快速成型技术(Rapid Prototyping，RP)是基于离散一堆积成形原理的先进制造技术的总称。由产品的三维CAD模型数据直接驱动，组装（堆积）材料单元而完成任意复杂具有使用功能的零件的技术。对所成型零件的结构与形状无限制，可以是具有材料梯度、结构梯度和特殊孔隙的复杂形状。直接快速制造可以避免繁复的工、模具制造；使产品的制造成本有较大的下降：缩短产品的生产周期。目前，比较常用的其技术方法有光固化快速成型技术(Stereo Lithography Apparatus，简称SLA)、分层实体制造技术(Laminated Object Manufacturing，简称LOM)、激光选区烧结技术(Selected Laser Sintering，简称SIS)、三维印刷法(Three Dimensional Printing简称TDP)、丝状材料选择性熔覆(Fused Deposition Modeling，简称FDM)等多种技术方法，其中SLA光固化快速成型工艺是目前应用范围最广阔的一种快速成形方法。
1 SLA光固化快速成型技术的基本原理以及工艺流程
该工艺是美国于1986年研制成功的一种RP工艺，1987年获美国专利，是最早出现的、技术最成熟和应用最广泛的快速原型技术。它以光敏树脂为原料，通过计算机控制紫外激光器逐层凝固成型。这种方法能简捷、全自动地制造出表面质量和尺寸精度较高、几何形状复杂的原型。
1.1 光固化快速成型(SLA)的工作原理
激光束在计算机控制下根据分层数据连续扫描液态光敏树脂表面，利用液态光敏树脂经激光照射凝固的原理，层层固化光敏树脂，一层固化后，工作台下移一精确距离，扫描下一层，并且保证相邻层可靠粘结，如此反复，直到成型出一个完整的零件。激光光同化成型方法的特点是精密度较高，质量稳定，对原材料的利用率高，制造速度快能成型形状特别复杂、特别精细的零件。
1.2 光固化技术的工艺过程
a.制造数据的获取（模型设计）：在计算机辅助设计造型软件中完成原型件的三维立体，并将CAD模型沿某一方向分层切片(Slice)从而得到一组薄片信息，包括每一薄片的轮廓信息和实体信息，即数据模型其转化成STL格式。
b.层准备：层准备过程是指在获取了制造数据以后，在进行层层堆积成型时，扫描前每一待固化层液态树脂的准备。由于这种层堆积成型的工艺特点，必须保证每一薄层的精度，才能保证层层堆积后整个模型的精度。
c.层固化：层固化是指在层准备好了以后，用一定波长的紫外光束按分层所获得的层片信息以一定的顺序照射树脂液面使其固化为一个薄层的过程。
d.三维实体建造：层层堆积实际上是前两步层准备与层固化的不断重复，是当前层与已固化层的前一层牢固粘结在一起，最终完成整个工件，得到原型件。
e.后处理：后处理是指整个零件成型后对零件进行的辅助处理工艺，包括零件的取出、清洗、去除支撑、磨光、表面喷漆以及后固化再处理过程。
2 快速成型技术在企业中的实际应用
快速制作样件、进行新产品评估、鉴定、优化设计，避免设计中的失误和缺陷、通过样件实际测试，优化零件的设计、缩短测试样件的制造周期，增加样件的测试项目、缩短零件的设计周期缩短新产品的开发周期等。广泛应用在新产品概念设计、产品设计审定、零件工程测试、零件整体配合及评估、产品的功能测试与结构分析、产品样品（首板）制作、产品的市场推广、生产的可行性研究等制造领域，也可以作为硅胶模、金属喷涂模等快速经济制模技术提供母件。
2.1 快速原型在新产品开发中的应用
a.产品设计评估与审核
为提高产品设计质量，缩短生产试制周期，快速成型系统可在几个小时或者几天内将设计人员的图纸或者CAD数模转化成看得见的实体模型。这样可以根据原型进行设计评定和功能验证，及时的取得用户对设计的反馈信息。
b.产品功能试验
在快速原型中，用新型光敏树脂作为原材料制成的产品零件原型具有足够的强度，可用于传热、流体力学试验、飞机风洞试验等。这样可以有效的节省试验成本和缩短试验周期。
c.与客户或者订购商的交流手段
在国外，RP原型已经成为某些制造商争夺订单的一种手段，例如我国沿海企业，主要生产小家电，每年都会有很多新的产品，在新品研发出来不用开模具制造就可以通过RP制作出来产品原型，经过简单的表面处理，也叫手板，就可以在广交会上展示，提前获得产品订单，这样就可以为新品上市争得宝贵的时间。
2.2 快速成型技术在模具中的应用
快速模具制造技术是以快速成形技术(Rapid Prototyping-RP)为核心，由快速成形技术发展而来的一类快速制造模具的新方法、新工艺。目标是服务于新产品开发和试制，以及产品小批量生产。
基于RP的快速模具制造一般有软模法和硬模法两种。
a.硅橡胶模具是最典型的软模方法，它利用RP零件作母模，采用硅橡胶浇注，直接制作硅橡胶模具。由于硅橡胶模具有良好的柔性和弹性，对于结构复杂，花纹精细，无拔模斜度或具有倒拔模斜度以及具有深凹槽的零件来说，制件浇注完成后均可直接取出。硅橡胶快速模具制作周期短，制件质量高，可在短时间内获得多个零件，以满足使用要求，其变形小、耐高温、耐酸性，膨胀系数小，收缩率低，广泛应用于汽车、家电、轻工、医疗、农业机械及军工等行业的产品开发和小批量生产，因此硅橡胶模具在软模法中工艺最成熟，市场份额占有最大。
b.硬模法中，金属电弧喷涂快速制模技术是一种基于“复制”的制模技术。它以一个实物模型（或称为原型）作为母模，以电弧为热源，通过高速气流将熔融状态的金属材料雾化，并使其喷射、沉积在母模表面上，形成一定厚度的致密金属涂层，即模具型壳。模具型壳精确拷贝了原型的形状，获得了所需的模具型腔，在完成补强、脱模、抛光等后处理工艺后，即可完成模具的快速制造。具体工艺线路见下图。
金属电弧喷涂快速制模技术工艺流程图
“金属电弧喷涂成型快速制模技术”在模具成本、寿命、制造周期、精度等方面具有综合比较优势，并且模具工作表面具有较好的强度、硬度和耐磨性，模具表面摩擦学特性更接近于钢质模具，是一种较为理想的快速制模方法。该技术可用于制作金属冲压模具、热压成型模具以及塑料模具等，相对于钢模具的制造，其制作时间可以缩短一半以上，成本可以减少25%以上。目前在飞机、汽车、拖拉机、家电、塑料、制鞋等行业中成功应用，是极具发展潜力的一种模具制造新途径。西安交通大学先进制造技术研究所开创性地研制了“大型5轴智能电弧喷涂一电刷镀制模机系统”，已成功完成了多套汽车低熔点合金模具的制作。
2.3 快速成形技术在铸造上的应用
快速成形与铸造相结合的产物是快速铸造技术(Quick Casting，简称QC)，其基本原理是利用快速成型技术直接或者间接铸造用消失模、模样、模板、铸型、型芯或者型壳等，然后结合传统铸造工艺，快速的制造出金属零件。这种快速铸造使得多种材料、任何形状复杂、内部结构精细的铸件都能生产出来，产品开发周期短、精度高，大大地提高了企业获取订单的竞争力，RP为实现铸造的短周期、多品种、低成本、高精度提供了一个快速响应技术，显示出了强大的生命力和巨大的应用潜力。
a.代替木模进行传统的砂箱铸造，利用SLA快速成型出来的原型件，进过简单表面打磨处理，可以直接代替木模进行砂箱铸造，大大缩短了原型的制作时间．提高了传统木模铸造的精度及表面光洁度。
b.基于SLA原型的消失法铸造，对于以下复杂零件，传统砂箱铸造是没有办法拔模的，光固化SLA原型由于在高温下可以直接消失掉，便解决了这一问题。其主要工艺过程如下所示：
基于SLA原型消失法砂箱铸造流程图
c.代替蜡模进行快速熔模铸造，其工艺过程是利用快速成型技术制的原型代替熔模铸造中的蜡模，在其上涂挂耐火型壳，高温焙烧使树脂原型气化去除，最后造型浇注，从而实现缩短生产周期和降低成本的目的。在新产品试制、少量多品种、单件小批量生产、具有自由曲面的中小型铸件生产方面有广阔的前景。
快速熔模铸造流程图
d.快速石膏型铸造，石膏型铸造工艺与快速成型技术结合起来形成快速石膏型铸造。基于SLA快速成型在石膏型铸造中应用：一是制作型模，用于起模法中，相当于砂箱铸造中的木模。主要使用快速成型树脂原型作为熔模，用石膏浆料灌注铸型，通过焙烧去除树脂原型从而形成铸型，与熔模铸造工艺相似，只是以石膏型代替型壳。二是制作熔模，用于熔模法中，发挥SLA快速成型工艺优势，可以制作复杂、曲面、薄壁型壳，效率高，制作方便，解决复杂型模制作困难的瓶颈。
3 快速制造与原始机械制造的优缺点
优点：在制造模型时能够直接制造，和传统的机械制造相比，快速成型技术的制造速度快，能够在很短的时间制造出所需要的模型，而且大幅度的缩短了制造所需要的时间，节约了人力物力，为新产品的研发降低了风险。相对于传统的机械制造还添加了很多的新型的科学生产技术，让生产出来的模型产品更具有稳定性，而且还大大的降低了运行成本。
缺点：光固化成型(SLA)的缺点是耗材价格稍贵，设备运转及维护成本稍高，可使用的材料种类较少。分层实体制造的缺点(LOM)，原型的抗拉强度和弹性不够好，原型易吸湿膨胀，原型表面有台阶纹理，难以构建形状精细、多曲面的零件。激光烧结缺点(SLS)是生产制造出来的原型外表不太平整，切内部不稳定，容易导致变形。熔融沉积制造缺点(FDM)是其原型的表面有不光滑，有凹槽或者是条纹。
小结
快速成型技术的飞速发展为众多企业带来了不可估量的好处，快速成型技术的产生相对于传统的机械制造更显得有科学技术含量，由于生产的技术含量高，大大缩短产品的生产周期，因此对新产品的研发节省了宝贵的时间。快速成型技术在企业应用广泛，市场前景广阔。但是快速成型技术目前还有一些不足需要我们克服．我们应该在实际生产当中发现问题并及时归纳总结，运用科学技术知识进行改进，让它更完美无缺，更好的投入企业使用中，最终造福人类。
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本文标题：快速成型技术在企业实际生产中的应用
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