機械設計制造中快速成型技術的應用

（湖南應用技術學院 湖南 常德 415000）

快速成型技術概述

快速成型（RP）技術是在近代CAD、CAM技術、計算機數控技術、激光技術、精密伺服驅動技術、材料科學技術的基礎上共同發展起來的，這些技術奠定了快速成型（RP）技術的物質基礎。不同類型的快速成型系統因為所用成形材料的不同，導致成形原理和成型系統特點也各有不同。但其基本原理都是相似的，那就是通過CAD技術將復雜的三維制造轉化成一系列二維平面圖形的制造，俗稱“分層制造，逐層疊加”。就如同數學中的微積分一樣，利用特殊材料經過層層累積，最終形成特定的產品。

快速成型技術在機械設計制造中的原理及其特點

快速成形（RP）技術是在計算機強大的分析能力下，基于離散化、堆積成型的原理采用不同方法堆積材料，最終完成零件的技術。

（1）從成形方面看，零件制造采用“堆積成型”的技術方式，從CAD電子模型中離散得到有關原型零件的幾何形狀、結構和材料的組合信息，再與成形工藝參數信息結合，控制材料有規律、精確地由點到面，由面到體地進行三維堆積。

（2）從制造方面看，它根據CAD造型生成零件三維幾何信息，通過分析數據，文件進行離散，經過激光束或其他方法進行堆積，后處理，最終形成零件實體。

在快速成型技術發展過程中，由于其獨特的加工方式及其應用范圍廣泛，形成了傳統機械加工所不具備的一些特點。

（1）制造原型所用的材料沒有具體限制，各種金屬和非金屬材料均可使用。

（2）產品多樣化復雜化，因此，原有機械制造工藝與制造原型不能適應產品需求，所以加工復雜曲面時快速成型技術更顯優越。

（3）沒有傳統機械加工條件約束，使快速成型技術加工周期短，成本低。

（4）利用CAD模型驅動，各種軟件的相輔相成，實現了設計制造一體化。

（5）快速成型技術的發展，使產品加工的加工程序優化，周期大大縮短，大學生對機械設計制造的興趣被極大的激發。

快速成型技術在機械設計制造中的設計過程中相對應的問題

快速成型技術在設計方面往往對應了產品的個性化、多樣化的特點，因此在設計流程方面對比傳統機械制造工業來說相對靈活，沒有那么多步驟，但是由于新型技術的發展，往往伴隨著一些結構、流程設計、及產品最終成型的一些問題。

快速成型技術在材料使用上對材料往往沒有太多的條件限制，但是由于快速成型技術的原理方法不同，導致最終零件總體性能不好，包括彈性，抗拉性、韌性等方面。并且有些材料伴有污染，對人體有害等問題的存在，因此材料問題是限制快速成型技術發展的一大阻力。

由于快速成型的技術基礎是“逐層疊加”原理，然而在設計時利用什么材料、以及是否有更好的技術支持，是快速成型技術更加具有優勢性的重要因素。因此材料以及相應技術的發展，對快速成形（RP）技術影響極大。我們應該研究開發一些新型的成型方法，尋找一些可代替性材料，從而以進一步的改善和提高零件的各項性能，提高成型精度和成型效率。

其中最重要的是快速成形所制造出來零件的精度各方面一般都有較大的誤差。于是快速成型技術的基本原理決定了該工藝比不上傳統機械加工所具有的表面質量和精度指標，因此提高產品精度，才能更好適應社會需求。

快速成型技術在機械設計中的應用及其發展方向

快速成型（RP）技術的實際應用主要集中在以下幾個方面：

（1）在新產品設計過程中的應用。快速成形技術能夠迅速地將設計人員的相關設計思想轉化為實體模型，從而為從事機械設計制造的設計人員建立了一種嶄新的產品開發模式。這不僅縮短了開發周期，而且降低了開發費用，也能使企業在激烈的市場競爭中占有先機。

（2）在機械制造領域的應用。目前快速成型技術主要用于產品創新研發，由于該技術具有周期短，成本低等特點，使得其在機械制造領域內，獲得廣泛的應用。它不受結構復雜性的約束，因此往往在機械領域內，一些重要、復雜的產品設計成本與設計風險很大程度上被降低，開發時間也被極大縮短。

（3）傳統模具生產的應用。傳統模具生產具有時間長，成本高等特點。快速成型技術與傳統的模具制造技術的相結合，可以大大縮短模具制造的開發周期，提高生產率，是解決模具設計與制造薄弱環節的有效途。

隨著時代的進步，工業也對其技術的不但需求導致快速成型技術不得不繼續發展。在今后我們可以根據以下方面來綜合考慮。

（1）開發新型材料以及新型成型能源，使其快速成型技術產品成本更低、變形更小、強度更高。

（2）優化快速成型方法和工藝，以提高快速成型系統的加工速度，增加各種制造工藝，也可以與傳統機械工藝進行相互融合。

（3）提高與改善快速成型系統可靠穩定性，更好的與CAD等技術結合，優化設備結構，進一步為機械設計制造加工提供強大助力。

（4）提高切片方法改進，確保零件的精度損失在合理掌控范圍之內。

（5）與互聯網更好的結合，可以實施遠程操控，以更好地實現設計制造產品一體化。

結束語

快速成型技術是先進制造技術的重要分支，無論在制造思想上還是實現方法上都有很大的突破，利用快速成型技術可對產品設計進行迅速評價、修改，并自動快速地將設計轉化為具有相應結構和功能的原型產品。快速成型可以在無需準備任何模具、刀具和工裝卡具的情況下，直接接受產品設計（CAD）數據，由傳統的“去除法”改變到今天的“增長法”，這是機械以及其他行業發展的重要推力