快速原型技術（RP）是采用材料累加思想，快速制造產品原型的新型綜合技術，已廣泛應用于機械、汽車、電器、航天航空、軍工等幾乎所有的工業(yè)領域，開創(chuàng)了模具快速制造的新時代，發(fā)展前景廣闊?？焖僭图夹g（Rapid Prototyping，簡稱RP）于1988年誕生于美國，迅速擴展到歐洲和日本，并于九十年代初期引進我國。
一、快速成形—先進的現(xiàn)代制造技術
傳統(tǒng)的切削加工是不斷地去除毛坯上的多余材料而得到制件，而RP技術是采用基于材料累積制造的思想，把三維立體看成是無數(shù)平行的、具有不同形狀的層面的疊加，能快速制造出產晶原型?？焖僭椭圃旒夹g（RP）將計算機輔助設計（CAD）、輔助制造（CAM）、計算機輔助控制（CHC）、精密伺服驅動和新材料等先進技術集于一體，依據(jù)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，激光選擇性的切割一層層的紙（或固化一層層的液態(tài)樹脂、燒結一層層的粉末材料或熱噴頭選擇快速地熔覆一層層的塑料或選擇性地向粉末材料噴射一層層粘結劑等），形成各截面輪廓并逐步疊加成三維產品。目前，它已成為現(xiàn)代制造業(yè)的支柱技術，是實現(xiàn)并行工程、集成制造技術和技術開發(fā)的必不可少的手段之一。
用于快速原型制造的材料有：液態(tài)光敏樹脂、粉末材料、熱塑性材料和薄片材料等?？焖僭椭圃彀闯尚尾牧霞凹夹g的不同，發(fā)展了立體光刻造型法（SL）、粉末燒結法（SIS）、熔化凝結法（FDM）、薄層材料制造法（LOM）、三維印刷法（3DP）、逐層固化法（SGC）。
與傳統(tǒng)的切削加工方法相比，快速原型加工具有以下優(yōu)點：
（1）可迅速制造出自由曲面和更為復雜形態(tài)的零件，如零件中的凹槽、凸肩和空心部分等，大大降低了新產品的開發(fā)成本和開發(fā)周期。
（2）屬非接觸加工，不需要機床切削加工所必需的刀具和夾具，無刀具磨損和切削力影響。
（3）無振動、噪聲和切削廢料。
（4）可實現(xiàn)夜間完全自動化生產。
（5）加工效率高，能快速制作出產品實體模型及模具。
二、RP技術在我國的發(fā)展
國內RP研究起步是在1991年左右，北京隆源快速成形公司、清華大學、西安交通大學、南京航空航天大學、華中理工大學、上海交通大學、華北工學院等單位在成型理論、工藝、設備、材料、軟件開發(fā)等方面做了大量的研究工作。有些單位已開發(fā)出商品化、能做出復雜原型的RP系統(tǒng)。在基于快速成形技術的快速制造模具方面：上海交通大學開發(fā)了具有我國自主知識產權的鑄造模樣計算機輔助快速制造系統(tǒng)，為汽車行業(yè)制造了多種模具；隆源公司的ＲＰ服務中心也為企業(yè)制作了多種精密鑄模；華中理工大學研究出了一種復膜技術快速制造鑄模，翻制出了鋁合金模具和鑄鐵模塊。此外，國內的家電行業(yè)在快速成形系統(tǒng)的應用上，也走在了國內前列。如廣東的美的、華寶、科龍、江蘇的春蘭、小天鵝、青島的海爾等，都先后采用快速成形系統(tǒng)來開發(fā)新產品，收到了很好的效果。正在深圳、天津等地建立一批向企業(yè)提供快速成型技術的服務機構。
三、快速原型技術在模具制造中的應用
3.1 快速制模鑄造
將需鑄零件的CAD模型轉換為快速模殼制造，按模殼每層截面的幾何形狀生成陶瓷模殼然后按快速熔模鑄造方法即可快速制造金屬零件。此外，可將快速原型技術制作生成的樣件作為鑄造模具的原模，實現(xiàn)零件的快速鑄造，其過程為：零件CAD三維設計→計算流體動力學分析（CFD）→LOM模型制造→熔模鑄造金屬零件。
3.2 快速模具制造
傳統(tǒng)的模具制造方法周期長、成本高，一套簡單的塑料注塑模具其價值也在10萬元以上。設計上的任何失誤反映到模具上都會造成不可挽回的損失。快速原型技術可精確制作模具的型心和型腔，也可直接用于注射過程制作塑料樣件，以便發(fā)現(xiàn)和糾正出現(xiàn)的錯誤。
美國愛達荷國家工程與環(huán)境試驗中心采用快速凝固工藝即RSP技術實現(xiàn)了注塑模具的快速經濟制造。該方法采用快速原型技術制作的樣件作為母體樣板，通過噴涂到母體樣板的金屬或合金熔滴的沉積制造模具。其工藝過程為：熔融的工具鋼或其它合金被壓入噴嘴，與高速流動的隋性氣體相遇而形成直徑約0.05mm的霧狀熔滴，噴向并沉積到母體樣板上，復制出母樣的表面結構形狀，借助脫模劑使沉積形成的鋼制母樣使用的材料取決于噴涂其上的合金材料。對于噴涂工具鋼來說，可選用陶瓷材料，類似材料還有鋁氧粉和氧化鋯可供選擇。該方法制作精度高（噴涂工具鋼時最小表面涂層可達0.038mm，制造精度可達±0.025mm～±0.05mm）、時間短（普通模具一周之內即可成型）、造價低（一般為傳統(tǒng)模具制造費用的1/2～1/10）。
3.3 快速鑄造模具
以聚碳酸脂為材料，用SLS快速制出母型，并在母體表面制出陶瓷殼型，焙燒后用鋁或工具鋼在殼內進行鑄造，即得到模具的型心和型腔。該方法制作周期不超過4周，制造的模具可生產250000個塑料制品。
3.4 基于RP法的快速模具制造實例與效果
1．汽車剎車鉗體精鑄母模的激光快速成型加工
汽車工業(yè)中很多形狀復雜的零部件均由精鑄直接制得，如何高精度、高效率、低成也制造這些精鑄件的母模是汽車制造業(yè)中的一個重要問題，采用傳統(tǒng)的木模工手工制作，對于面形狀復雜的母模，不但效率低、精度低，難以滿足生產需要。采用數(shù)控加工中心制作，則成本太高。
采用快速成型技術中的熔融沉積制造工藝制造汽車復雜零部精鑄用模，成本低，效率高能夠滿足生產需要。
工藝過程：首先根據(jù)汽車剎車鉗體精鑄母模的二維圖紙，采用Pro/E三維實體建模軟件，建立其三維實體CAD模型，然后再采用Lark'98系統(tǒng)對CAD模型進行數(shù)據(jù)處理和工藝規(guī)劃，最后采用FDM工藝制得汽車剎車鉗體精鑄母模。
1995年8月，采用FDM工藝制造了奧迪轎車剎車鉗體精鑄母模的RP原型，整體支撐效果很理想，一個完整的包圍盒起了很好的保溫作用。原型尺寸精度高、尺寸穩(wěn)定不變形、表面光潔度好、線條流暢，其精度完全達到并超過了精鑄母模質量驗收標準，并鑄出了金屬制件，取得了明顯的階段性成果，有力地支持了高級轎車國產作。
2．采用RP/RT技術制作大型汽車覆蓋件模具
傳統(tǒng)的大型汽車模具制造方法是首先通過鑄造獲得型坯，然后通過機加工的方法對型坯進行加工來保證模具的尺寸，傳統(tǒng)的模具加工方法的缺點為：制造周期長，成本高，降低模具開發(fā)的周期和成本成為急待解決的問題。
快速模具制造（RT工藝）是一種新型的工藝，RT工藝方法之一是通過快速原型制造（RP工藝）獲得原型，通過無焙燒陶瓷型技術將原型轉換為陶瓷型，再進行精密鑄造獲得尺寸精度較高、表面光潔度良好的鑄件，經拋光處理后即得到所制造的模具。
清華大學激光快速成型中心與一汽集團，一汽模具技術有限公司合作采用RP/RT技術制作大型汽車覆蓋件模具，制作步驟如下：
（1）用Pro/E造型軟件做出CAD模型
應用MARC非線性有限元分析軟件對鑄件的凝固過程的尺寸精度進行有限元分析，修改CAD模型。
（2）LOM工藝制造模具凸凹模工作部分的原型，在殷華公司M-RPMS—II型設備上，應用LOM分層實體制造工藝，采用YHCP-1004涂敷紙，完成模具凸凹模的原型制作，其余部分由砂型制造。
（3）凸凹模工作部分的原型采用M-RPMS-Ⅱ型多功能快速成型機制作，輪廓掃描速度為300mm/s，網格直線速度為500mm/s，二氧化碳激光器功率為35W，采用YHCP-1004涂覆紙，熱壓溫度為90℃，紙和膠層的總厚度為0.1mm-1mm。
（4）利用無焙燒陶瓷轉換技術將模具的凸、凹模原型轉換為陶瓷型，陶瓷型凝固時間為8-10分鐘，表面粗糙度Ra0.8-3.2。
（5）采用陶瓷型精密鑄造與消失模鑄造技術相結合的方法制造凸、凹模（包括工作部分和其他部分）。
（6）對鑄造得到的模具進行簡單的拋光、打磨，獲得所需的模具。
北京殷華激光成型及模具有限公司采用RP/RT技術完成了大型汽車覆蓋件模具的凸凹模制作，這是一個試驗用板料沖壓模具，它的成功開辟了一條大型覆蓋件模具制造的新路。
四、結語
快速原型技術是20世紀80年代中期發(fā)展起來的高新技術，RPM的主要技術特征是成型的快捷性。運用RPM技術能自動、快速、精確地將設計思想轉變成一定功能的產品原型或直接制造零件，這對縮短產品開發(fā)周期、減少產品開發(fā)費用，提高企業(yè)競爭力有重要作用。
（轉載）
