工业技术

快速成形技术在制造业中的应用

贺殿民

内蒙古建筑职业技术学院，内蒙古 呼和浩特 010050

摘要：介绍了快速成型技术的概念、原理及特点，给出快速成型系统的工艺流程，分析了其在制造业中应用范围，快速成形技术将对制造业产生重要影响。 关键词：快速成型；应用 中图分类号：TP391.7;TG76 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)39-0092-01

快速成型(Rapid Prototyping，RP)技术是集材料技术、计算机辅助设计、计算机数字控制、精密伺服驱动等先进技术于一体的加工方法。RP技术是靠逐层融接增加材料来生成零件的，采用离散/堆积成型原理，根据三维CAD模型，对于不同的工艺要求，按一定厚度进行分层，将三维数字模型变成二维平面模型，在数控系统控制下连续加工出每个薄层，并使之粘结而成形，即“分层制造、逐层叠加”。RP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。

1 快速成型的工艺过程

RP技术将计算机上制作的零件三维模型，对其进行分层处理，得到各层截面的二维轮廓信息，按照这些轮廓信息自动生成加工路径，由成型头在控制系统的控制下，选择性地固化或切割一层层的成型材料，形成各个截面轮廓薄片，并逐步顺序叠加成三维坯件，然后进行坯件的后处理，形成零件。

1.1 构造产品三维模型和近似处理。对于三维模型的构建主要有以下三种途径：

（1）按图纸或设计意图在UG、PRO/E、SW等三维设计软件中设计出该零件的实体；（2）利用激光扫描或CT分层扫描获取点云数据，通过逆向工程进行数据重构来完成； （3）利用已有产品的二维图形转换形成三维模型。

对于产品中不规则的曲面，需要利用一系列小三角形平面来逼近原来模型上的不规则曲面，对实体曲面做近似的面型化处理，生成STL文件。

1.2 三维模型的离散处理

沿制作方向分层切片处理，获取每一层片截面轮廓及实体信息，根据被加工模型的特征选择合适的加工方向，在成型Z方向上用一系列一定间隔的平面切割近似后的模型，以便提取截面的轮廓信息。间隔一般取50μm-500μm，常用 100μm 。

1.3 成型制作

把分层处理后的数据信息传至设备控制机，选用具体的成型工艺，在计算机的控制下，成型头按各截面轮廓信息扫描，逐层加工，然后反复叠加，最终形成三维产品。

1.4 成型零件的后处理

图1 快速成型工艺流程

92 2015年39期

成型结束后，对原型作进一步固化，以达到一定强度；在原型表面涂上耐火材料或抛光、打磨等，来提高表面的精度；对原型进行烧结，增强力学性能。快速成型工艺流程如图1所示。

2 快速成型技术在制造业中的应用 2.1 新产品开发阶段的试验验证

采用RP技术快速做出原型，供设计人员审查，使外形设计及检验更直观、快捷。通过原型，设计人员可以感受实体，及时发现问题。

2.2 产品的性能测试

RP技术可直接用于性能参数试验与相应的研究，可严格地按照设计将模型迅速地制造出来进行实验测试。如风扇、叶轮等性能参数确定，方便准确的实现最佳的曲面和结构形式。

2.3 零部件间的配合检验

对于组成部分较多的复杂系统，通过原型对其零部件的精度进行检验，对装配进行模拟，观察零部件之间的配合及干涉情况，降低设计制造难度。

2.4 确定特殊工艺

对于难以确定的复杂零件，可以用RP技术进行试生产以确定最佳的合理的工艺。

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2.5 模具与模型设计制造

将RP原型转换成各种快速模具，产品可快速地更新换代，进行中小批量零件的生产。

3 结语

快速成型技术实现了制造业中材料的提取过程与制造过程一体化和设计与制造一体化，成型材料种类繁多，实现无图样加工，成为产品决速开发的有力工具。因此，快速成型技术在制造领域中起着越来越重要的作用，并将对制造业产生重要影响。

参考文献

[1]陈雪芳，孙春华. 逆向工程与快速成型技术应用[M]. 机械工业出版社, 2009.

[2]林天清. 快速成型技术的应用与发展研究[J]. 知识经济, 2011 (12).

作者简介：贺殿民，内蒙古建筑职业技术学院教师，研究方向：现代制造技术、CAD/CAM.