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標題: 快速成型--持續發展現代制造業的重大創造力 [打印本頁]
作者: 504622521 時間: 2012-2-1 08:54
標題: 快速成型--持續發展現代制造業的重大創造力
在現代化工業生產中，60％～90％的工業產品需要使用模具加工，模具工業已經成為制造業中的一項基礎工業，是技術成果轉化的手段，同時又是高新技術產業的重要領域，在歐美等工業發達國家被成為“點鐵成金”的“磁力工業”。我國模具權威人士稱之為“模具是印鈔機”。可見模具工業在世界各國經濟發展中具有重要的顯著地位。
當前，產品制造業呈現如下發展趨勢：1生產、經營及市場全球化；2用戶需求個性化、多樣化；3產品生命周期短，更新換代加速；4產品技術高科技化；5市場競爭激烈化。據統計，我國新產品的平均開發周期為18個月，產品的生命周期為10.5年。而美國1990年已實現“3個3”，即產品的生命周期為3年，產品的試制周期為3個月，產品的設計周期為3周。因此，制造企業要想在21世紀求得生存和發展，就必須面對這一新的形勢，不斷研究或引進新的技術。
過去，傳統的零件成型方法是采用多種機械加工機床，以及刀具和模具，還要有高水平的技工，成本高，制造周期往往長達幾星期，甚至幾個月，不能適應新產品的更新。為克服上述問題，近幾年來開發成功了快速成型制造技術和相應的快速成型機。它是利用激光等物理方法，向用戶提供物理模型和快速修改設計方案，從而大大減少了新產品開發前期的時間和費用。快速成型技術不受零件幾何形狀的限制，能夠制造出常規加工技術無法實現的復雜幾何形狀零件的建模。它能幫助設計者快速實現設計方案并尋找出原設計方案的不足或疏漏之處，及時修改使之完善，節省了大量的試模時間；同時，它還能使生產銷售與用戶之間的距離縮短，這是因為快速成型技術能及時按用戶的要求建立產品模型，使設計出的產品更直觀更具有可加工性和更能為客戶所接受，從而提升了企業的市場競爭能力。因此，快速成型技術廣泛應用于航空航天、汽車、電子、通訊、醫療、建筑、家電、玩具、家具、日用五金及工藝品制作等眾多領域。
近期發展的快速成型技術主要有：熔融堆積成型、疊層實體成型、光固化立體成型、選擇性激光燒結成型等。
1 新舊兩種成型方法
快速成型（Rapid Prototyping，簡稱RP）是80年代末期出現的一種高新技術。它以增材制造法一次成型復雜的零部件或模具，堪稱制造領域人類思維的一次飛躍，也被稱為自數控技術以來的又一次革命，尤其對模具工業的發展起到了極大的推動作用。快速成型是匯集了計算機輔助設計、計算機輔助制造、計算機數字控制、精密伺服驅動和新材料等諸多工程領域的先進成果，根據計算機上構成的產品三維設計模型，對其進行分層切片，得到各層截面的輪廓。按照這些輪廓，激光束選擇地切割一層層的紙，形成各截面輪廓并逐步疊加成三維產品。解決了傳統加工方法中的許多問題，它的出現代表著生產工程的又一突破。 - M+ t: E/ n& }9 e/ u+ C! {
快速成型制造技術徹底擺脫了傳統的“去除”加工方法（部分去除大于工件的毛坯上的材料，而得到工件），采用全新的“增大”加工方法（用一層層的小毛坯逐步疊加成大工件），將復雜的三維加工分解成簡單二維加工的組合。因此，它不必采用傳統的加工機床和工模具，只需傳統加工方法30％～50％的工時和25％～35％的成本，就能直接制造產品樣品或模具。 圖1表示新舊兩種成型方法的流程圖。
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2 常用的四種方法
隨著CAD建模和光、機、電一體化技術的發展，快速成型技術的工藝方法發展很快，已商品化的快速成型系統主要有以下四種。
2.1 熔融堆積成型（Fused Deposition Modeling，FDM）
將CAD模型分為一層層極薄的截面，生成控制熔融堆積成型噴嘴移動軌跡的二維幾何信息。加熱頭把熱熔性材料（ABS、尼龍、石蠟等材料）加熱到臨界半流動狀態，在計算機控制下，噴嘴頭沿CAD確定的二維幾何信息運動軌跡擠出半流動的材料，沉積固化成精確的零件薄層，通過垂直升降系統降下新形成層，進行固化。這樣層層堆積粘結，自下而上形成一個零件的三維實體。
2.2 疊層實體制造（Laminated Object Manufacturing，LOM）
它是將單面涂有熱溶膠的箔材（涂覆紙－涂有粘接劑覆層的紙、涂覆陶瓷箔、金屬箔等）通過熱輥加熱粘接在一起，使激光束在片材平面內沿確定軌跡掃描而形成平面模型。平面模型逐層堆疊在并在滾壓輥的滾壓下粘接逐步形成整體物理模型，去除廢料后即成型。廢料部分切成網絡是為了便于消除。
2.3 立體光固化成型（Stereo Lithography Apparatus，SLA）
它是利用激光束在液態光敏樹脂內沿確定的平面運動軌跡掃描，由點到線到面，使被掃描區的樹脂薄層產生聚合反應，從而形成零件的一個薄層截面。當一層固化完畢，升降工作臺移動一個層片厚度的距離，在原先固化好的樹脂表面再覆蓋一層新的液態樹脂以便進行新一層掃描固化。新固化的一層牢固地粘合在前一層上，如此重復直到整個零件原型制造完畢。
立體光固化成型是第一個投入工業應用的快速成型技術，其特點是精度高、表面質量好、原材料利用率將接近100％，可以制造形狀特別的復雜（如空心零件）、外觀特別精細（如首飾、工藝品等）的零件。
2.4 選擇性激光燒結（Selective Laser Sintering，SLS）
該技術以CO2激光器為能量源，通過紅外激光束使塑料、石蠟、陶瓷和金屬（或復合物）的粉末材料均勻地燒結在加工面上。激光束在計算機的控制下，通過掃描器以一定的速度和能量密度按分層面的二維數據掃描。激光束掃描之處，粉末燒結成一定厚度的實體分層，未掃描的地方仍然保持松散的粉末狀。根據物體截層厚度而升降工作臺，鋪粉滾筒再次將粉末鋪平臺，開始新一層的掃描。如此反復，直至掃描完所有層面。去除多余粉末，經修磨、烘干等處理后獲得零件。表1列出四種快速成型方法的特點及常用材料。
四種快速成型方法的特點及常用材料
file:///C:/DOCUME~1/qwer/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-32580.png
產品創新是我國制造行業可持續發展的基礎，而快速成型技術對新產品的開發速度和質量將起到十分重要作用。快速成型制造開創了一個嶄新的設計、制造概念。它以相對低的成本、高速造型、可修改性強的特點，獨特的工藝過程，為提高產品的設計質量、降低成本、縮短設計及制造周期，為將產品盡快推向市場提供了有效的方法，尤其對于具有復雜形狀的零件則更為有利。快速成型技術給二十一世紀模具制造業領域注入了新的生命力和創造力。
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作者: 非池中 時間: 2012-2-1 09:19
上大學的時候就有老師提這個東西，還看了一個視頻，是把石蠟一類的東西一點點的堆出來，不過這幾年也沒見過實物
作者: 504622521 時間: 2012-2-1 09:35
現在快速成型技術正在高速的發展，精度也越來越高。熔融堆積成型的精度不是很高了。
作者: 模具小俠 時間: 2012-2-1 10:24
快速成型在中國的出現及發展已經有十多年的歷史了，的確是一個不錯的東西。但是，把他比喻為發展制造業的重大創造力就有點過了。早在80，,90 年代香港，臺灣的塑膠行業，玩具行業就一直在開發產品的過程中用“手辦”的方法把設計的思路做出樣板，在取得客戶的意見后進行改進從而進行產品的開發生產的。快速成型只不過是利用三D設計軟件及某種特殊的加工方法使這樣的手辦加工更加快捷有效！其作用在于比較直觀的驗證設計的合理性及直觀的滿足客戶需求。主要使用在玩具，電子產品，家電產品的外觀設計等領域。不過，像汽車產業也很廣泛應用。在汽車展覽上那些新推出的概念車有很多就是使用這樣的技術做出來的。快速成型不可以替代模具的作用，其主要的意義在于，可以在模具生產之前驗證設計的正確性及避免盲目投入模具而產生重大的經濟損失。
作者: 504622521 時間: 2012-2-1 11:01
hbwhzhengdaming 發表于 2012-2-1 10:24 
1 | L: C. ~# M, b. O快速成型在中國的出現及發展已經有十多年的歷史了，的確是一個不錯的東西。但是，把他比喻為發展制造業的重 ...
0 e( \! O/ r( C, z# E我覺得快速成型是發展制造業的重大創造力說的挺好的。首先模具是制造業必不可少的手段，而快速成型可以直接制作模具，由于一些快速成形機制作的工件有較好的機械強度和穩定性，因此快速成形件可直接用作模具。第二用快速成型件作母模。而現在的快速模具也是基于快速成型技術。并且快速成型技術是一門新的技術，它還在高速的發展，所以我認為這個技術說它為發展現代制造業的重大創造力不為過。（嘿嘿，我對模具這方面不是很了解，所有有什么錯誤的觀點請指出，只是討論,并向前輩致敬）2 N, I8 `6 z- c# }# R5 o4 Q2 F
作者: 模具小俠 時間: 2012-2-1 11:21
504622521 發表于 2012-2-1 11:01
7 y+ o- W9 C5 Y# e9 b7 N1 I* H+ p, z我覺得快速成型是發展制造業的重大創造力說的挺好的。首先模具是制造業必不可少的手段，而快速成型可以直 ...
- L2 W; p2 s! |快速成型是不可以替代模具的，因為其使用的材料基本上都是一些非金屬材料，材質，硬度都很難符合產品的使用要求。只可以僅僅用來做樣板。也就是現在很普遍的名詞：逆向工程。其作用再強調一遍：快速成型的作用在于很直觀的，快速的，經濟的驗證設計圖紙的正確性，同時能夠很經濟的向客戶展示新產品的直觀效果，除了玩具產品外，快速成型的東東不可以有直接的使用功能。只具備展示功能！所以，快速成型目前應用的領域大多數在塑料行業，家電行業，玩具行業。而在制造業中，快速成型就只能夠作為概念產品的外觀展示作用！
作者: 504622521 時間: 2012-2-1 11:42
hbwhzhengdaming 發表于 2012-2-1 11:21
- ^ T6 m! H9 D- R, j* c! B, E快速成型是不可以替代模具的，因為其使用的材料基本上都是一些非金屬材料，材質，硬度都很難符合產品的使 ...
% ?1 N: G: |6 Q+ l9 Y, [- w我想可能是我表述的有問題，很抱歉。我明白您的意思，我也承認快速成型件因為材料的問題是不能直接做模具，但是根據快速成型件可以快速的復制出其他材料的模具。{:soso_e149:}不知道您覺得這個理由站得住腳不？1 \$ \( Q/ _: G* r) _8 E
作者: 模具小俠 時間: 2012-2-1 11:58
呵呵，一般來說是不可以的！通常塑料模具的工作環境是很高的。像注射模具每平方厘米的注射成型壓力是200KG--350KG/平方厘米。一般的鋼材都承受不了。所以，做什么別憑借想象，數據，是唯一能夠幫助你的東東！
作者: 模具小俠 時間: 2012-2-1 12:04
504622521 發表于 2012-2-1 11:42
0 `% n0 X! @8 r! l# S我想可能是我表述的有問題，很抱歉。我明白您的意思，我也承認快速成型件因為材料的問題是不能直接做模具 ...
( a9 T& ~7 S; J; @4 v8 x想必樓主是受了那些做快速成型機的廠家的廣告的當了！一頓猛吹，以為是天神下凡，人間之事無堅不摧！呵呵，于是，花掉大把銀子買一臺價值不菲的成型機。不僅是機器哦，告訴你，那些后續的材料也是專用的，會搞死你的！呵呵！目前市場上做手版的還是以CNC為主，因為很經濟！. X$ v* P& h, V5 J p- L6 s
作者: 504622521 時間: 2012-2-1 12:59
hbwhzhengdaming 發表于 2012-2-1 12:04 1 U3 R$ P2 X/ P+ {
想必樓主是受了那些做快速成型機的廠家的廣告的當了！一頓猛吹，以為是天神下凡，人間之事無堅不摧！呵呵 ...
也不是，謝謝您的指教。收益了，因為我是剛接觸到這個技術，學習了一下，都是一些理論知識，在實際中并不清楚太多。所以發個帖子跟前輩們討論下。關鍵是我后期想做個機器的銷售工作，能不能再指點指點我哦。先在這謝謝了。(您在上個帖子對我的點評我很感謝，能不能再具體一點。我想知道它的優點，也同時想了解它的不足。）
作者: 模具小俠 時間: 2012-2-1 13:20
實際上，這樣的成型機真正的在市場上使用的不多，問題主要在于其加工的產品尺寸有很大的限制。目前的大多數的成型機都是指能夠做小規格的產品，所以，在實際運用的時候，其作用就有很大的局限性。第二：投入和產出的比例不當。一般的成型機價格比較高，而且成型的材料也需要專用。實際運用的時候，成本比較高。真正到市場上去做，什么時候可以收回投資有一定的難度，這是其難以發揮作用的瓶頸。第三：由于成型機大多數是作用再產品的外觀設計，所以，必須要進行后續的色彩處理，由于，材質的關系，后續的常規作色處理比其他的成型方法要困難。其優點在于概念性的新穎！目前實用性不大！目前階段，從市場的角度來看，與其他的成型方法（如CNC加工）比較，不具備很大的優勢！所以，建議你要謹慎！
作者: 504622521 時間: 2012-2-1 13:27
hbwhzhengdaming 發表于 2012-2-1 13:20
. D Q/ C1 g( x6 O實際上，這樣的成型機真正的在市場上使用的不多，問題主要在于其加工的產品尺寸有很大的限制。目前的大多數 ...
, x$ t9 r% M8 s, q" ] X, R# `很感謝您的指點。那么您認為在企業的研發部門試制部門有什么突破點沒？
作者: 模具小俠 時間: 2012-2-1 13:42
504622521 發表于 2012-2-1 13:27 8 w( d4 D+ S; a, ]' A
很感謝您的指點。那么您認為在企業的研發部門試制部門有什么突破點沒？
樓主這個題目就很大了！呵呵！一般來說，企業研發部門在中國的民營企業都不怎么樣！除了極個別的企業，絕大多數的企業忙于低價競爭，利潤就那么幾個點，哪有什么銀子搞研發?按照常規的企業發展理念，國際上的知名企業研發的費用一般都在產值的5%上下。不清楚樓主所在企業的情況，所以，一般泛泛而談的研發在中國也就是如何山寨的更巧妙而已！用本山大叔的話：悲哀！
作者: 504622521 時間: 2012-2-1 14:41
hbwhzhengdaming 發表于 2012-2-1 13:42
5 p6 B2 X1 t$ }7 g9 e樓主這個題目就很大了！呵呵！一般來說，企業研發部門在中國的民營企業都不怎么樣！除了極個別的企業，絕 ...
: j1 o! Q4 h1 N. \額，沒有這么悲觀吧。我可是還沒邁出第一步呢，被您這樣一說，我都感覺前途很黑暗啊。{:soso_e105:}
作者: 模具小俠 時間: 2012-2-1 15:22
504622521 發表于 2012-2-1 14:41
$ S1 g9 @: Y7 g1 @8 N額，沒有這么悲觀吧。我可是還沒邁出第一步呢，被您這樣一說，我都感覺前途很黑暗啊。
呵呵，那倒不必啊！你們還年輕得很，以后的路很長，要學習的東西很多！只不過是在遇見這樣類似的新東西的時候，別被那些表面的宣傳所迷惑。年輕就是最大的本錢！嚴格的說，產品開發是一個系統性很強的過程，不同的行業或者企業在進行產品開發時候應該是不同學科，不同思路的集合！我們國家在產品研發上最大的短板，（我的看法）就是太缺少真正的具備MBA素質的管理人員，也就是系統策劃及系統管理的人才。
作者: 504622521 時間: 2012-2-1 15:32
hbwhzhengdaming 發表于 2012-2-1 15:22
1 D$ n" l1 o" U) V1 x呵呵，那倒不必啊！你們還年輕得很，以后的路很長，要學習的東西很多！只不過是在遇見這樣類似的新東西的 ...
恩，謝謝您對我的指點和幫助。我還是會努力把這個技術和設備推廣出去。畢竟這是一個新技術，也有它一定的市場。并且對新產品的設計和開放有很大的幫助。再次感謝您。{:soso_e179:}
作者: qinqin001 時間: 2012-9-21 11:51
三維掃描儀有需要的嗎？對快速造型有很大的主力作用！
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