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快速成型--持续发展现代制造业的重大创造力
2009年10月15日    评论:    分享:

    来源:神州数码有限公司大幅面事业部

     在现代化工业生产中,60%~90%的工业产品需要使用模具加工,模具工业已经成为制造业中的一项基础工业,是技术成果转化的手段,同时又是高新技术产业的重要领域,在欧美等工业发达国家被成为“点铁成金”的“磁力工业”。我国模具权威人士称之为“模具是印钞机”。可见模具工业在世界各国经济发展中具有重要的显著地位。

     当前,产品制造业呈现如下发展趋势:1生产、经营及市场全球化;2用户需求个性化、多样化;3产品生命周期短,更新换代加速;4产品技术高科技化;5市场竞争激烈化。据统计,我国新产品的平均开发周期为18个月,产品的生命周期为10.5年。而美国1990年已实现“3个3”,即产品的生命周期为3年,产品的试制周期为3个月,产品的设计周期为3周。因此,制造企业要想在21世纪求得生存和发展,就必须面对这一新的形势,不断研究或引进新的技术。

     过去,传统的零件成型方法是采用多种机械加工机床,以及刀具和模具,还要有高水平的技工,成本高,制造周期往往长达几星期,甚至几个月,不能适应新产品的更新。为克服上述问题,近几年来开发成功了快速成型制造技术和相应的快速成型机。它是利用激光等物理方法,向用户提供物理模型和快速修改设计方案,从而大大减少了新产品开发前期的时间和费用。快速成型技术不受零件几何形状的限制,能够制造出常规加工技术无法实现的复杂几何形状零件的建模。它能帮助设计者快速实现设计方案并寻找出原设计方案的不足或疏漏之处,及时修改使之完善,节省了大量的试模时间;同时,它还能使生产销售与用户之间的距离缩短,这是因为快速成型技术能及时按用户的要求建立产品模型,使设计出的产品更直观更具有可加工性和更能为客户所接受,从而提升了企业的市场竞争能力。因此,快速成型技术广泛应用于航空航天、汽车、电子、通讯、医疗、建筑、家电、玩具、家具、日用五金及工艺品制作等众多领域。

1 新旧两种成型方法

     快速成型(Rapid Prototyping,简称RP)是80年代末期出现的一种高新技术。它以增材制造法一次成型复杂的零部件或模具,堪称制造领域人类思维的一次飞跃,也被称为自数控技术以来的又一次革命,尤其对模具工业的发展起到了极大的推动作用。快速成型是汇集了计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机数字控制、精密伺服驱动和新材料等诸多工程领域的先进成果,根据计算机上构成的产品三维设计模型,对其进行分层切片,得到各层截面的轮廓。按照这些轮廓,激光束选择地切割一层层的纸,形成各截面轮廓并逐步叠加成三维产品。解决了传统加工方法中的许多问题,它的出现代表着生产工程的又一突破。

     快速成型制造技术彻底摆脱了传统的“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(用一层层的小毛坯逐步叠加成大工件),将复杂的三维加工分解成简单二维加工的组合。因此,它不必采用传统的加工机床和工模具,只需传统加工方法30%~50%的工时和25%~35%的成本,就能直接制造产品样品或模具。 图1表示新旧两种成型方法的流程图。

 

3 四方面受益

     快速成型与传统加工有着本质上的区别,因此可使设计者、制造者、推销者和用户四方面都得到很大的效益。

3.1 设计者

     在设计产品时,通常分为概念设计及详细设计。由于设计者的能力有限,不可能在短时间内,仅凭图纸上的思维,就把结构、形状及尺寸等问题考虑得很周全并使结果优化,不但费时费力,往往难免有所疏漏,从而造成返工。为解决上述问题,在现代制造技术领域中,提出了并行工程的方法,它以小组协同工作为基础,通过网络共享数据等信息资源,来同步考虑产品设计、制造的有关技术问题,从而实现并行设计的思想。然而,仅仅依靠计算机及数字模拟,没有必要的物理模拟手段,也难于完美地进行并行设计。

     采用快速成型技术之后,设计者在设计的最初阶段,就能拿到实在的产品样品,并可在不同阶段快速地修改、重做样品,甚至做出试制用工模具及少量的产品,据此判断有关的各种问题。这给设计者创造了一个优良的设计环境,无需多次反复思考、修改,即可尽快得到优化结果。因此,快速成型技术是真正实现并行设计的强有力手段。

3.2 制造者

     制造者在产品设计的最初阶段,也能拿到实在的产品样品、甚至试制用的工模具及少量产品,这使得他们能及早地对产品设计提出意见,做好原材料、标准件、外协加工件、加工工艺和批量生产用工模具等准备,最大限度地减少失误和返工,大大节省工时、降低加工成本和提高产品质量。

3.3 推销者

     推销者在产品设计的最初阶段,也可拿到产品样品、甚至少量产品,这使得他们能据此及早、实在地向用户宣传,征求意见,并进行比较准确的市场需求预测,而不是仅凭抽象的产品描述或一张图纸、一份样本来推销。所以,快速成型技术的应用可以显著地降低新产品的销售风险和成本,大大缩短其投放市场的时间和提高竞争能力。

3.4 用户

     用户在产品设计的最初阶段,也能见到产品样品,甚至少量产品,这使得他们及早、深刻地认识产品,进行必要的测试,并且提出有关的意见,从而可以在尽可能短的时间内,以合理的价格得到性能最符合要求的产品。

4 结束语

     产品创新是我国制造行业可持续发展的基础,而快速成型技术对新产品的开发速度和质量将起到十分重要作用。快速成型制造开创了一个崭新的设计、制造概念。它以相对低的成本、高速造型、可修改性强的特点,独特的工艺过程,为提高产品的设计质量、降低成本、缩短设计及制造周期,为将产品尽快推向市场提供了有效的方法,尤其对于具有复杂形状的零件则更为有利。快速成型技术给二十一世纪模具制造业领域注入了新的生命力和创造力。

                                                             转自《中国五金网》2008-12-01 20:45:19

标签:快速成型3D打印三维打印
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