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快速成形技术的快速模具制造技术快速成形技术是一种快速制造技术，在许多制造领域中被广泛应用。
它的优势在于减少成本和提高生产效率。
快速成形技术的一个关键应用是快速模具制造技术。
在传统制造技术中，模具制造需要花费大量的时间和成本。
快速模具制造技术通过利用快速成形技术的优势来快速制造模具，从而带来更高的生产效率和低成本。
本文将介绍快速成形技术和快速模具制造技术，探讨它们在制造行业中的应用以及未来的发展方向。
一、快速成形技术概述快速成形技术（Rapid Prototyping）是一种以数字模型为基础，通过逐层堆积材料的方式制造复杂结构部件的技术。
它的本质是一种数字化制造技术，利用计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）和快速成形技术等先进技术，实现从数字模型到实体模型的过程。
快速成形技术产生的模型可以用于功能测试、样板制作、微型结构模型测量等领域。
它的一个重要应用是快速模具制造技术。
二、快速模具制造技术的现状快速模具制造技术是一种使用快速成形技术制造模具的技术。
传统的模具制造方法是通过切割、铣削、打孔、线切割等方式来加工模具。
这种方法耗时、成本高，并且生产周期长。
而快速模具制造技术是直接从数字模型制造模具，可以大大缩短制造周期和花费。
快速模具制造技术不仅节约了生产成本，而且使设计者更容易实现他们的设计概念，并快速完成新产品的开发。
目前，快速模具制造技术已经得到了广泛的应用。
主要应用领域包括航空航天、医疗器械、汽车、电子、塑料等行业。
简单来说，快速模具制造技术可以分为两类，分别是直接快速制造模具和间接快速制造模具。
1、直接快速制造模具直接快速制造模具是指从数字模型直接制造模具的技术。
它是实现模具快速制造的一种有效方法。
通过添加材料的方式，模具可以在一定时间内得到制造。
这种方法适用于塑料模具的制造，但在金属制品模具制造方面还没有发挥出全面的优势。
还需要进一步研究和改进。
2、间接快速制造模具间接快速制造模具是指通过制作快速模型制造铸型和翻转模等模具。
冲压模具的快速成形技术介绍冲压模具是用于冲压加工工艺的重要设备，通常由模架、上、下模座、上、下模板、顶针等组成。
传统的冲压模具采用的是传统制造工艺，制造周期长，生产效率低，导致产品制造成本高，难以满足市场需求。
快速成形技术主要是利用计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、快速成型(RP)等技术，通过直接数据处理和机械制造的方法，从设计到制造的全过程中减少了一切繁琐的处理。
该技术的主要特点是：快速、高效、能够生产出形状复杂，尺寸精度高的冲压模具。
快速成形技术的主要应用有以下几个方面：1、产品开发：快速成形技术可以快速制造模具，大大缩短产品开发周期，加快上市速度。
2、小批量生产：快速成形技术可以满足小批量生产的需求，减少生产成本，提高工作效率。
3、个性化定制：快速成形技术可以根据客户需求快速制造模具，方便实现个性化定制生产。
4、模具修复：快速成形技术可以修复模具，提高模具利用率，节约成本。
快速成形技术的实施步骤主要包括以下几个方面：1、模具设计：根据产品需求，使用CAD软件进行模具设计，设计完成后，经过计算机模拟验证。
然后将模具设计数据导入到CAM软件中，生成加工路径。
2、快速成形：根据CAM软件生成的加工路径，使用快速成形设备进行模具的快速成形。
常用的快速成形设备有三维打印机、激光烧结机等。
3、后处理：快速成形完成后，需要进行后处理，包括清理、热处理、表面处理等。
清理主要是去除模具表面残留物质，热处理是为了提高模具的硬度和耐磨性，表面处理是为了提高模具的表面质量。
快速成形技术有以下几个优点：1、缩短制造周期：传统模具制造周期长，快速成形技术可以大大缩短制造周期，提高生产效率。
2、节约成本：快速成形技术可以减少材料浪费、人工成本等，降低模具制造成本。
3、提高产品质量：快速成形技术可以生产出形状复杂，尺寸精度高的模具，提高产品质量。
4、适应多品种、小批量生产：快速成形技术可以根据客户需求快速制造模具，适应多品种、小批量生产的需求。
快速成形技术现代成形理论是研究所有产品制造的成形方式，即研究将成形材料有序地组织成具有确定外形和特定功能的三维实体的科学，建立起产品制造的理论模型。
根据工艺可以将产品成形的过程分为如下四种：1.受迫成形成形材料受到压力的作用而成形的方法，如金属材料成形的冷冲压成形、锻压成形、挤压成形以及铸造成形等。
2.去除成形这是人类从制作工具到现代化生产一直沿用的主要成形方法，如刀具切削加工、磨削加工、电火花加工等。
3.离散/堆积成形与传统制造不同，离散/堆积成形从零件的CAD实体模型出发，通过软件分层离散和数控成形系统，用层层加工的方法将成形材料堆积而形成实体零件。
4.生长成形生长成形或称仿生成形是指模仿自然界中生物生长方式而成形的方法。
快速成形技术是基于离散/堆积思想和数字化的新型成形技术，它突破了传统的加工方式，不需机械加工设备即可快速地制造形状极为复杂的工件，被认为是近20年制造技术领域的一次重大突破。
快速成形技术是当前世界上先进的产品开发与快速工具制造技术，对制造企业的模型、原型及成型件的制造方式正产生深远的影响。
1.1快速成形技术1.1.1快速成形技术原理快速成形（RP，Rapid Prototyping）技术又称快速原型制造，诞生于20世纪80年代后期，至今已有20多年的历史，是基于材料堆积法的新型制造技术。
快速制造技术集机械工程、计算机辅助制造（CAD）、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学等于一身，可以自动、直接、快速、精确地将计算机上设计的模型转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供一种高效低成本的实现方法。
Terry Wohlers和美国制造工程师协会（SME）对RP技术进行了定义[]：RP系统依据三维CAD模型数据、CT（计算机断层扫描，computer tomography）和MRI(核磁共振成像，magnetic resonance imaging)扫描数据和由三维实物数字化系统创建的数据，把所得数据分成一系列二维平面，又按相同序列沉积或固化出物理实体。
四种常见快速成型技术FDM丝状材料选择性熔覆（Fus ed Dep osi tion Mod eling）快速原型工艺是一种不依*激光作为成型能源、而将各种丝材加热溶化的成型方法，简称FDM。
丝状材料选择性熔覆的原理室，加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动。
热塑性丝状材料（如直径为1.78m m的塑料丝）由供丝机构送至喷头，并在喷头中加热和溶化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层大约0.127mm厚的薄片轮廓。
一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层"画出"截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。
这种工艺方法同样有多种材料选用，如ABS塑料、浇铸用蜡、人造橡胶等。
这种工艺干净，易于操作，不产生垃圾，小型系统可用于办公环境，没有产生毒气和化学污染的危险。
但仍需对整个截面进行扫描涂覆，成型时间长。
适合于产品设计的概念建模以及产品的形状及功能测试。
由于甲基丙烯酸ABS（M AB S）材料具有较好的化学稳定性，可采用加码射线消毒，特别适用于医用。
但成型精度相对较低，不适合于制作结构过分复杂的零件。
FD M快速原型技术的优点是：1、操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。
2、工艺干净、简单、易于材作且不产生垃圾。
3、尺寸精度较高，表面质量较好，易于装配。
可快速构建瓶状或中空零件。
4、原材料以卷轴丝的形式提供，易于搬运和快速更换。
5、材料利用率高。
6、可选用多种材料，如可染色的A BS和医用A BS、PC、PP SF等。
FDM快速原型技术的缺点是：1、做小件或精细件时精度不如SLA，最高精度0.127mm。
2、速度较慢。
SL A敏树脂选择性固化是采用立体雕刻（Stereo litho gra phy）原理的一种工艺，简称SLA，也是最早出现的、技术最成熟和应用最广泛的快速原型技术。
在树脂液槽中盛满液态光敏树脂，它在紫外激光束的照射下会快速固化。
快速成型技术1、快速成型简介快速成型（RP）技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术，是为制造业企业新产品开发服务的一项关键共性技术, 对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。
自该技术问世以来，已经在发达国家的制造业中得到了广泛应用，并由此产生一个新兴的技术领域。
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。
不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。
但是，其基本原理都是一样的，那就是"分层制造，逐层叠加"，类似于数学上的积分过程。
形象地讲，快速成形系统就像是一台"立体打印机"。
2、RP 技术的原理RP 技术是采用离散∕堆积成型的原理, 由CAD 模型直接驱动的通过叠加成型方出所需要零件的计算机三维曲面或实体模型, 根据工艺要求将其按一定厚度进行分层, 把三维电子模型变成二维平面信息(截面信息), 在微机控制下, 数控系统以平面加工的方式有序地连续加工出每个薄层并使它们自动粘接成型, 图1 为RP 技术的基本原理。
图1 RP 技术的基本原理。
RP 技术体系可分解为几个彼此联系的基本环节: 三维CAD 造型、反求工程、数据转换、原型制造、后处理等。
2.1立体光固化成型(SLA)该方法是目前世界上研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的一种快速成型方法。
SLA 技术原理是计算机控制激光束对光敏树脂为原料的表面进行逐点扫描, 被扫描区域的树脂薄层( 约十分之几毫米) 产生光聚合反应而固化, 形成零件的一个薄层。
工作台下移一个层厚的距离, 以便固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂, 进行下一层的扫描加工, 如此反复, 直到整个原型制造完毕。
由于光聚合反应是基于光的作用而不是基于热的作用, 故在工作时只需功率较低的激光源。
此外,因为没有热扩散, 加上链式反应能够很好地控制, 能保证聚合反应不发生在激光点之外, 因而加工精度高, 表面质量好, 原材料的利用率接近100%, 能制造形状复杂、精细的零件, 效率高。
快速成形技术
日期：2005-11-18??点击：532 ??作者：未知??来源：本站整理? 字体：[大中小] ?
【摘要】介绍了快速成形技术原理与特点，国内外研究应用情况和该工艺的综述及比较，以及进一步研究、开发的方向。
关键词：快速成形技术；三维模型；计算机控制
1、前言
90年代开始，随着冷战时代的结束，市场环境发生了巨大的变化。
一方面表现为消费者需求日趋主体化、个性化和多样化；另一方面则是产品制造商们都着眼于全球市场的激烈竞争。
面对市场，产品制造商们不但要很快地设计出符合人们消费需求的产品，而且必须很快地生产制造出来，抢占市场。
因此，面对一个迅速变化且无法预料的买方市场，以往传统的大批量生产模式对市场的响应就显得越来越迟缓与被动。
快速响应市场需求，已成为制造业发展的重要走向。
为此，这些年来工业化国家一直在不遗余力地开发先进制造技术，以提高制造工业发展水平，以便在激烈的全球竞争中占有一席之地。
与此同时，计算机、微电子、信息、自动化、新材料、和现代企业管理技术的发展日新月异，这些技术、产业的发展与进步，给产品创意、研究开发、设计、工艺设计、加工准备、制造工艺、装备、装配、质量保证、生产管理和企业经营都有带来了重大变革，产生了一批新的制造技术和制造模式，制造工程与科学取得了前所未有的成就。
快速成形技术就是在这种背景下逐步形成并得以发展。
快速成形技术的发展，使得产品设计、制造的周期大大缩短，提高了产品设计、制造的一次成品率，降低产品开发成本，从而给制造业带来了根本性的变化。
2、技术原理及特点
快速成形技术(快速原型技术，RP技术)是计算机辅助设计及制造技术、逆向工程技术、分层制造技术(SFF)、材料去除成形(MPR)材料增加成形(MAP)技术以及它们的集成。
通俗地说，快速成形技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。
快速成形技术系统的工作流程，如图1示。
图1快速成形系统工作流程
快速成形技术有以下特点：
(1) 制造原型所用的材料不限，各种金属和非金属材料均可使用；
(2) 原型的复制性、互换性高；
(3) 制造工艺与制造原型的几何形状无关，在加工复杂曲面时更显优越；
(4) 加工周期短，成本低，成本与产品复杂程度无关，一般制造费用降低50%，加工周期节约70%以上；
(5) 高度技术集成，可实现了设计制造一体化；
3、快速成形工艺
迄今为止，国外、国内已开发成功了10多种成熟的快速成形工艺，其中比较常用的有以下几种：
3.1纸层叠法——薄形材料选择性切割(LOM法)
计算机控制的CO2激光束按三维实体模型每个截面轮廓线对薄形材料(如底面涂胶的卷状纸、或正在研制的金属薄形材料等)进行切割，逐步得到各个轮廓，并将其粘结形成快速原型。
用此法可以制作铸造母模或用于“失纸精密铸造”。
3.2激光立体制模法——液态光敏树脂选择性固化(SLA法)
液槽盛满液态光敏树脂，它在计算机控制的激光束(按照三维模型每个截面的轮廓线)照射下会很快固化形成一层轮廓，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，如此重复直至成形完毕，即形成快速原型。
而新推出的光照成形机(如3D Systems公司出产的SLA-300 成形机)采用了Zephyr再涂层技术，最上面待成形树脂用真空吸附式刮板结构涂布供给，不需要沉入液态树脂中，提高了速度，在制作的原型中不再困有液态树脂。
用来制作消失模、在熔模精密铸造中替代蜡模。
3.3烧结法——粉末材料选择性激光烧结(SLS法)
粉末材料可以是塑料、蜡、陶瓷、金属或它们复合物的粉体、覆膜砂等。
粉末材料薄薄地铺一层在工作台上，按截面轮廓的信息，CO2激光束扫过之处，粉末烧结成一定厚度的实体片层，逐层扫描烧结最终形成快速原型。
用此法可以直接制作精铸蜡模、实型铸造用消失模、用陶瓷制作铸造型壳和型芯、用覆膜砂制作铸型[1]、以及铸造用母模等。
此外还有粉末材料选择性粘结法(TDP法)、直接壳型铸造法(DSPC法)[2]以及实体生长成形法(SGC法)[2]等方法。
上述快速成形的工艺方法都是基于计算机三维实体造型。
在对三维模型进行处理后，形成截面轮廓信息，随后将各种材料按三维模型的截面轮廓信息进行扫描，使材料粘结、固
化、烧结，逐层堆积成为快速原型，这就是所谓的分层制造技术。
几种快速成形方法的特点及常用材料如表1示。
[3]
表1几种快速成形方法的特点及常用材料
敏树脂等
箔
、塑料
薄
膜等
料、
金属、
陶瓷
等
粉末
龙、
ABS、
低熔
点
金属
等
4、国内外研究、应用情况
1986年，Charles Hull开发了世界上第一套快速原型装置，第二年第一代商业化快速原型制造系统在3D Systems公司问世[2]。
此后的10年间，快速原型制造技术的研究和开发工作开展得如火如荼。
1998年RP的直接收入(销售RP系统和进行原型制造及原型后续加工收入)预计可达10亿美元[4]。
美国、日本及欧洲发达国家已将快速成形技术应用于航空、宇航、汽车、通讯、医疗、电子、家电、玩具、军事装备、工业造型(雕刻)、建筑模型、机械行业等。
国内RP研究起步在1991年左右，北京隆源自动成形系统有限公司、清华大
学、西安交通大学、南京航天大学、华中理工大学、上海交通大学、华北工学院等在成型理论、工艺方法、设备、材料、软件等方面做了大量的研究、开发工作。
有些单位已开发出商品化、能做出复杂原型的RP系统。
例如北京隆源公司开发的AFS——300激光快速成形机(选择性激光烧结系统)[5]、华中理工大学研制的以纸为成形材料的基于分层物体制造原理的H RP系统、清华大学研制的多功能快速造型系统MRPMS和基于FDM的熔融挤出成形系统(M EM——250)等。
在基于快速成形技术的快速制造模具方面，上海交通大学开发了具有我国自主知识产权的铸造模样计算机辅助快速制造系统，为汽车行业制造了多种模具[6]；隆源公司的RP服务中心也为企业制作了多种精密铸模；华中理工大学研究出了一种复膜技术快速制造铸模，翻制出了铝合金模具和铸铁模块。
此外，国内的家电行业在快速成形系统的应用上，走在了国内前列。
如广东的美的、华宝、科龙，江苏的春兰、小天鹅，青岛的海尔等，都先后采用快速成形系统来开发新产品，收到了很好的效果。
目前，国内由政府资助，正在深圳、天津等地建立一批向企业提供快速成型技术的服务机构[7]。
我们有理由相信：快速成形技术在我国将得到很好的应用。
在模具制造业，可以利用快速成形技术制得的快速原型，结合硅胶模、金属冷喷涂、精密铸造、电铸、离心铸造等方法生产模具；快速成形件也可以直接或间接制得EDM电极，用于电火花加生产模具；快速成形技术制得的快速原型也可以直接作为模具。
几种快速成形方法生产金属零件的最佳技术路线及较适合的金属零件种类，可归纳为表2。
[3]
2RP法生产金属零件的最佳技术路线及较适合的金属零种类
最佳技术路线
铸造、消失模铸造—零件
度的中小铸件
型或陶瓷型铸造—铸件
程度金属模具，
中大型金属件
SLS原型(零件形)—
熔模
铸造、消失模铸造—
铸件
件模铸造—铸件，用
FDM直
接生成低熔点金属零件
度的中小型铸件
快速成形技术的进一步研究和开发工作主要在以下几方面[5]：
(1) 改善快速成形系统的可靠性、生产率和制作大件能力，尤其是提高快速成形系统的制作精度；
(2) 开发经济型的快速成形系统；
(3) 快速成形方法和工艺的改进和创新；
(4) 快速模具制造的应用；
(5) 开发性能好的快速成形材料；
(6) 开发快速成形的高性能软件；
(7) 快速成形技术与CAD、CAE、CAPP、CAM以及高精度自动测量、逆向工程的一体化集成
6、结语
快速成形技术是一种具有广泛应用前景的正在不断完善的高新技术。
随着市场竞争的日趋激烈，该技术将会被越来越多的企业所采用，对企业的发展，发挥越来越重要的作用，并将给企业带来巨大的经济效益。
同时，快速成形技术作为一门多学科交叉的专业技术，其本身的发展，也将推动相关技术、产业的发展。
参考文献
2Metthew L. Philbin Rapid Protyping: A Young Technology Evoles Modern c asting 1996,(3):54～57.
3樊自田等.用快速造型技术生产金属零件的方法及评价.中国机械工程，1997，(5)：25～26.
4黄树槐等.快速原型制造技术的进展.中国机械工程，1997，(5)：8～12.
5冯涛等.选择性激光烧结实现快速精密铸造.中国机械工程，1997，(5)：21～23.
6卢晨等.铸造模样计算机辅助快速制造系统.铸造，1997，(3)：32～35.
7宋天虎.谈我国先进制造技术的现状与未来.世界制造技术与装备市场，1998，(3)：18～21.。
