RP技術的發展及其研究

張慧梅

摘 要：文章主要針對快速成型進行了分析，詳細介紹了其發展狀態以及作用原理和特點，并對當前已經投入使用的幾種技術進行了論述，對該項技術需要進行開發、研究的內容展開了探討。

關鍵詞：成型工藝；快速成型；制造技術

RP技術即快速成型技術，該技術最初起源于上世紀八十年代，在制造領域中屬于一種全新的技術。隨著科技的進步以及新型材料工藝的出現，RP技術迅速發展。區別于傳統的制造方法，RP技術是將零件的設計制造從傳統工具中解脫出來，向著CAD幾何模型出發，通過使用計算機軟件將模型進行分層離散，并利用數控系統進行控制，采用激光束將材料進行堆積，從而形成實體零件模型的技術。由于它把復雜的三維制造轉化為一系列二維制造的疊加，因而可以在不用模具和工具的條件下生成幾乎任意復雜的零部件，極大地提高了生產效率和制造柔性。

1 技術發展

在目前的制造行業中，快速制造技術一直是技術研發的重點，RP技術作為目前發展最快的技術之一，從最初的產生到后期的成熟，雖然發展速度上降低許多，但是由于新工藝、新裝備的出現，RP技術發展仍舊較為活躍。

RP技術研究在我國的起步最初在上世紀九十年代，最初我國應用的RP技術主要是引進技術。依照報道，我國目前從國外引入RP設備以及技術的企業已達到了數十家，RP技術以及設備的應用使得企業的生產力大大提高，因而獲得了巨大的效益。目前我國RP技術對于研究也進入了穩步階段，國產RP設備也逐步的同國際發達國家生產同類產品水平相當，并且成本更低。我國在發展中，逐步形成了RP材料以及設備的制造體系。近年來，在國家科學技術部的支持下，我國已在深圳、天津、上海、西安、南京、重慶等地建立一批向企業提供RP技術的服務機構，并開始起到了積極的作用，推動了該技術在我國的廣泛應用，使我國RP技術的發展走上了專業化、市場化的軌道，為國民經濟的發展作出了貢獻。

2 原理分析

離散堆積成型是RP技術所采用到技術原理，通過CAD模型快速制造出各類復雜的三圍圖形，并直接驅動的技術便是RP。其技術作用過程中為：在計算機中利用三維CAD軟件依照實際的需要將所需要的零件的三維曲面或者模型制作出來，即制作電子模型。依照工藝具體需求，對該電子模型依照一定厚度分層，將三維電子模型轉變為平面的截面信息，通過計算機的控制，以平面加工的方式令數控系統有序的進行薄層式加工，并自動的將所有的薄層粘結成型。

對RP技術體系進行分解，可以將其分解為五個環節，即：三維CAD造型、反求工程、數據轉換、原型制造、后處理等，其環節和環節之間相互聯系。

3 技術特點分析

首先，使用RP技術使得零件的制造周期更短，使用CAD從設計到制造零件原型，往往僅僅需要幾個小時，復雜的零件幾十個小時便可以制造出來，相比較于傳統的成型法更加高效快速，適用于新產品的研發。在CAPP法中設計制造一體化相對與落后，并且這一問題難以克服，而RP技術加工工藝使用了離散堆積，因此CAD、CAM的結合性良好。其次，在RP技術中可以依照零件實際需要的形狀進行設計成型，而不會受到專用工具的限制，在新產品的研發中大大縮短了其周期，并且零件形狀無論如何復雜都不會受到限制。在設計中僅僅需要將CAD模型改變即可，柔性相對較高，通過參數的重新設置調整，便可以改變零件的形狀。最后，RP技術所應用的領域較為廣泛，能夠適用于各類材料，并且其技術繼承了計算機、激光、數據、機械、材料等，在多種技術的集成下，誕生了高效快速的RP技術，因此其技術還富有鮮明的時代特征。

4 不同的RP工藝比較

光機電一體化技術的發展以及CAD建模技術的進步，使得RP技術的發展有了更加廣闊的發展空間。依照所需要的材料不同可以將RP技術分為不同種形態，其中已經在應用的RP技術有十多種，但是發展相對較為成熟的只有四種，即：SLA、LOM、SLS和FDM。

（1）光固化立體造型（SLA），SLA使用的是可光固化的液體材料，當掃描器在計算機的控制下將激光器的能量按分層信息傳遞給成型液面后，掃描區就發生聚合反應和固化，完成一層的加工。采用這種方法成型的零件有較高的精度且表面光潔，但可用材料的范圍較窄。

（2）分層物件制造（LOM），LOM的層面信息通過每一層的輪廓來表示，激光掃描器的動作由這些輪廓信息控制，它采用的材料是具有厚度信息的片材。這種加工方法只需加工輪廓信息，所以可以達到很高的加工速度，但材料的范圍很窄，每層厚度不可調整是最大缺點。

（3）選擇性激光燒結（SLS），SLS使用固體粉末材料，該材料在激光的照射下，能吸收能量，發生熔融固化，從而完成層信息的成型。這種方法適用的材料范圍廣（適用于聚合物、鑄造用蠟、金屬或陶瓷粉末），特別是在金屬和陶瓷材料的成型方面具有獨特的優點。SLS無材料浪費現象，未燒結的粉末可重復使用。目前成熟的工藝材料為蠟粉及塑料粉，用金屬粉或陶瓷粉進行粘結或燒結的工藝還正在實驗階段。

（4）熔融沉積造型（FDM），FDM不是采用激光作能源，而是將電能傳遞給塑料絲，在擠出噴頭前達到熔融狀態，噴頭在計算機的控制下將熔融的塑料絲寫到工作臺上，從而完成整個零件的加工過程。這種方法的能量傳輸和材料傳輸均不同于前面三種方法，系統成本較低；但由于噴頭的運動是機械運動，速度有一定限制，所以加工時間較長，且其材料使用范圍不廣。

5 還需研發的技術內容

快速自動成型同其他技術相互融合、密切配合是現代RP技術發展的難點和重點。目前RP技術正在不斷向著產業化方向發展，逐步實現工業化。但是就目前的發展狀態來看，其技術仍舊存在諸多需要克服的難點。例如，材料在生產過程中存在的殘余應力以及所能夠處理的材料種類限制等。RP技術在生產過程中所需要的設備以及所使用的材料成本相對較高，因而只適用于小批量的生產。另外其成型速度以及精度上仍舊需要進一步改善，因此可以總結出，快速成型技術在未來的發展中應當進一步改善以下幾方面內容：

首先應當從可靠性、大件制作能力以及生產率等方面改善技術系統，尤其從制作精度方面對快速成型系統予以改善；其次對該技術系統的生產成本進行降低，使之成為經濟型、高效型的生產系統，并針對其技術工藝以及生產方法予以改進；另外，在快速模具的生產應用上海需要做進一步研究，同時對快速成型材料進行開發，提高材料性能，并開發高性能軟件；最后則是將快速成型技術同其他技術相互結合，提高自動測量精度，并將逆向工程同自動測量進行集成。

6 結束語

在制造領域中，RP技術的出現實一場技術革命，快速成型技術進步的基礎是計算機、激光、新材料技術的進步，同時也離不開其他先進技術的發展。RP技術在新技術的推動下還在進一步的發展，因而在未來的應用中其具有更加寬廣的空間。尤其是快速成型系統的可靠性、精度以及材料、軟件的應用上，將會快速更新。

在我國很多研究機構中，有關RP技術的研究相對較為廣泛，但是該種技術的普及應用率還相對較低，遠遠無法達到科技進步以及經濟發展的需要。但是由其發展狀態推斷，通過科技人員的努力，我國RP技術必然會飛速發展，且其應用也將更加的廣泛。因而RP技術在目前的制造領域具有極其重要的地位。

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