本文綜述了快速成形技術的發展狀況,特別是這兩年在快速成形系統、材料和快速制模方面的最新成就,并分析了快速成形與快速制模技術的發展趨勢。
1、引言
21世紀是以知識經濟和信息社會為特征的時代,制造業面臨信息社會中瞬息萬變的市場對小批量多種產品要求的嚴峻挑戰。在制造業日趨國際化的狀況下,縮短產品開發周期和減少開發新產品投資風險,成為企業賴以生存的關鍵。直接從計算機模型產生三維物體的快速成形技術,是由現代設計和現代制造技術迅速發展的需求應運而生的,它涉及機械工程、自動控制、激光、計算機、材料等多個學科,近年來,該技術迅速在工業造型、制造、建筑、藝術、醫學、航空、航天、考古和影視等領域得到良好的應用。快速成形/快速制模/快速制
造技術為企業提高競爭力提供了一種先進的手段。
快速成形技術(Papidprototyping,以下簡稱RP)自80年代問世以來,在成形系統、材料方面有了長足的進步,同時推動了快速制模(RapidTooling,以下簡稱RT)和快速制造(RapidManufacturing,以下簡稱RM)的發展,90年代中末期是RP技術蓬勃發展的階段。
我國的華中科技大學、清華大學、西安交通大學、北京隆源公司和南京航空航天大學等單位,于90年代初率先開發RP及相關技術的研究、開發、推廣和應用。到1999年,國內已有數十臺引進或國產RP系統在企業、高校、研究機構和快速成形服務中心運行。在國家科技部
的領導和支持下,先后成立了近十家旨在推廣應用RP技術的“快速原型制造技術生產力促進中心”,863/CIMS主題專家組還將快速成形技術納入目標產品發展項目。此外,有相當一部分高校將RP技術列入了“211”規劃。國內投入RP研究的單位逐年增加,RP市場初步形成。
2、快速成形技術發展簡史
RP技術是一種用材料逐層或逐點堆積出制件的制造方法。分層制造三維物體的思想雛形,最早出現在制造技術并不發達的19世紀。早在1892年,Blanthre主張用分層方法制作三維地圖模型。1979年東京大學的中川威雄教授,利用分層技術制造了金屬沖裁模、成型模和注塑模。
光刻技術的發展對現代RP技術的出現起到了催化作用。
20世紀70年代末到80年代初期,美國3M公司的Alanj.Hebert(1978)、日本的小玉秀男(1980)、美國UVP公司的CharlesW.Hull(1982)和日本的丸谷洋二(1983),在不同的地點各自獨立地提出了RP概念,即利用連續層的選區固化產生三維實體的新思想。CharlesW.Hull在UVP的繼續支持下,完成了一個能自動建造零件的稱之為Sterolithography
Apparatus(SLA)的完整系統SLA-1,1986年該系統獲得專利,這是RP發展的一個里程碑。
同年,CharlesW.Hull和UVP的股東們一起建立了3DSystem公司;隨后許多關于快速成形的概念和技術在3DSystem公司中發展成熟。與此同時,其它的成型原理及相應的成型機也相繼開發成功。1984年MichaelFeygin提出了分層實體制造(LaminatdeObjectManufacturing,以下簡稱LOM)的方法,并于1985年組建Helisys公司,1990年前后開發了第一臺商業機型LOM—1015。1986年,美國exas大學的研究生C.Deckaed提出了SelectiveLaserSintering(SLS)的思想,稍后組建成DTM公司,于1992年開發了基于SLS的商業成型機(Sinterstation)ScottCrump在1988年提出了FusedDepositionModeling(FDM)的思想,1992年開發了第一臺商業機型3D-Modeler。自從20世紀80年代中期SLA光成型技術發展以來到90年代后期,出現了十幾種不同的快速成形技術,除前述幾種外,典型的還有,3DP、SDM、SGC等。目前,SLA、LOM、SLS和FDM四種技術比較成熟。
3、RP技術的新進展
3.1光固化成形(SLA)
該成形法是目前世界上研究最深入、技術最成熟、應用最廣泛的一種快速成形方法(見圖1)。目前研究SLA方法的有3DSystem公司、EOS公司、F&S公司、CMET公司、D-MEC公司、Tei
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