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3D打印技术在机械制造领域中的作用
3D打印技术(3D Printing Technology)是一种把三维图形分析建模，并使用粉末等材料，利用显示屏和计算机以及添加材料等技术，进行一层一层向上建模的技术。
一是快速原型制作。
直接使用计算机设计的三维图形文件，可以快速的将图形变成一定形状的原型，是比传统的机械加工技术更快捷、更方便的创新方式。
它的特点是快速三维建模，无需设计模具，把原型的制造过程大大简化。
二是复杂结构制造。
随着 3D 打印技术的发展，已经可以很方便的打印出复杂结构，从而很大程度上减少了机械加工制造过程中的零件布置，减少了材料的浪费，提高了产品的成型精度。
三是灵活机构的创新。
3D 打印技术可以大大减少传统机构的制造过程，保证其复杂结构的灵活性，可以方便的实施不同结构的复合制造，这些结构有利于提高机械精确度。
四是三维数据库创建可以根据模型的参数，快速创建三维数据库，进一步提高机构分析功能。
以上就是 3D 打印技术在机械制造领域中的作用，可以说3D 打印技术为机械制造领域带来巨大的发展改善，把传统的机械加工技术使用到一个更高的水平，从而更好的满足机械制造行业的要求。
特种加工亦称“非传统加工”或“现代加工方法”，泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等。
与传统机械加工方法相比具有许多独到之处：(1)加工范围不受材料物理、机械性能的限制，[1]能加工任何硬的、软的、脆的、耐热或高熔点金属以及非金属材料。
(2)易于加工复杂型面、微细表面以及柔性零件。
(3)易获得良好的表面质量，热应力、残余应力、冷作硬化、热影响区等均比较小。
(4)各种加工方法易复合形成新工艺方法，便于推广应用。
特种加工技术的主要应用领域是：难加工材料，如钛合金、耐热不锈钢、高强钢、复合材料、工程陶瓷、金刚石、红宝石、硬化玻璃等高硬度、高韧性、高强度、高熔点材料。
难加工零件，如复杂零件三维型腔、型孔、群孔和窄缝等的加工。
低刚度零件，如薄壁零件、弹性元件等零件的加工。
以高能量密度束流实现焊接、切割、制孔、喷涂、表面改性、刻蚀和精细加工。
电加工技术原理电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工电火花加工特点1：电火花加工速度与表面质量模具在电火花机加工一般会采用粗、中、精分档加工方式。
粗加工采用大功率、低损耗的实现，而中、精加工电极相对损耗大，但一般情况下中、精加工余量较少，因此电极损耗也极小，可以通过加工尺寸控制进行补偿，或在不影响精度要求时予以忽略。
2：电火花碳渣与排渣电火花机加工在产生碳渣和排除碳渣平衡的条件下才能顺利进行。
实际中往往以牺牲加工速度去排除碳渣，例如在中、精加工时采用高电压，大休止脉波等等。
另一个影响排除碳渣的原因是加工面形状复杂，使排屑路径不畅通。
唯有积极开创良好排除的条件，对症的采取一些方法来积极处理。
3：电火花工件与电极相互损耗电火花机放电脉波时间长，有利于降低电极损耗。
电火花机粗加工一般采用长放电脉波和大电流放电，加工速度快电极损耗小。
3D打印与传统加工方式的对比--3D打印简介3D打印技术是增材制造的一种形式，是指根据3D模型，使用堆积处理技术，采用分层加工、叠加成型的方式逐层增加材料来生成3D实体。
其本质是断层激光扫描烧结的逆过程，断层扫描就是把某个三位模型“切”成无数叠加的片；3D打印就是一片一片的打印，然后叠加到一起，成为一个立体物体。
二.3D打印相比于传统加工的优势L制造周期短3D打印作为快速成型的一种方式，是使设计概念可视化的重要手段，计算机辅助设计（CAD/CAM）的实物模型可以在很短时间内成形出来，达到很快对加工能力和设计结果进行评估，从而实现缩短制造周期。
2 .可降低研发成本，缩短研发周期相比于传统的机械加工方式，如：材料去除原理（车、铳、包I」、磨、钻、獴、特种加工）、材料基本不变原理（铸、锻、模具成型），3D打印是增材制造的过程，采用了材料累加成型原理材料，材料利用率高，从而降低了生产成本。
众所周知，一种新产品的开发一般要经历概念设计、方案设计、详细设计、小批量试制、试销以及批量投产这一过程，为了规避产品开发的投资风险以及缩短研发周期，往往需要对所设计的零件和产品在投入大量资金组织加工或装配之前加工一个原型，以此原型对产品的设计进行评价、修改以及功能验证，以期在产品开发、制造的早起能发现设计缺陷或发现更有效和更好的设计方案。
此时，我们可以利用3D打印技术快速制造手板模型，这样不但保留原有结构的特征，同时还可以做比例缩减，缩短加工时间短，降低生产成本，减少产品改良时间，更适合产品研究开发。
3 .不受零件形状和复杂程度限制由于3D打印是将复杂的三维实体转化为二维截面来处理，不需要任何专业的辅助工夹具，完全在计算机管理和控制下，可进行任意零件的加工，不受零件形状和复杂程度的限制，所以制造的柔性极高，完全符合敏捷制造（Agile）的思想，从而实现了自由制造（FreeFOrmFabrication）,这是传统加工方式所不能比拟的。
快速原型制造SLS法及应用——09制造332 姚健快速原型技术是综合利用CAD技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术及激光技术的集成以实现从零件设计到三维实体原型制造一体化的系统技术。
快速原型制造技术是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体技术的总称，它有四方面的特征：一、能制造任意复杂形状的三维实体零件而无需机械加工。
二、系统由CAD模型直接驱动，能将产品的三维计算机模型直接制成实体零件，而不必设计、制造模具、专用夹具或工具，且成型过程中无人干预或较少干预，因而制造周期大大缩短。
三、能借电铸、电弧喷涂技术进一步由塑胶件制成金属模具，或者能将快速获得的塑胶件当做易熔铸模或木模，进一步浇铸金属铸件或制造砂型。
四、能根据CAE的结果制成三维实体，作为试验模型，评判仿真分析的正确性。
快速原型制造技术的具体工艺不下30余种，根据采用材料及对材料处理方式的区别，可归纳为以下五类方法：1、光固化法/SL法（Stereolithography)2、叠层制造法/LOM法（Lamited Object Manufacturing)3、激光选区烧结法/SLS法（Selective Laser Sintering)4、熔融挤压成形法/FDM法（Fused Deposition Modeling)5、喷墨印刷成形法/IJP法（ Ink-Jet Printing)而在众多的成型技术中，选择SLS因为具有成型速度快、精度高、材料选择面广和适用于多种用途的特点，而得以迅速发展。
SLS工艺是一种基于离散-堆积思想的加工过程，其成形过程可分为在计算机上的离散过程和在成形机上的堆积过程:1).离散过程。
首先用CAD软件，根据产品的要求设计出零件的三维模型，然后对三维模型进行表面网格处理，常用一系列相连三角形平面来逼近自由曲面，形成经过近似处理的三维CAD模型文件。
然后根据工艺要求，按一定的规则和精度要求，将CAD模型离散为一系列的单元，通常是由Z向离散为一系列层面，称之为切片。
3D打印技术在机械制造领域的应用简述3D打印技术（3D printing）是一种新型的数字化制造技术，其应用范围涉及到机械制造领域等各个领域。
机械制造领域是3D打印技术的重要应用领域之一，它在这个领域的应用已经逐渐得到了广泛的认可和应用。
本文将简要介绍3D打印技术在机械制造领域的应用，并探讨其带来的优势和发展前景。
1. 快速制造原型传统的机械制造过程中，制作产品原型通常需要数周甚至数月的时间。
而有了3D打印技术，只需要数小时到数天的时间就可以制造出复杂的产品原型，极大地加快了产品研发周期。
这对于机械制造领域的企业来说，意味着更快的产品迭代和更快的市场响应能力。
2. 制造复杂零部件3D打印技术可以制造出复杂形状的零部件，这些零部件传统的机械加工方法无法制造。
这对于一些特殊结构的零部件来说，具有极大的意义。
一些空隙结构复杂的零部件，通过传统的机械加工方法可能需要组装数十甚至上百个零部件，而通过3D打印技术，只需要一次成型即可。
这不仅简化了制造流程，还提高了零部件的整体性能。
3. 定制化生产3D打印技术可以根据客户的需求，定制化生产机械零部件。
传统的机械制造通常是大规模生产标准化产品，而3D打印技术可以根据客户的具体需求，快速制造出符合客户要求的产品。
这对于一些特殊需求的零部件来说，提供了更好的解决方案。
4. 减少材料浪费传统的机械制造过程中，通常会产生大量的材料浪费。
而3D打印技术是一种增材制造技术，可以根据产品的实际需求，逐层添加材料，减少了材料浪费。
这对于一些昂贵的特殊材料来说，具有重要的意义。
5. 生产成本降低3D打印技术节省了制造产品所需的模具成本，减少了人力成本和库存成本，降低了生产成本。
这使得一些小批量生产的产品也变得经济可行，为小型企业提供了更多的机会。
二、3D打印技术在机械制造领域的优势1. 灵活性传统的机械加工方法通常需要制造定制化零部件时，成本较高且周期较长。
而3D打印技术可以根据不同的设计需求，快速灵活地制造出符合设计要求的零部件，极大地提高了生产灵活性。
专题快速制模技术模具是制造业中使用量大、影响面广的工具产品。
没有型腔模、压铸模、铸模、深拉模和冲压模，就无法生产出被广泛应用和具有竞争价格的塑料件、合金压铸件、钢板件和锻件。
在现代批量生产中，没有高水平的模具，就没有高质量的产品，它对企业提高生产效率、降低生产成本也有重要的作用。
据国外最新统计分析，金属零件粗加工的75%、精加工的50%和塑料零件的90%是用模具加工完成的。
因此，模具工业也被称为“皇冠工业”。
由于市场竞争的日益激烈，产品更新换代的速度不断加快，多品种小批量将成为制造业的重要生产方式，在这种情况下，制造业对产品原型的快速制造和模具的快速制造提出了强烈的要求。
高速加工技术的出现，为模具制造技术开辟了一条崭新的道路。
快速制模技术是一种快捷、方便、实用的模具制造技术。
特别适用于新产品开发试制、工艺验证和功能验证以及多品种小批量生产。
快速制模技术特点快速模具制造技术与传统的模具制造技术相比,具有如下特点：（1)制造方法简单，工艺范围广由于快速模具制造是基于材料逐层堆积的成形方法，工艺过程相对简单、方便和快捷，它不仅能适应各种生产类型特别是单件小批的模具生产，而且能适应各种复杂程度的模具制造；它既能制造塑料模具，也能制造金属模具。
模具的结构愈复杂，快速模具制造的优越性就更突出。
（2）模具材料可强韧化和复合化快速模具制造工艺能方便地利用在合金中添加元素或结晶核心，改变金属凝固过程或热处理等手段，可改善和提高模具材料的性能；或者在合金中添加其它材料，可制造复合材料模具。
(3)设计周期短，质量高由于RT的模具设计极少依赖人的因素，因而可有效地降低人为的设计缺陷。
设计师可利用RP制造的高精度模型，在设计阶段就可对产品的整体或局部进行装配和综合评价，并不断改进，大大地提高了产品的设计质量。
（4）便于远程的制造服务由于RT对信息技术的应用，缩短了用户和制造商之间的距离，利用互联网可进行远程设计和远程服务，能使有限的资源得到充分的发挥，用户的需求能得到最快的响应。
机械制造RPT技术随着科技的不断进步和机械制造行业的快速发展，一种全新的制造技术被广泛应用和探索，那就是快速原型技术（Rapid Prototyping Technology，RPT）。
RPT技术作为一种快速制造技术，已经在机械制造领域取得了显著的成果。
本文将介绍RPT技术的定义、原理、应用以及对机械制造行业的影响。
一、RPT技术的定义快速原型技术（RPT）是一种通过以逐层堆积的方式构建物体模型的制造技术。
RPT技术通过使用计算机辅助设计软件（CAD）将物体的三维模型切割成薄片，并将这些薄片逐层叠加，以构建最终的实物模型。
二、RPT技术的原理RPT技术主要包括三个关键步骤：数据预处理、材料成型和后期处理。
1. 数据预处理：首先，需要将物体的三维模型导入CAD软件，并进行数据的修复、切割和支撑生成等操作。
这个步骤主要是为了保证模型的准确性和可制造性。
2. 材料成型：在RPT技术中，常用的材料包括树脂、金属、塑料等。
根据不同的材料特性，采用相应的成型方法，如光固化、熔融堆积等。
通过逐层堆积形成一个完整的物体模型。
3. 后期处理：在物体模型成型后，需要进行去支撑、表面处理等环节，以提高模型的质量和外观。
三、RPT技术的应用RPT技术在机械制造领域有着广泛的应用，主要体现在以下几个方面：1. 概念验证：快速原型技术可以帮助设计师快速制作出产品样机，用于概念验证。
通过观察和测试样机，设计师可以更加直观地了解产品的表现和性能，避免潜在的问题和缺陷。
2. 小批量生产：RPT技术可以快速制造出产品的小批量生产，满足市场需求。
相比传统的加工方法，RPT技术能够大大缩短生产周期，降低成本。
对于一些新兴的产品或者个性化需求较高的产品，RPT技术具有明显的竞争优势。
3. 零配件制造：RPT技术在制造零配件方面也有重要应用。
传统的加工方式需要开设模具，耗费时间和金钱。
而RPT技术可以根据数字化的三维模型直接制造出所需零配件，大大提高了生产效率和灵活性。
21世纪机械制造业的特点和发展趋势
当今世界正在发生的深刻变化，对制造业产生了深刻的影响，制造过程和制造工艺也有了新的内涵。
传统制造业不断吸收机械、信息、材料等方面的最新成果，并将其综合应用于产品开发与设计、制造、检测、管理及售后服务的制造全过程。
21世纪的制造业呈现出高技术化、信息化、绿色化、极端化、服务增值等特点和趋势。
1）高技术化
在高技术的带动下，制造技术出现了前所未有的新进展，制造技术及制造工艺的高技术化应用体现在以下几个方面。
（1）微加工成为常规制造技术。
制造业的常规性尺度由微米级精度下移1到2个数量级，亚微米及纳米级制造将成为主流。
（2）特种加工技术广泛应用。
与传统的机械加工相比较，特种加工技术利用非机械能进行加工，例如激光加工、电花加工、电解加工、电化学加工等，将成为常规的制造手段，使有些原来难加工或不能加工的零件加工成为可能。
（3）生长型制造的比重日益提高。
快速原型制造改变了传统加工“去除材料”的思维定式，通过材料的逐层累加使零件成型。
在微制造领域，“从下而上”的制造和生长/去除复合型制造将成为主要的制造方式。
（4）制造技术和材料技术联系更加紧密。
特别是纳米材料的应用导致制造业发生巨变，无论产品的设计还是制造过程，都因此产生了根本性的改变。
（5）极端制造得到发展。
极端制造是指在极端制造环境下，制造极端尺度或极高性能的器件和功能系统。
2024年机械制造的智能化技术发展趋势智能制造是以人工智能、大数据、云计算、物联网等为核心技术，通过连接和协同控制，实现各个环节自动化、智能化的制造方式，能够提高生产效率、质量和灵活性，降低成本和资源消耗。
在2024年，机械制造行业的智能化技术有望迎来更加突破性的发展，主要表现在以下几个方面。
一、人工智能在机械制造中的应用将更加广泛和深入。
人工智能技术包括机器学习、深度学习和自然语言处理等，将广泛应用于机械制造的各个环节，包括产品设计、工艺规划、生产调度、设备维护等。
通过机器学习和深度学习，可以提高产品设计的准确性和效率，优化生产工艺和设备维护计划，提高生产效率和产品质量。
二、物联网技术的普及将进一步推动机械制造智能化。
随着物联网技术的发展，机械制造设备和产品之间将实现全面的连接，形成机器与机器之间的通信网络。
通过物联网技术，可以实时监测设备的运行状态和产品的生产过程，实现远程控制和自动化调节，提高生产效率和生产线的灵活性。
三、云计算和大数据分析将成为机械制造的核心技术。
通过云计算技术，可以实现对生产数据的存储和分析，将大规模的数据转化为有价值的信息，为企业的决策提供支持。
大数据分析能够挖掘出隐藏在数据中的规律和潜在的问题，帮助企业优化生产计划和生产流程，提高生产效益和产品质量。
四、机器人技术将进一步智能化和自主化。
机械制造过程中的重复性和危险性高的工作，将会被机器人取代。
机器人技术将越来越具备感知、识别和决策的能力，能够在多变的生产环境中适应和自主工作。
通过机器人的智能化和自主化，可以提高生产线的稳定性和灵活性，降低人力成本和安全风险。
五、虚拟现实和增强现实技术将广泛应用于机械制造中。
虚拟现实技术可以实现对机械产品的全面模拟和测试，帮助企业提高产品的设计效率和准确度。
增强现实技术能够将虚拟信息与真实场景相结合，为工人提供操作指导和维修支持，提高工作效率和安全性。
六、数字孪生技术将成为机械制造的重要手段。
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。
快速原型技术的研究现状及存在的问题作者：宋丽莉来源：《科技创新导报》2013年第01期摘要：快速原型是技术是激光技术、计算机技术、数控技术、材料科学、机械工程技术的集成。
该文介绍了快速原型技术的原理、其主要的工艺种类光固化立体造型（SLA）、分层实体制造（LOM）、选择性激光烧结（SLS）、熔融沉积制造（FDM）的研究现状，探讨了该技术现在所面临的问题。
关键词：快速原型研究现状存在问题 SLA LOM SLS FDM中图分类号：TG24 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）01（a）-00-02快速成型技术，也称为快速原型（Rapid prototyping，RP）技术，是20世纪70年代末到80年代初产生的一种新型制造技术，它基于“离散/堆积”增材制造原理，和常规的去材制造不同，采用逐层累加制造的方法完成任意复杂零部件或实体的制作，又被称为分层制造技术和自由实体制造技术，是先进制造技术的重要组成部分[1]。
1 快速原型的原理RP是基于离散/堆积成形的数字化制造技术，它集成了激光、计算机、数控、精密伺服驱动、新材料等各种高新技术。
通过离散，将复杂的三维形体进行降维处理；通过堆积使二维层片结合成复杂的三维实体。
其基本过程是：首先设计出所需零件的计算机三维模型（数字模型、CAD模型），然后将CAD模型转化为STL文件格式，用分层软件将计算机三维实体模型在高度方向离散为一系列具有一定厚度、一定形状的薄片，最后在计算机控制下有选择的固化或粘结某一区域的材料，从而形成零件实体的一个层面，并逐渐堆积生成对应原型[2]。
2 快速原型技术的研究现状目前快速原型技术的工艺方法已经有几十种，并且新工艺、新方法还在不断出现，按成型核心工具不同，RP系统可以分为两大类：基于激光技术（光固化立体造型SLA，分层实体制造LOM，选择性激光烧结SLS）和基于微滴技术（熔融沉积制造FDM，三维印刷3DP，实体磨削固化SGC、多项喷射沉积MJD等）的RP技术，但商品化较好的主要还是SLA，LOM，SLS，FDM，下面仅就他们的研究现状做一下介绍：（1）光固化立体造型（SLA）以光敏树脂为原料，在加工过程中，工作台表面浸在液体的光敏树脂中，一定功率的光照到光敏树脂表面，通过光聚合反应导致固化，一层固化完成后，工作台下降一定高度，重新覆盖一薄层树脂材料，光照固化新层。
第六章快速成型技术 (2)4.1 快速原型技术简介 (2)4.1.1 快速成型的基本原理 (2)4.1.2 快速成型的工艺过程 (3)4.1.3 快速原形技术的特点 (4)4.2 RP工艺方法简介 (5)4.2.1典型RP工艺方法简介 (5)4.2.2 典型快速成型工艺比较 (8)4.2.3 其他快速成型工艺 (9)4.3 SCPS350紫外光快速成型机 (9)4.3.1 SCPS350紫外光快速成型机基本原理及制作过程 (9)4.3.2 SCPS350紫外光快速成型机床控制软件的介绍 ..................................... 错误!未定义书签。
4.3.3 SCPS350紫外光快速成型机机床实例讲解............................................. 错误!未定义书签。
第六章快速成型技术4.1 快速原型技术简介快速成型(Rapid Prototyping)是上世纪80年代末及90 年代初发展起来的新兴制造技术，是由三维CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体的总称。
它集成了CAD 技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果，是先进制造技术的重要组成部分。
由于它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。
与传统制造方法不同，快速成型从零件的CAD几何模型出发，通过软件分层离散和数控成型系统，用激光束或其他方法将材料堆积而形成实体零件。
通过与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段相结合，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。
快速成型技术自问世以来，得到了迅速的发展。
由于RP技术可以使数据模型转化为物理模型，并能有效地提高新产品的设计质量，缩短新产品开发周期，提高企业的市场竞争力，因而受到越来越多领域的关注，被一些学者誉为敏捷制造技术的使能技术之一。
快速成型技术在集成制造及数控加工中的应用在当前科学技术快速发展的影响下，各种市场产品的更新速度加快，而这也就为新产品的制造和研发、设计带来了一定挑战，要想以最快的速度来完成新产品的制造，那么其中最为关键的就是快速制造产品原型。
从以往传统的原型制造方法中我们可以看到，其不仅有着较长的制造周期，而且制造成本也相对较高，无法满足市场发展的实际需求，所以在这样的一种形势下，快速成型技术得到了有效推广与应用。
基于此，本文针对快速成型技术在集成制造及数控加工中的应用进行了详细分析与探讨，仅供参考。
标签：快速成型技术;集成制造;数控加工;有效应用0 引言早在20世纪80年代，快速成型技术就已经出现，其作为一种新型制造技术发挥了重要作用，其主要由数控技术和激光技术等多种先进技术构成，在短时间内就可以完成原型的制造，改变了以往传统加工模式，减少了一些复杂机械加工设备的使用，目前快速成型技术已经得到广泛应用，并取得了一定成效。
本文结合自身实际经验，详细分析了快速成型技术的优势，并针对于其在集成制造及数控加工中的具体应用，提出了自己的观点和意见，以期对相关人士提供帮助。
1 快速成型技术的概述分析针对于快速成型技术的应用，必须要借助计算机辅助技术才能得以实现，在快速成型技术的应用下，不仅可以实现智能化制造，同时还可以大大提升生产管控水平。
快速成型技术，与3D打印技术比较相似，其核心流程都是分层制造、逐层叠加。
但是与以往传统机械制造工艺组合技术相比却有着很大不同，作为一体成型技术，其主要以离散和堆积为原理，首先需要使用CAD制图软件和模型库来设立好CAD模型，然后经过三维虚拟和三角面片的转变后，最后形成面片文件。
利用三维虚拟实体面离散CAD模型，可以将面片文件经过分解得到层片文件。
而且检验层片文件和对修正层片文件的利用，可以实现数控加工代码，然后通过计算机切片处理软件完成软件叠加控制材料的制造，最后获得一个三维实体。
其主要特点体现在研制周期短和产品设计短两方面[1]。
快速成型技术的特点和应用是什么快速成形制造技术是目前国际上成型工艺中备受关注的焦点。
铸造作为一项传统的工艺，制造成本低、工艺灵活性大，可以获得复杂形状和大型的铸件。
充分发挥两者的特点和优势，可以在新产品试制中取得客观的经济效益。
快速成形制造技术又称为快速原型制造技术(RapidPrototypingManufacturing，简称RPM)，是一项高科技成果。
它包括SLS、SLA、SLM等成型方法,集成了CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果，是先进制造技术的重要组成部分。
与传统制造方法不同，快速成型从零件的CAD几何模型出发，通过软件分层离散和数控成型系统，用激光束或其他方法将材料堆积而形成实体零件，所以又称为材料添加制造法(MaterialAdditiveManufacturing或MaterialIncreaseManufacturing)。
由于它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不用模具和工具的条件下几乎能够生成任意复杂形状的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。
与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段一起，快速自动成型已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段，是目前适合我国国情的实现金属零件的单件或小批量敏捷制造的有效方法，在航空航天、汽车摩托车、家电等领域得到了广泛应用。
快速成型技术能够快捷地提供精密铸造所需的蜡模或可消失熔模以及用于砂型铸造的木模或砂模，解决了传统铸造中蜡模或木模等制备周期长、投入大和难以制作曲面等复杂构件的难题。
而精密铸造技术(包括石膏型铸造)和砂型铸造技术，在我国是非常成熟的技术，这两种技术的有机结合，实现了生产的低成本和高效益，达到了快速制造的目的。
RPM技术的特点快速成型的过程是首先生成一个产品的三维CAD实体模型或曲面模型文件，将其转换成特定的文件格式，再用相应的软件从文件中“切”出设定厚度的一系列片层，或者直接从CAD文件切出一系列的片层。
1. 试述特种加工的特点及所能解决的主要加工问题, 应该如何正确处理传统加工和特种加工工艺之间的关系？答：特点主要有：①不是主要依靠机械能, 而是利用其它的能量（如电能、热能、化学能、光能、声能等）去除工件材料；②工具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度, 有些根本不需要工具；③加工过程中工具和工件之间不存在显著的切削力。
可以解决: ①高硬度、高强度、高韧性、高脆性等各种难加工材料的加工问题；②精密、微细、形状复杂零件的加工问题；③薄壁、弹性等低刚度零件的加工问题。
传统加工是指使用刀具进行的切削加工和磨削加工, 是行之有效的实用加工方法, 而且今后仍然占主导地位。
但是随着难加工的新材料、复杂表面和有特殊要求的零件越来越多, 传统加工工艺必然难以适应。
所以可以认为特种加工工艺是传统加工工艺的补充和发展, 特种加工工艺可以在特定的条件下取代一部分传统加工工艺, 但不可能取代和排斥主流的传统加工工艺。
2. 什么叫电火花加工中的极性效应？如何在生产中利用极性效应？答: 在电火花加工中, 即使电极材料相同, 但正、负电极上的蚀除速度仍是不同的, 把由于正负极性接法不同而蚀除速度不同的现象叫极性效应。
在短脉宽的脉冲加工时, 电子轰击是主要的, 正极蚀除量大于负极；在长脉宽的脉冲加工时, 离子轰击是主要的, 负极蚀除量大。
从提高生产率和减小工具损耗角度来看, 极性效应越显著越好。
如用交变脉冲电流加工时, 单个脉冲的极性效应便相互抵消, 增加了工具的损耗, 因此, 电火花加工一般都采用单向脉冲电源。
一般在用短脉宽做精加工时, 应将工件接正极, 称正极性加工；在用长脉宽做粗加工时, 应将工件接负极, 称负极性加工。
3. 电子束加工、离子束加工和激光加工各自的工作原理和应用范围如何？各有什么优缺点？答: 三者都适合于精密、微细加工, 但电子束、离子束加工需在真空中进行, 因此加工表面不会被氧化、污染, 特别适合于“洁净”加工。
一、“快速原型”与“机械加工”相比，有什么优缺点？
答：优点：
1、自由成型制造，在短时间内直接制造产品模型或样品，无需传统机床和模具。
可以制造任意复杂形状、不同材料复合的零部件，材料理论利用率可达100%。
2、制造过程快速，设计师具有直观方式体会设计的感觉，感性而迅速地验证和检查说设计的产品结够和外形，改善了设计过程中的人机交流，缩短了产品的开发周期加快了产品更新换代的速度，降低了企业投资的新产品的风险。
3、改变了传统的去除式加工方式，添加式和数字化驱动成型方式，采用逐点、逐层累计添加的加工方式，通过CAD数字模型直接或间接地驱动快速成型设备系统进行原型制造。
4、具有技术高度集成的优点。
新材料、激光运用技术、精密伺服驱动技术、计算机技术以及数控技术等高度集中，共同支撑了快速原型技术的实现。
5、它的运用领域十分广泛，该技术特别适合用于新产品的开发、不规则复杂零件制造、模具设计制作快速反求与复制等。
除了制造业的运用，在材料科学与工程。
医学等也有广阔的应用前景。
6、与传统机械加工相比，其原型或零件本身制作过程的成本显著下降，以及缩短的时间周期也带来了明显的时间效益，从而产生了突出的经济效益。
7、能量在成型物理过程中是一个极为关键的因素，在以往的去除成
形和受迫成形中，能量是被动地供给的，一般无须对加工能量进行精确的预测与控制，而在离散、堆积类型的RP中，单元体制造中能量是主动供给的，需要准确地预测与控制，对成型中的能量形式、强度、分布、供给方式以及变化等进行有效的控制，从而经由单元体的制造而完成成型。
8、原型是通过堆积不断增大，其力学性能不但取决于成型材料本身，而且与成型中所施加的能量大小及施加方式有密切关系，故在成型工艺控制方面，需要对多个坐标进行精确的动态控制
9、无污染：在制造过程中不会产生废弃物造成环境污染，所以也是一种绿色制造技术。
以上优点使得广大群众得到很大益处，不仅是设计者、制造者还是推销者、消费者都得到了巨大好处。
缺点：
快速原型的几种主要工艺方法中都或多或少的存在不同的缺点，但主要缺点在于系统的开发缺乏统一规划和标准，导致对系统的开发缺乏有效的控制。
1、光固化成型缺陷（SLA）
（1）尺寸的稳定性差。
成型过程中伴随着物理和化学变化，导致软薄部分易产生翘曲变形，因而极大地影响成型件的整体尺寸精度。
（2）需要设计成型件的支撑结构，否则会引起成型件的变形。
支撑结构需在成型件未完全固化时手工去除，容易破坏成形性。
（3）设备运转及维护成本高。
由于液态树脂材料和激光器的价格较高，并且为了使光学元件处于理想的工作状态，需要进行定期的调整
和维护，费用较高。
（4）可使用的材料种类较小。
目前可使用材料主要为感光性液态树脂材料，并且在太多情况下，不能对成型件进行抗力和热量的测试。
2、分层实体制造缺点（LOM）
（1）原型的抗拉强度和弹性不够好。
（2）原型易吸湿膨胀，因此，成型后应尽快进行表面防潮处理。
（3）原型表面有台阶纹理，难以构建形状精细、多曲面的零件，因此，成型后需进行表面打磨。
3、选择性激光烧结缺点（SLS）
（1）原型结构疏松、多孔，且有内应力，制作易变性。
（2）生成陶瓷、金属制件的后处理较难。
（3）需要预热和冷却。
（4）成型表面粗糙多孔，并受粉末颗粒大小及激光光斑的限制。
4、熔融沉积制造缺点（FDM）
（1）原型的表面有较明显的条纹。
（2）沿着成型轴垂直方向的强度比较强。
（3）原材料价格昂贵。
二、目前快速原型技术的主要研究方向是什么？主要技术瓶颈又有哪些？
答：研究方向：
1、在快速制模领域的应用
快速原型制造技术在模具制造中的应用大大促进了产品设计现代化
的进程，极大地缩短了新产品投放市场的周期，基于快速原型技术的快速模具制造新技术是快速制造的重要发展方向，具有广阔的前景，从工艺转化上可以将快速制造工艺分为直接制模和间接制模[1]。
金属模具的直接快速制造是指快速成形系统根据零件的三维造型直接分层堆积形成所需要的金属零件或模具，不需另外的工序转换。
金属模具的间接快速制造是指先用快速成形技术制造出具有模具实际形状的快速原型，然后采用其他工艺在快速原型的基础上复制出所要求的模具。
与快速成形技术结合进行金属模具制造的工艺有铸造、粉末成形、电加工、粉末喷射等。
2、在产品创新领域的应用
新产品设计和开发是一个不断验证、修改、重复的过程。
应用快速原型技术能在产品开发初期就得到产品原型，因此能对产品进行装配性验证，在加工之前将一切可能出现的错误排除掉，这不仅降低了制造成本，还可以提高产品合格率。
另一方面，快速原型技术制作模型的速度较传统方法有很大提高，尤其是对形状复杂的原型缩短时间和降低成本的潜力更大。
3、在医疗卫生领域的应用
快速原型技术与CT扫描等临床诊断技术相结合，制作人体局部或内脏器官的模型，能显示该部位病变情况的实体结构，用于辅助临床诊断如外科手术的安排等此外，快速原型制造技术还可用于快速反求、制作工艺品的设计原型和建筑实物模型等[2]。
4、其他领域[3]
在考古过程中，时常会因为挖掘以及保存时造成的破损对艺术品进行修复。
建筑行业也利用3DP技术制作出小区建筑模型，这些原型为设计人员、建筑商以及客户提供视觉参考。
生物材料快速制造。
技术瓶颈：
1、目前RE和RPM技术虽能匹配,但不理想,其原因是现有RE中
的一些技术不能满足RPM的要求。
2、空间三角网格直接划分是反求工程领域里研究的瓶颈问题。
3、快速原型件的强度和精度不是很高。
4、CMP互连也是瓶颈之一。
5、软件处理的精度和速度、对复杂模型的处理能力就成为应用中
的一个主要瓶颈。
6、CAD是实现RPM的前提，在应用上CAD建模往往是RPM推
广应用的瓶颈。
7、维CT图像重建时间过长。
[1]陈森昌．快速原型制造技术及其应用[J]．汽车科技，1999(2)：14～16．
[2]魏铁华，刘长青．快速原型制造技术[J]．水利电力机械，1998(4)：25～29
[3]王晓聪，孙锡红，快速成型技术研究现状及应用前景上海理工大学机械学院（200093）2007第3期（总第171期）。
