微纳制造技术的发展现状(快速制造技术的发展现状及应用的研究)

21世纪以来，随着进入，经济全球化和技术变革进程的加快，许多发达国家提出了许多新思想和新观念，使制造技术从传统意义上的纯机械加工技术转变为集机械、电子、材料、信息和管理等多种技术于一体的先进制造技术，实现了高技术制造业。

2快速制造技术的基本原理分析

快速成型(RAPID PROTOCOL PROTOCOL，简称RP或RP)，又称快速实体直接加工技术，是利用计算机软件(如计算机辅助设计、制造和分析软件)和精密伺服驱动技术快速成形材料的过程，是先进制造技术的重要组成部分，是现代数控加工技术的重要补充。它不同于传统的通过去除材料来制造零件的方法。首先，对材料进行逐层加工，直接得到设计实体原型的加工过程。事实上，处理过程与在建筑物上建造房屋的过程非常相似。首先，材料被一层一层堆叠成一个整体。其次，材料不同。传统加工中使用的大多数材料是固体，而快速成型技术中使用的材料可以是液体和粉末。然而，快速成型技术和传统加工的基本原理是相同的，并且它们是逐层加工的。更生动的是，快速原型系统相当于一台“立体打印机”。

3快速成型技术的工艺工程

3.1三维模型的构建

三维实体模型可通过计算机辅助设计软件(如pro/e \ ug \ SolidWorks \ solidEdge,等)获得。)，也可以通过扫描技术获得模型的点云数据，然后通过逆向工程生成相应的三维实体模型。

3.2模型离散化

由于快速成型系统只能接收二维数据信息，因此有必要将三维实体模型数据信息进行二维化，即利用软件对三维实体模型进行分层处理，获取不同层的轮廓数据信息。

3.3快速覆盖制造

将三维模型的分层轮廓信息转换成成型机的数控代码，根据截面轮廓对成型材料进行分层，然后进行叠加，得到所需的零件模型。

3.4表面精整处理

快速成型系统直接堆积的实体表面存在一些缺陷，如实体表面曲面上的阶梯现象，坡度越小，阶梯现象越明显；它的表面必须抛光；立体光刻系统在固体表面上会产生气泡或杂质孔，其表面必须填充缺陷。一般的后处理过程包括：清洗、冷却、研磨、填充缺陷、喷涂等。

4转/分技术的特点

与传统切割方法相比，快速成型具有以下优点：

4.1加工零件的多样性。快速成型技术可以快速制造复杂零件，尤其是带有小凹槽或空心零件的零件。由于快速成型技术是分层制造零件，应用软件将三维模型分层以获取模型的二维信息，这与模型的复杂程度或表面的凸凹性无关，这也显示了快速成型技术的独特优势。

4.2新产品的开发和设计。传统的新产品开发过程极其复杂，设计过程应考虑设备、夹具、工具等因素。开发周期长，成本高。如果用快速制造系统制造零件，只要设计好三维图形，模型就可以完成。同时，不同形状的零件只能通过修改计算机辅助设计模型来生成。这可以大大减少设计人员的工作量，同时减少开发新产品的周期和成本。

4.3小批量生产。快速成型系统更适合单件或小批量生产。传统加工适合大规模生产，但在实践中，使用的零件数量很少。快速成型技术可以节约成本和生产周期。它是传统加工的重要补充。

4.4高适应性。快速成型技术减少了对，对熟练工人的需求

4.5先进技术。快速制造技术与计算机辅助设计制造、逆向工程、激光技术、材料科学、网络技术等的结合。使得从设计到成型的整个过程更加先进。尤其解决了加工中的许多棘手问题。

4.6零件的广泛材料状态。传统的机械加工只适用于固体材料，而快速成型系统的应用更为广泛，它可以加工固体材料以外的液体和粉末材料。例如光固化快速成型以液态光敏树脂为材料，利用计算机数控系统控制激光束使液态树脂材料分层固化；层状固体制造系统的加工材料为片状，每层片状材料由计算机数控系统控制的激光束切割，选择性激光烧结技术的材料为粉末，由计算机数控系统控制。

4.7生产过程自动化和降低工人劳动强度。由于快速成型系统中零件的加工过程是由计算机控制的，所以只需要少数工人参与。即使在意外情况下，系统也会自动报警和停止，大大提高了生产的安全性。工人只需要操作键盘和按钮就可以完成零件的加工，大大降低了工人的劳动强度。

5快速制造技术的发展现状

20世纪80年代，美国开始开发快速成型技术，该技术首先在美国开发和应用。1985年，美国斯隆根公司开始开发3D喷墨打印技术，1986年，美国3D系统公司开始研发3D立体光刻设备技术。国内一些科研机构在20世纪40年代开始研究快速成型技术，主要包括清华大学， 华中科技大学、西安交通大学、北京航空航天大学等。目前，快速成型技术被广泛应用于机械制造、军事、家电、医药等领域。主要应用有：

5.1新产品开发过程中的设计和功能验证。在新产品开发过程中，通过快速成型技术，可以快速、直接地将设计理念生成到实际产品中，及时验证设计方法的可行性和模型结构的合理性，及时纠正发现的问题。

5.2复杂零件的单件或小批量生产。一些复杂的零件需要单件或少量。如果采用传统的加工工艺，生产前必须先制造模具，成本高，周期长。如果采用快速成型技术，可以直接生产，降低成本，缩短周期。

5.3产品展示。在今天的经济全球化中，许多企业通过看样品来重新订购。快速成型技术可以快速满足企业的这一需求，使企业在竞争发展中具有优势。

5.4快速模具制造。以快速成型原型为型芯或模套，结合快速精密铸造、金属喷涂、粉末烧结或电极磨削技术，可以快速制造出企业生产所需的模具或工装。

6快速制造技术的未来发展方向

快速成型技术近年来发展迅速，已经广泛应用于许多领域，但也存在许多缺点或局限性。从目前的应用情况来看，未来研究者的主要研究方向应该是：

6.1降低生产成本。快速成型系统所采用的技术包括计算机软件系统、激光技术、材料、成型设备等。成型件的综合成本很高，不能满足生产的基本要求。

6.2新材料的研发。目前，快速成型技术中使用的材料价格昂贵，加工出的零件在结构和物理性能上存在许多缺陷。零件必须进行后处理以满足实际要求。提高材料性能或研究新材料是未来的一个重要方向。

6.3高性能转速软件的开发。目前，快速原型系统只支持STL格式的文件。与三维实体模型数据相比，STL格式文件数据存在一些数据错误和数据丢失，严重影响了加工精度。

当今，随着现代科学技术的飞速发展，快速制造技术也在不断发展完善。快速制造技术加工的零件精度和性能不断提高，成型设备和材料的价格也在下降，这使得快速制造技术的应用领域和市场越来越广泛。