什么是快速原型制造技术？

随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈，产品的开发速度日益成为竞争的主要矛盾。在这种情况下，自主快速产品开发（快速设计和快速工模具）的能力成为制造业全球竞争的实力基础。同时，制造业为满足日益变化的用户需求，又要求制造技术有较强的灵活性，能够以小批量甚至单件生产，而不增加产品的成本。因此，产品开发的速度和制造技术的柔性就变得十分关键了。

快速原型制造技术（RPM, Rapid Prototyping Manufacturing）就是在这种社会背景下，于20世纪80年代后期产生于美国并很快扩展到日本及欧洲，是近年来制造技术领域的一项重大突破。

1　快速原型制造技术的原理

快速原型制造技术是集材料成形、CAD、数控、激光等技术为一体的综合技术，是实现从零件设计到三维实体原型制造一体化的系统技术。

快速原型制造技术的基本原理是：在没有任何模具、刀具和工装的条件下，根据三维CAD模型的分层数据，对材料进行堆积（或叠加），快速地制造出任意复杂程度的产品原型或零件的一种数字化成形技术，如图2-65所示。快速原型制造主要包括以下四部分：

（1）零件CAD数据模型的构建。构建三维CAD数据模型的方法有两种：①基于构思的三维造型。设计人员应用各种三维CAD造型系统，如Pro/E、UG、Solidworks等进行零件的三维实体造型，即将设计人员所构思的零件概念模型转变为三维CAD数据模型。②基于实体数据的三维造型。设计人员通过三坐标测量机、激光扫描仪、核磁共振图像、实体影像等方法对三维实体进行反求、计算并建立三维模型。

（2）数据转换文件的生成。由三维造型系统将零件CAD数据模型转换成一种可被快速成型系统接受的数据文件，如STL、IGES等格式文件。STL文件是对三维实体内外表面进行离散化后形成的文件，STL文件易于进行模型的分层切片处理，故已成为目前绝大多数快速成型系统所接受的文件格式。目前所有CAD造型系统也均具有对三维实体输出STL文件的功能。

图2-65　RPM技术原理

（3）模型的分层切片。将三维实体模型沿给定的方向（一般沿z轴）切成一个个二维薄片，即进行离散化。可以根据快速成型系统的成形精度选择薄片的厚度，如005～05mm。

（4）快速堆积成型。以平面加工方式有序地连续叠加，得到三维实体。随着RPM技术的发展和人们对该项技术认识的深入，它的内涵也在逐步扩大。目前快速原型技术包括一切由CAD直接驱动的成型过程，而主要的技术特征就是成型的快捷性。对于材料的转移形式可以是自由添加、去除以及添加和去除相结合等形式。

PRM技术的具体工艺有30余种，其中分层实体制造（LOM）、选择性激光烧结（SLS）、熔融沉积造型（FDM）、立体光刻（SAL）在技术上最为成熟，并已得到很好商品化的方法。

下面以熔融沉积造型（FDM）为例介绍其工艺方法。

2　熔融沉积造型的工艺方法

熔融沉积造型（FDM, Fused Deposition Modeling）是根据CAD模型确定的几何信息，丝状材料由送丝机构送进喷头，并在喷头内采用一个加热器将丝状材料加热成半流动状态。喷头在计算机的控制下根据片层参数沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时挤压并控制流量，使黏稠流体均匀地铺撒在断面层上，一层层堆积，从而制造出零件原型。其工作原理如图2-66所示，图2-67是利用熔融沉积造型原理图的3D打印机外形，图2-68是熔融沉积造型的作品，熔融沉积造型所采用的材料有ABS工程塑料、蜡、聚乙烯、聚丙烯、陶瓷和尼龙等。

图2-66　熔融沉积造型原理图

图2-67　3D打印机外形

图2-68　FDM的作品

宝来有15L自然吸气和14T涡轮增压器二种动力可选，由于买宝来的顾客大部分较为注重性价比高和是否足够牢固经久耐用，因此15L6AT车型相对性会大量人挑选。

宝来15自然吸气动力如何，最先能够比一下动力主要参数：

宝来15L宝来14T最大马力（Ps）113150至大功率（kW）83（6000rpm）110（5000-6000rpm）最大扭矩转速（N·m）145（3900rpm）250（1750-3000rpm）

单看纸张主要参数，宝来14T版是全方位辗压了15L版，但是并没有谁动力更越高越更强，具体试架过2款车以后，可以显著体会出2款动力都各有优点和缺点。就动力体会而言，不容置疑14T会更好，并且双离合器变速箱的反应速度十分快；从14T车型上换到15L车型以后，能够显著体会出15L版的动力会肉一点，6AT变速箱的化学反应不慢，但与双离合器对比或是差一点。

而就舒适度而言，15L版本要更胜一筹，在城区内行车尤其是在拥堵实时路况下行车很轻轻松松；回过头看14T车型，拥堵时双离合器变速箱的抖动感非常显著，并且动力线形感不太好，小油门踏板不太走，略微加一点油门踏板又好像要窜出来一样，假如你_有摸熟这类特性，很有可能在拥堵时追尾事故前车。

那新宝来15动力足够吗跑快速？坦白说，如今批量生产的车之中，都还没哪种搭个15L自然吸气汽车发动机可以在跑快速时轻轻松松的，GK5时期的飞度会好一点，但时速上去以后会有些不足扎扎实实。如果你是常常跑快速得话，宝来14T版本会是更快的挑选。

宝来的14T汽车发动机尽管动力更强，但在慢速行车涡轮增压还没有干预的情况下动力或是较为肉的，汽车转速达18零零后涡轮增压干预动力_出才非常有优点。而且因为该配搭的是双离合变速箱，假如应用得较为暴力得话，三年以后发生异常响声和抖动的几率或是非常高的。

百万购车补贴

软质模具生产制品的数目一般为50～5000件，对于中大批量的产品，仍然需要传统的硬质模具。硬质模具主要用于砂型铸造、消失模的压型制作、注塑模以及简易非钢质拉伸模。硬质模具制造主要有以下几种方法。

(1)电火花加工法

电火花加工法是利用RPM原型制作EDM电极，然后利用电火花加工制作钢模。其制作过程一般为：RPM原型→三维砂轮→石墨电极→钢模。

(2)熔模精密铸造法

在批量生产硬质模具时可采用熔模精密铸造法。该方法是利用RPM原型或根据原型翻制的软质模具生产蜡模，然后利用熔模精铸工艺制作钢质模具。大部分的RPM原型都可以作为熔模精密铸造的母模。其工艺路线是：RP原型（中间过渡模）→制作蜡型→熔模铸造→成型/处理→模具。

(3)陶瓷型精密铸造法

在陶瓷型精密铸造中，通常采用的母模（如木模、石膏模和金属模等）存在着加工困难、精度难以保证、制造周期长、使用寿命短和本钱高等题目，因此对于复杂外形的零件将RP原型技术直接用于陶瓷型铸造，可比传统加工方法节省工时，降低本钱。其工艺路线是：RP原型→软模→移出母模→浇注/喷涂浆料→浇注金属→成型/处理→模具。

(4)金属熔射喷涂制造法

金属熔射喷涂制造模具的方法是在RP原型或过渡模型为母模的表面上，用电弧或等离子喷涂雾状金属，形成金属硬壳层，移往母模后，在金属壳背面补铸金属基合成材料或环氧树脂，形成硬背衬，经后处理得到金属表面与硬背衬构成的模具。用该方法制作的模具机械性能较好，精度也轻易保证，可以制作工作压力较高的模具，模具寿命可达1000～30000件。

(5)铝基合成材料制造法

以RP原型为母模，浇注硅橡胶等软材料形成软模具，再在软模具中浇注室温下液态铝基合成材料形成型腔，型腔经后处理制得模具。由于是在室温下浇注，避免了高温熔化金属浇注导致的较大翘曲变形，精度轻易得到保证。用这种方法制作的注塑模具寿命一般为500～5000件(取决于被注射成形零件的材料和外形)。

(6)化学粘结陶瓷材料制造法

以RP原型为母模，浇注硅橡胶等软材料形成软模具，再在软模具中浇注化学粘结陶瓷材料（CBC），在205℃下固化形成型腔，经处理后制得模具。用该法制得的模具寿命一般为300件。其工艺路线为：快速原型制作纸质母模→（浇注硅橡胶、环氧树脂、聚氨酯等软材料）构成软模→移往母模→在软模中浇注化学粘结陶瓷(CBS)→在205℃下固化CBS型腔→型腔表面抛光加进浇注系统和冷却系统→小批量生产用注塑模。

(7)铸造法

用快速原型作为石蜡铸造模具的蜡型或砂型铸造模具的模型，制作铸造壳型或砂型，然后浇注出金属模具来，但铸造出来的模具一般还要经过打磨或少量切削加工。

(8)钢丝模具

钢丝模具是利用细钢丝在某个方向沿快速原型的外形排列而形成模腔的模具。钢丝可采用机械紧固，也可在钢丝上涂抹或在钢丝间注进环氧树脂或低熔点合金等作为粘结剂，压紧固化后即可。模腔内壁可冷喷涂金属合金，以进步使用寿命和表面质量。钢丝模不但适合生产塑料制品，还可用于生产金属制品。

(9)电铸制模

电铸制模法的原理和过程与金属喷涂法比较类似。它是采用电化学原理，通过电解液使金属沉积在原型表面上，再背衬其他充填材料来制作模具的方法。电铸法制作的模具复制性好且尺寸精度高，适合于精度要求较高、形态均匀一致和外形花纹不规则的型腔模具，如人物造型模具、儿童玩具和鞋模等。

四、结论

总之，用快速成形技术制作模具，既避开了复杂的机械切削加工，保证模具的精度，又可以大大缩短制模时间、节省制模用度，与传统的数控加工模具方法相比，周期和用度都降低了1/3～1/10左右，对于外形复杂的精密模具，优点尤为突出。但是这种模具制作方法，目前还存在着所制模具寿命相对较短的缺点，即使是金属表面加硬背衬的模具，其使用寿命也不及真正的金属模，所以快速成形模具适合于单件小批量生产。