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摘要：快速成型技术是一项多学科交叉多技术集成的先进制造技术，本文简要介绍该技术的原理、特点，并重点研究阐述该技术在国内外应用和发展状况， 并结合实际指出了该技术开发方向。
关键词：快速成型；原理；应用；开发
中图分类号：TH39 文献标志码：B
一 引言
最近英国经济学人指出：快速成型技术（简称RP技术）市场潜力巨大，必将引领未来制造业，它将使工厂彻底告别车床、钻床等传统工具，改由更加灵巧的电脑软件主宰，这便是第三次工业革命到来的标志。虽然究竟谁能够引领第三次工业革命？目前我们要下这个结论，显得时机过早。但重视这被西方媒体誉为将带来“第三次工业革命” 的“RP技术”是非常必要的。本文就这一技术的原理及发展应用情况予以介绍。
二 快速成型技术原理及特点
RP技术是20世纪90年代发展起来的一项高新技术。笼统地讲，RP技术属于堆积成形；严格地讲，它是基于离散和堆积原理，将零件的CAD模型按一定方式离散，成为可加工的离散面、离散线、离散点，而后采用物理或化学手段，将这些离散的面、线段和点堆积而形成零件的整体形状。RP技术工艺流程如图1所示。其主要工艺方法有：SLA、SLS、FDM、TDP，具体见下表：
用粉末材料为原料，按照分层信息铺好一层粉末材料计算机控制喷头有选择性地喷射粘接剂，使部分粉末粘接形成截面层。一层完成后，工作台下降一个层厚，如此循环形成三维产品。
三 快速成型技术的发展现状
3.1国外的快速成型技术的发展现状
这种为现代社会带来强大冲击和震撼的新技术起源于1988年，美国3D System 公司推出的SLA-250液态光敏树脂选择性固化成形机，标志着RP技术的诞生。目前，RP技术被广泛应用于各个领域，如航天航空、医疗、军工、艺术设计等领域，应用最为广泛的是航空零部件的快速制造，包括快速精铸技术、金属直接制造零部件、风洞模型的制造。
国外主要的航空企业都在应用RP技术研制新型航空器。例如，美国军用和商用航空发动机制造商Sundstrand公司使用RP技术制作新型燃气轮发动机进风口外壳原型（φ300×250，壁厚仅1.5），节省了4个多月的加工制造时间和超过8.8万美元的费用。
金属直接制造是一个主要的发展趋势，国外在这方面开展了大量的研究工作，在航空零部件制作上取得了很好的应用。德国弗劳恩霍夫激光技术学会于2010年4月报道，航空发动机引擎中的叶片可以用激光直接制造技术快速制造Inconel 718 镍基高温合金叶片。未来更进一步的发展是“控形控性一体化”发展，即在制造外形的同时，控制组织尺寸和方向，以获得性能良好的组织。2009年POM公司与密歇根大学联合报道可以用直接金属成形工艺来制造涡轮叶片，提出了一种在工艺中控制叶片组织的方法，该系统利用感应线圈加热成形过程中的叶片，控制叶片各部位温度梯度，以获得定向晶组织。
美国空军研究实验室利用RP技术制造了全树脂的E-8C预警机全机刚性模型。 通过该系列模型的风洞实验数据，为后续的研究提供了基准数据，从而加快飞行器研制进度。
3.2国内的快速成型技术的发展现状
我国自20世纪90年代初开始进行RP技术的研究开发。目前，华中科技大学、北京航空航天大学、西北工业大学、西安交大的研发实力最强，并在产业化方面迈出了一定的步伐。
华中科技大学快速制造中心在“大工作面粉床预热温度场均匀控制装置及方法”和“高强度大型激光烧结制件的粉末材料制备及成形工艺”等影响大型复杂制件整体成形的关键技术方面取得了重大突破，成功研制工业级的1.2米×1.2米快速制造装备，这是世界上最大成形空间的此类装备，使我国在快速制造领域达到世界领先水平。
北京航空航天大学历经17年研究，突破了大型整体飞机主承力结构件激光快速成形工艺、内部质量和力学性能控制关键技术，研制生产出中国迄今最大的钛合金大型整体飞机主承力结构件，并全面应用于飞机的研制和生产，使我国成为迄今世界上唯一掌握和实现激光快速成形大型整体钛合金主承力结构件在飞机上装机应用的国家，处于本领域国际领先地位；建立了国内首套、迄今世界上最完整、共9项飞机大型整体钛合金结构件激光快速成形技术规范（标准）；提出了零件晶粒形态、显微组织及内部缺陷控制新方法，使激光快速成形TA15钛合金飞机大型整体主承力结构件综合力学性能达到并超过钛合金锻件。
西北工业大学在国内首先创造性地发展了激光立体成形技术，把RP技术从制造“原型”发展到直接制造具有极高力学性能的致密金属零件。
西安交大主要开展了LED紫外快速成型机技术、陶瓷零件光固化制造技术，铸型制造技术、生物组织制造技术、金属熔覆制造技术和复合材料制造技术的研究。在陶瓷零件制造的研究中，研制了一种基于硅溶胶的水基陶瓷浆料光固化快速成型工艺，实现了光子晶体、一体化铸型等复杂陶瓷零件的快速制造。
四 快速成型技术的开发
随着RP技术不断发展，越来越多的企业使用RP技术生产和新产品开发服务。但就目前RP技术来说，其生产的制品在表面粗糙度、精度、可重复性和制品质量方面与传统制造方法尚存在差距。可以说，现存的RP工艺以及工艺链都还须经历一段时期的发展，以实现一个可靠、安全的技术，达到工艺所要求的精度和质量。因此RP开发方向有：
4.1开发性能好的快速成型材料。RP技术的进步依赖于新型快速成型材料的开发和新设备的研制。发展全新的快速成型材料，特别是复合材料，如纳米材料、非均质材料、其他传统方法难以制作的复合材料已是当前快速成型材料研究的热点。
4.2 开发概念模型机或台式机 。目前RP技术新设备向两个方向发展：工业化大型系统，用于制造高精度、高性能零件；自动化的桌面小型系统，此类系统称为概念模型机或台式机，主要用于制造概念原型。
4.3 开发新的成形能源。SLA、LOM、SLS等RP技术大多以激光作为能源，而激光系统价格及维护费用昂贵制约了RP技术的发展，于是许多RP技术研究集中于新成形能源的开发。
4.4 RP技术工艺创新。RP技术正向着两个研究方向深入发展 ：一个是零件直接制造的方向，称之为快速制造（RM）技术；另一个是与生命科学技术相结合，称之为生物制造（BM）技术。当前，RM和BM技术均展现出广阔的发展前景，为RP技术开辟了新的应用领域，如快速模具、纳米制造、仿生制造和集成制造等领域。
五 结束语
综上所述，RP技术在国内外都得到了极大的发展，其主要发展方向为从接近零件形状向直接制造方向发展，向着大型及微型尺寸制造发展，在发展中也在寻求适合集成制造的新材料，医学、生物学相结合的有活性的生物材料等都为适合集成制造的新材料。因此，RP技术是一门具有广泛应用前景的技术，必将为社会带来巨大的经济效益和社会财富。
参考文献
[1]王华明，张述泉，王向明. 大型钛合金结构件激光直接制造的进展与挑战. 中国激光，2009，36： 3204-3209.
[2]张冬云，王瑞泽，赵建哲，等. 激光直接制造金属零件的最新进展. 中国激光，2010，37： 18-25.
[3] 张永忠 石力开. 高性能金属零件激光快速成形技术研究进展。航空制造技术，2010（8）.
关键词：快速成型；原理；应用；开发
中图分类号：TH39 文献标志码：B
一 引言
最近英国经济学人指出：快速成型技术（简称RP技术）市场潜力巨大，必将引领未来制造业，它将使工厂彻底告别车床、钻床等传统工具，改由更加灵巧的电脑软件主宰，这便是第三次工业革命到来的标志。虽然究竟谁能够引领第三次工业革命？目前我们要下这个结论，显得时机过早。但重视这被西方媒体誉为将带来“第三次工业革命” 的“RP技术”是非常必要的。本文就这一技术的原理及发展应用情况予以介绍。
二 快速成型技术原理及特点
RP技术是20世纪90年代发展起来的一项高新技术。笼统地讲，RP技术属于堆积成形；严格地讲，它是基于离散和堆积原理，将零件的CAD模型按一定方式离散，成为可加工的离散面、离散线、离散点，而后采用物理或化学手段，将这些离散的面、线段和点堆积而形成零件的整体形状。RP技术工艺流程如图1所示。其主要工艺方法有：SLA、SLS、FDM、TDP，具体见下表：
用粉末材料为原料，按照分层信息铺好一层粉末材料计算机控制喷头有选择性地喷射粘接剂，使部分粉末粘接形成截面层。一层完成后，工作台下降一个层厚，如此循环形成三维产品。
三 快速成型技术的发展现状
3.1国外的快速成型技术的发展现状
这种为现代社会带来强大冲击和震撼的新技术起源于1988年，美国3D System 公司推出的SLA-250液态光敏树脂选择性固化成形机，标志着RP技术的诞生。目前，RP技术被广泛应用于各个领域，如航天航空、医疗、军工、艺术设计等领域，应用最为广泛的是航空零部件的快速制造，包括快速精铸技术、金属直接制造零部件、风洞模型的制造。
国外主要的航空企业都在应用RP技术研制新型航空器。例如，美国军用和商用航空发动机制造商Sundstrand公司使用RP技术制作新型燃气轮发动机进风口外壳原型（φ300×250，壁厚仅1.5），节省了4个多月的加工制造时间和超过8.8万美元的费用。
金属直接制造是一个主要的发展趋势，国外在这方面开展了大量的研究工作，在航空零部件制作上取得了很好的应用。德国弗劳恩霍夫激光技术学会于2010年4月报道，航空发动机引擎中的叶片可以用激光直接制造技术快速制造Inconel 718 镍基高温合金叶片。未来更进一步的发展是“控形控性一体化”发展，即在制造外形的同时，控制组织尺寸和方向，以获得性能良好的组织。2009年POM公司与密歇根大学联合报道可以用直接金属成形工艺来制造涡轮叶片，提出了一种在工艺中控制叶片组织的方法，该系统利用感应线圈加热成形过程中的叶片，控制叶片各部位温度梯度，以获得定向晶组织。
美国空军研究实验室利用RP技术制造了全树脂的E-8C预警机全机刚性模型。 通过该系列模型的风洞实验数据，为后续的研究提供了基准数据，从而加快飞行器研制进度。
3.2国内的快速成型技术的发展现状
我国自20世纪90年代初开始进行RP技术的研究开发。目前，华中科技大学、北京航空航天大学、西北工业大学、西安交大的研发实力最强，并在产业化方面迈出了一定的步伐。
华中科技大学快速制造中心在“大工作面粉床预热温度场均匀控制装置及方法”和“高强度大型激光烧结制件的粉末材料制备及成形工艺”等影响大型复杂制件整体成形的关键技术方面取得了重大突破，成功研制工业级的1.2米×1.2米快速制造装备，这是世界上最大成形空间的此类装备，使我国在快速制造领域达到世界领先水平。
北京航空航天大学历经17年研究，突破了大型整体飞机主承力结构件激光快速成形工艺、内部质量和力学性能控制关键技术，研制生产出中国迄今最大的钛合金大型整体飞机主承力结构件，并全面应用于飞机的研制和生产，使我国成为迄今世界上唯一掌握和实现激光快速成形大型整体钛合金主承力结构件在飞机上装机应用的国家，处于本领域国际领先地位；建立了国内首套、迄今世界上最完整、共9项飞机大型整体钛合金结构件激光快速成形技术规范（标准）；提出了零件晶粒形态、显微组织及内部缺陷控制新方法，使激光快速成形TA15钛合金飞机大型整体主承力结构件综合力学性能达到并超过钛合金锻件。
西北工业大学在国内首先创造性地发展了激光立体成形技术，把RP技术从制造“原型”发展到直接制造具有极高力学性能的致密金属零件。
西安交大主要开展了LED紫外快速成型机技术、陶瓷零件光固化制造技术，铸型制造技术、生物组织制造技术、金属熔覆制造技术和复合材料制造技术的研究。在陶瓷零件制造的研究中，研制了一种基于硅溶胶的水基陶瓷浆料光固化快速成型工艺，实现了光子晶体、一体化铸型等复杂陶瓷零件的快速制造。
四 快速成型技术的开发
随着RP技术不断发展，越来越多的企业使用RP技术生产和新产品开发服务。但就目前RP技术来说，其生产的制品在表面粗糙度、精度、可重复性和制品质量方面与传统制造方法尚存在差距。可以说，现存的RP工艺以及工艺链都还须经历一段时期的发展，以实现一个可靠、安全的技术，达到工艺所要求的精度和质量。因此RP开发方向有：
4.1开发性能好的快速成型材料。RP技术的进步依赖于新型快速成型材料的开发和新设备的研制。发展全新的快速成型材料，特别是复合材料，如纳米材料、非均质材料、其他传统方法难以制作的复合材料已是当前快速成型材料研究的热点。
4.2 开发概念模型机或台式机 。目前RP技术新设备向两个方向发展：工业化大型系统，用于制造高精度、高性能零件；自动化的桌面小型系统，此类系统称为概念模型机或台式机，主要用于制造概念原型。
4.3 开发新的成形能源。SLA、LOM、SLS等RP技术大多以激光作为能源，而激光系统价格及维护费用昂贵制约了RP技术的发展，于是许多RP技术研究集中于新成形能源的开发。
4.4 RP技术工艺创新。RP技术正向着两个研究方向深入发展 ：一个是零件直接制造的方向，称之为快速制造（RM）技术；另一个是与生命科学技术相结合，称之为生物制造（BM）技术。当前，RM和BM技术均展现出广阔的发展前景，为RP技术开辟了新的应用领域，如快速模具、纳米制造、仿生制造和集成制造等领域。
五 结束语
综上所述，RP技术在国内外都得到了极大的发展，其主要发展方向为从接近零件形状向直接制造方向发展，向着大型及微型尺寸制造发展，在发展中也在寻求适合集成制造的新材料，医学、生物学相结合的有活性的生物材料等都为适合集成制造的新材料。因此，RP技术是一门具有广泛应用前景的技术，必将为社会带来巨大的经济效益和社会财富。
参考文献
[1]王华明，张述泉，王向明. 大型钛合金结构件激光直接制造的进展与挑战. 中国激光，2009，36： 3204-3209.
[2]张冬云，王瑞泽，赵建哲，等. 激光直接制造金属零件的最新进展. 中国激光，2010，37： 18-25.
[3] 张永忠 石力开. 高性能金属零件激光快速成形技术研究进展。航空制造技术，2010（8）.