快速成形与快速制模技术的发展

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本文综述了快速成形技术的发展状况，特别是这两年在快速成形系统、材料和快速制模方面的最新成就，并分析了快速成形与快速制模技术的发展趋势。

1、引言

21世纪是以知识经济和信息社会为特征的时代，制造业面临信息社会中瞬息万变的市场对小批量多种产品要求的严峻挑战。在制造业日趋国际化的状况下，缩短产品开发周期和减少开发新产品投资风险，成为企业赖以生存的关键。直接从计算机模型产生三维物体的快速成形技术，是由现代设计和现代制造技术迅速发展的需求应运而生的，它涉及机械工程、自动控制、激光、计算机、材料等多个学科，近年来，该技术迅速在工业造型、制造、建筑、艺术、医学、航空、航天、考古和影视等领域得到良好的应用。快速成形/快速制模/快速制
造技术为企业提高竞争力提供了一种先进的手段。

快速成形技术(Papidprototyping，以下简称RP)自80年代问世以来，在成形系统、材料方面有了长足的进步，同时推动了快速制模(RapidTooling，以下简称RT)和快速制造(RapidManufacturing，以下简称RM)的发展，90年代中末期是RP技术蓬勃发展的阶段。

我国的华中科技大学、清华大学、西安交通大学、北京隆源公司和南京航空航天大学等单位，于90年代初率先开发RP及相关技术的研究、开发、推广和应用。到1999年，国内已有数十台引进或国产RP系统在企业、高校、研究机构和快速成形服务中心运行。在国家科技部
的领导和支持下，先后成立了近十家旨在推广应用RP技术的“快速原型制造技术生产力促进中心”，863/CIMS主题专家组还将快速成形技术纳入目标产品发展项目。此外，有相当一部分高校将RP技术列入了“211”规划。国内投入RP研究的单位逐年增加，RP市场初步形成。

2、快速成形技术发展简史

RP技术是一种用材料逐层或逐点堆积出制件的制造方法。分层制造三维物体的思想雏形，最早出现在制造技术并不发达的19世纪。早在1892年，Blanthre主张用分层方法制作三维地图模型。1979年东京大学的中川威雄教授，利用分层技术制造了金属冲裁模、成型模和注塑模。

光刻技术的发展对现代RP技术的出现起到了催化作用。
20世纪70年代末到80年代初期，美国3M公司的Alanj.Hebert(1978)、日本的小玉秀男(1980)、美国UVP公司的CharlesW.Hull(1982)和日本的丸谷洋二(1983)，在不同的地点各自独立地提出了RP概念，即利用连续层的选区固化产生三维实体的新思想。CharlesW.Hull在UVP的继续支持下，完成了一个能自动建造零件的称之为Sterolithography
Apparatus(SLA)的完整系统SLA-1，1986年该系统获得专利，这是RP发展的一个里程碑。

同年，CharlesW.Hull和UVP的股东们一起建立了3DSystem公司；随后许多关于快速成形的概念和技术在3DSystem公司中发展成熟。与此同时，其它的成型原理及相应的成型机也相继开发成功。1984年MichaelFeygin提出了分层实体制造(LaminatdeObjectManufacturing，以下简称LOM)的方法，并于1985年组建Helisys公司，1990年前后开发了第一台商业机型LOM—1015。1986年，美国exas大学的研究生C.Deckaed提出了SelectiveLaserSintering(SLS)的思想，稍后组建成DTM公司，于1992年开发了基于SLS的商业成型机(Sinterstation)ScottCrump在1988年提出了FusedDepositionModeling(FDM)的思想，1992年开发了第一台商业机型3D-Modeler。自从20世纪80年代中期SLA光成型技术发展以来到90年代后期，出现了十几种不同的快速成形技术，除前述几种外，典型的还有，3DP、SDM、SGC等。目前，SLA、LOM、SLS和FDM四种技术比较成熟。

3、RP技术的新进展

3.1光固化成形(SLA)

该成形法是目前世界上研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的一种快速成形方法(见图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