快速成形_零件制造技术_RP_M_

现代制造　　Modern ManufacturingＲＰ技术被公认为是近年来制造技术领域的一次重大突破，其对制造业的影响可与数控技术的出现相媲美。ＲＰ系统综合了机械工程、ＣＡＤ、数控技术，激光技术及材料科学技术，可以自动、快速、精确地将设计思想物化为具有一定结构和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，有效地缩短产品的研发周期，以便快速响应市场需求，提高企业的竞争力。随着ＲＰ技术的火暴，论述ＲＰ技术的文章也像雨后春笋一般层出不穷，但像本篇文章这样深入浅出而又详细的精品却不是很多。来制造技术领域的一项重大突破。快速成形／零件制造技术（ＲＰ＆Ｍ）【　广州市乡镇企业管理干部学院机电技术系　　　陈建环　　马　　波　】二、ＲＰ＆Ｍ的原理及主要方法ＲＰ＆Ｍ技术，是指在计算机控制与管理下，由零件的ＣＡＤ模型直接驱动快速制造任意复杂形状三维实体的技术总称，是现代多种先进技术的集成。快速成形技术采用离散／堆积成形ＲＰ　（Ｒａｐｉｄ　Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）技术是２０世纪８０年代后期诞生，９０年代发展起来的快速成形（原型）技术，被公认为是近年来制造技术领域的一次重大突破，它对制造业的影响可与数控技术的出现相媲美。ＲＰ系统综合了机械工程、ＣＡＤ、数控技术，激光技术及材料科学技术，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想物化为具有一定结构造技术中的一项支柱技术，是实现并行工程ＣＥ（Ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）必不可少的手段。原理，通过离散获得堆积的路径和方式，通过精确堆积将材料“叠加”起来形成复杂三维实体。人们把快速成形系统比喻为“立体打印机”　（３ＤＳｏｌｉｄＰｒｉｎｔｅｒ）是非常形象的。离散／堆积的过程是由三维ＣＡＤ模型开始的：先将ＣＡＤ模型离散化，将某一方向（常取Ｚ向）切成许多层面，即分层，属信息处理过程；然后在分层信息控制下顺序堆积各片层，并使层层结合，堆积出三维实体零件，这是ＣＡＤ模型的物理体现过程。每种ＲＰ设备及其操作原理都是基于逐层叠加的过程的。　ＲＰ＆Ｍ技术的具体工艺有３０余种，多数是由美国开发的。以下是最为成熟的５种方式。１．　立体印刷（ＳＬＡ，ＳｔｅｒｅｏｌｉｔｈｇｒａｐｈｙＡｐｐａｒａｔｕｓ）成形技术基本工作原理：用紫外激光在光敏树脂表面扫描，令其有规律地固化，由点到线，再到面，完成一个层面的建造，每次产生零件的一层。在扫描的过程中，只有激光的曝光量超过树脂固化所需的阈值能量的地方，液态树脂才会发生聚合反应形成固态。因此在一、ＲＰ＆Ｍ技术产生的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（快速设计和快速工模具制造）的能力（成本和周期），成为制造业全球竞争的实力基础。同时，制造业为满足日益个性化的市场需求，又要求制造技术有较强的灵活性，能够在不增加产品的成本的前提下，以小批量甚至单件组织生产。因此，产品开发的速度和制造技术的柔性就变得十分关键了。半个世纪以来，计算机、ＣＡＤ／ＣＡＭ、ＮＣ、材料和激光等技术的发展和普及，也在技术层面上为新的制造技术的产生奠定了基础。正是在这种社会背景下，快速成形／零件制造技术（ＲＰ＆Ｍ－ＲａｐｉｄＰｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ／Ｐａｒｔｓ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）于２０世纪８０年代后期产生于美国，并迅速扩展到欧洲及日本，被认为是近年栏目主持　：崔滋恩　　　　　投稿信箱：ｃｕｉｚｅ＠ｉｃａｄ．ｃｏｍ．ｃｎ和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、修改及功能试验，有效地缩短了产品的研发周期，可以快速响应市场需求，提高企业的竞争力。快速成形技术彻底摆脱了传统的“去除”加工法（部分去除大于工件的毛坯上的材料来得到工件），而采用全新的“增长”堆积法（用一层层的小毛坯逐步叠加成大工件，将复杂的三维加工分解成简单的二维加工的组合），因此，它不必采用传统的加工机床和工模具，只需传统加工方法的１０％～３０％的工时和２０％～３５％的成本，就能直接制造出产品样品或模具。由于快速成形具有上述突出的优势，所以近年来发展迅速，已成为现代先进制118ＣＡＤ／ＣＡＭ与制造业信息化・ｗｗｗ．ｉｃａｄ．ｃｏｍ．ｃｎModern Manufacturing 现代制造扫描过程中，对于不同量的固化深度，一层制作完毕后，再铺平一层粉末，继Ｐｒｉｎｔｉｎｇ）工艺，　即三维印刷或三维打要自动调整扫描速度，以使产生的曝续扫描下一层，不断重复这个铺粉和印，　它采用逐点喷洒粘结剂来粘结粉末光量和固化某一深度所需的曝光量相选区烧结的过程直到最后一层，一个材料来制造原型；ＢＰＭ（Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ适应。每一层固化完毕之后，升降工作三维实体就选烧出来了。ＳＬＳ使用的设Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）工艺，　即弹道台移动一个层片厚度的距离，然后将备是激光器，使用的原料有蜡、聚碳酸粒子制造，它采用具有五轴自由度的树脂涂在前一层上，再建造一个层。如酯、尼龙、纤细尼龙、合成尼龙和金属喷头喷射熔融材料的方法来制造原型；此反复，每形成新的一层均粘附到前材料等。ＰＣＭ（Ｐａｔｔｅｒｎｌｅｓｓ　Ｃａｓｔｉｎｇ一层上，直到制作完零件的最后一层，４．　分层实体制造（ＬＯＭ，ＬａｍｉｎａｔｅｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）工艺，　即无木模铸造，成为一个三维实体。这样零件就堆积ｏｂｊｅｃｔＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）它采用逐点喷洒粘结剂和催化剂的方完毕，再对零件进行一些必要的后处　逐层物体制造技术是通过逐层激法来实现铸造沙粒间的粘结，这一技理，整个制做过程就完成了。光剪切箔材制造零件的一种技术。　用激术由清华大学开发成功；２．　熔融沉积成形（ＦＤＭ，Ｆｕｓｅｄ光按该层零件的轮廓剪切，零件轮廓ＭＪＳ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ｊｅｔ　Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）　工艺，ＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎＭｏｄｅｌｉｎｇ）以外的部分用激光剪切成网格状碎片亦称为多相喷射固化，它采用活塞挤熔融沉积成形是指将热熔性材料以便零件制作完毕之后移去。每一层压熔融材料使其连续地挤出喷嘴方法（ＡＢＳ、尼龙或蜡）通过加热器熔化，在箔材之间涂有热溶胶，通过加热和加来堆积成形；ＣＣ（Ｃｏｎｔｏｕｒ　Ｃｒａｆｔ）　工艺，移动头的运动过程中挤压喷出细丝，压粘到前一层上，层层的箔材逐层粘亦称为轮廓成形工艺，它采用堆积轮廓按零件的截面形状沉积成一薄层，这　成一个固体块。当所有的层被粘结并和浇铸熔融材料相结合的方法来制造样逐层堆积制成一个零件。在沉积过进行剪切之后，整个零件就埋置在一原型，这种工艺在堆积轮廓时采用了程中，喷头受水平分层数据的控制沿大块支撑材料中，去掉支撑碎片，就获简单的模具等。ＸＹ移动，同时半流动融丝从　ＦＤＭ喷得所需的三维实体。这里所说的箔材头中挤压出来，必须精确控制从挤压可以是涂覆纸（涂有粘接剂覆层的三、ＲＰ＆Ｍ技术的独有特性头孔流出的材料数量和喷头的移动速纸）、涂覆陶瓷箔、金属箔或其他材质ＲＰ＆Ｍ技术，异于传统的去除成度，当它和前一层相粘结时很快就会的箔材。形（如车、铣、刨、磨等），拼合成形（固化，整个零件是在一个活塞上制作５．　实体磨削固化　（ＳＧＣ，Ｓｏｌｉｄ如焊接），或受迫成形（如铸、锻，粉末的。该活塞可以上下移动，当制作完一ＧｒｏｕｎｄＣｕｒｉｎｇ）冶金）等加工方法，而是采用材料累加层后活塞下降，为下一层制作留出层它采用掩膜版技术使一层光固化法制造零件原型，快速成形技术较之厚所需的空间。ＦＤＭ可以使用很多种树脂整体一次成形，不像ＳＬ设备那样逐传统的诸多加工方法展示了以下几方材料，任何有热塑特性的材料均可作层逐点照射成形。ＵＶ射线通过玻璃罩面的优越性。为其候选材料。照射在一薄层液态光敏树脂表面，玻（１）由ＣＡＤ模型直接驱动，能自３．　选择性激光烧结（ＳＬＳ，Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ璃罩上透光部分与零件截面形状相同，动、快速、精确地将设计思想转变成一ＬａｓｅｒＳｉｎｔｅｒｉｎｇ）零件截面形状部分被固化，其余部分定功能的产品原型甚至直接制造零件，该工艺是利用红外激光光束所提仍为液态树脂，将其吸掉，然后用蜡代对缩短产品开发周期、减少开发费用、供的热量熔化热塑性材料以形成三维替它。下一层零件就可以在此基础上提高企业市场竞争力具有重要意义。零件。在制作区域均匀铺上一薄层热进行制做，当零件的所有层均制做完（２）可以在没有任何刀具、模具及塑性粉末材料，然后用激光在粉末表成后，整个零件就被埋置在一大块蜡工装卡具的情况下，快速直接地制成面扫描零件的截面形状，激光扫描到之中。可以通过熔化将蜡去除掉，剩下几何形状任意复杂的零件，而不受传的地方粉末烧结形成固体，激光未扫的就是由完全固化的树脂形成的零件。统机械加工方法中刀具无法达到某些描到的地方仍是粉末，可以作为下一此外，还有一些较为成熟的ＲＰ技型面的限制。层的支撑并能在成形完成后去掉，上术，例如，３ＤＰ（Ｔｈｒｅｅ－Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ（３）曲面制造过程中，ＣＡＤ数据的ＣＡＤ／ＣＡＭ与制造业信息化・ｗｗｗ．ｉｃａｄ．ｃｏｍ．ｃｎ119

现代制造　　Modern Manufacturing转化（分层）可百分之百地全自动完成，而不像数控切削加工中需要高级工程技术人员复杂的人工辅助劳动才能转化为完全的工艺数控代码。（４）任意复杂零件的加工只需在一台设备上完成，不需要传统的刀具或工装等生产准备工作。大大缩短了新产品的开发成本和周期，加工效率远胜于数控加工。（５）设备投资低于数控机床。（６）在成形过程中无人干预或较少干预。图１　ＲＰ＆Ｍ在ＲＰＤ方面的应用总图零件的快速制造。以下是ＲＰ＆Ｍ应用的几个主要方面。１．产品设计中的应用——快速产品开发ＲＰＤＲＰ＆Ｍ在ＲＰＤ方面的应用如图１所示。工程功能试验等，已成为厂家与客户的交流手段。２．　快速工具（ＲＴ，Ｒａｐｉｄ　Ｔｏｏｌｉｎｇ）模具是快速工具制造技术应用的重要方面，原型的快速设计和自动制造也保证了工具的快速制造。用硅橡胶、金属粉、环氧树脂粉和低熔点合金等方法将ＲＰ原形准确地复制成模具，这些简易模具的寿命是５０～１０００件，适宜产品试制阶段。对制造长寿命的钢制模具，它是由原形翻制三维研具，用研具研磨整体石墨电极，再用电极在电火花机床上加工钢模具。这一工艺的特点是快速高效，耗时仅为传统制造的１／５，精度也有所提高。运用ＲＰ／ＲＴ技术比传统的数控加工方法制造模具，周期缩短了１／３～１／１０，费用降低了１／３～１／５。以ＲＰ生成的实体模型作模芯或模套，结合精铸、粉末烧结或电极研磨等技术可以快速制造出企业生产所需要的功能模具或工装设备，其制造周期较之传统的数控切削方法可缩短３０％～４０％以上，而成本却下降３５％～７０％。模具的几何复杂程度愈高，这种效益愈显著。３．　快速直接制造快速成形技术利用材料累加法亦可用来制造塑料、陶瓷、金属及各种复合材料零件。ＲＰ＆Ｍ在产品开发中的关键作用和重要意义是很明显的。我们利用ＣＡＤ技术、快速原形技术和快速制模四、ＲＰ＆Ｍ技术的应用ＲＰ＆Ｍ技术应用发展很快，一个显著的指标是ＲＰ＆Ｍ服务机构的数量和收入的快速递增。９０年代中后期，国外ＲＰ＆Ｍ服务的数量以每年５９％的速度递增，可以说，国外已经从对ＲＰ＆Ｍ工艺的熟悉、观望、尝试性应用阶段进入了将ＲＰ＆Ｍ真正作为产品开发的重要环节，提高产品开发质量、加快产品开发速度的阶段。快速成形技术大大降低新产品开发风险，缩短新产品开发周期。ＲＰ＆Ｍ在国民经济各个领域得到了广泛应用。在ＲＰ工业的早期，汽车和航空工业主宰着ＲＰ市场，其占据了超过一半的市场份额，但ＲＰ迅速传入其他行业。目前已可应用于一般制造业、家用电器、航空航天、工程结构模型制造、美学及其相关工程、医学康复和考古等领域，并且还在向新的领域发展。在制造业中以ＲＰ系统为基础发展起来并已成熟的快速模具工装制造（Ｑｕｉｃｋ　Ｔｏｏｌｉｎｇ）技术，快速精铸技术（Ｑｕｉｃｋ　Ｃａｓｔｉｎｇ）和快速金属粉末烧结技术（Ｑｕｉｃｋ　Ｐｏｗｄｅｒ　Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ），可实现等先进技术来完成设计定型工作，节省时间，效益突出。它不受复杂形状的任何限制，可迅速地将计算机上的设计变为可进一步评估的实物原型。ＲＰ＆Ｍ系列设备为用户提供的不仅是一个概念模型，在很大程度上，它提供的就是产品，可以从配合、组装及性能测试上全面验证设计。ＲＰ生成的模型亦是设计部门与非技术部门交流的更好中介物。能显著地提高新产品投产的一次成功率。有鉴于此，国外常把快速成形系统作为ＣＡＤ系统的外围设备。一般来说，采用ＱＲＰ＆Ｍ快速产品开发技术，可减少产品开发成本３０％～７０％，减少开发时间５０％以上。如某汽车公司为满足国家新的排放标准，开发进气岐管采用了ＲＰ＆Ｍ技术，使开发周期由传统方法的４个月缩短为１个月，大大缩短了其新产品的上市周期。又如，光学照相机体采用ＲＰ＆Ｍ技术仅需３～５天（从ＣＡＤ建模到原型制作），花费５０００马克，而传统的方法则至少需１个月，耗需３００００马克。目前，激光快速成形技术已成熟地应用于产品设计评估与校审、产品五、　ＲＰ＆Ｍ与相关技术的关系ＲＰ＆Ｍ集成了机械工程、计算机控制、ＣＡＤ、数控技术、检测技术、激光材料等各种学科的前沿技术，是一种典型的高新技术。１．　ＲＰ＆Ｍ与ＣＡＤ技术的关系ＣＡＤ技术的产生和发展不仅为人120ＣＡＤ／ＣＡＭ与制造业信息化・ｗｗｗ．ｉｃａｄ．ｃｏｍ．ｃｎModern Manufacturing 现代制造们迅速地进行显示和修改设计提供了技术产生的前提之一，同时也是ＲＰ＆Ｍ长。而２００１年全球的ＲＰ设备已达８０００简便易行的手段，更重要的是，这种方技术进一步发展的保证。ＲＰ＆Ｍ技术主台套，分布于６０多个国家和地区，美法可以使人们得到完整的数据，便于要有两类成形方法：一类是基于激光国和日本占有其中的６０％。ＲＰ＆Ｍ技术修改和进一步的处理，如生成加工数的光固化、切割或熔化的方法；另一类如此受到青睐的主要原因是它可以快据或形成ＲＰ＆Ｍ所需要的数据格式文是非激光直接堆积成形的方法。激光速将设计思想物化为具有一定结构和件等。显然，ＣＡＤ是实现ＲＰ＆Ｍ的前具有能量集中、易于控制、光斑小和波功能的三维实体，低成本制作产品原提和基础，在应用上往往是ＲＰ＆Ｍ的瓶长恒定等特点，尤其适用于ＲＰ＆Ｍ技型甚至零件，这大大满足了当今竞争颈。同时，ＲＰ＆Ｍ技术的发展，又促进术。目前发展得比较完善，应用较多的日益激烈的市场对新产品快速开发的ＣＡＤ技术的发展，比如数据交换接口ＲＰ＆Ｍ工艺，如　ＳＬＡ、　ＬＯＭ、　ＳＬＳ都要求。和分层软件等。采用激光为能源。随着ＲＰ＆Ｍ技术的迅速发展，世２．　ＲＰ＆Ｍ技术与材料科学的关系５．　ＲＰ＆Ｍ与其他相关技术的关系界上研究ＲＰ＆Ｍ技术的机构数目也越材料是实现ＲＰ＆Ｍ的关键，每一ＲＰ＆Ｍ技术除与上述学科密切相来越多。据统计，目前世界上已有数百种　ＲＰ＆Ｍ工艺都对其材料有独特的要关外，还与机械科学、现代设计理论、所大学、研究机构和企业正在研究和求，例如，ＳＬＡ工艺采用特种光固化树电子技术和检测技术等息息相关。机开发ＲＰ＆Ｍ技术。国外ＲＰ＆Ｍ技术的脂，ＬＯＭ工艺采用涂有粘接剂的纸张，械科学奠定了ＲＰ＆Ｍ的工艺基础，确研究和应用主要集中在美国、欧洲和ＦＤＭ工艺采用腊、ＡＢＳ以及尼龙等，定了ＲＰ＆Ｍ技术的主体框架与应用目日本。从技术、材料和应用等方面比较ＳＬＳ采用各种金属和非金属粉末为材标；现代设计理论为原型的设计提供来看，总的情况是美国领先于欧洲和料。材料的性质不但影响原型件的质了科学的理论指导；电子和信息技术日本，欧洲和日本平分秋色。我国在这量，对原型件的应用产生决定性影响，使ＲＰ＆Ｍ技术的各子系统集成起来，方面的发展起步较晚，但发展迅速，据更为重要的是它是成形工艺可行性的形成协调的整体；检测技术确保了成美国Ｗｏｈｌｅｒｓ　Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ咨询公司称，保证。材料科学的发展，尤其是新材料形质量。２００２年中国ＲＰ＆Ｍ设备台数仅次于美的出现，将会对ＲＰ＆Ｍ技术的发展产生总之，ＲＰ＆Ｍ技术是多学科的技国和日本，居世界第三位。重大的影响，同时，ＲＰ＆Ｍ技术的发术集成，它是各门学科协调发展的结１．国外的发展状况展，又会向材料科学提出新的要求，促果，同时，又为各门学科的发展增添了（１）ＲＰ＆Ｍ工艺装备的发展进材料设计技术的发展。新的研究内容。目前ＲＰ＆Ｍ的工艺装备发展速度３．　ＲＰ＆Ｍ与数控技术的关系很快，许多公司开发了自己的装备。美目前这四种比较成熟的工艺，六、ＲＰ＆Ｍ技术的发展国主要的ＲＰ＆Ｍ生产商有７家，即ＳＬＡ、ＬＯＭ、ＳＬＳ、ＦＤＭ等都必须采用ＲＰ＆Ｍ技术是当今世界上飞速发３Ｄｓｙｓｔｍｅｓ、Ｈｅｌｉｓｙｓ、ＤＴＭ、数控技术以实现其成形运动控制。此展的制造技术之一，自１９８６年在美国Ｓｔｒａｔａｓｙｓ、Ｓａｎｄｅｒｓ、Ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ、外，数控技术在　ＲＰ＆Ｍ技术中的应用还首次出现到目前为止一直处于繁荣阶Ｓｏｌｉｇｅｎ和ＢＰＭ，其中ＢＰＭ由于经营包括了对加工参数的控制。如ＳＬＡ工艺段，它被誉为近１０年来工业界的一项不善，业已倒闭。日本有６家，即中的补偿系统，　ＬＯＭ、ＦＤＭ工艺中温度重大的革命性的突破，１９９２年以前全ＣＭＥＴ、Ｄ－ＭＥＣ、Ｔｅｉｊｉｎ　Ｓｅｌｋｉ、Ｋｉｒａ补偿、功率控制和材料送给控制等。与世界总共装机为３００台，而到１９９５年Ｃｏｒｐ、Ｍｉｔｓｕｉ　Ｚｏｓｅｎ和Ｄｅｎｋｅｎ切削加工数控技术相比，　ＲＰ＆Ｍ要求扫全世界装机为１０００台，分布于６大洲Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。欧洲有３家，即德国的描速度快，停位精度高而负荷小，数控的４０多个国家。根据美国ＷｏｈｌｅｒｓＥＯＳ、以色列的Ｃｕｂｉｔａｌ和Ｆ＆Ｓ。技术是ＲＰ＆Ｍ技术的基础，ＲＰ＆Ｍ技术Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ咨询公司１９９８年的市场调（２）ＲＰ＆Ｍ成形材料的发展也向数控技术提出新的研究课题。查报告，１９９３～１９９７年ＲＰ＆Ｍ设备的成形材料是ＲＰ＆Ｍ技术发展的关４．　ＲＰ＆Ｍ与激光技术的关系平均年销售量以５８．７％的速度增长，键环节。国外现在所应用的成形材料激光技术的发展和应用是ＲＰ＆ＭＲＰ＆Ｍ产值以５３．６％的年平均速度增已经较为丰富，如表１所示。ＣＡＤ／ＣＡＭ与制造业信息化・ｗｗｗ．ｉｃａｄ．ｃｏｍ．ｃｎ121

现代制造　　Modern Manufacturing表１　国外ＲＰ＆Ｍ材料应用类型造、虚拟制造等技术方面都与ＲＰ有关，甚至主要以ＲＰ作技术支撑。这标志着国内的ＲＰ＆Ｍ技术研究开始迈上一个新台阶。我国先后发展了ＳＬＡ、ＬＯＭ、制成功能零件是ＲＰ＆Ｍ一个重要发展方向。美国Ｍｉｃｈｉｇａｎ大学的Ｍａｎｚｕｍｄ采用大功率激光器进行金属熔焊直接成形钢模具；Ｓｔａｎｆｏｒｄ大学的Ｐｒｉｎｔｓ用逐层累加与五座标数控加工结合方法，用激光将金属直接烧结成形，可获得与数控加工相近的精度。（２）不同制造目标相对独立发展ＲＰ＆Ｍ主要用于快速概念设计原型制造、快速模具原型制造和快速功能零件制造。由于快速概念型制造和快速模具型制造的巨大市场和技术可行性，目前这两个方面已成为研究和商品化的热点。由于这三方面在材料、工艺和性能方面有较大差异，将呈现相对独立发展的态势。快速成形技术已经能非常成功地制做包括树脂、塑料、纸类、石蜡、陶瓷等材料的原型，但往往不能作为功能性零件，只能在有限的场合用来替代真正的金属和其他类型功能零件做功能实验。快速功能零件制造无疑是一个重要的发展方向，虽然技术难度很大，但应用前景广阔，一旦获得突破，将快速成形技术与传统铸造、锻压成形技术结合起来，敏捷化制造将取得新的飞跃。（３）向大型制造与微型制造进军由于大型模具的制造难度和ＲＰ＆Ｍ在模具制造方面的优势，可以预测，将来的ＲＰ＆Ｍ市场将有一定比例为大型原型制造所占据。与此成鲜明对比的将是ＲＰ＆Ｍ向微型制造领域的进军。ＳＬ的一个重要发展方向是微米印刷（Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）以制造微米零件（Ｍｉｃｒｏｓｃａｌｅ　Ｐａｒｔｓ）。（４）追求ＲＰ＆Ｍ的更快的制造速度、更高的制造精度、更高的可靠性这里以制造精度为关键。影响精度的因素有ＣＡＤ软件、数据文件格式（３）ＲＰ＆Ｍ软件的发展ＦＤＭ、ＳＬＳ四种ＲＰ＆Ｍ工艺、装备及软件是ＲＰ＆Ｍ系统的灵魂。其中，配套材料，其科技成果已经商品化。作为ＣＡＤ到ＲＰ接口的数据转换和处理软件是其关键之一。国外的各大ＲＰ＆Ｍ系统生产商一般都开发自己的数据转换接口软件，２００２年我国快速成形制造的设备台数已近千台套，仅次于美国和日本，居世界第三位，其中６０％是我国自己制造的。我国自主开发了无模砂型制造如３Ｄ　ＳＹＳＴＥＭ　公司的ＡＣＥＳ、（ＰＬＣ）、低温冰型（ＬＩＲ　Ｐ）工艺以及ＱｕｉｃｋＣａｓｔ，Ｈｅｌｉｓｙｓ公司的ＬＯＭＳＩｉｃｅ，不采用激光器的紫外光快速成形机等ＤＴＭ　的Ｒａｐｉｄ　Ｔｏｏｌ，Ｓｔｒａｔａｓｙｓ的几种快速成形制造新技术，引起了国Ｑｕｉｃｋｌｉｃｅ、Ｓｕｐｐｒｔｗｏｋｓ、ＡｕｔｏＧｅｎ，内外同行的高度重视。Ｃｕｂｉｔａｌ的ＳｏｌｉｄｅｒＤＦＥ，ＳａｎｄｅｒＰｒｏｔｏｔｙｐｅ的ＰｒｏｔＢｕｉｌｄ和ＰｒｏｔｏＳｕｐｐｏｒｌ等。由于ＣＡＤ与ＲＰ＆Ｍ的数据转换接口软件开发的困难性和相对独立性，国外涌现了很多作为ＣＡＤ与ＲＰ系统之间的桥梁的第三方软件。国外比较著名的一些第三方接口软件有：美国“九五”期间，我国在西安、天津、武汉、深圳和宁波建立的五个快速成形技术服务中心以及各地的生产力促进中心，在推广ＲＰ＆Ｍ技术方面做了大量的工作，取得了良好的经济效益。国内在材料方面进行的研究较少，现在研究的材料主要是光固化树脂、Ｓｏｌｉｄ　Ｃｏｎｃｅｐｔ公司的Ｂｒｉｄｇｅ　Ｗｏｒｋｓ、腊、ＡＢＳ及尼龙、涂敷纸、树脂蜡和工Ｓｏｌｉｄ　Ｖｉｅｗ，比利时Ｍａｔｅｒｉａｌｉｓｅ公司的Ｍａｇｉｃｓ，美国ＰＯＧＤ公司的ＳＴＬＭａｎａｇｅｒ，美国人Ｉｇｏｒｅ　Ｔｅｂｅｌｅｖ的ＳｔｉｌｌＶｉｅｗ，美国Ｉｍａｇｅｗａｒｅ公司的Ｓｕｒｆａｃｅ－ＲＰ＆Ｍ等。２．我国ＲＰ＆Ｍ发展现状我国对这项新技术的研究从“八五”期间起步，在“九五”期间取得突程塑料等。国内许多机构都在研究并自行开发从ＣＡＤ数据文件到ＲＰ的转换和处理程序。国内主要从事ＲＰ＆Ｍ技术研究的有西安交通大学、清华大学、华中科技大学、北京隆源公司、南京航空航天大学和上海大学等。清华大学和西安交通大学等还开展了ＲＰ前端数据转换破性进展。政府在“九五”的第一年就（反求工程）和后端应用技术的研究。将该技术列入“九五”攻关项目，国家自然基金也将ＲＰ列为先进制造技术的重点资助项目，同时，“九五”国家科技攻关中，把先进制造技术列为重点资助的领域之一，而先进制造技术中的几项重要内容，如精密成形、ＣＡＤ推广应用、并行设计和并行工程、敏捷制并取得了一定成果。３．ＲＰ＆Ｍ技术发展趋势ＲＰ＆Ｍ技术的发展趋势主要体现在以下几个方面：（１）采用金属材料等高强度材料直接成形是ＲＰ＆Ｍ重要发展方向采用金属材料和高强度材料直接122ＣＡＤ／ＣＡＭ与制造业信息化・ｗｗｗ．ｉｃａｄ．ｃｏｍ．ｃｎModern Manufacturing 现代制造转换、设备工艺方面和材料等。无论是金属材料还是非金属材料，ＲＰ成形过程都不仅是一个材料的机械堆积过程，还是一个高度耦合、非线性的复杂热力学过程。凝固过程的尺寸变化常在毫米数量级，对精度的影响最大，最终产品精度的提高很大程度上取决于这个阶段。材料性质（如材料密度、弹性模量、导热率、比热、线膨胀系数等）和工艺因素（如加热温度、压力、流速等）同时产生影响。在不久前结束的高交会上显示，ＲＰ＆Ｍ技术在这方面已经取得进步。例如，采用类似于闭环数控系统的技术，来动态控制（补偿）精度。（５）更广泛地和其他科学相交融，形成交叉学科例如２１世纪初刚刚发展起来的，由ＲＰ技术和生物医学互相渗透形成的前沿学科——仿生制造。据报道，西安交通大学等单位利用ＲＰ技术在骨替代物的仿生制造研究方面取得了可喜的进展，上海第九人民医院和上海大学也正在进行基于ＲＰ技术的仿生组织制造。西方国家在这些方面已经初具规模，只是出于技术保密的原因，实质性的原理和成果发布并不多。有学者认为，在未来１０年左右的时间里，人体主要器官的组织工程诱导成形技术将取得突破，形成规模产业，这将是人类的一大福音。（６）ＲＰ＆Ｍ设备将日趋人性化和智能化ＲＰ＆Ｍ设备的安装和使用变得非常简单，不需高深的专业技术。现在不少学校已经开设了相关的课程和培训，这些也将促进ＲＰ＆Ｍ应用的发展和普及。■数控加工系统由数控机床、刀具、工件和加工程序组成，加工程序中的切削参数和加工策略决定了数控机床的加工效率和零件的加工品质。研究切削参数和加工策略优化的目的就是使数控机床发挥最大的加工效率，使产品具有最佳的加工品质。切削参数与刀具寿命、机床参数（主轴转速、功率、扭矩）等因素有关，而数控编程中的加工策略可以使刀具保持恒定的切削载荷。因此，本文主要从刀具、机床参数和数控编程三个方面来研究切削参数和加工策略的优化问题。图１　刀具推荐切削参数切削参数和加工策略是决定数控机床的加工效率和零件加工品质的主要因素，也是切削优化研究的主要对象，该文从刀具、机床和数控编程三个方面讨论了切削参数和加工策略的优化问题。该文有一定的实用性和代表性，是一篇有实际内含的好文章。切削参数和加工策略的优化方式【　中国电子科技集团公司第三十六研究所　吕强　】所示。一般情况下，不宜超范围使用，否则，刀具的寿命将受到影响。刀具寿命一、刀具寿命和切削参数的关系切削参数主要是指切深ａｐ、切宽ａｅ、切速ｖｃ和每齿进给量ｆｚ，它们的取值大小直接影响加工效率和加工品质。采用大切深、大切宽、高切速和快进给可以达到提高加工效率的目的。但是，对于一把确定的刀具，刀具供应商已经规定了切削参数的选择范围，如图１图２　刀具寿命与切削参数的关系ＣＡＤ／ＣＡＭ与制造业信息化・ｗｗｗ．ｉｃａｄ．ｃｏｍ．ｃｎ123