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0 前言
快速成型(Rapid Prototyplng，简称RP)技术是20世纪80年代中后期发展起来的、观念全新的现代制造技术。这门崭新的技术不仅在成型方法上开辟了与传统方法截然不同的思路，而且为产品开发提供了一套新的流程，并且对传统制造业组织结构产生了冲击。甚至可以说快速成型技术是继数控技术之后制造业的又一次重大革命。
1 快速成型技术的内涵及技术特点
1.1 快速成型技术的内涵
与传统的去除成形不同，快速成型技术是一种离散-堆积的成形过程。这种加工过程可分为前期数据处理(离散)和物理实现(堆积)。在离散过程中，将三维形体的CAD模型沿一定方向分解，得到一系列截面数据，再根据各自具体的工艺要求，获得控制成形头运动的轨迹；在堆积过程中，成形头在运动轨迹的控制下，加工出层片，并将层片与层片堆积并连接，重复上述两个过程，加工出零件。
1.2 快速成型技术的技术体系
一个比较完整的快速成型技术的技术体系(图1)包含CAD造型、反求工程、数据转换、原型制造以及物性转换等基本环节。
图1 快速成型的技术体系
1.3 目前较为成熟的快速成型方法
目前快速成型技术的成型工艺方法有十多种，各种快速成型方法有自身的特点和实用范围。比较成熟并已商品化的成型方法有:立体光固化成型法(SM)、选择性激光烧结法(SLS)、叠层制造法(UM)、熔融沉积造型法(FDM)等。
1.4 快速成型的特点
(1)快速性。通过STL格式文件，RPM系统几乎可以与所有的CAD造型系统无缝连接，从CAD模型到完成原型制作通常只需几小时到几十小时，可实现产品开发的快速闭环反馈。
(2)高度柔性。快速成型系统是真正的数字化制造系统，它取消了工装夹具，系统无需作任何改变和调整即可完成不同类型的零件的加工制作，特别适合新品开发或单件小批量生产。
(3)与复杂程度无关性。零件制造周期和制造成本与零件的形状和复杂度无关，而只与其净体积有关。
(4)高度集成化。快速成型用重复的三维扫描成型复杂的三维零件，避免了数控加工的复杂编程步骤。从根本上克服了CAD/CAM集成时，CAPP这一瓶颈问题，从而实现高度自动化和程序化。
2 快速成型技术的应用对制造业的影响
快速响应市场是企业把握市场机遇，在竞争中求得生存发展的重要保障。在这样的背景下发展起来的RP技术必将引起制造业的重大变革。
(1)RP技术在制造方式上具有革命性的突破不同于传统成型加工方法，利用RP技术加工零件，不需要刀具和模具，而是利用光、热、电等手段，通过固化、烧结、聚合等作用，实现材料的堆积，并从液态、粉末态过渡到实体状态从而完成造型过程。
图2 产品开发的主要因素
(2)RP技术优化了产品开发过程，是快速市场响应的重要保证RP技术出现后，实体造型、快速成型和3D数字化技术成为产品开发的主要因素，如图2所示。在开发过程中，不断对原型进行评价修改，而且这种评价不只限于面对着图样或计算机上的图形“指手划脚”，而是可以得到不同阶段的试件原型，并随时得到用户的反馈，及时更正每个阶段发现的错误。随着产品开发过程的进行，结合不同阶段的设计内容和用户反馈，同步制作出试验原型。
由此可见，RP技术为产品开发提供了一种“新柔性”，不仅缩短了开发周期，而且大大降低了产品开发中失误的可能性。
(3)产品在设计阶段接受设计评估与校审传统产品开发过程中，用户一般要等待5～6个月才能看到新产品的试件原型。利用RP技术，可以在很短的时间内(几小时内或几天内)精确地生成产品的原型。基于厂家和商家对RP原型的一致认同，很多制造厂家利用RP原型争夺产品订单。例如美国底特律的一家制造商，采用RP技术和快速精铸技术，在接到福特公司标书后的4个工作日内便生产出了第一个功能样件，从而在众多的竞争者中夺到了为福特公司生产年总产值达300万美元发动机缸盖精铸件的合同。
(4)产品在设计阶段就可进行功能试验RP技术使用新型光敏树脂材料等制成的试件原型具有足够的强度，可用于传热、流体力学等方面的试验，还可用于受载应力分布分析。例如，克莱斯勒直接利用RP制造的车体原型进行高速风洞流体动力学试验，节省成本达70%。我国西安东方机械厂导弹引信叶轮的传统开发流程费用为2万～4万元，周期为3～5个月，而采用RP技术制作叶轮的树脂模型，直接用于弹道试验，制作时间仅为115h，费用仅为400元。
(5)可进行快速模具制造或成品制造以RP原型作模心或模套，结合快速精铸、金属喷涂、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模具或工装设备，其制造周期比数控加工缩短30%～40%以上，成本却下降35%～70%。
目前很多采用RP技术的公司并不单单是制作RP原型，而是将RP与RT技术结合，进行快速模具或成品制造。我国成功应用RP技术的一个实例就是深圳殷华公司利用真空硅胶模复制技术，把RP原型快速复制为聚氨脂材(PU)料的原型，通过选用不同性能的PU材料达到不同材料特性的要求，加以打磨喷涂等处理，就使快速原型成为快速产品。他们的很多客户带着这样的产品参加订货会和展览会，赢得了市场先机。
3 快速成型技术的未来
3.1 快速成型技术的发展趋势
(1)随着计算机技术的飞速发展，RP软件的功能也越来越强大，它的应用领域也随之扩大，特别是从制造业向非制造业发展。
(2)RP技术与新材料的结合也越来越紧密，由于RP技术对材料的特殊要求，所以RP复合材料以及采用复合材料的不同种类的RP设备与工艺的研究与开发也很重要。
(3)RP+RT的发展是近年来最重要的热点，也是最具巨大经济效益前景的一个领域。
(4)RP的原理，如能量场理论，生长成形，快速成形的边界模型等；RP技术在治疗学，康复工程，生长远程诊断，假肢制造等的应用研究与开发。
(5)用于RP的金属与陶瓷的激光结合；RP技术的集成化等。
3.2 RP技术的应用范围将不断扩大和深入
由于快速成型技术的巨大吸引力，不仅工业界对其十分重视，许多其它的行业也都纷纷致力于它的应用和推广，因此，其应用范围在不断扩大和深入。其中最突出的两点是在医疗领域的应用和在快速模具制造行业中的应用。专家预测，如果快速成型件能达到如下指标:强度大于500MPa，精度高于0.01mm，表面粗糙度小于1μm，那么，这项技术将迅速渗透到更多的领域，获得更令人鼓舞的应用成果。
4 我国快速成型技术的发展及几点建议
我国在学习、应用该项新技术是从“八五”期间起步，“九五”期间即取得了突破性的进展，掌握了实现自动成型技术的4个实用系统，并初步实现了产业化。目前我国RP设备台数已发展到150台，占世界第5位，其中50%是我国制造的。我国还自主开发了无模砂型制造、低温冰型工艺以及不采用激光器的紫外光快速成型机等几种新的RP技术，是在RP技术上的创新，引起了国际及国内同行的重视。
未来我国的RP发展方向应集中在成型精度再提高、新材料的开发和标准化的建立等几个方向上。
(1)成型精度再提高快速成型件的精度一般处于011mm的水平，高度(z)方向的精度甚至很难达到这一水平。影响成型件精度的主要因素有两方面:一是由三维CAD模型转换成5TL格式文件，以及随后的切片处理所产生的误差；二是成型过程中的翘曲变形，以及成型后由于制件吸入水分、温度和内应力变化等不稳定因素所造成的无法精确预计的变形。如果能解决好这两方面的问题，把精度提高一个等级，将会是一个重大的突破。
(2)新材料的开发目前，快速成型材料的成型性能大多不太理想，成型件的物理性能不能满足功能性、半功能性零件的要求，必须借助于再处理或二次加工。由于材料技术开发的专门性.一般快速成型材料的价格都比较贵，造成生产成本较高，因此，必须加强对快速成型新材料的研究与开发工作，既要提高新材料的性能，又要尽可能地降低成本。新材料的发展对快速成型的发展将会产生巨大的作用。
(3)标准化的建立在现阶段快速成型技术的各种工艺方法在许多方面缺乏统一的规范和标准，这样对快速成型技术的推广和应用十分不利。因此，标准化是快速成型技术的必然趋势。同时，在激烈的国际市场竞争下，为使具有我国自主知识产权的快速成型设备尽可能占据足够的市场份额，快速成型设备标准化的工作也是十分重要的。
5 结束语
快速成型作为一种高新制造技术，在其诞生至今获得了飞速发展，但任何新产品都有一个逐渐完善与发展的过程。因此，RP技术必将在现在的基础上，不断开发出新的工艺、材料及智能化相关技术，朝着精密化、低成本、标准化方向发展，并应以能直接生产半功能性、功能性零件为目标。我国如果能够在这些技术上取得突破，就在RP技术的研究与应用上占得先机，我国的制造业就能利用这一优势赶上发达国家。
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