快速制造技術在產品設計實現中的作用

【摘要】：此研究通過對新產品開發流程的現狀分析，結合快速制造技術的技術手段，旨探索更快捷、更經濟的新產品開發流程。研究目的是使現有的新產品開發過程與設計實現更好對接，除了在新產品開發流程中，設計主體應做到經濟性和保證實效性。另外，通過研究還發現主要矛盾在于設計開發主體對產品開發實現的了解與快速制造技術發展存在差距。研究意義是通過研究發現解決現存的產品開發主要矛盾的方法，使快速制造技術在新產品開發領域發揮更大的作用。

【關鍵詞】：快速制造；設計實踐；檢驗

1、新產品開發流程現狀

當前，新產品開發成為推動創新型社會和增加企業市場競爭力的有效途徑，其原動力除了創新力本身，還有許多方面，新產品開發這個過程自身的時長和階段劃分就能很大程度的影響新產品的誕生。目前，通過調研，可以將新產品開發總結為以下三種：社會型、學院型、創造型。

社會型新產品開發是最普遍的一種產品開發流程，其主體為企業或公共機構，在產批開發初期有著強大的調研基礎和資金支撐，產品在實現性方面更易實現。這些產品正是由于根基牢固，從而需要穩定的迭代節奏，以及良好的市場 創新競爭力。在設計實現手段中，由于有資金支持和開發經驗，開發者使用這種模式開發時需要在設計對接生產之前進行驗證，這就需要使用快速制造技術。

學院型設計開發流程指依托在校生靈感以及設計競賽產生的作品，通過合理性的改良進行生產的流程。這種流程實現率低，創新度高，有大量的靈感基礎，但制約實現率的矛盾在于設計主體對產品生產缺乏了解，從而設計結構、造型不利于實現。通過對快速制造的了解學習以及參與，能夠改善這樣的現狀。

以上兩種方式均為正想推進的產品開發流程，在一些設計創造領域例如汽車設計，在三維模型之前，油泥模型為設計師的創造手段，而對設計的驗證、推敲依然需要依賴生產前的快速制造技術，進行縮比例模型制作。另外，一些設計雛形作品不具備生產條件，在創造之初需要進行多次模型進行驗證。

2、快速制造技術現狀

快速制造技術又稱快速成型技術，融合了計算機技術、自動化控制技術以及材料技術為一體，通過CAD圖紙、CAM計算機輔助制造、CNC計算機控制技術實現材料快速成型。快速制造技術通過對三維模型進行數字化、網格化分層處理，將路徑傳遞給自動化控制設備，并對材料進行該路經加工，通過二維截面堆積或二維方向對材料進行切削，實現三維立體模型。其制造主要分為五個步驟：計算機模型設計，標準化文件形成，三維數據切片處理，模型加工，后期處理。

現有的快速成型技術的制造工藝方面可以分為兩大類，以切面堆積的加法方式，以及用銑床做減法的方式。

SLA指光固化成型技術，使用光敏樹脂做為基本原料，用計算機將整個數字模型進行切片處理，得到多個斷面，使用紫外線激光束沿著斷面對液體進行掃描，光敏樹脂隨之被固化，這一過程多次反復，基準平臺逐漸下降，最終在液態光敏樹脂液面之下形成三位實體模型。

LOM為分層實體制造技術，該工藝原料為紙張，使用CAD系統對數據模型進行切片處理，獲取斷層輪廓圖，通過自動化設備根據電子輪廓圖帶動原材料在切割臺上進行移動，同時，熱壓裝置通過對熱熔膠和紙張進行加壓處理，使紙張原料粘合，而對紙張的切割，則使用激光，同時配合工作臺的移動完成切片制造，最后通過人工敲打使廢料與模型脫離。

SLS是指激光粉末燒結，該工藝是將粉末原材料鋪灑到成型零件，之后刮平處理，使用二氧化碳激光器在零件截面進行照射燒結，做后進行打磨、烘干等操作。

CNC為數控雕刻機的縮寫。這種成型方式為切削成型，根據數據模型計算出銑床軌跡，對原材料進行切削，得到三維模型。

3、快速制造技術在設計檢驗過程中的應用設計驗證

眾所周知，制約產品研發、試制的瓶頸是缺乏先進的快速制造技術。如今，先進的快速制造技術打破了傳統的產品研發頑固約束，可以使研發團隊在制造模具之前，能夠利用相對模具開發更低成本的手段，從圖紙直接跳躍到實物去感受自己的設計。這可以實現小批量多品種產品的生產需求，可以用快速制造技術得到與真實產品幾乎完全相同品質的樣機外觀。除此之外，產品開發團隊可以在試制階段，利用模型產品、樣機等幾乎與實際生產的產品一樣的產品，在洽談會上拿到訂單。除此之外，研發團隊可以將能夠避免的錯誤解決在量產化的開模具之前。

當然，這里的快速制造技術還包括能夠把你手繪的草圖做成油泥模型，用三維掃描技術獲取數據，經工程軟件完成數字建模，為模具制造提供最準確的數字參數，實現從感性設計到理性設計的轉變。

4、快速制造推動設計實踐合理性

在學院型和創造型設計主體的設計作品中，多次的快速制造參與經驗能夠推動這些設計主體產生作品的合理性，在設計開發的源頭避免一些阻礙靈感與實現對接過程中的錯誤。

另一方面，在快速制造小批量樣機后，能夠讓各種設計主體對設計概念有一個具象的認識，可以縮短整個設計周期以及改良周期的時間，搶占市場，得到更好的商機。

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