快速成形技术的定义和特点

lidan825

快速成形技术的定义

快速成形（制造） 是由产品三维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科学技术总称。其基本过程是首先完成被加工件的计算机三维模型（数字模型、CAD 模型）， 然后根据工艺要求， 按照一定的规律将该模型离散为一系列有序的单元， 通常在Z 向将其按一定厚度进行离散（分层、切片）， 把原CAD 三维模型变成一系列的层片的有序迭加； 再根据每个层片的轮廓信息， 输入加工参数， 自动生成数控代码； 最后由成形机完成一系列层片制造， 并实时自动将它们连接起来， 得到一个三维物理实体。这样就将一个复杂
的三维加工转变成一系列二维层片的加工， 因此大大降低了加工难度， 这就是所谓的降维制造。由于成形过程为材料标准单元体的叠加， 成形过程无需专用刀具和夹具， 因而成形过程的难度与待成形物理实体形状的复杂程度无关。

上述定义的核心和基本点就在于成形过程的数据直接驱动和材料的受控组装（堆积）， 这些特征奠定了快速成形在现代制造科学和技术中的重要地位。快速成形制造的快速性是建立在其组装性基础上的柔性，因此可以说组装性是快速成形制造快速性的基础。无需专用工装、专用工具，仅改变被成形零件的CAD 模型， 就可获得新的成形件， 从而获得零件制造全程意义上的快速性。快速成形及快速制造中的“快速” （Rapid） 一词， 突出RP（RM） 这类成形制造技术的最重要属性， 因此获得普遍的公认。此外，这类技术也有其他的名称， 如自由实体制造（Solid Freeform Fabrication， 简称SFF） 等。


快速成形技术的特点
根据对RP 的定义， 快速成形技术具有以下几个基本特点：

（1） 由CAD 模型直接驱动
         快速成形技术实现了设计与制造一体化， 在快速成形工艺中， 计算机中的CAD 模型数据通过接口软件转化为可以直接驱动快速成形设备的数控指令， 快速成形设备根据数控指令完成原型或零件的加工。这也是直接驱动的含义。

（2） 可以制造具有任意复杂形状的三维实体
         快速成形技术由于采用分层制造工艺， 将复杂的三维实体离散成一系列层片加工和加工层片之叠加， 从而大大简化了加工过程。因此理论上讲可以制造具有任意复杂形状的原型和零件。

（3） 快速成形设备是无需专用夹具或工具的通用机器
         快速成形技术在成形过程中无需专用的夹具或工具， 成形过程具有极高的柔性， 这是快速成形技术非常重要的一个技术特征。快速成形设备是一种典型的通用加工设备。

（4） 成形过程中无人干预或较少干预
        快速成形是一种完全自动的成形过程， 不存在安装和调整的过程。整个成形过程中， 操作者无需或较少干预。出现故障， 设备会自动停止， 发出警示并保留当前数据；完成成形过程时， 机器会自动停止并显示相关结果。

（5） 快速成形使用的材料具有多样性
        快速成形技术具有极为广泛的材料可选性， 其选材从高分子材料到金属材料、从有机材料到无机材料、从无生命到有生命（细胞）， 这为快速成形技术广泛应用提供了前提， 它有可能在成形的过程中改变成形材料的组分， 从而制造出具有材料梯度的零件， 这是其他传统工艺难以做到的， 也是快速成形技术与传统工艺相比很大的优势之一。快速成形过程将材料制备与材料成形紧密地结合起来。