第二节 快速成型技术的市场及研究领域

RP技术之所以能够适合当今新产品研发的各种新要求，主要是因为它具有以下显著特点：

1.快速性 由于RP技术不必采用传统的加工机床和模具，只需传统加工方法的30％左右的工时和35％左右的成本，就能直接、快速地制造出产品或模型，从而大大缩短了新产品的研发周期。因此，RP技术非常适用于新产品的研发与管理。

2.设计与制造的一体化 在传统的产品研发过程中，设计与制造是分开进行的，因此常常会出现在制造中发现设计有问题，就必须重新开始设计的情况。在RP中，由于采用离散与堆积的加工工艺，使得CAD和CAM能够很好地结合，因此可以节省工时和研发费用。

3.自由成型制造 在制造过程中不需要专用工具，只是根据零件的形状进行快速制造，大大缩短了新产品的研发与试制时间。与此同时，由于RP技术是采用先离散，然后分层制造，因此可以不用考虑零件的复杂程度，就能将复杂的三维制造简化为二维叠加成型。

4.材料的广泛性 RP技术所用材料相当广泛，如光固化树脂材料，SLA使用涂有热熔胶的纸，SLS使用金属或非金属粉末材料，FDM使用ABS、石蜡和塑料等材料，可根据用户的需求选择合适的RP设备与相应的材料。

5.技术的高度集成 RP技术是计算机、三维软件数据、激光和全新材料技术的综合集成，只有在计算机技术、数控技术、激光技术和材料技术高度发展的今天才能得以发展的一项高新技术，因此具有鲜明的当今时代特征。

一、应用RP技术开发新产品的市场

概括起来，应用RP技术开发新产品主要有以下几点优势：

1.可按用户要求快速地进行产品外形设计 在Pro/E等三维软件环境下设计产品与用户的交流存在一定的局限性。一方面，顾客对产品并没有完全的把握，需要制造出一个实实在在的实体模型来进行评价；另一方面，设计者也需要一个三维的实体模型来使消费者进行新产品的体验。因此，一个很好的办法就是采用RP技术快速制造出所需的实体模型。

2.便于产品进行功能测试和评价 虽然产品各零件之间的装配问题可在专用分析软件中进行，但是仍不能满足产品的功能验证和设计评审需要。因此，需要用RP技术快速制造出产品各零部件，然后将这些零部件装配成产品或样机进行功能测试和评价，这样可以最大限度地提高设计质量。

3.将设计与装配等方面出现的问题消灭在开模之前 通过对产品和样机进行验证，能及时发现设计与装配当中的问题，并进行改进设计，因此可将所有问题解决在产品或样机的模具制造之前。

4.缩短产品的研制开发周期 RP技术的应用使得设计与制造融为一体，因此设计方案能在很短的时间内变成实物，便于尽快验证、定型和得到用户的认可。

5.大大提高新产品研发的一次成功率，从而降低研发成本 在短时间内可对设计进行反复多次修改、核实以及优化。

6.降低产品复杂程度对制造的限制 由于RP技术是属于离散与分层制造，因此可将产品制造过程分解为简单的二维制造，而不受产品复杂内部结构的限制，从而降低了制造的难度，并解决了制造精度的问题。

应用RP技术开发新产品的市场，能够缩短产品的开发周期，降低开发成本，提高制造精度。因此，RP技术能够完全适合市场变化并满足对新产品开发提出的各种要求，具有很大的实用价值。

二、RP技术的其他研究领域

1.快速模具(Rapid Tooling，RT)制作 在模具制造业，可以利用RP技术制得快速原型，再结合硅胶模、金属冷喷涂、精密铸造、电铸、离心铸造等方法生产出模具。快速成型件也可以直接或间接制得EDM电极，用于电火花加工生产模具。此外，RP技术制得的快速原型也可以直接作为模具。

2.医学应用是RP技术很重要的一个应用方向 除了应用于医疗器械的设计开发外，RP技术已经运用于人体器官(如骨骼、心脏等)、种植体(如人工关节等)的原型制作。目前，RP技术应用于医疗领域，使得医学水平和医疗手段不断提高。以数字影像技术为特征的临床诊断发展迅速，如利用CT、磁共振成像MRI、三维B超等技术对人体局部扫描可获得截面图像，再通过对器官进行计算机的三维建模，然后将这些数据传输到RP系统用以建造实体器官模型并进行科学研究，便能实现不通过开刀就可观看病人骨结构、种植体等。目前，国内外很多专科(如颅外科、骨外科、神经外科、口腔外科、整形外科和头颈外科等)都已经开始应用RP技术，帮助外科医生进行教学、诊断、手术规划等工作。

三、RP技术的特点和使用范围

(1)极适用于形状复杂、具有不规则曲面零件的加工，零件的复杂程度与制造成本无关。

(2)能减少对熟练技术工人的需求。

(3)几乎无废弃材料，是一种环保型制造技术。

(4)成功地解决了计算机辅助设计中三维造型的实体化。

(5)系统柔性高，只需要修改三维CAD模型，就可快速制造出各种不同形状的零件。

(6)技术与制造集成，设计与制造一体化。

(7)不需要专用的工装夹具、模具，大大缩短了新产品的开发时间。

以上特点决定了RP技术主要适用于新产品开发，快速单件及小批量零件或产品的制造，具有复杂曲面形状的零件制造，模具设计与制造，也适用于难加工材料的制造、外形设计与检验、装配检验、订货等环节。

四、RP技术的研究现状

RP技术从产生到现在，发展十分迅速。与过去相比，RP技术在制造能力方面有了很大的变化和提高，应用领域逐步扩展。随着RP技术的迅速发展，世界上研究RP技术的机构也越来越多，目前在互联网上有数百家。近年来，有关RP方面的书籍、杂志及国际会议层出不穷，有关RP方面的学术刊物也较多，如《快速成型制造》、《快速成型制造报告》以及《虚拟原型制造杂志》等。有关RP技术的相关学术会议有国际快速成型与制造会议、全美快速成型制造会议、欧洲快速成型与制造技术会议、国际制造过程自动化会议等。

目前，在RP技术技术领域，美国的RP技术一直处于领先地位，各种工艺大多在美国最先出现，其研究、开发的工艺种类也最多。例如，美国3D System公司采用的将金属粉末和粘结剂混合后的粉末烧结技术；Sanders Protoype公司采用的基于热熔金属喷射技术的Pattern Master是制作速度最快的RP设备之一；此外，美国Helisys公司研制的叠层实体制造设备在国际市场上同类产品中所占的比重也是最大的。美国研究RP模型材料的高校主要有Dayton大学、Michigan大学、Virginia技术大学等。此外，Virginia大学、Clemson大学、Georgia大学快速成型与制造中心等也从事RP技术的研究、开发与服务方面的工作。从事RP设备系统方面开发研究的美国高校主要有麻省理工大学、Stanford大学等。

日本在RP技术上的研究仅次于美国，如日本AUTOSTRADE公司研发出采用680nm左右波长半导体激光器为光源的RP系统，日本大阪大学国立先进工业科学与技术研究所采用SLM工艺制造出Ti人骨，日本Riken Institute于2000年研制出基于喷墨打印技术的、能制作出彩色原型件的RP设备。

欧洲也有许多研究机构和厂家开展了多种RP技术的研究，如德国EOS公司采用的将多种不同熔点的金属粉末混合烧结技术，芬兰Helsinki技术大学、德国Fraunhofer研究所、德国MCP公司、英国Notingham大学、荷兰Delft技术大学等都开展了相关的研究与开发工作。

在国内，RP技术研究开始于20世纪90年代，清华大学、西安交通大学、华中科技大学、北京航空工艺研究所等在RP成型理论与设备的研究方面都具有一定的、成熟的研究成果。

需要强调的是，2008年英国RepRap开源桌面级3D打印机的发布，导致近几年如MakeBot类型的大批廉价桌面型打印机快速研发与普及应用，使得原来只用于工业制造领域的3D打印机现在也可应用于日常办公，甚至家庭。相信不远的将来，它将成为办公设备中不可缺少的组成部分。