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标题: 快速成型--持续发展现代制造业的重大创造力 [打印本页]

作者: 504622521 时间: 2012-2-1 08:54
标题: 快速成型--持续发展现代制造业的重大创造力

在现代化工业生产中，60％～90％的工业产品需要使用模具加工，模具工业已经成为制造业中的一项基础工业，是技术成果转化的手段，同时又是高新技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被成为“点铁成金”的“磁力工业”。我国模具权威人士称之为“模具是印钞机”。可见模具工业在世界各国经济发展中具有重要的显著地位。

当前，产品制造业呈现如下发展趋势：1生产、经营及市场全球化；2用户需求个性化、多样化；3产品生命周期短，更新换代加速；4产品技术高科技化；5市场竞争激烈化。据统计，我国新产品的平均开发周期为18个月，产品的生命周期为10.5年。而美国1990年已实现“3个3”，即产品的生命周期为3年，产品的试制周期为3个月，产品的设计周期为3周。因此，制造企业要想在21世纪求得生存和发展，就必须面对这一新的形势，不断研究或引进新的技术。

过去，传统的零件成型方法是采用多种机械加工机床，以及刀具和模具，还要有高水平的技工，成本高，制造周期往往长达几星期，甚至几个月，不能适应新产品的更新。为克服上述问题，近几年来开发成功了快速成型制造技术和相应的快速成型机。它是利用激光等物理方法，向用户提供物理模型和快速修改设计方案，从而大大减少了新产品开发前期的时间和费用。快速成型技术不受零件几何形状的限制，能够制造出常规加工技术无法实现的复杂几何形状零件的建模。它能帮助设计者快速实现设计方案并寻找出原设计方案的不足或疏漏之处，及时修改使之完善，节省了大量的试模时间；同时，它还能使生产销售与用户之间的距离缩短，这是因为快速成型技术能及时按用户的要求建立产品模型，使设计出的产品更直观更具有可加工性和更能为客户所接受，从而提升了企业的市场竞争能力。因此，快速成型技术广泛应用于航空航天、汽车、电子、通讯、医疗、建筑、家电、玩具、家具、日用五金及工艺品制作等众多领域。

近期发展的快速成型技术主要有：熔融堆积成型、叠层实体成型、光固化立体成型、选择性激光烧结成型等。

1 新旧两种成型方法

快速成型（Rapid Prototyping，简称RP）是80年代末期出现的一种高新技术。它以增材制造法一次成型复杂的零部件或模具，堪称制造领域人类思维的一次飞跃，也被称为自数控技术以来的又一次革命，尤其对模具工业的发展起到了极大的推动作用。快速成型是汇集了计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机数字控制、精密伺服驱动和新材料等诸多工程领域的先进成果，根据计算机上构成的产品三维设计模型，对其进行分层切片，得到各层截面的轮廓。按照这些轮廓，激光束选择地切割一层层的纸，形成各截面轮廓并逐步叠加成三维产品。解决了传统加工方法中的许多问题，它的出现代表着生产工程的又一突破。
快速成型制造技术彻底摆脱了传统的“去除”加工方法（部分去除大于工件的毛坯上的材料，而得到工件），采用全新的“增大”加工方法（用一层层的小毛坯逐步叠加成大工件），将复杂的三维加工分解成简单二维加工的组合。因此，它不必采用传统的加工机床和工模具，只需传统加工方法30％～50％的工时和25％～35％的成本，就能直接制造产品样品或模具。图1表示新旧两种成型方法的流程图。

file:///C:/DOCUME~1/qwer/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-32113.png

2 常用的四种方法

随着CAD建模和光、机、电一体化技术的发展，快速成型技术的工艺方法发展很快，已商品化的快速成型系统主要有以下四种。

2.1 熔融堆积成型（Fused Deposition Modeling，FDM）

将CAD模型分为一层层极薄的截面，生成控制熔融堆积成型喷嘴移动轨迹的二维几何信息。加热头把热熔性材料（ABS、尼龙、石蜡等材料）加热到临界半流动状态，在计算机控制下，喷嘴头沿CAD确定的二维几何信息运动轨迹挤出半流动的材料，沉积固化成精确的零件薄层，通过垂直升降系统降下新形成层，进行固化。这样层层堆积粘结，自下而上形成一个零件的三维实体。

2.2 叠层实体制造（Laminated Object Manufacturing，LOM）

它是将单面涂有热溶胶的箔材（涂覆纸－涂有粘接剂覆层的纸、涂覆陶瓷箔、金属箔等）通过热辊加热粘接在一起，使激光束在片材平面内沿确定轨迹扫描而形成平面模型。平面模型逐层堆叠在并在滚压辊的滚压下粘接逐步形成整体物理模型，去除废料后即成型。废料部分切成网络是为了便于消除。

2.3 立体光固化成型（Stereo Lithography Apparatus，SLA）

它是利用激光束在液态光敏树脂内沿确定的平面运动轨迹扫描，由点到线到面，使被扫描区的树脂薄层产生聚合反应，从而形成零件的一个薄层截面。当一层固化完毕，升降工作台移动一个层片厚度的距离，在原先固化好的树脂表面再覆盖一层新的液态树脂以便进行新一层扫描固化。新固化的一层牢固地粘合在前一层上，如此重复直到整个零件原型制造完毕。

立体光固化成型是第一个投入工业应用的快速成型技术，其特点是精度高、表面质量好、原材料利用率将接近100％，可以制造形状特别的复杂（如空心零件）、外观特别精细（如首饰、工艺品等）的零件。

2.4 选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，SLS）

该技术以CO2激光器为能量源，通过红外激光束使塑料、石蜡、陶瓷和金属（或复合物）的粉末材料均匀地烧结在加工面上。激光束在计算机的控制下，通过扫描器以一定的速度和能量密度按分层面的二维数据扫描。激光束扫描之处，粉末烧结成一定厚度的实体分层，未扫描的地方仍然保持松散的粉末状。根据物体截层厚度而升降工作台，铺粉滚筒再次将粉末铺平台，开始新一层的扫描。如此反复，直至扫描完所有层面。去除多余粉末，经修磨、烘干等处理后获得零件。表1列出四种快速成型方法的特点及常用材料。

四种快速成型方法的特点及常用材料

file:///C:/DOCUME~1/qwer/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-32580.png

产品创新是我国制造行业可持续发展的基础，而快速成型技术对新产品的开发速度和质量将起到十分重要作用。快速成型制造开创了一个崭新的设计、制造概念。它以相对低的成本、高速造型、可修改性强的特点，独特的工艺过程，为提高产品的设计质量、降低成本、缩短设计及制造周期，为将产品尽快推向市场提供了有效的方法，尤其对于具有复杂形状的零件则更为有利。快速成型技术给二十一世纪模具制造业领域注入了新的生命力和创造力。

作者: 非池中 时间: 2012-2-1 09:19
上大学的时候就有老师提这个东西，还看了一个视频，是把石蜡一类的东西一点点的堆出来，不过这几年也没见过实物

作者: 504622521 时间: 2012-2-1 09:35
现在快速成型技术正在高速的发展，精度也越来越高。熔融堆积成型的精度不是很高了。

作者: 模具小侠 时间: 2012-2-1 10:24
快速成型在中国的出现及发展已经有十多年的历史了，的确是一个不错的东西。但是，把他比喻为发展制造业的重大创造力就有点过了。早在80，,90 年代香港，台湾的塑胶行业，玩具行业就一直在开发产品的过程中用“手办”的方法把设计的思路做出样板，在取得客户的意见后进行改进从而进行产品的开发生产的。快速成型只不过是利用三D设计软件及某种特殊的加工方法使这样的手办加工更加快捷有效！其作用在于比较直观的验证设计的合理性及直观的满足客户需求。主要使用在玩具，电子产品，家电产品的外观设计等领域。不过，像汽车产业也很广泛应用。在汽车展览上那些新推出的概念车有很多就是使用这样的技术做出来的。快速成型不可以替代模具的作用，其主要的意义在于，可以在模具生产之前验证设计的正确性及避免盲目投入模具而产生重大的经济损失。

作者: 504622521 时间: 2012-2-1 11:01

hbwhzhengdaming 发表于 2012-2-1 10:24
& ~3 ^/ c$ P V快速成型在中国的出现及发展已经有十多年的历史了，的确是一个不错的东西。但是，把他比喻为发展制造业的重 ...

我觉得快速成型是发展制造业的重大创造力说的挺好的。首先模具是制造业必不可少的手段，而快速成型可以直接制作模具，由于一些快速成形机制作的工件有较好的机械强度和稳定性，因此快速成形件可直接用作模具。第二用快速成型件作母模。而现在的快速模具也是基于快速成型技术。并且快速成型技术是一门新的技术，它还在高速的发展，所以我认为这个技术说它为发展现代制造业的重大创造力不为过。（嘿嘿，我对模具这方面不是很了解，所有有什么错误的观点请指出，只是讨论,并向前辈致敬）

作者: 模具小侠 时间: 2012-2-1 11:21

504622521 发表于 2012-2-1 11:01 / g) B: |/ s& J
我觉得快速成型是发展制造业的重大创造力说的挺好的。首先模具是制造业必不可少的手段，而快速成型可以直 ...

快速成型是不可以替代模具的，因为其使用的材料基本上都是一些非金属材料，材质，硬度都很难符合产品的使用要求。只可以仅仅用来做样板。也就是现在很普遍的名词：逆向工程。其作用再强调一遍：快速成型的作用在于很直观的，快速的，经济的验证设计图纸的正确性，同时能够很经济的向客户展示新产品的直观效果，除了玩具产品外，快速成型的东东不可以有直接的使用功能。只具备展示功能！所以，快速成型目前应用的领域大多数在塑料行业，家电行业，玩具行业。而在制造业中，快速成型就只能够作为概念产品的外观展示作用！

作者: 504622521 时间: 2012-2-1 11:42

hbwhzhengdaming 发表于 2012-2-1 11:21
) Z' y% ]" G7 l: n快速成型是不可以替代模具的，因为其使用的材料基本上都是一些非金属材料，材质，硬度都很难符合产品的使 ...

我想可能是我表述的有问题，很抱歉。我明白您的意思，我也承认快速成型件因为材料的问题是不能直接做模具，但是根据快速成型件可以快速的复制出其他材料的模具。{:soso_e149:}不知道您觉得这个理由站得住脚不？

作者: 模具小侠 时间: 2012-2-1 11:58
呵呵，一般来说是不可以的！通常塑料模具的工作环境是很高的。像注射模具每平方厘米的注射成型压力是200KG--350KG/平方厘米。一般的钢材都承受不了。所以，做什么别凭借想象，数据，是唯一能够帮助你的东东！

作者: 模具小侠 时间: 2012-2-1 12:04

504622521 发表于 2012-2-1 11:42 , N3 u, o1 ^7 R4 X, f
我想可能是我表述的有问题，很抱歉。我明白您的意思，我也承认快速成型件因为材料的问题是不能直接做模具 ...

想必楼主是受了那些做快速成型机的厂家的广告的当了！一顿猛吹，以为是天神下凡，人间之事无坚不摧！呵呵，于是，花掉大把银子买一台价值不菲的成型机。不仅是机器哦，告诉你，那些后续的材料也是专用的，会搞死你的！呵呵！目前市场上做手版的还是以CNC为主，因为很经济！

作者: 504622521 时间: 2012-2-1 12:59

hbwhzhengdaming 发表于 2012-2-1 12:04
- o( k& n2 H1 C1 [想必楼主是受了那些做快速成型机的厂家的广告的当了！一顿猛吹，以为是天神下凡，人间之事无坚不摧！呵呵 ...

也不是，谢谢您的指教。收益了，因为我是刚接触到这个技术，学习了一下，都是一些理论知识，在实际中并不清楚太多。所以发个帖子跟前辈们讨论下。关键是我后期想做个机器的销售工作，能不能再指点指点我哦。先在这谢谢了。(您在上个帖子对我的点评我很感谢，能不能再具体一点。我想知道它的优点，也同时想了解它的不足。）

作者: 模具小侠 时间: 2012-2-1 13:20
实际上，这样的成型机真正的在市场上使用的不多，问题主要在于其加工的产品尺寸有很大的限制。目前的大多数的成型机都是指能够做小规格的产品，所以，在实际运用的时候，其作用就有很大的局限性。第二：投入和产出的比例不当。一般的成型机价格比较高，而且成型的材料也需要专用。实际运用的时候，成本比较高。真正到市场上去做，什么时候可以收回投资有一定的难度，这是其难以发挥作用的瓶颈。第三：由于成型机大多数是作用再产品的外观设计，所以，必须要进行后续的色彩处理，由于，材质的关系，后续的常规作色处理比其他的成型方法要困难。其优点在于概念性的新颖！目前实用性不大！目前阶段，从市场的角度来看，与其他的成型方法（如CNC加工）比较，不具备很大的优势！所以，建议你要谨慎！

作者: 504622521 时间: 2012-2-1 13:27

hbwhzhengdaming 发表于 2012-2-1 13:20 # J/ q1 p- g' X& t: l9 `( K
实际上，这样的成型机真正的在市场上使用的不多，问题主要在于其加工的产品尺寸有很大的限制。目前的大多数 ...

很感谢您的指点。那么您认为在企业的研发部门试制部门有什么突破点没？

作者: 模具小侠 时间: 2012-2-1 13:42

504622521 发表于 2012-2-1 13:27 # A6 E7 l8 P+ [1 U
很感谢您的指点。那么您认为在企业的研发部门试制部门有什么突破点没？

楼主这个题目就很大了！呵呵！一般来说，企业研发部门在中国的民营企业都不怎么样！除了极个别的企业，绝大多数的企业忙于低价竞争，利润就那么几个点，哪有什么银子搞研发?按照常规的企业发展理念，国际上的知名企业研发的费用一般都在产值的5%上下。不清楚楼主所在企业的情况，所以，一般泛泛而谈的研发在中国也就是如何山寨的更巧妙而已！用本山大叔的话：悲哀！

作者: 504622521 时间: 2012-2-1 14:41

hbwhzhengdaming 发表于 2012-2-1 13:42
+ j, b2 v8 { w8 e楼主这个题目就很大了！呵呵！一般来说，企业研发部门在中国的民营企业都不怎么样！除了极个别的企业，绝 ...

额，没有这么悲观吧。我可是还没迈出第一步呢，被您这样一说，我都感觉前途很黑暗啊。{:soso_e105:}

作者: 模具小侠 时间: 2012-2-1 15:22

504622521 发表于 2012-2-1 14:41 7 v+ A4 P2 Z0 S
额，没有这么悲观吧。我可是还没迈出第一步呢，被您这样一说，我都感觉前途很黑暗啊。

呵呵，那倒不必啊！你们还年轻得很，以后的路很长，要学习的东西很多！只不过是在遇见这样类似的新东西的时候，别被那些表面的宣传所迷惑。年轻就是最大的本钱！严格的说，产品开发是一个系统性很强的过程，不同的行业或者企业在进行产品开发时候应该是不同学科，不同思路的集合！我们国家在产品研发上最大的短板，（我的看法）就是太缺少真正的具备MBA素质的管理人员，也就是系统策划及系统管理的人才。

作者: 504622521 时间: 2012-2-1 15:32

hbwhzhengdaming 发表于 2012-2-1 15:22
4 a3 p6 P' V6 Z* h* i呵呵，那倒不必啊！你们还年轻得很，以后的路很长，要学习的东西很多！只不过是在遇见这样类似的新东西的 ...

恩，谢谢您对我的指点和帮助。我还是会努力把这个技术和设备推广出去。毕竟这是一个新技术，也有它一定的市场。并且对新产品的设计和开放有很大的帮助。再次感谢您。{:soso_e179:}

作者: qinqin001 时间: 2012-9-21 11:51
三维扫描仪有需要的吗？对快速造型有很大的主力作用！

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