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快速原型的制造技术及应用研究一、引言快速原型（Rapid Prototyping，RP）是一种新兴的制造技术，它可以快速制造出三维模型，并在其基础上进行快速制造，同时也被广泛应用于产品设计领域和医疗领域。
二、快速原型技术的发展历程起初，快速原型技术主要用于制造复杂的工业零件，但由于其高效、低成本等优点，被广泛应用于汽车、航天、建筑、文化创意等领域，逐渐发展成为一项独立的制造技术。
三、快速原型技术的制造方法快速原型技术的制造方法主要分为激光烧结、光固化、层压制造和喷射成型等几种方法。
1. 激光烧结激光烧结采用激光束在金属粉末上进行高能量照射，使金属粉末熔化，形成凝固的金属球，在多次重叠后形成零件。
该方法通常用于制造金属零件。
2. 光固化光固化是利用紫外线或激光束的能量使液态树脂快速聚合形成固体，该方法通常用于制造非金属零件。
3. 层压制造层压制造是采用在平面上依次叠压成型材料用三维打印机快速建造出三维物体的方法。
该方法特别适合制造模型和薄壁零件。
4. 喷射成型喷射成型是通过喷射器喷射熔融材料直接形成零件。
该方法特别适合制造中空零件。
四、快速原型技术应用研究1. 产品设计领域在产品设计领域，快速原型技术可以快速制造出三维模型，方便设计师在设计过程中对产品进行修改和改进，大幅度缩短了设计周期并降低了制造成本。
2. 医疗领域在医疗领域，快速原型技术可以通过数字化重建受伤部位，制作出精准的模型，帮助医生进行手术前的规划，并提高手术成功率，减少手术风险。
3. 艺术创意领域在艺术创意领域，快速原型技术可以制造出形态多样的艺术品和创意家居用品，满足人们日益增长的个性化需求。
五、快速原型技术的未来发展快速原型技术的发展受到了技术、市场、资金等多方面的限制。
仍需大量的研究和发展，提高快速原型制造技术的准确度、速度和效率。
未来，快速原型技术的发展将进一步推动新产品和新制造业的发展，并为人们的生活带来更多便利。
六、结论快速原型技术是一项颠覆性的制造技术，是工业和科技发展的重要驱动力之一。
主题：快速原型制造技术姓名：张玲学号：0820116137一、快速原型技制造术产生背景随着全球一体化的形成，制造业竞争更加激烈，产品的开发速度和能力已成为自己造业市场竞争的实力基础。
同时，制造业为满足日益变化的个性化市场需求，又要求制造技术有较强的灵活性，能够以小批量甚至单件生产而不增加产品的成本。
因此，在这样的环境需求下产生了快速原型制造技术。
快速原型制造技术（Rapid-Prototyping Manufacturing）简称RPM技术，20世纪80年代后期源于美国，是最近20年来世界制造技术领域的一次重大突破。
随后，日本、西欧等国迅速进入这一领域，世界所有工业发达国家都站在21世纪全球竞争的战略高度来关心和支持这一技术。
RPM是机械工程、计算机技术、数控技术以及材料科学等技术的集成，它能将已具数学几何模型的设计迅速、自动地物化为具有一定结构和功能的原型或零件。
分层制造技术（Layered Manufacturing Technique, LMT）、实体自由形状制造（Solid Freeform Fabrication, SEF）、直接CAD制造（Direect CAD Manufacturing,DCM)、桌面制造（Desktop Manufacturing，DTM）、即时制造（Instant Manufacturing，IM）于RPM具有相似的内涵。
自从RPM技术出现以来，迅速成为高校和研究机构研究的热点。
RPM技术已在航空航天、汽车外形设计、玩具、电子仪表与家用电器塑料件制造、人体器官制造、建筑美工设计、工艺装饰设计制造、模具设计制造等领域展现出良好的应用前景。
二、快速原型制造技术原理RPM技术获得零件的途径不同于传统的材料去除或材料变形方法，而是在计算机控制下，基于离散/堆积原理采用不同方法堆积材料最终完成零件的成形与制造的技术。
从成形角度看，零件可视为由点、线或面的叠加而成，即从CAD模型中离散得到点、面的几何信息，再与成形工艺参数信息结合，控制材料有规律、精确地由点到面，由面到体地堆积零件。
快速原型制造技术的步骤和特点快速原型制造技术是一种利用先进的制造技术和工具，快速制作产品的方法。
它通过快速制造出产品的原型，帮助设计师和工程师在产品开发过程中进行验证和测试，从而加快产品的开发和改进速度。
在快速原型制造技术中，主要包括以下几个步骤和特点。
一、快速原型制造技术的步骤：1. 制定设计需求：在开始快速原型制造之前，需要明确产品的设计需求，包括产品的功能、外观、尺寸等方面的要求。
2. 设计原型模型：根据设计需求，设计师使用计算机辅助设计软件（CAD）制作产品的三维模型。
3. 选择制造方法：根据产品的特点和制造要求，选择适合的快速原型制造方法，如3D打印、激光切割、数控加工等。
4. 材料选择和准备：根据所选制造方法的要求，选择适合的材料，并进行材料的处理和准备工作。
5. 制造原型模型：根据设计的三维模型和所选的制造方法，使用相应的工具和设备进行快速制造，制作出产品的原型模型。
6. 修整和处理：制造完成后，对原型模型进行修整和处理，使其达到设计要求的尺寸、形状和表面光滑度。
7. 验证和测试：制造完成的原型模型需要进行验证和测试，检查其是否满足设计需求，并进行必要的调整和改进。
8. 完善和优化：根据验证和测试的结果，对原型模型进行完善和优化，使其更符合产品的要求和市场需求。
9. 生产批量化：在验证和优化完成后，根据原型模型进行生产批量化，制造出符合要求的产品。
二、快速原型制造技术的特点：1. 快速性：快速原型制造技术可以在较短的时间内制作出产品的原型模型，缩短了产品开发周期，提高了开发效率。
2. 灵活性：快速原型制造技术可以根据设计需求的变化进行快速调整和改进，灵活适应不同的设计要求。
3. 成本效益：相比传统的制造方法，快速原型制造技术可以节省成本，减少材料和设备的浪费，提高了产品的经济效益。
4. 可定制化：快速原型制造技术可以根据客户的需求进行定制化生产，满足不同客户的个性化需求。
5. 创新性：快速原型制造技术可以帮助设计师和工程师实现创新设计和构思，促进产品的技术创新和市场竞争力。
快速原型制造技术在汽车工业中的应用教程快速原型制造技术，简称RP（Rapid Prototyping），是指通过一系列的数字化工艺，以实现快速制造复杂的三维实体模型。
它的应用范围非常广泛，而在汽车工业中更是发挥了重要的作用。
本文将介绍快速原型制造技术在汽车工业中的应用，并提供相应的教程。
一、快速原型制造技术在汽车外观设计中的应用1. 三维建模：在汽车外观设计中，首先需要进行三维建模，以便得到准确的汽车外观模型。
快速原型制造技术可以通过扫描和建模软件，快速将汽车设计师的概念转化为三维模型。
2. 快速成型：一旦得到三维模型，快速原型制造技术可以快速将其转化为实体模型。
通过3D打印等技术，可以在短时间内制造出逼真的汽车模型，供设计师和工程师进行评估和修改。
3. 外观修饰：制造好的汽车模型可能需要一些外观修饰，以使其更符合设计要求。
在快速原型制造技术中，可以使用各种加工技术，如打磨、喷漆等，对模型进行修饰，使其更加真实。
二、快速原型制造技术在汽车零部件制造中的应用1. 难以加工的零部件：有些汽车零部件由于形状复杂或材料特殊，传统的加工方式很难进行。
而快速原型制造技术可以通过打印机等设备，直接制造出所需的零部件，大大简化了制造过程。
2. 迭代设计：在汽车零部件设计中，常常需要进行多次迭代。
使用快速原型制造技术可以快速制造出新的零部件，供工程师进行测试和评估。
如有需要，还可以快速进行修正，以提高设计的准确性和效率。
3. 小批量生产：在汽车工业中，有时需要进行小批量的生产，以满足特定需求。
快速原型制造技术可以快速制造出所需的零部件，并且具有较高的精度和一致性，适用于小规模生产。
三、快速原型制造技术在汽车工程开发中的应用1. 汽车动力系统优化：利用快速原型制造技术，可以制造出各种不同的动力系统组件，并通过测试和比较，找到最优方案。
这有助于提高汽车的燃油效率和性能。
2. 安全性能测试：汽车的安全性能至关重要。
使用快速原型制造技术可以制造出模拟碰撞等测试所需的零部件，并进行安全性能测试。
快速原型制造快速原型制造（ RPM ： Rapid Prototyping Manufacturing ）技术，又叫快速成形技术，简称 RP 技术，是 90 年代初发展起来的新兴技术， RPM 是 CAD 技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果，被认为是近年来制造技术领域的一次重大突破，融合了机械工程、 CAD 技术、激光技术、数控技术和材料技术等，可以直接、自动、快速地将设计师的设计思想物化为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而可以对产品设计进行快速评价、修改及功能验证，有效地缩短了产品的研发周期，为企业的新产品开发和创新提供了技术支持。
1．RPM技术产生背景随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈，产品的开发速度日益成为市场竞争的主要矛盾。
在这种情况下，自主快速产品开发的能力（周期和成本）成为制造业全球竞争的实力与基础。
同时，制造业为满足日益变化的用户需求，又要求制造技术有较强的灵活性，能够以小批量甚至单件生产而不大幅度增加产品的成本。
因此，产品开发的速度和制造技术的柔性就变的十分关键了。
RPM 技术就是在这种社会背景下，于 80 年代后期产生于美国，并很快扩展到日本及欧洲，是近 20 年来制造技术领域的一项重大突破。
RPM 技术问世不到十年，已实现了相当大的市场，发展非常迅速，在短短不到十年的时间里已实现了近五亿美元的市场。
人们对材料逐层添加法这种新的制造方法已逐步适应。
制造行业的工作人员都想方设法利用这种现代化手段，与传统制造技术的接轨工作也进展顺利。
人们用其长避其短，效益非凡。
与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段一起，快速成型已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段，在航空航天、汽车摩托车、家电等领域得到了广泛应用。
2．RPM技术的原理及主要方法RPM技术，是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体和技术总称。
RPM技术采用离散/堆积成型原理，其过程是：先由三维CAD软件设计出所需要零件的计算机三维曲面或实体模型；然后根据工艺要求，将其按一定厚度进行分层，使原来的三维电子模型变成二维平面信息（截面信息），加入加工参数，产生数控代码；微机控制下，数控系统以平面加工方式，有序地连续加工出每个薄层，并使它们自动粘接而成形，这就是材料堆积的过程。
快速原型制造技术的研究与发展趋势分析随着“快速原型制造”技术的不断发展，它已经渗透到了各个领域，包括工业生产、医疗保健、汽车等领域，甚至在我们平常生活中都有所体现。
在工业生产上，快速原型制造被广泛运用于新产品的开发、零部件的制造、复杂构件的生产、模型制作等方面。
而随着技术的进步，快速原型制造技术也在不断的研究与发展，为我们创造更多可能性。
快速原型制造技术的研究与发展快速原型制造是一种将数字模型快速转换为实物模型的制造技术。
其最初的应用范围主要为工业设计、模型制作等领域，用以验证设计方案的可行性和提高产品的生产效率。
而如今，它已经逐渐实现了工业化生产，成为各个行业必不可少的一部分。
快速原型制造技术的研究主要包括三个方面：技术的高速化、制造材料的多样化以及协同制造的实现。
技术的高速化：传统的快速原型制造技术，主要依赖于激光扫描、3D打印和数控加工等技术，但由于这些制造技术的速度限制，导致生产效率较低，不适用于大规模和高效的生产。
因此，现在的研究主要集中在如何提升技术的制造速度和效率上。
例如，采用快速固化材料等新型制造技术，可以实现更快速的制造效率。
制造材料的多样化：快速原型制造使用的材料种类通常比较单一，主要包括塑料、金属、陶瓷等材料。
但是，随着技术的发展，新型材料的开发将会给制造带来更多的可能性。
例如，使用生物材料可以实现对生命科学领域的应用。
协同制造的实现：协同制造是指通过多台机器协同工作，实现生产过程的快速、高效、智能化和自动化。
通过协同制造技术，可以实现生产过程的高速化和智能化，提升生产效率和产品质量。
快速原型制造技术的发展趋势快速原型制造技术的未来发展趋势主要体现在以下几个方面：数字化和智能化：数字化和智能化是快速原型制造技术未来发展的重要趋势。
通过数字化和智能化技术，可以将制造过程和生产设备实现数字化管理和智能化协同，进一步提高生产效率和产品质量。
精度和质量的提升：在快速原型制造技术中，精度和质量一直是较为突出的问题。
快速原型先进制造技术快速原型制造技术摘要：本课程主要学习了几种先进制造技术（包括超高速加工、超精密加工、微细加工、高能束加工及快速原型制造技术）、制造自动化技术以及现代管理模式。
针对先进制造技术的发展方向，并结合课题研究，本文简要介绍快速原型制造技术（RP）的基本原理、特点、加工制造过程、6种主要的PR技术及其应用与发展趋势。
关键词：先进制造；快速原型制造；课题研究；基本原理；发展趋势1. 什么是快速原型（Rapid Prototyping）借助电脑辅助设计或由实体逆向方法取得原型或零件几何形状、结构，并以此建立数位化模型，再利用电脑控制的机电集成制造系统，通过逐点、逐面进行材料“三维堆砌”成型，再经过必要处理，使其在外观、強度和性能等方面达到设计要求，达到快速、准确地制造原型或实际零件的方法。
根据零件的复杂程度，这个过程一般需要1～7天的时间。
换句话说，RP技术是一项快速直接地制造单件零件的技术，如下图1所示。
图1 快速原型示意图2. RP技术的基本工作原理：RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。
快速原型技术的原理是：将计算机内的三维数据模型进行分层切片得到各层截面的轮廓数据，计算机据此信息控制激光器（或喷嘴）有选择性地烧结一层接一层的粉末材料（或固化一层又一层的液态光敏树脂，或切割一层又一层的片状材料，或喷射一层又一层的热熔材料或粘合剂）形成一系列具有一个微小厚度的的片状实体，再采用熔结、聚合、粘结等手段使其逐层堆积成一体，便可以制造出所设计的新产品样件、模型或模具。
比如要做一个小圆球，电脑将圆球的实体数据，通过专用的软件，转化成一个一个薄片的数据。
第一个薄片是一个点，第二个薄片是一个小圆片，第三个薄片是一个稍大一点的圆片……，一片一片粘在一起，就成了一个圆球。
不同公司制造的RP系统所用的成形材料不同，系统的工作原理也有所不同，但其基本原理都是"分层制造、逐层叠加"。
这种工艺可以形象地叫做"增长法"或"加法"。
RP系统可以根据零件的形状，每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截面，每个截面数据相当于医学上的一张CT像片；然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体的零件。
整个制造过程可以比喻为一个"积分"的过程。
当然，整个过程是在计算机的控制下，由快速成形系统自动完成的。
基本原理都是一样的，那就是"分层制造、逐层叠加"。
这种工艺可以形象地叫做"增长法"或"加法"。
3. 快速原型制造技术的加工制造过程目前进入应用领域的各种快速原型制造技术采用的成型机理有所不同，但它们的加工制造过程类似，均大致包括以下五个步骤：图2 快速原型制造加工过程1、生产CAD设计模型。
首先利用计算机辅助设计（CAD）软件包生成制件的三维实体模型。
目前常用的实体造型软件有：Pro/E、UG—Ⅱ、Power Shape等，也可通过反求工程来获得制件的三维描述信息。
2、将三维CAD设计模型转换成STL（STL为RP技术工业标准）格式，在转换过程中，要综合考虑加工精度、加工工作量和文件容量等因素。
图3 立体光造型（SLA）原理图4.2. 分层实体制造技术LOM(Laminated Object Manufacturing)工作时，先放置成型基底，工作台下降一层高度，送纸辊送纸，收纸辊同步回收废料，在工作台上铺一层簿型材料，热压辊筒加热后，碾压材料表面，使它与已成型层牢牢粘合在一起，再使用激光扫描，切割出当前层的轮廓，这样逐层加工，直到制件完成。
激光扫描时，首先在材料表面切割出截面的轮廓线，然后在废料部分切割出X—Y方向交叉网格。
生成网格的主要目的是为了方便废料的剥离。
最后从连续的材料带上切下整个平面扫描部分，为下一层加工作好准备。
激光扫描是分层实体制造中的关键工序，它直接影响着制件的成型精度。
如下图4：图4 LOM成型原理4.3. 选择性激光烧结SLS（Selecting Lazet Sintering）择性激光烧结，是使用粉状固体材料（如：石蜡、聚碳酸脂、石英砂、合金粉等）进行加工的一种快速成型方法。
它在储料缸中放入加工原料，在工作缸中完成原型加工。
选择性激光烧结加工时，原料缸上升一个层厚，成型缸下降一个层厚，铺粉机构把粉料从原料缸快速铺向成型缸，然后，激光在工作台面上作选择性扫描，扫描过的部分连接成一个整体,没有扫描过的部分仍然保持粉状结构.截面完成后,再进行下一个工作周期,层层烧结形成制件。
图5 SLS成型原理图4.4. 熔丝沉积成型FDM(Fuse Deposition Modeling)在加热室下连接着制作喷头和支撑喷头。
制作支撑时，支撑丝连续地送进，支撑喷头在基底或已成型层上逐线扫描，形成辅助支撑。
制件加工时，制件丝连续送进，制作喷头在已成型层上逐线扫描，制作丝送入喷头，在喷头中熔化，喷出，在已成型层上固化，形成制件的二维截面。
每加工一层，工作台下降一次，新层添加在已加工层上，固化在一起。
多次重复，就可以形成具有直接实用价值的塑料件。
FDM成型原理4.5. 光面固化成形SGC（Solid Ground Curing）SGC技术是由Cubital公司开发的，其原理有点像SLA技术，所不同的是SGC技术不是逐点成型，而是同时制造一层，因此也称为固化过程。
其基本原理是：先在制造平台上撒一层液体感光树脂材料，然后利用类似复印机的静电过程在制造平台上方的透明玻璃板上打印出具有模型第一层形状的遮光膜。
用紫外光源照射遮光膜，则光线只能穿过透明部分而选择固化这一层。
接着，用真空吸除余下的液体树脂，而将这部分涂上蜡以支撑模型，这一层制好后，下降平台再制造第二层直至模型制成。
模型制好后，要放入溶剂池中除蜡，该技术的特点是制造速度快，制件尺寸大，并可同时制造多件制品。
图6 SGC技术加工原理图4.6. 喷墨打印（Ink—Jet Printing）喷墨打印指的是利用喷墨原理制造模型或零件的一类技术或设备。
该技术的制造平台置于粉末材料中，喷墨打印头喷出熔结剂将第一层中模型实体部分和粉末熔结在一起，未熔结的粉末作为支撑，然后将平台下移，加入粉末，抹平，再制造第二层，制成后，零件烧结，然后从粉末中取出。
图7 喷墨打印技术原理图年来，MIT（麻省理工学院）的研究人员对于3DP技术进行了更广泛和深入的研究，开发了用多种打印头的局部成份控制（Local Composition Control）技术，其原理如图所示。
其过程和步骤类似其它喷墨打印技术，但它通过材料成份、性能分析程序结合造型CAD数据，复合生成LCC模型从而实现模型内部局部成份控制，不同的打印头控制不同的材料成份，使制成的零件或模型内部具有不同的成份和特性，如不同的折射系数、不同的导电率、不同的韧性和成形性能、不同的耐腐蚀性、不同的强度和硬度，以满足不同的要求。
图8 3DP的局部成份控制（LLC）技术5. 快速原型制造技术的特点快速原型制造技术作为机械制造、激光、计算机、新材料和自动控制等技术综合应用的一项新的加工制造技术，是对传统制造方法的一项根本变革。
与传统的制造技术相比，快速原型制造技术具有如下优点：（1）减少制造成本，缩短制造周期。
由于可以应用CAD数据直接制造原型、模具或零件，从而减少了生产准备和加工过程时间，同时也降低了生产成本。
（2）传统的模具、零件制造常常采用设计→试制→实验→修改设计→再制造这一过程，采用RP技术可进行前期实验，即在设计的同时进行性能实验，节约实验时间和费用。
（3）最新的RP技术与传统的有限元（FEM）相结合，根据几何设计和性能分析结果制造模具和零件。
先进的3DP（Three Dimensional Printing)技术采用局部成份控制（LLC）原理，可控制RP制件内部的成份和各种性能。
这些成就更扩大了RP技术的应用范围。
（4）RP技术可以生产任意几何形状包括空心、薄壁和具有复杂内部结构的零件或模型，尤其适合于生产批量较小而生产周期要求又短的制造领域。
6. 快速原型制造技术的应用一个新产品在开发过程中，总是要经过对初始设计的多次修改，才有可能真正推向市场。
通常，产品到了经销商或客户的手中，很快就会有各种反馈的意见，认为这个产品如果能够再修改一下就会更好。
于是厂家就会根据所搜集到的意见，对产品进行改型。
“修改”，在制造业中，是个谈谈容易做起来难的事。
哪怕是外观上的一点修改，往往就要重新制作模具。
而模具的制作是一件非常费钱费时的事情，比如，一个制造普通电话机外壳的模具，就要花费好几万元才能做出来。
更严重的是，当你在花钱制作新模具的时候，并不知道这一次是不是一定能够满意。
万一再不满意，再花钱是小事，拖延了时间就可能意味着失去市场。
虽然利用电脑的虚拟技术可以非常逼真地再屏幕上显示所设计的产品的外观，但是，视觉上再逼真，也无法与实物相比。
只要想一想，单凭广告的精美图片，是没有多少人敢马上花钱去买一件贵重商品的，非要亲自到商场，亲手摸一摸，摆弄摆弄，才敢真的下决心。
因此在市场上，眼见还不能为实，非要手摸才能为实。
买一件商品尚且如此，如果是商家成千上万地向厂家定货，就更不是单纯看看电脑屏幕就可以下决心的事了。
由于全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分剧烈，产品开发周期的长短直接影响到一个企业的生死存亡。
因此，客观上需要一种可以直接地将设计数据快速地转化为三维实体的技术。
这样，不但可以快速直观地验证设计的正确性，而且可以向客户、甚至仅仅是有意向的潜在客户提供未来产品的实体模型，从而达到迅速占领市场的目的。
快速原型技术（Rapid Prototyping，简称RP）就是在这样的社会背景下于1988年诞生于美国，迅速扩展到欧洲和日本，并于九十年代初期引进我国。
快速原型技术综合应用各种现代技术，直接快速地将电脑设计数据转化为实物，形象地说，快速原型技术实现了所谓“心想事成”的梦想。
快速原型技术已广泛应用于快速概念模型制造（比如检验所设计的产品样子好看不好看、新潮不新潮）、快速测试模型制造（比如检验所设计的产品好用不好用、性能怎么样）、快速模具制造（直接制造模具）和快速功能零件制造（直接制造零件）等领域。
近年来，国内外众多高等院校、科研机构、设备制造单位和商用服务机构的研究人员对快速原型制造技术进行着不断的研究和完善，新技术不断涌现，新设备、新材料层出不穷，制造周期大大缩短，制品质量不断提高，应用范围不断扩大。
其应用范围大致可以分为以下几类：1、制造原型（Prototyping）快速原型制造技术最初是为了交换信息和实验的目的用来制造原型。
