快速成形和快速模具制造技術(shù)的應(yīng)用

摘 要： 本文闡述了快速成型技術(shù)和快速模具制造技術(shù)在工業(yè)造型、機(jī)械制造、模具制造、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用，并對快速成型技術(shù)今后的發(fā)展方向作了簡要闡述。

關(guān)鍵詞： 快速成型 快速模具制造技術(shù) 應(yīng)用

一、引言

快速成型和快速模具制造不需要任何專門的輔助工夾具，能夠直接將CAD三維模型快速地轉(zhuǎn)變?yōu)槿S實(shí)體模型，而產(chǎn)品造價幾乎與零件的復(fù)雜性無關(guān)，特別適合于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件制造。

二、應(yīng)用

隨著各種成型技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，零件精度也不斷提高。隨著材料種類的增加及材料性能的不斷改進(jìn)，其用途越來越廣泛，主要概括為以下幾方面。

1.使設(shè)計(jì)原型樣品化

為提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短試制周期，快速成型系統(tǒng)可在數(shù)小時或數(shù)天內(nèi)將設(shè)計(jì)人員的圖紙或CAD模型制造成看得見、摸得著的實(shí)體模型樣品，從而使設(shè)計(jì)者、制造者、銷售人員和用戶都能得到極大的好處。

（1）從設(shè)計(jì)者受益的角度來看

在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，由于設(shè)計(jì)者自身的能力有限，不可能在短時間內(nèi)僅憑產(chǎn)品的使用要求就把產(chǎn)品各方面的問題都考慮得很周全并使結(jié)果優(yōu)化。雖然在現(xiàn)代制造技術(shù)領(lǐng)域中，提出了并行工程的方法，即以小組協(xié)同工作為基礎(chǔ)，通過網(wǎng)絡(luò)共享數(shù)據(jù)等信息資源，來同步考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的有關(guān)上下游問題，從而實(shí)現(xiàn)并行設(shè)計(jì)，但仍然存在著設(shè)計(jì)、制造周期長、效率低下等問題。采用快速成型技術(shù)，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)的最初階段就能拿到實(shí)在的產(chǎn)品樣品，并可在不同階段快速地修改重做樣品，甚至做出試制用工模具及少量的產(chǎn)品，進(jìn)行試驗(yàn)，據(jù)此判斷有關(guān)上下游的各種問題，從而為設(shè)計(jì)者創(chuàng)造一個優(yōu)良的設(shè)計(jì)環(huán)境，盡快得到優(yōu)化結(jié)果。因此，快速成型技術(shù)是真正實(shí)現(xiàn)并行設(shè)計(jì)的強(qiáng)有力手段。

（2）從制造者受益的角度看

制造者在產(chǎn)品制造工藝設(shè)計(jì)的最初階段，可通過這種實(shí)在的產(chǎn)品樣品，及早地對產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)提出意見，做好原材料、標(biāo)準(zhǔn)件、外協(xié)加工件、加工工藝和批量生產(chǎn)用工模具等準(zhǔn)備，以減少失誤和返工，節(jié)省工時，降低成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2.用于產(chǎn)品的性能測試

隨著新型材料的開發(fā)，RP系統(tǒng)所制造的產(chǎn)品零件原型具有較好的力學(xué)性能，可用于傳熱及流體力學(xué)試驗(yàn)。而用某些特殊光固化材料制作的模型還具有光彈特性，可用于零件受載荷下的應(yīng)力應(yīng)變分析。如美國通用汽車公司在為其1997年推出的某車型開發(fā)中，直接使用RP制作的模型進(jìn)行車內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)，冷卻循環(huán)系統(tǒng)及加熱取暖系統(tǒng)的傳熱學(xué)試驗(yàn)，較之以往的同類試驗(yàn)節(jié)省花費(fèi)40%以上。

3.用作投標(biāo)的手段

在國外，RP原型成為某些制造商家爭奪訂單的手段。例如，位于Detroit的一家僅組建兩年的制造公司，由于裝備了兩臺不同型號的快速成型機(jī)及采用快速精鑄技術(shù)，僅在接到Ford公司標(biāo)書后的4個工作日內(nèi)便生產(chǎn)出了第一個功能樣件，從而在眾多的競爭者中奪到了為Ford公司年總產(chǎn)值達(dá)3000萬美元的發(fā)動機(jī)缸蓋精鑄件合同。

4.快速制造模具

以RP制作的實(shí)體模型作模芯或模套，結(jié)合精鑄、粉末燒結(jié)或石墨研磨等技術(shù)可以快速制造出企業(yè)產(chǎn)品所需要的功能模具或工裝設(shè)備，其制造周期為傳統(tǒng)的數(shù)控切削方法的1/5—1/10，而成本卻僅為其1/3—1/5。模具的幾何復(fù)雜程度越高，這種效益越顯著。一家美國的模具供應(yīng)商聲稱，車間在接到客戶CAD文件后一周內(nèi)可提供制作任意復(fù)雜的注塑模具，而實(shí)際上80%的模具則可在24—48h內(nèi)完工。

模具的開發(fā)是制約新產(chǎn)品開發(fā)的瓶頸，要縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期、降低成本，必須首先縮短模具的開發(fā)周期，降低模具的成本?？焖倌＞咧圃鞂τ谛庐a(chǎn)品的開發(fā)、試制、生產(chǎn)有十分重要的作用，是制造業(yè)重點(diǎn)推廣的一種先進(jìn)技術(shù)。希望有志之士共同努力，進(jìn)一步探討新型快速模具的原理、結(jié)構(gòu)、材料與制造工藝，加大推廣應(yīng)用的力度，使模具行業(yè)出現(xiàn)一個嶄新的面貌。

三、結(jié)語

快速成型技術(shù)是一種新型成形方法，雖然問世不久，但已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域，給許多行業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。隨著市場一體化競爭的日趨激烈，要求新產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)周期越來越短，這為快速成型技術(shù)的生產(chǎn)與發(fā)展帶來了廣闊的空間。R技術(shù)將會被越來越多的企業(yè)所采用，對企業(yè)的發(fā)展發(fā)揮越來越重要的作用，并將給企業(yè)帶來豐厚回報(bào)，其自身也將獲得更大的發(fā)展。同時，快速成型技術(shù)作為一門多學(xué)科交叉的專業(yè)技術(shù)，其本身的發(fā)展也將推動相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。