快速成型及快速制模

【摘要】快速成型（Rapid Prototyping，RP）技术自20世纪80年代问世以来，在成型系统、材料方面有了长足的进步，同时推动了快速制模（Rapid Tooling，RT）和快速制造（Rapid Manufacturing，RM）的发展。将RP技术应用于模具制造，即基于快速成型技术的快速制模技术的出现，使模具快速制造技术有了新的发展。

【关键词】快速成型；快速制模

随着社会经济的发展，模具行业的竞争与日俱增，不仅仅是产品质量技术的竞争，生产周期的长短也成为竞争之一。因而要求设计者不但要很快很好地设计出新产品，而且要尽可能短的时间内制造出成品，最后定型产品投放市场，快速成型技术正是在这种状况下应运而生的。

1 快速成型

1.1 快速成型技术。由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维物理实体的技术总称，原称快速原型（Rapid prototyping）技术，国际简称RP技术。

快速成型的基本过程是将首先要完成被加工工件的计算机三维模型，根据工艺要求，按照一定的规律将该模型离散为一系列有序的单元，通常在Z轴方向将其按一定厚度进行离散，也就是所谓的分层，把原来的CAD三维模型变成一系列的层片然后有序迭加，再根据每个层片的轮廓信息，输入加工参数，自动生成数控码，最后由成型机成型一系列层片并自动将它们联接起来，得到一个三维物理实体。

1.2快速成型的特点

（1）CAD模型直接驱动，无需人员干预，设计制造高度一体化。

（2）高度柔韧性，可以制造任意复杂形状的三维实体。

（3）成型过程无需专用工具，降低成本，制造方便。

（4）快速成型使用的材料具有多样性，各种金属非金属材料均可使用。

（5）成本低，制造速度快，节约时间，在传统的制造方法上进行了创新。一般制造费用降低50%，加工周期节约70%以上。

（6）原型的复制性、互换性高。

（7）制造工艺与原型的几何形状无关，在加工复杂的曲面时更显优越性。

1.3几种典型的快速成型工艺。SL：称为光固化或立体光刻，这是最早出现的RP工艺，它采用激光一点点照射光固化液态树脂使其固化的方法成型，是当前应用最为广泛的成型工艺。LOM：分层实体造型，采用激光切割箔材，箔材之间靠热熔胶在热压辊的压力和传热作用下熔化并实现粘接，一层层叠加制造原型。SLS：激光选区烧结，采用激光逐点烧结粉末材料，使包覆于粉末材料外的固体粘接剂或粉末材料本身熔融粘连实现材料的成型。FDM：熔融沉积成型，采用丝状热塑性成型材料，连续地送入喷头后在其中加热熔融并挤出喷嘴，逐步堆积成型。3DP：三维印刷，它采用逐点喷射粘接剂来粘接粉末材料的方法制造原型，该工艺可以制造彩色模型。

快速成型在当今社会中的应用是非常广泛的，在外形设计、检查设计质量、功能检测、手感、装备干涉检验、试验分析模型等等方面，由于RP技术可以很快做出模型，供设计人员和用户从各种标准和角度进行审查，使得外观设计和检验更直观有效，大大地降低成本，提高效率及控制风险。

2 快速制模

自1988年美国3DSystems推出第一台快速成型设备后，快速成型技术得到了突飞猛进的发展，各种快速成型的方法不断涌现出来。目前，快速成型技术已经不仅仅局限于设计概念和实体原型的转换，而是进一步利用快速制模技术快速制造出小批量的零件，以进行测试和试销。快速制模能有效缩短新产品开发及模具制造周期，快速生产出企业需要的接近成品的试制品，然后了解消费者的反应，帮助企业降低经营决策中的风险。

快速制模常用的方法有软模（soft tooling）、过渡模具（bridge tooling）和硬模（hard tooling）。软模通常指的是硅橡胶模具，用快速成型技术制造原型，再翻成硅橡胶模具，然后注塑，固化后得到所需零件。过渡模具又称为桥模，是介于试制用软模与正式生产模之间的一种模具，可直接进行生产，其使用寿命目标为100-1000个零件，具有快速经济的特点。硬模是指用间接方式制造金属模具和用快速成型直接加工金属模具，用FDM、SLS快速成型技术加工出蜡或树脂模型，利用熔模铸造的方法生产金属零件，也可以利用LOM加工出的模型制作母模，然后制造硅橡胶模，还可以利用SLS方法，选择合适的造型材料，加工出可供浇注用的铸造型腔等等。

近年来，CNC切削机床也发展得很好，在一定程度上打击了RP技术，但是它是不能取代RP技术的，在过去的十年中，许多研究者开发出了十几种成型方法，基本上都是建立在立体平面化—离散—堆积的思路上的。这种方法还存在着许多不足，我们还可以从RP原理延伸，产生一些新的快速成型的方法应用于模具制造行业。

结语

随着社会的不断发展，模具制造对国民经济和社会发展将起到越来越大的作用，也已成为衡量一个国家制造业是否发达的重要标志。快速制模技术是将传统的制模方法与快速成型技术相结合而产生的。经济的高速发展将对模具提出更为大量、更为迫切的需求，同时要求模具设计、制造和生产周期达到全新的水平。这表明我国的模具行业正面临更大的挑战，无疑也面临无限的发展机遇。

参考文献

[1]莫健华.快速成形及快速制模[M].北京；电子工业出版社，2006.

[2]王广春.快速成型与快速模具制造技术及其应用[M].北京：机械工业出版社，2008.

作者简介

喻丹（1987—），女，汉族，籍贯：贵州遵义市，贵州航天职业技术学院，助教，学历：本科，研究方向：塑料模具设计方面。