快速成型技術對地區工業發展的影響研究

劉俊英 梁豐

摘要本文簡要介紹了快速成型技術（RP技術）的內涵、分類以及特點。著重介紹了快速成型技術在河源的應用及其對河源工業發展的影響。RP技術是制造史上的一次突破，優化了產品開發過程，縮短了產品開發周期，在產品設計階段可進行功能試驗并接受設計評估與校審，降低產品及模具開發成本，對工業發展具有非常深遠的影響。

關鍵詞快速成型技術工業發展河源市

1 快速成型技術的內涵及分類

快速成型技術（Rapid Prototyping，簡稱RP）是上個世紀八十年代發展起來的一種新型的產品制造技術。傳統的制造工藝需要模具、刀具和工裝夾具的配合才能加工出零件，而快速成型技術則不需這些工具，可以直接利用產品設計的原型（CAD）數據，用材料堆積的方法快速制造出新產品的模型、樣件或模具。概括來講，快速成型技術是一種先離散再堆積的成形過程。所謂的離散就是產品前期數據處理，而堆積則是材料的物理實現形成產品。在離散過程中，將產品的三維CAD模型沿特定方向進行分解，得到一系列截面片層數據，再根據所制定的工藝要求，獲得控制快速成型設備成形頭運動的軌跡；在材料堆積過程中，成形頭在已定的運動軌跡控制下，加工出產品層片，層片不斷堆積相互連接，進而加工出產品零件。①

迄今為止，快速成型技術已有十幾種成型方法，每種方法都有其自身的成型特點和應用范圍。在實際生產中比較常用的成型方法有立體光固化成型法(SM)、選擇性激光燒結法 (SIS) 、熔融沉積造型法(FDM)、疊層制造法(UM)等。

2 快速成型技術的特點②

（1）極快速的成型過程。RP系統幾乎可以與所有的CAD系統相融合，從電腦三維模型生成到加工出實際產品只需要幾小時到幾十小時的時間； （2）可以制造任意復雜形狀的三維實體，零件制造周期和制造成本與其復雜性無關，只與其凈體積有關； （3）用CAD模型直接驅動，實現設計與制造高度一體化，其直觀性和易改性為產品的完美設計提供了優良的設計環境； （4）成型過程無需專用夾具、模具、刀具，既節省了費用，又縮短了制作周期；（5）可與CAD/CAM系統高度集成?？焖俪尚图夹g用三維掃描設備掃描出產品的模型數據，可用常用CAD/CAM系統打開該模型，避免了傳統意義上的產品三維造型過程和數控加工的復雜編程步驟，從而實現高度自動化和程序化。

3 快速成型技術在河源的應用及其對河源工業發展的影響

快速成型技術是制造史上的一次重大變革，對河源工業的發展也具有非常大的影響。其影響可以概括為以下幾個方面。

（1）RP技術是制造史上的巨大突破，可促進工業更好更快發展。利用RP技術加工零件，與傳統加工方法完全不同，不需要刀具、夾具和模具，而是利用激光、電能、熱能等手段，將液態材料固化、粉末態材料燒結、聚合，進而完成造型過程。造型后可通過打磨、噴漆等方式進行后處理。這種新的制造方式可免除制造刀具、夾具和模具的過程，直接進行產品加工，降低加工成本，減少加工時產生的噪聲。這一新型的制造工藝可以加快工業發展速度，促進工業更好更快發展。

（2）RP技術可以優化新產品設計開發過程，有效縮短新產品研發周期，確保新產品投放市場時間，是快速市場響應的重要保證。傳統意義上的新產品開發，因要完成產品設計、工裝夾具設計及加工、模具設計及加工等一系列的步驟，用戶一般要等待5~6個月才能看到新產品的樣件，而且樣品成型后才能真正進行設計驗證，不能保證百分百的成功率。運用RP技術進行新產品開發，產品的實體造型過程、快速成型過程以及3D數字化技術成為決定產品開發速度和質量的主要因素，這些開發過程大多決定于軟件應用的熟練度和快速成型設備操作的熟練度，產品開發周期可大大縮短。而且，在開發過程中，可以應用快速成型技術得到不同階段的試件原型，不斷地對原型進行評價修改，并隨時得到用戶的反饋，及時更正每個設計階段發現的錯誤。這樣，利用RP技術，可以在很短的時間內（幾小時或幾天內）精確地生產出新產品的原型，使模型的制造時間縮短數倍甚至數十倍。③由此可見，RP技術可認為是一種新型的柔性制造工藝，不僅大大縮短了產品開發周期，而且明顯降低了新產品開發的失敗率，顯著提高新產品投產的一次成功率。

（3）產品在設計階段可進行功能試驗并接受設計評估與校審。傳統的新產品開發，只能利用軟件進行物理、力學等功能驗證，存在一定的風險性。RP技術所使用的新型光敏樹脂材料等制成的試件原型具有足夠的強度，可用于物理、工程力學、材料力學、流體力學等方面的試驗。在產品設計階段，同步制作出樣件模型，進行相應功能試驗，使新產品的設計開發更具有市場說服力，提高企業競爭力。河源市有些企業就是利用快速成型技術，在產品設計階段接受設計評估與校審，利用RP原型爭奪產品訂單，使其在河源的整個工業發展中立于不敗之地。

（4）RP技術對河源工業發展的其他影響。RP技術的應用對河源工業發展的影響是多方面的。除了上述介紹的幾點外，RP技術的出現還提高了制造復雜零件的能力，使復雜零件的直接制造成為可能，因使用傳統制造工藝進行復雜零件的制造需要復雜模具制造、夾具制造，加工成本非常高，使用RP技術可大大降低復雜零件的加工成本，同時減少研制時間；應用RP技術進行新產品研發可以實施并行工程，使新產品的造型設計、樣件加工、市場詢價訂貨、生產加工準備等工作能同時進行，并能使產品設計、交流和評估更加具有真實性和可信性；應用RP技術可以支持創新設計、改進產品外觀，有利于優化產品設計，這對工業外觀設計尤為重要，河源是手機制造基地，手機的外觀設計非常重要，更新換代也比較快，應用RP技術對手機產業發展具有非常重要的意義；利用RP技術進行快速模具制造在河源也有部分應用，這可以為傳統的模具制造企業增添新的活力，快速地實現單件及小批量產品的生產，大大提前新產品上市時間，節省大量開模費用的同時也使相應企業在地區工業發展中處于不敗之地。

4 結論

RP技術是一種先進的加工技術，采用RP技術可以快速制造出產品的樣件或模型，使新產品的設計、交流、功能驗證、工程分析、市場詢價訂貨等可以并行實施，并能真實可靠地優化產品設計，從而有效提高新產品開發的成功率，同時縮短新產品研發周期，降低企業生產成本，提高企業的市場競爭力。河源工業發展起步較晚，要促進河源工業的快速發展，迫切需要增強企業創新意識、加大新產品開發力度，應用RP技術正好可以滿足這些要求，為河源地區的工業發展提供動力和活力。不難看出，RP技術的應用對包括河源在內的各個城市的工業發展都具有非常深遠的影響。