料本身的物理和化学性质， 使得MEM技术制作的模型具有很好的强度和韧度， 可以经受锻造、钻孔、打磨等高强度的测试 加之ABS丝材成本相对低廉， 设备设计简洁， 维护方便等优势， 使得MEM技术目前后来居上， 成本工人的应用最广泛的快速成形技术 
摘要:介绍快速成型技术的原理，重点讨论了与快速成型相关的技术，并试图将此技术充分应用于产品设计评价，以期缩短产品的开发周期。 关键词:快速成型;RP;反求工程引言随着科技进步和全球市场一体化的形成，现在工业正面临产品的生命周期越来越短的代写论文问题，作为一种新产品开发的重要手段，快速成型能够迅速将设计思想转化为产品的现代先进制造技术。它为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段，提高产品研发的效率。1快速成型技术原理在工业产品设计过程中，设计师往往希望能快速由三维CAD模型，得到产品的实物模型，快速成型技术可以满足这种需求。快速成型(Rapid Prototyping，RP)技术是一种基于离散/堆积成型思想的新型成型技术，它根据零件或物体的三维模型数据，快速、精确地制造出零件或物体的实体模型。2关键技术1制造工艺目前，世界上已有几十种不同的快速成型工艺方法，比较成熟的就有十余种。其中光固化成型法(Stereo Lithography Apparatus，SLA)、叠层实体制造法(Laminated Object Manufactur-ing，LOM)、熔融沉积法(Fused Deposition Model-ing，FDM)、选择性激光烧结法(Selective LaserSintering，SLS)和3DP(Three DimensionalPrinting and Gluing，也称3DPG)五种方法，在世界范围内应用最为广泛。对于RP制造工艺的研究，一方面是在原有技术基础上进行改进，另一方面是研究新的成型技术。新的成型方法，如三维微结构制造、生物活性组织的工程化制造、激光三维内割技术、层片曝光方式等。2成型材料成型材料是决定快速成型技术发展的基本要素之一，它直接影响到原型的精度、物理化学性能以及应用等。与RP制造的4个目标(概念型、测试型、模具型、功能零件)相适应，使用的材料不同，概念型对材料成型精度和物理化学特性要求不高，主要要求成型速度快。如对光固化树脂，要求较低的临界曝光功率、较大的穿透深度和较低的粘度。测试型对于材料成型后的强度、刚度、耐温性、抗蚀性等有一定要求，以满足测试要求。如果用于装配测试，则对于材料成型的精度还有一定要求。模具型要求材料适应具体模具制造要求，如对于消失模铸造用原型，要求材料易于去除。快速功能零件要求材料具有较好的力学性能和化学性能。从解决的方法看，一个是研究专用材料以适应专门需要;另一个是根据用途分类，研究几类通用材料以适应多种需要。3加工精度影响成型件精度的主要因素有两方面:一是由CAD模型转换成STL格式文件以及随后的切片处理所产生的误差;二是成型过程中制件翘曲变形，成型后制件吸入水分，以及由于温度和内应力变化等所造成的无法精确预计的变形。为了解决第一类问题，正在研制直接切片软件和自适应切片软件。所谓直接切片是不将CAD模型转换成STL格式文件，而直接对CAD模型进行切片处理，得到模型的各截面层轮廓信息，从而可以减少三角面近似化带来的误差，所谓自适应切片是快速成型机能根据成型零件表面的曲率和斜率自动调整切片的厚度，从而得到高品质的光滑表面。为解决第二类问题，正在研究、开发新的成型方法、新的成型材料及成型件表面处理方法，使成型过程中制件的翘曲变形小，成型后能长期稳定不变形。4与RP技术相关软件软件是RP系统的灵魂，其中作为CAD到RP接口的数据转换和处理软件是其关键。不同CAD系统所采用的内部数据格式不同，RP系统无法一一适从，这就要求有一种中间数据格式既便RP系统接受又便于不同CAD系统生成，STL(Stereo Lithography)格式应运而生了，STL文件是用大量空间小三角形面片来近似逼近实体模型。由于STL格式具有易于转换、表示范围广、分层算法简单等特点，为大多数商用快速成形系统所采用，现己成为快速成形行业的工业标准。但是，STL模型也存在许多不足之处:1精度不足。由于STL模型用大量小三角形面片来近似逼近CAD模型表面，造成STL模型对产品几何模型的描述存在精度损失，并且在对多张曲面进行三角化时，在曲面的相交处往往产生裂缝、孔洞、覆盖及相邻面片错位等缺陷。2数据冗余度大。STL模型不包含拓扑信息，三角形面片的公用点、边单独存储，数据的冗余度大。随着网络时代的到来，STL模型数据冗余大的不足也使其不利于远程RF的数据传输，难以有效支持远程制造。3快速成型技术的应用1在外观及人机评价中的应用新产品开发的设计阶段，虽然可借助设计图纸和计算机模拟，但并不能展现原型，往往难以做出正确和迅速的评价，设计师可以通过制作样机模型达到检验的目的。传统的模型制作中主要采用的是手工制作的方法，制作工序复杂，手工制作的样机模型不仅工期长，而且很难达到外观和结构设计要求的精确尺寸，因而其检查外观及人机设计合理性的功能大打折扣。快速成型设备制作的高精度、高品质样机与传统的手工模型相比较可以更直观地以实物的形式把设计师的创意反映出来，方便产品的外观造型和人机特性评价。现在的快速成型加工得到的成型件都是单一颜色，颜色主要由材料决定，为了对产品色彩外观进行评价，有时需要手工涂色，随着彩色成型技术的发展，这方面的问题可以解决。人机评价主要包括成型件尺寸及操作宜人性，快速成型可以很好地满足这方面的要求。2在产品结构评价中的应用通过快速成型制成的样机和实际产品一样是可装配的，所以它能直观地反映出结构设计合理与否，安装的难易程度，使结构工程师可以及早发现和解决问题。由于模具制造的费用一般很高，比较大的模具往往价值数十万乃至几百万，如果在模具开出后发现结构不合理或其他问题，其损失可想而知。而应用快速成型技术的样机制作可以把问题解决在开出模具之前，大大提高了产品开发的效率。3与反求工程结合反求工程(Reverse Engineering，RE)也称逆向工程，就是用一定的测量手段对实物或模型进行测量，然后根据测量数据通过三维几何建模方法重建实物的CAD数字模型，从而实现产品设计与制造过程。对于大多数产品来说，可以在通用的三维CAD软件上设计出它们的三维模型，但是由于对某些因素，如对功能、工艺、外观等的考虑，一些零件的形状十分复杂，很难在CAD软件上设计出它们的实体模型，在这种情况下，可以通过对模型测量和数据处理，获得三维实体模型。作为一种新产品开发以及消化、吸收先进技术的重要手段，反求工程和快速成型技术可以胜任消化外来技术成果的要求。对于已存在的实体模型，可以先通过反求工程，获取模型的三维实体，经过对三维模型处理后，使用快速成型技术，实现产品的快速复制，缩短了产品开发周期，大大提高产品的开发效率。结束语快速成型技术可以大大缩短产品的开发周期，满足产品的个性化、多样化需求，在工业设计中得到广泛应用。但由于该技术的制作精度、强度和耐久性还不能满足工程实际的需要，加之设备的运行及制作成本高，一定程度上制约着RP技术的普遍推广。随着研究的不断深入，制约快速成型发展的因素会逐步解决，应用领域会不断得到拓展。参考文献[1]孙秀英面向RP的VRML模型浏览与分层研究[D]西安科技大学，[2]丘宏扬，谢嘉生，刘斌快速成型技术研究中的若干关键问题[J]锻造机械，[3]徐江华，张敏快速成型技术在工业设计中的应用[J]包装工程，2004
