快速成型技術(shù)對地區(qū)工業(yè)發(fā)展的影響研究

劉俊英 梁豐

摘要本文簡要介紹了快速成型技術(shù)（RP技術(shù)）的內(nèi)涵、分類以及特點。著重介紹了快速成型技術(shù)在河源的應(yīng)用及其對河源工業(yè)發(fā)展的影響。RP技術(shù)是制造史上的一次突破，優(yōu)化了產(chǎn)品開發(fā)過程，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，在產(chǎn)品設(shè)計階段可進(jìn)行功能試驗并接受設(shè)計評估與校審，降低產(chǎn)品及模具開發(fā)成本，對工業(yè)發(fā)展具有非常深遠(yuǎn)的影響。

關(guān)鍵詞快速成型技術(shù)工業(yè)發(fā)展河源市

1 快速成型技術(shù)的內(nèi)涵及分類

快速成型技術(shù)（Rapid Prototyping，簡稱RP）是上個世紀(jì)八十年代發(fā)展起來的一種新型的產(chǎn)品制造技術(shù)。傳統(tǒng)的制造工藝需要模具、刀具和工裝夾具的配合才能加工出零件，而快速成型技術(shù)則不需這些工具，可以直接利用產(chǎn)品設(shè)計的原型（CAD）數(shù)據(jù)，用材料堆積的方法快速制造出新產(chǎn)品的模型、樣件或模具。概括來講，快速成型技術(shù)是一種先離散再堆積的成形過程。所謂的離散就是產(chǎn)品前期數(shù)據(jù)處理，而堆積則是材料的物理實現(xiàn)形成產(chǎn)品。在離散過程中，將產(chǎn)品的三維CAD模型沿特定方向進(jìn)行分解，得到一系列截面片層數(shù)據(jù)，再根據(jù)所制定的工藝要求，獲得控制快速成型設(shè)備成形頭運動的軌跡；在材料堆積過程中，成形頭在已定的運動軌跡控制下，加工出產(chǎn)品層片，層片不斷堆積相互連接，進(jìn)而加工出產(chǎn)品零件。①

迄今為止，快速成型技術(shù)已有十幾種成型方法，每種方法都有其自身的成型特點和應(yīng)用范圍。在實際生產(chǎn)中比較常用的成型方法有立體光固化成型法(SM)、選擇性激光燒結(jié)法 (SIS) 、熔融沉積造型法(FDM)、疊層制造法(UM)等。

2 快速成型技術(shù)的特點②

（1）極快速的成型過程。RP系統(tǒng)幾乎可以與所有的CAD系統(tǒng)相融合，從電腦三維模型生成到加工出實際產(chǎn)品只需要幾小時到幾十小時的時間； （2）可以制造任意復(fù)雜形狀的三維實體，零件制造周期和制造成本與其復(fù)雜性無關(guān)，只與其凈體積有關(guān)； （3）用CAD模型直接驅(qū)動，實現(xiàn)設(shè)計與制造高度一體化，其直觀性和易改性為產(chǎn)品的完美設(shè)計提供了優(yōu)良的設(shè)計環(huán)境； （4）成型過程無需專用夾具、模具、刀具，既節(jié)省了費用，又縮短了制作周期；（5）可與CAD/CAM系統(tǒng)高度集成?？焖俪尚图夹g(shù)用三維掃描設(shè)備掃描出產(chǎn)品的模型數(shù)據(jù)，可用常用CAD/CAM系統(tǒng)打開該模型，避免了傳統(tǒng)意義上的產(chǎn)品三維造型過程和數(shù)控加工的復(fù)雜編程步驟，從而實現(xiàn)高度自動化和程序化。

3 快速成型技術(shù)在河源的應(yīng)用及其對河源工業(yè)發(fā)展的影響

快速成型技術(shù)是制造史上的一次重大變革，對河源工業(yè)的發(fā)展也具有非常大的影響。其影響可以概括為以下幾個方面。

（1）RP技術(shù)是制造史上的巨大突破，可促進(jìn)工業(yè)更好更快發(fā)展。利用RP技術(shù)加工零件，與傳統(tǒng)加工方法完全不同，不需要刀具、夾具和模具，而是利用激光、電能、熱能等手段，將液態(tài)材料固化、粉末態(tài)材料燒結(jié)、聚合，進(jìn)而完成造型過程。造型后可通過打磨、噴漆等方式進(jìn)行后處理。這種新的制造方式可免除制造刀具、夾具和模具的過程，直接進(jìn)行產(chǎn)品加工，降低加工成本，減少加工時產(chǎn)生的噪聲。這一新型的制造工藝可以加快工業(yè)發(fā)展速度，促進(jìn)工業(yè)更好更快發(fā)展。

（2）RP技術(shù)可以優(yōu)化新產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程，有效縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期，確保新產(chǎn)品投放市場時間，是快速市場響應(yīng)的重要保證。傳統(tǒng)意義上的新產(chǎn)品開發(fā)，因要完成產(chǎn)品設(shè)計、工裝夾具設(shè)計及加工、模具設(shè)計及加工等一系列的步驟，用戶一般要等待5~6個月才能看到新產(chǎn)品的樣件，而且樣品成型后才能真正進(jìn)行設(shè)計驗證，不能保證百分百的成功率。運用RP技術(shù)進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)，產(chǎn)品的實體造型過程、快速成型過程以及3D數(shù)字化技術(shù)成為決定產(chǎn)品開發(fā)速度和質(zhì)量的主要因素，這些開發(fā)過程大多決定于軟件應(yīng)用的熟練度和快速成型設(shè)備操作的熟練度，產(chǎn)品開發(fā)周期可大大縮短。而且，在開發(fā)過程中，可以應(yīng)用快速成型技術(shù)得到不同階段的試件原型，不斷地對原型進(jìn)行評價修改，并隨時得到用戶的反饋，及時更正每個設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)的錯誤。這樣，利用RP技術(shù)，可以在很短的時間內(nèi)（幾小時或幾天內(nèi)）精確地生產(chǎn)出新產(chǎn)品的原型，使模型的制造時間縮短數(shù)倍甚至數(shù)十倍。③由此可見，RP技術(shù)可認(rèn)為是一種新型的柔性制造工藝，不僅大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，而且明顯降低了新產(chǎn)品開發(fā)的失敗率，顯著提高新產(chǎn)品投產(chǎn)的一次成功率。

（3）產(chǎn)品在設(shè)計階段可進(jìn)行功能試驗并接受設(shè)計評估與校審。傳統(tǒng)的新產(chǎn)品開發(fā)，只能利用軟件進(jìn)行物理、力學(xué)等功能驗證，存在一定的風(fēng)險性。RP技術(shù)所使用的新型光敏樹脂材料等制成的試件原型具有足夠的強度，可用于物理、工程力學(xué)、材料力學(xué)、流體力學(xué)等方面的試驗。在產(chǎn)品設(shè)計階段，同步制作出樣件模型，進(jìn)行相應(yīng)功能試驗，使新產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)更具有市場說服力，提高企業(yè)競爭力。河源市有些企業(yè)就是利用快速成型技術(shù)，在產(chǎn)品設(shè)計階段接受設(shè)計評估與校審，利用RP原型爭奪產(chǎn)品訂單，使其在河源的整個工業(yè)發(fā)展中立于不敗之地。

（4）RP技術(shù)對河源工業(yè)發(fā)展的其他影響。RP技術(shù)的應(yīng)用對河源工業(yè)發(fā)展的影響是多方面的。除了上述介紹的幾點外，RP技術(shù)的出現(xiàn)還提高了制造復(fù)雜零件的能力，使復(fù)雜零件的直接制造成為可能，因使用傳統(tǒng)制造工藝進(jìn)行復(fù)雜零件的制造需要復(fù)雜模具制造、夾具制造，加工成本非常高，使用RP技術(shù)可大大降低復(fù)雜零件的加工成本，同時減少研制時間；應(yīng)用RP技術(shù)進(jìn)行新產(chǎn)品研發(fā)可以實施并行工程，使新產(chǎn)品的造型設(shè)計、樣件加工、市場詢價訂貨、生產(chǎn)加工準(zhǔn)備等工作能同時進(jìn)行，并能使產(chǎn)品設(shè)計、交流和評估更加具有真實性和可信性；應(yīng)用RP技術(shù)可以支持創(chuàng)新設(shè)計、改進(jìn)產(chǎn)品外觀，有利于優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，這對工業(yè)外觀設(shè)計尤為重要，河源是手機制造基地，手機的外觀設(shè)計非常重要，更新?lián)Q代也比較快，應(yīng)用RP技術(shù)對手機產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有非常重要的意義；利用RP技術(shù)進(jìn)行快速模具制造在河源也有部分應(yīng)用，這可以為傳統(tǒng)的模具制造企業(yè)增添新的活力，快速地實現(xiàn)單件及小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)，大大提前新產(chǎn)品上市時間，節(jié)省大量開模費用的同時也使相應(yīng)企業(yè)在地區(qū)工業(yè)發(fā)展中處于不敗之地。

4 結(jié)論

RP技術(shù)是一種先進(jìn)的加工技術(shù)，采用RP技術(shù)可以快速制造出產(chǎn)品的樣件或模型，使新產(chǎn)品的設(shè)計、交流、功能驗證、工程分析、市場詢價訂貨等可以并行實施，并能真實可靠地優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，從而有效提高新產(chǎn)品開發(fā)的成功率，同時縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的市場競爭力。河源工業(yè)發(fā)展起步較晚，要促進(jìn)河源工業(yè)的快速發(fā)展，迫切需要增強企業(yè)創(chuàng)新意識、加大新產(chǎn)品開發(fā)力度，應(yīng)用RP技術(shù)正好可以滿足這些要求，為河源地區(qū)的工業(yè)發(fā)展提供動力和活力。不難看出，RP技術(shù)的應(yīng)用對包括河源在內(nèi)的各個城市的工業(yè)發(fā)展都具有非常深遠(yuǎn)的影響。