求快速成型技术成型材料研究的论文
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论文的论点分为三个步骤。
1。快速成型技术的含义以及应用
2。快速成型技术的发展（国内国外）
3。成型材料的研究
&& 希望您可以围绕这三个论点写。主要是第三个论点。麻烦您了。
补充：还有1点，您给的草图无法观看。希望可以换种格式发一下。谢谢
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不区分大小写匿名
快速成型技术与首饰设计 内容摘要：计算机的应用极大地改变了首饰设计的技术手段，改变了首饰设计的程序与方法。高精度、高效率的快速成型技术在首饰设计中的应用，缩短了首饰产品开发周期，降低了成本，提高了产品设计质量。快速成型技术在首饰设计中的应用，是信息时代首饰设计的发展趋势。; 关 键 词：计算机技术 快速成型技术 首饰设计 由于计算机的快速发展和普及，首饰设计进入了新的信息化时代。一方面，计算机的应用极大地改变了首饰设计的技术手段、程序及方法。另一方面，以计算机技术为代表的高新技术开辟了首饰设计的崭新领域。先进的技术必须与优秀的设计结合起来，才能使技术人性化，真正服务于人类。首饰设计对推动高新技术的进步，特别是快速成型技术起到了极大的推动作用。 一、快速成型技术概观 快速成型制造技术是20世纪90年代发展起来的一项高新技术。它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。具体的方法是，依据零件的三维CAD模型，经过格式转换后，对其进行分层切片，得到各层截面的两维轮廓形状。按照这些轮廓形状，用激光束选择性地固化一层层的液态光敏树脂，或切割一层层的纸或金属薄片，或烧结一层层的粉末材料，以及用喷射源选择性地喷射黏结剂或热熔性材料，形成各截面的平面轮廓形状，并逐步叠加成三维立体零件。快速成型技术不同于传统的“去除”加工方法，它是采用新的“增长”加工方法，即先用点和线制作一层“薄片毛干坯”，然后用多层薄片逐步叠加成复杂形状的零件。快速成型的基本原理是将复杂的三维加工分解成简单二维加工的叠加，所以也称为“叠层制造”。目前快速成型的主要方法有：激光固化成型（SLA）；选择性激光烧结成型（SLS）；激光层压成型（LOM）；融积成型（FDM）。 二、快速成型技术在首饰行业中的应用 目前，在首饰行业中得到应用的快速成型机主要有：美国Solidscape公司T6X系列、日本MEIKO公司的激光成型机，它们的工作原理是采用融积成型法（FDM）。Solidscape公司T6X系列采用喷蜡式建模技术，其中两个不同的喷蜡装置，可喷出热塑性塑料作建造原料和承托物料。日本MEIKO公司的激光成型机所用的原料是树脂，其制作出来的树脂模可直接压制胶模型。 美国solidscape公司的T6X系列设备中的T66这一设备，处理首饰原版的工艺过程如下： 1.运用首饰CAD设计软件建立首饰品的三维图形； 2.将图形文件转换为快速成型软件可以处理的STL文件格式； 3.快速成型数据处理软件对模型进行分层处理（切出各个等高面上的截面形状）； 4.对各个截面进行处理，找出需要支撑的部位、形状并形成支撑； 5.以适当的参数对各截面进行填充，使之在MII的喷嘴运动下形成有一定厚度的薄层； 6.将处理好的设备驱动数据传递给MII，开始快速成型加工； 7.待整个模型加工完毕，将蜡件取下，放到加热室烘烤，温度高于红蜡熔点，而比绿蜡熔点低，因而红蜡融化，而绿蜡不变化。将融完红蜡的模型放到专用清洗液中清洗，除去残留的红蜡，吹干后即得到完整的绿蜡件，可以直接用于熔模铸造。 与传统的首饰设计制作相比，快速成型技术有着以下的特点： 1.大大缩短新产品研制周期，加快产品推向市场的时间； 2.成倍降低新产品的研发成本；3.提高新产品投产的一次成功率； 4.支持同步（并行）工程的实施； 5.支持技术创新，改进产品外观设计。 三、快速成型技术与首饰设计发展的互动性 首饰设计不同于其他设计，它是立体的物质实体性设计，在设计展开的不同阶段，具体创意靠效果图检验不出实体体量关系，必须辅以立体模型对设计方案加以不断检测和修改。传统的首饰设计制作方法是：设计师用手绘的方法画出三视图和效果图，起版师运用锯、锉、焊接等传统工艺进行手工制作。起版是首饰制造过程中最重要的一环，只有通过起版师傅的手工制作才能将设计师设计的作品由图纸变为实物，起版质量的好坏直接关系到首饰成品的质量。运用快速成型技术代替传统手工模型制作能够更加精确、快速、直观、完整地传递产品的信息。更重要的是建立起一种并行结构的设计系统，将设计、结构分析、制造三位一体优化集成于一个系统，使不同分工的人员能及时相互反馈信息，从而缩短开发周期，并保证设计、制造的高质量。 首饰设计是技术、艺术与市场相结合的学科，先进的技术推动设计向前发展，近年来发展起来快速成型技术必将推动首饰设计向前迈进一大步。在信息时代，首饰设计从设计、模型制作实行计算机一体化高度柔性、CAD模型直接驱动、成型过程中信息过程和材料过程一体，使成型材料非均质的原型；成型的快速性，技术的高度集成等优点，使快速成型技术能够高精度、高效率、低成本地制造这些模型。同时，由于设计本身的专业特性，首饰设计也将对目前的快速成型技术及设备的成型空间、成型材料、软件的兼容等方面提出新的要求，首饰设计也将促进快速成型技术的“再设计”过程，首饰设计与快速成型技术最终将形成一个良性的互动发展。计算机技术的快速发展和普及以及因特网的迅猛发展，使首饰设计产生了前所未有的重大变化。首饰设计对推动高新技术的进步，特别是快速成型技术起到了极大的推动作用。 结语 高新技术开辟了首饰设计的崭新领域，一方面，高精度、高效率的快速成型技术在首饰设计中的应用，缩短了首饰产品开发周期，降低了成本，提高了产品设计质量。另一方面，首饰设计也因其自身的特性对快速成型技术提出了新的要求。快速成型技术在首饰设计中的应用是信息时代首饰设计的发展趋势。 参考文献： [1]李莉、冯和平《快速成形技术及其在模具制造中的应用》，原载于《邢台职业技术学院学报》，2004年第1期。 [2]徐江华、张敏《快速成型技术在工业设计中的应用》，原载于《包装工程》，2004年第6期。 [3]陈显松《快速成型制造技术及其系统发展研究》，原载于《现代机械》，2005年第2期。
浅析高分子材料成型加工技术 ;;; [摘要]高分子成型加工技术在上取得的飞速发展，介绍高分子材料成型加工技术的发展情况，探讨其创新研究，并详细阐述高分子材料成型加工技术的发展趋势。 [关键词]高分子材料 成型加工 技术 近年来，某些特殊领域如航空工业、国防尖端工业等领域的发展对聚合物材料的性能提出了更高的要求，如高强度、高模量、轻质等，各种特定要求的高强度聚合物的开发研制越来越显迫切。 一、高分子材料成型加工技术发展概况 近50年来，高分子合成工业取得了很大的进展。例如，造粒用挤出机的结构有了很大的改进，产量有了极大的提高。20世纪60年代主要采用单螺杆挤出机造粒，产量约为3t／h；70年代至80年代中期，采用连续混炼机+单螺杆挤出机造粒，产量约为10t／h；80年代中期以来。采用双螺杆挤出机+齿轮泵造粒，产量可以达到40-45t／h，今后的发展方向是产量可高达60t／h。在l950年，全世界塑料的年产量为200万t。20世纪90年代。塑料产量的年均增长率为5．8％，2000年增加至1．8亿t至2010年，全世界塑料产量将达3亿t，此外。合成工业的新近避震使得易于璃确控制树脂的分子结构，加速采用大规模进行低的生产。随着汽车工业的发展，节能、高速、美观、环保、乘坐舒适及安全可靠等要求对汽车越来越重要．汽车规模的不断扩大和性能的提高带动了零部件及相关材料工业的发展。为降低整车成本及其自身增加汽车的有效载荷，提高塑料类材料在汽车中的使用量便成为关键。 据悉，目前汽车上100kg的塑料件可取代原先需要100-300kg的传统汽车材料（如钢铁等）。因此，汽车中越来越多的金属件由塑料件代替。此外，汽车中约90％的零部件均需依靠模具成型，例如制造一款普通轿车就需要制造1200多套模具，在美国、日本等汽车制造业发达的国家，模具产业超过50％的产品是汽车用模具。目前，高分子材料加工的主要目标是高生产率、高性能、低成本和快捷交货。制品方面向小尺寸、薄壁、轻质方向发展；成型加工方面，从大规模向较短研发周期的多品种转变，并向低能耗、全回收、零排放等方向发展。 二、现今高分子材料成型加工技术的创新研究 （一）聚合物动态反应加工技术及设备 聚合物反应加工技术是以现双螺杆挤出机为基础发展起来的。国外的Berstart公司已开发出作为连续反应和混炼的十螺杆挤出机，可以解决其它挤出机（包括双螺杆和四螺杆挤出机）作为反应器所存在的问题。国内反应成型加工技术的研究开发还处于起步阶段，但我国的发展强烈要求聚合物反应成型加工技术要有大的发展。指交换法聚碳酸酯（PC）连续化生产和尼龙生产中的比较关键的技术是缩聚反应器的反应挤出设备，我国每年还有数以千万吨计的改性聚合物及其合金材料的生产。关键技术也是反应挤出技术及设备。 目前国内外使用的反应加工设备从原理上看都是传统混合、混炼设备的改造产品，都存在传热、传质过程、混炼过程、化学反应过程难以控制、反应产物分子量及其分布不可控等问题．另外设备费用大、能耗高、噪音大、密封困难等也都是传统反应加工设备的缺陷。聚合物动态反应加工技术及设备与传统技术无论是在反应加工原理还是设备的结构上都完全不同，该技术是将电磁场引起的振动场引入聚合物反应挤出全过程，达到控制化学反应过程、反应生成物的凝聚态结构和反应制品的化学性能的目的。该技术首先从理论上突破了控制聚合物单体或预聚物混合混炼过程及停留时间分布不可控制的难点，解决了振动力场作用下聚合物反应加工过程中的质量、动量及能量传递及平衡问题，同时从技术上解决了设备结构集成化问题。新设备具有体积重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、适应性好、可靠性高等优点，这些优点是传统技术与设备无法比拟或是根本没有的。该项新技术使我国聚合物反应加工技术直接切人世界技术前沿，并在该领域处于技术领先地位。 （二）以动态反应加工设备为基础的新材料制备新技术 1.信息存储光盘盘基直接合成反应成型技术。此技术克服传统方式的中间环节多、周期长、能耗大、储运过程易受污染、成型前处理复杂等问题，将光盘级PC树脂生产、中间储运和光盘盘基成型三个过程整合为一体，结合动态连续反应成型技术，研究酯交换连续化生产技术，研制开发精密光盘注射成型装备，达到节能降耗、有效控制产品质量的目的。 2.聚合物／无机物复合材料物理场强化制备新技术。此技术在强振动剪切力场作用下对无机粒子表面特性及其功能设计（粒子设计），在设计好的连续加工和不加或少加其它化学改性剂的情况下，利用聚合物使无机粒子进行原位表面改性、原位包覆、强制分散，实现连续化制备聚合物／无机物复合材料。 3.热塑性弹性体动态全硫化制备技术。此技术将振动力场引入混炼挤出全过程，控制硫化反直进程，实现混炼过程中橡胶相动态全硫化．解决共混加工过程共混物相态反转问题。研制开发出拥有自主知识产权的热塑性弹性体动态硫化技术与设备，提高我国TPV技术水平。 三、高分子材料成型加工技术的发展趋势 近年来，各个新型成型装备国家工程研究中心在出色完成了国家级火炬计划预备项目和国家“八五”、“九五”重点科技计划（攻关）等项目同时，非常注重科技成果转化与产业化，完成产业化工程配套项目20多项，创办了广州华新科机械有限公司和北京华新科塑料机械有限公司，使其有自主知识产权的新技术与装备在国内外推广应用。塑料电磁动态塑化挤出设备已形成了7个规格系列，近两年在国内20多个省、市、自治区推广应用近800台（套）。销售额超过1．5亿元，还有部分新设备销往荷兰、泰国、孟加拉等国家．产生了良好的经济效益和效益。例如PE电磁动态发泡片材生产线2000年和2001年仅在广东即为国家节约外汇近1600万美元，每条生产线一年可为制品厂节约21万k的电费。塑料电磁动态注塑机已开发完善5个规格系列，投入批量生产并推向；塑料电磁动态混炼挤出机的中试及产业化工作已完成，目前开发完善的4个规格正在生产试用。并逐步推向市场目前新设备的市场需求情况很好，聚合物新型成型装备国家工程研究中心正在对广州华新科机械有限公司进行重组。将技术与资本结合，引入新的、市场等机制，争取在两三年内实现新设备年销售额超亿。我国已加入WTO，各个行业都将面临严峻挑战。
综上所述，我国必须走具有中国特色的发展高分子材料成型加工技技术与装备的道路，打破国外的技术封锁，实现由跟踪向跨越的转变；把握技术前沿，培育自主知识产权。促进科学研究与产业界的结合，加快成果转化为生产力的进程，加快我国高分子材料成型加工高新技术及其产业的发展是必由之路。 参考文献： [1]Chris Rauwendaal，Polymer Extrusion，Carl Hanser Verlag，Munich／FkG，l999. [2]瞿金平，聚合物动态塑化成型加工理论与技术[M]．北京：科学出版社，． [3]瞿金平，聚合物电磁动态塑化挤出方法及设备[J]．中国专利9O101034． 0，I990；美国专利93. 快速成型个体化导航模板辅助胸椎椎弓根螺钉置入可行性研究
【摘要】& ：［目的］通过尸体标本实验的方法探讨个体化导航模板辅助胸椎椎弓根螺钉置入的准确性及可行性。［方法］对6具胸椎尸体标本进行CT扫描，根据CT扫描资料，利用逆向工程原理及快速成型技术设计制造出个体化导航模板，利用个体化导航模板在尸体标本上辅助置入胸椎椎弓根螺钉，所有螺钉的置入由同一位具有腰椎椎弓根螺钉置钉经验但无胸椎椎弓根螺钉置钉经验的骨科医师进行操作，随后采用大体解剖的方法肉眼观察置钉的准确性；并根据螺钉是否穿破椎弓根、穿出距离及穿破方向进行分级。［结果］共设计制作了72个个体化导航模板辅助置入胸椎椎弓根螺钉144枚，132枚（91.7%）螺钉完全在椎弓根内；12(8.3%)枚螺钉穿破椎弓根，其中2枚螺钉穿破椎弓根内侧壁（穿破距离分别为0.6、0.8 mm），10枚螺钉穿破椎弓根外侧壁（9枚螺钉穿出距离&2 mm，1枚螺钉穿出距离为2.5 mm）；没有椎弓根上方、下方及椎体前方穿破的螺钉。所有穿破椎弓根壁的螺钉均在安全可接受的范围内。［结论］快速成型个体化导航模板辅助胸椎椎弓根螺钉置入准确率高，对术者无特别的经验要求，手术操作简单、安全，可避免术中放射性损伤，为胸椎椎弓根螺钉的置入提供了一种新的可行方法，尤其适用于初学者。
【关键词】& 胸椎 椎弓根螺钉 快速成型 逆向工程 个体化导航模板
&& && && 和腰椎相比，胸椎椎弓根更加细小、节段性差异大，胸椎椎管内为脊髓，周围毗邻肺、食道、主动脉、下腔静脉等重要脏器和大血管，因此胸椎椎弓根螺钉置钉允许偏差范围小、风险大，如何提高胸椎椎弓根螺钉置入的准确性和安全性一直是脊柱外科十分关注的课题［1～4］。作者利用逆向工程原理及快速成型技术设计并制作了一种新型的个体化导航模板，在腰椎及颈椎椎弓根螺钉置入手术中获得了初步成功临床应用［5～7］；本研究设计制作了胸椎个体化导航模板，通过尸体标本实验的方法验证其辅助胸椎椎弓根螺钉置入的准确性，旨在为胸椎椎弓根螺钉的安全置入寻找一种新的可行方法。
& && 1& 材料与方法
1.1& 标本制备
&&& 选取福尔马林浸泡的成年新鲜脊柱尸体标本6具，男4具，女2具；标本范围包括完整的T1～12、两侧的第1～12肋骨及侧方和后方的软组织结构。所有标本均通过拍片及CT轴位扫描检查，排除了胸椎有骨折、结核、肿瘤、严重畸形等病变及椎弓根特别细小不能进行椎弓根螺钉置钉的标本，标本中有1例具有轻度的脊柱侧凸。
1.2 个体化导航模板的设计和制作&&& 置钉前对6具尸体标本进行64排螺旋CT（GE公司）连续扫描，扫面部位从T1～T12，扫描条件：电压120 KV，电流150 mA，层厚0.625 mm，512×512矩阵。将CT连续断层图像数据以DICOM格式保存后，导入三维重建软件MIMICS 10.01 software (Materialise company,Belgium)进行胸椎三维模型重建，以STL格式导出模型。在UG Imageware12.0 (EDS,USA）平台打开三维重建模型，定位三维参考平面，设计胸椎椎弓根的最佳进钉钉道。提取每个胸椎椎板后部及棘突根部背侧的解剖形态，在软件中建立与椎板后部及棘突根部背侧解剖形状一致的反向模板，将螺钉的最佳进钉通道和模板拟合为一体，形成带有双侧定位导向孔的单椎体个体化导航模板，在三维重建椎体模型上将模板贴合于相应椎体后部并在各个方向上转动模型，观察定位导向孔与椎弓根对应的准确性（图1），通过SPS350B固体激光快速成型机（陕西恒通智能机器有限公司制造，成型精度为0.1 mm）采用光固化成型技术（Stereolithography Apparatus）将个体化实物模板制作出来，定位导向孔被制作成长2 cm、内径2 mm、外径2.5 mm的空心圆柱体（图2）。本实验共成功制作了72胸椎个体化导航模板。
1.3 个体化导航模板辅助胸椎椎弓根螺钉置入方法&&& 在置钉前根据CT测量结果确定每枚置入螺钉的直径和长度，螺钉直径一般为椎弓根横径的70%～80%，螺钉长度为椎弓根螺钉通道长度的80%（图3），椎弓根螺钉均为钛质螺钉（北京富乐公司提供）。所有螺钉置入由同一位具有腰椎椎弓根螺钉置钉经验但尚无胸椎椎弓根螺钉置钉经验的骨科医师进行操作，清除所要固定的胸椎椎板后方的软组织，并切除棘突上方的棘上和棘间韧带，充分暴露出椎板后部及棘突根部背侧的骨性结构，将模板贴附于相应的胸椎椎板后部及棘突上，术者左手把持模板并维持其在椎体上的稳定性，右手采用磨钻（钻头直径为2 mm）通过定位导向孔钻出进钉点和进钉通道（图5、6），进钉通道深度与所需置入的螺钉长度相同，用比所需螺钉直径小1 mm的丝锥攻丝后缓慢旋入相应长度和直径的螺钉。本实验置入的螺钉直径为3.5～6.0 mm，长度为2.5～4.0 mm。置钉时均未采用透视及其它辅助设备。
1.4 评价方法&&& 术后标本大体解剖观察评价螺钉在椎弓根内的位置，记录所有椎弓根皮质穿破的螺钉数目、穿破方向，并用精确度为0.1 mm的游标卡尺测量穿出的距离。作者对Xu等的分级标准［1］进行了改进，用改进后的分级标准对螺钉进行分级。螺钉分级标准为，Ⅰ级：螺钉完全在椎弓根内；Ⅱ级：螺钉穿出椎弓根皮质＜2 mm，外侧壁穿破者为Ⅱa,内侧壁穿破者为Ⅱb；Ⅲ级：螺钉穿出椎弓根皮质≥2 mm且＜4 mm，外侧壁穿破者为Ⅲa,内侧壁穿破者为Ⅲb；Ⅳ级：螺钉穿出椎弓根皮质≥4 mm，外侧壁穿破者为Ⅳa,内侧壁穿破者为Ⅳb（图7a～d）。其中Ⅱa、Ⅱb及Ⅲa级螺钉为可接受螺钉，Ⅲb、Ⅳa、Ⅳb级螺钉为不可接受螺钉。
1.5 统计分析&&& 使用SPSS 11.5软件包，采用x2检验分别对椎弓根螺钉内侧壁和外侧壁穿破的发生率及T1～4、T5～8和T9～123个胸椎节段的置钉准确性进行统计学分析(检验水准α=0.05 )。
&&& 2 结 果&&& 术中发现每个导航模板都和相应的胸椎后部骨性解剖结构十分贴合，模板在应用时具有较高的稳定性，共应用72个个体化导航模板辅助置入胸椎椎弓根螺钉144枚，其中Ⅰ级螺钉132枚（91.7%）；Ⅱa级螺钉9枚（8.3%），Ⅱb级螺钉2枚，Ⅲa级螺钉1枚，没有Ⅲb级螺钉及Ⅳ级螺钉，没有椎弓根上、下方及椎体前方穿破的螺钉（图8a～8c及表1）。解剖发现9枚Ⅱa级螺钉均通过胸肋关节内侧完全进入椎体，1枚Ⅲa级螺钉经胸肋关节大部分进入椎体，2枚Ⅱb级螺钉和脊髓、神经根之间均无直接的接触，所有穿破椎弓根壁的螺钉均在安全可接受的范围内。2枚穿破椎弓根内侧壁的螺钉穿出距离分别为0.6mm及0.8mm；10枚穿破椎弓根外侧壁的螺钉平均穿破距离为1.3mm，其中唯一1枚Ⅲa级螺钉位于T5左侧，穿破椎弓根壁2.5mm（图8c）。内侧壁穿破率和外侧壁穿破率分别为16.7%和83.3%，具有统计学意义（P=0.021），外侧壁穿破的发生率明显高于内侧壁（表1）。T1～4、T5～8和T9～123个胸椎节段Ⅰ级螺钉的比率分别为91.7%、87.5%和95.8%,不具有统计学意义（P=1），3个胸椎节段的置钉准确性没有差异性（表2）。表1& 椎弓根螺钉内侧壁穿破率和外侧壁穿破率比较表螺钉分级内侧壁穿破（略）表2& 胸椎各节段置钉准确性比较表椎体节段螺钉数（略）3& 讨& 论
3.1& 目前胸椎椎弓根螺钉常用的置钉方法及其存在的不足
&&& 目前胸椎椎弓根螺钉的置入方法主要有徒手法（解剖标志点法）、X线透视法、椎板开窗法、计算机辅助导航法等。在各种方法中用或不用X线辅助的徒手法临床最为常用，尽管各种徒手法进钉点、进钉角度有所不同，但他们共同的特点是椎弓根螺钉的进钉点、进钉方向主要通过术者的经验来判断，主要依靠术者的手感和椎弓根探子对置钉通道的探摸来保证椎弓根螺钉的准确置入，对术者的经验要求高，各种徒手法螺钉误置率在3%～54.7%之间［1,4］，与螺钉误置有关的神经损伤等并发症的发生率为0%～7%［4］，尽管穿破椎弓根壁的螺钉只有少数会引起神经、血管、内脏损伤等并发症，但螺钉位置不当无疑会减弱复位固定作用，存在神经、血管及内脏损伤的潜在风险，增大了螺钉的返修几率。通过部分椎板切除直视下进行椎弓根螺钉置入可将螺钉误置率降至1.7%～15.9%［1,8］，但椎板开窗会导致硬膜外间隙的暴露，有误伤脊髓的可能，不可避免的会增加手术时间及术中出血量。X线透视法可提高螺钉置入的安全性，但由于肋骨及肩胛骨严重影响X线影像质量，尤其是在中上胸椎及畸形椎体中这种影响更为明显，这必然会影响X线透视法的置钉准确性，该法螺钉误置率为12.7%～72.4%［9,10］，置钉准确率并未获得明显提高，另外X线透视法存在手术操作时间长，患者及手术者受X线辐射量较大等不足。近年来，各种计算机辅助导航法开始在胸椎椎弓根螺钉置入手术中逐渐获得应用，计算机辅助导航法可使术者在虚拟现实环境中进行椎弓根螺钉的置入，直视下检测置入点、置入方向，大大提高了椎弓根螺钉的置钉准确率和安全性，降低了神经、内脏、血管损伤的风险，减少了医患双方接触射线的时间，具有其他方法无可比拟的优势，目前该法螺钉误置率在2%～31.6%之间，发生椎弓根皮质穿破者，其穿破距离较传统的置钉方法明显减轻（多数文献报道穿破距离一般&2 mm），尚未见有因螺钉误置引起神经、内脏、血管损伤等并发症的报道［4,11,12］；但导航手术系统设备费用昂贵，操作较为复杂，学习曲线时间长，另外注册误差、体位变化等因素有可能影响导航的准确性。因此尚需进一步探讨具有操作简单、置钉准确率高、应用方便、能避免或减少术中X线损伤等优点的置钉方法。
3.2& 个体化导航模板辅助胸椎椎弓根螺钉置入的可行性&&& 人体椎弓根钉道参数具有较大的变异性，不同个体、不同节段水平均有显著不同，胸椎椎弓根这种变异尤其明显，为提高置钉准确性，近年来有学者提出了椎弓根螺钉置入的个体化原则，即对每一个不同的椎弓根施以相应的特殊的置钉入点、方向或螺钉［13］。虽然许多作者对于如何获取个体化的数据进行了探讨，但是如何在术中将这些测量的数据精确地应用于椎弓根的定位未见有较好的办法。我们利用逆向工程原理及快速成型技术使这一问题得到了较好的解决。我们根据胸椎各个节段的实际情况，首先应用逆向工程软件UG Imageware在三维重建的胸椎数字解剖模型上设计出含有单个椎体双侧椎弓根最佳进钉通道信息的个体化导航模板，然后通过光固化成型技术将模板生产出来,在临床应用时将模板和相应胸椎后部骨性解剖结构相贴合，沿着模板的定位导航孔道便可对每一个椎弓根进行准确的定位和定向，确保每1枚螺钉正确的置入位置和方向，结合术前CT测量结果选择合适的置入螺钉直径和长度，符合椎弓根个体化和节段性差异的解剖学特点，真正体现了椎弓根螺钉置入的个体化原则。本研究表明胸椎个体化导航模板置钉法和上述方法相比具有较高的置钉准确性和安全性，其置钉准确率为91.7%，螺钉误置率为8.3%，所有穿破椎弓根壁的螺钉均在安全可接受的范围之内。该法手术操作简单，对手术者无特别的经验要求；模板使用方便，手术前只要将模板带入手术室用环氧乙烷消毒即可；术中无需注册和透视，可减少手术时间，大大减少或避免了术中医患双方X射线的暴露时间，为胸椎椎弓根螺钉的置入提供了一种新的可行方法，尤其适用于初学者。
3.3& 影响胸椎个体化导航模板辅助置钉准确性的因素
&&& 以下几个因素有可能影响导航模板辅助置钉的准确性：
3.3.1& 导航模板制作的精确性&
导航模板的制作过程中有几个环节可能影响其精确性，包括在建立胸椎三维模型的过程中可能出现的误差（CT扫描的层厚、层间距、螺距及轮廓的勾勒等）、在快速成型过程中STL格式的转化精度、快速成型机的成型精度和快速成型材料的变形控制等；van Dijk等报道采用光固化成型技术制造出的模型和实物之间的误差在0～1 mm之间［14］，完全可满足胸椎椎弓根螺钉置入时的定位及定向要求，但有可能对置钉准确性造成一定的影响。
3.3.2& 导航模板设计的合理性&
由于相邻胸椎间存在一定的活动度，模板设计时不要超过单个椎体所在区间，否则术中相邻胸椎间的相对移动有可能影响进钉通道准备的准确性；另外模板和相应椎体的接触面积大小要合适，接触面积太小有可能造成模板应用时的不稳定，同样会影响进钉通道准备的准确性。本设计制造出的个体化导航模板，均为单椎体双侧定位导向孔设计，单椎体设计的模板不会因术中体位的变化、相邻椎体间的相对移动而导致定位失败，术中可以任意改变患者的体位，模板完全按照相应的胸椎椎板后部和棘突根部背侧的解剖形态制造，大大增加了模板和椎体间的接触面积，从而增加了模板应用时的稳定性，使这一问题得以较好的解决。
3.3.3& 导航模板的贴合性&
术中模板应用时一定要将相应胸椎椎板后部及棘突根部背侧的软组织剥离干净，同时避免破坏胸椎后部的骨性解剖结构，使模板能够紧密贴合于相应胸椎椎板后部及棘突上，否则会影响进钉通道准备的准确度。
3.3.4& 手术操作的稳定性&
在通过导航模板进行置钉通道准备时，最好采用磨钻或电钻，尽量不使用手摇钻，这样可减少钻孔时的晃动，尽可能的完全顺着定位导向孔方向准备进钉通道，力求达到模板设计时的定位、定向效果，否则有可能引起定位、定向偏差，导致螺钉置入位置错误。
3.3.5& 胸椎椎弓根的解剖学特点 & 椎弓根的直径无疑是影响螺钉能否准确置入的主要因素之一。本研究中螺钉穿破椎弓根壁都发生在椎弓根内、外侧壁，而未见椎弓根上、下壁穿破的情况，以往的基础和临床研究也发现椎弓根内、外侧壁穿破较多，而椎弓根上、下壁穿破较少［1～4,8～12］，这可能是由于椎弓根的纵径远大于横径，螺钉直径的选择主要根据螺钉横径而定［15］所造成；另外本研究还发现外侧壁穿破率明显高于内侧壁穿破率，作者认为这可能与椎弓根内侧壁比外侧壁厚［15,16］有关。
【参考文献】& ［1］Xu R,Ebraheim NA,Ou Y,et al.Anatomic considerations of pedicle screw placement in the thoracic spine.Roy?Camille technique versus open?lamina technique［J］.Spine,5-1068. ［2］史亚民,侯树勋,韦 兴,等.青少年胸椎椎弓根影像学特征及其临床意义［J］.中国矫形外科杂志,69-1472. ［3］Kim YJ,Lenke LG,Bridwell KH,et al.Free hand pedicle screw placement in the thoracic spine:is it safe［J］.Spine,-342. ［4］Rampersaud YR,Pik JH,Salonen D,et al.Clinical accuracy of fluoroscopic computer?assisted pedicle screw fixation: a CT analysis［J］.Spine,-190. ［5］陆 声,徐永清,李严兵,等.脊柱椎弓根定位数字化导航模板的设计［J］.中华创伤骨科杂志,-131. ［6］陆 声，徐永清，张元智，等.计算机辅助导航模板在下颈椎椎弓根定位中的临床应用［J］.中华骨科杂志，2-1007. ［7］Lu S,Xu YQ,Zhang YZ,et al.A novel computer-assisted drill guide template for lumbar pedicle screw placement: a cadaveric and clinical study［J］.Int J Med Robot,-191. ［8］Di Silvestre M,Parisini P,Lolli F,plications of thoracic pedicle screws in scoliosis treatment［J］.Spine,5-1661. ［9］Carbone JJ,Tortolani PJ,Quartararo LG.Fluoroscopically assisted pedicle screw fixation for thoracic 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摘要:用传统的方法制作样品,需采用多种机械加工机床,以及相应的工具和模具,既费时,又费事,成本又高,远不能适应市场变化需求。为了克服这一问题,近年来出现了快速原型和制造(RP&M)技术以及快速成形系统。本文主要就快速原型和制造(RP&M)技术原理及其应用展开论述。 关键词:快速原型;快速成形系统;成形学;三维模型 进入20世纪八十年代后期,由于生产技术的高速发展,以产品的个别需求和短暂的生命周期为特征的现代生产环境迫切需要产品快速小批量生产,那种成批大规模传统生产方式已无法满足这种产品需求结构的要求。与此同时,日趋激烈的国际市场竞争,要求设计者不但能根据市场需求很快设计出新产品,而且能在尽可能短的时间内制造产品的样品,进行必要的性能测试,征求用户的意见并进行必要的修改,最后形成能投放市场的定型产品。用传统的方法制作样品,需采用多种机械加工机床,以及相应的工具和模具,既费时,又费事,成本又高,远不能适应市场变化需求。近年来出现了快速原型和制造(RP&M)技术以及快速成形系统,完全克服了上述问题,很快成为当今世界上飞速发展的制造技术之一。 从历史上看,很早以前就有“增长”制造原理,早在1892年,美国学者曾建议用分层制造法构成地形图。这种方法的原理是:将地形图的轮廓线压印在一系列的蜡片上,然后按轮廓线切割蜡片,并将其粘结在一起,熨平表面,从而得到三维地形图。1902年,Carlo Baeae在他的美国专利(# 774 549)中,提出了用光敏聚合物制造塑料件的原理,这是现代第一种快速成形技术——“立体平板印刷术”(Stereo Lithography)的初始设想。1940年,Perera提出了在硬纸板上切割轮廓线,然后将这些纸板粘结成三维地形图的方法。50年代之后,出现了几百个有关快速成形技术的专利。其中,Zang(1964年)、Richard M Meyer(1970年)和Gaskin(1973年)等提出了用一系列轮廓片形成三维地形模型的新方法,如下图所示。 三维地形模型的制作 Paul Dimatteo在他1976年的美国专利中,进一步指出,先用轮廓跟踪器将三维物体转化成二维轮廓薄片,然后用激光器切割这些薄片,再用螺钉等将一系列薄片连接成三维物体,这种设想与现在的“物体分层制造”原理极为相似。& 1.成形学基本概念 1.1成形(Forming):将物质有序地组织成具有确定外形和一定功能的三维实体。成形包括三个基本要素,即:(1)物质的提取;(2)序的建立;(3)完成具有确定的形状与功能的三维实体。1.2成形学(Shaping Science):是从方法论的高度,系统地研究成形三要素以及它们之间的相互作用的科学。它在制造中的地位如下图所示: 成形学、成型工艺与成形工具关系图 2.成形方式 2.1去除成形(Dislodge Forming):运用分离的办法,把一部分材料有序地从基体上分离出去而成形。 2.2堆积成形(Stacking Forming):运用合并与连接的方法,把材料有序的合并堆积起来而成形。 2.3受迫成形(Forced Forming):利用材料的可成形性在特定的外围约束下而成形。 2.4生长成形(Growth Forming):利用材料的活性而成形,如生物个体的生长。目前,人为系统中还没有此种成形方法。 3.几种成形方法的比较 3.1去除成形,加工精度高,但材料利用率低,受零件形状复杂程度的限制。 3.2受迫成形,多用于毛坯制造,也可直接用于零件成形(如精密铸造、锻造、注塑加工等),属净成形或近净成形范畴。 3.3堆积成形,材料利用率高,理论上可达100%。属于净成形工艺,精度较好,可达0.01毫米数量级。从理论上讲,它可以制造任意复杂形状的零件。 传统加工与快速成型比较 快速成形技术彻底摆脱了传统的“去除”加工法——部分去除大于工件的毛坯上的材料来得到工件。而采用全新的“增长”加工法——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的二维加工的组合,因此,它不必采用传统的加工机床和模具,只需传统加工方法的10%～30%的工时和20%～35%的成本,就能直接制造出产品样品或模具。由于快速成形具有上述突出的优势,所以近年来发展迅速,已成为现代先进制造技术中的一项支柱技术,实现并行工程(Concurrent Engineering,简称CE)必不可少的手段。 4.RP&M基本原理 RP&M技术是将现代多种先进技术的综合集成。基于离散/堆积成形原理,通过离散获得堆积的路径、限制和方式,通过堆积将材料“叠加”起来形成三维实体。 离散/堆积的过程由三维CAD模型开始,先将CAD模型离散化,将某一方向(常取Z向)切成许多层面,即分层,属信息处理过程。然后在分层信息控制下顺序加工各片层,并层层结合,堆积出三维零件,它是CAD模型的物理体现,为物理堆积过程,如下图所示: RP&M的离散/堆积成形流程图 快速成形的过程可归纳为以下三个步骤:(1)前处理。它包括工件的三维模型的构造、三维模型的近似处理、模型成形方向的选择和切片处理。(2)分层叠加成形。它是快速成形的核心,包括模型截面轮廓的制作与截面轮廓的叠合。(3)后处理。它包括工件的剥离、后固化、修补、打磨、抛光和表面强化处理等。 三维模型的构造方法:首先应在计算机上,用三维计算机辅助设计软件,根据产品的要求设计三维模型;或将已有产品的二维三视图转换成三维模型;或在仿制产品时,用扫描机对已有产品实体进行扫描,得到三维模型。 构造三维模型的常用方法有:用计算机辅助设计软件构造三维模型;在计算机或工作站上,用三维计算机辅助设计(CAD)软件,根据产品的要求,可以设计其三维模型,或将已有产品的二维三视图转换成三维模型;用激光扫描机、零件断层扫描机、CT扫描机等构造三维模型。 5.RP&M技术的发展概况 RP&M技术是当今世界上飞速发展的制造技术之一,自1986年在美国首次出现到目前为止一直处于繁荣阶段,根据美国Wohlers Associates咨询公司1998年的市场调查报告,年RP&M设备的平均年销售量以58.7%的速度增长,RP&M产值以53.6%的年平均速度增长。RP&M技术受到如此青睐的主要原因是它可以快速将设计思想物化为具有一定结构和功能的三维实体,低成本制作产品原型甚至零件,这大大满足了当今竞争日益激烈的市场对新产品快速开发的要求。随着RP&M技术的迅速发展,世界上研究RP&M技术机构的数目也越来越多。据统计,1996年世界上已有230多家机构开展了RP&M的研究,目前数百家大学、研究机构和企业介绍了研究和开发RP&M技术的状况。在这一领域美国一直处于领先地位,各种工艺在美国最先出现,研究和开发的工艺种类也最多。日本仅次于美国,其主要研究集中在光固化树脂成形方面。欧洲也有许多科研机构和厂家开展多种RP&M工艺的研究。 我国在RP&M技术方面的研究始于20世纪90年代,两次全国性RP会议陆续召开,制造及自动化领域的多次学术会议都设RP专题,这充分表明国内研究已成为人们关注的热点,国家自然基金也将RP列为先进制造技术的重点资助项目。1998年7月,会聚世界绝大多数RP&M研究权威和机构的RP&M国际学术会议在北京召开,这表明国际上已经充分认识到中国RP&M的研究水平,标志着我国的RP&M技术研究已迈上了一个新台阶。
立体光固化(SLA)、选择性激光烧结(SLS)、分层实体制造(LOM)、熔积成型(FDM)是目前使用的几种主要成型方式。快速成型技术改变了传统的产品开发模式，可以为设计者提供产品样件，缩短设计周期，加快新产品的开发进度，为决策者提供直观性；快速成型技术迅速提供砂型铸造、熔模铸造、实型铸造用的各种模样，包括树脂模、层压模、熔模和消失模等，还可采用直接制壳铸造法直接制造熔模铸造用的压型、金属型、压铸型、注塑模，甚至直接制造小批量铸件，熔积成型技术在石膏型精密铸造上的应用和基于选择性激光烧结技术的快速铸造技术，快速成型技术与铸造工艺的有机结合，开创了快速制造金属零件的新阶段，对用高新技术改造传统的铸造工业，使其面貌焕然一新，增强铸造行业的竞争能力；快速成型技术为母模的制造提供了一条快速、经济、可行的技术途径，将快速成型技术与金属电弧喷镀技术结合起来快速制造金属模具，以及快速成型技术与精密铸造技术相结合的模具制造工艺，基于快速成型制造的快速模具技术，集成了快速成型制造高新技术和传统技术，发挥各自优势，已成为产品快速更新换代和新产品开发及中、小批量生产的有效手段之一。随着技术的不断进步和工业的发展，快速成型技术将发挥越来越重要的作用。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
快速成型技术的多领域应用与发展
&&& 摘要：简要介绍了快速成型技术的基本原理、工艺方法和技术特点。阐述了快速成型技术在工业造型、制造、模具、医学、航天等多领域的应用，探讨了快速成型技术今后的发展趋势。
关键词：快速成型技术 原型 快速制模 应用
&&& 快速成型技术RP(Rapid Protot-yping RP)是20世纪80年代末开始发展起来的一种基于逐层累加成型的新兴制作工艺,它是集多种先进科技于一体的能够迅速将设计思想转化为产品的现代先进制造技术。它为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。
&&& 快速成型工艺是一个涉及CAD/CAM、逆向工程技术、分层制造技术、数据编程、材料编制、材料制备、工艺参数设置及后处理等环节的集成制造过程。通俗地说，快速成型技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。
&&& 近十几年来，随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈。尤其是计算机技术的迅速普遍和CAD/CAM技术的广泛应用，使得RP技术得到了异乎寻常的高速发展，表现出很强的生命力和广阔的应用前景。快速成型制造工艺 PR技术是将传统的“去除”加工方法(由毛坯切去多余材料形成产品)改变为“增加”加工方法(将材料逐层累积形成产品)，采用离散分层/堆积的原理，由CAD模型直接驱动，快速制作原型或三维实体零件的一种全新的制造技术。
&&& 快速成型技术发展至今，以其技术的高集成性、高柔性、高速性而得到了迅速发展，目前，快速成型的工艺方法已有几十种之多，其中主要工艺有四种基本类型: 光固化成型法(Stereo lithography Apparatus, SLA)、叠层实体制造法(Laminated Object Manufacturing, LOM)、选择性激光烧结法(Selective Laser Sintering, SLS) 和熔融沉积制造法(Fused Deposition Manufacturing, FDM)。
&& 1、SLA工艺
&&& SLA工艺也称光造型或立体光刻，其工艺过程是以液态光敏树脂或丙稀酸树脂为材料充满液槽，由计算机控制激光束跟踪层状截面轨迹并照射到液槽中的液体树脂上而固化一层树脂，之后升降台下降一层高度，已成型的层面上又布满一层树脂，刮平器将粘度较大的树脂液面刮平，然后再进行新一层的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕，得到一个三维实体模型。该工艺的特点是精度高，生产零件强度和硬度好，可制出形状特别复杂的空心零件，生产的模型柔性化好，可随意拆装，是间接制模的理想方法，缺点是清洗和养护等后处理工序较费时。
&& 2、LOM工艺
&&& &LOM工艺称叠层实体制造或分层实体制造，其工艺过程是由加热辊筒将薄形材料(如纸片，塑料薄膜，复合材料或金属等)加热联结，待加热辊筒自动离开后，再由激光将薄形材料截切成层面要求形状(二维切片)，如此重复一层层叠加生成任意复杂形状的实体。该工艺的特点是工作可靠，模型支撑性好，有类似木质外观，可制作一些SLA法难以制作的大型零件及厚壁零件，且成本低，效率高。缺点是前后处理费时费力且不能制造中空结构件。
&& 3、SLS工艺
&&&& SLS工艺称为选择性激光烧结，其工艺过程是以金属、陶瓷、ABS塑料等材料的粉末作为成型材料，利用滚筒层层铺粉，激光器发出的光束在计算机控制下，对每层材料粉末进行扫描，使之熔化烧结成型，当一层粉末烧结完成后，滚筒上升一层，在烧结层上洒上新的一层粉末，供下一次烧结，直至完成零件的成型。该工艺的特点是材料适应面广，不仅能制造塑料零件，还能制造陶瓷、金属、蜡等材料的零件。造型精度高，原型强度高，所以可用样件进行功能试验或装配模拟。
&& 4、FDM工艺
&&&&FDM工艺称为熔融沉积制造，其工艺过程是以热塑性成型材料丝为材料，材料丝通过加热器的挤压头熔化成液体，由计算机控制挤压头沿零件的每一截面的轮廓准确运动，使熔化的热塑材料丝通过喷嘴挤出，覆盖于已建造的零件之上， 并在1/10s内迅速凝固，形成一层材料。之后，挤压头沿轴向向上运动一微小距离进行下一层材料的建造。这样逐层由底到顶地堆积成一个实体模型或零件。该工艺的特点是使用、维护简单，成本较低，速度快，一般复杂程度原型仅需几个小时即可成型，且无污染。
&&& 除了上述四种最为成熟的技术外，还有许多技术已经实用化，如三维喷涂粘结（Three Dimensional Printing and Gluing, 3DPG）、焊接成型（Welding Forming, WF）、光屏蔽工艺（Photo—masking, SGC）、直接壳法（Direct Shell Production Casting, DSPC）、直接烧结技术、数码累积成型、热致聚合、全息干涉制造、模型熔、弹道微粒制造光束干涉固化等。快速成型技术的特点快速成型技术自问世以来，在短短的十几年时间里发展迅猛，表现出极强的生命力，与传统加工方法相比具有诸多的优势，其特点主要表现为：
&&& 1、快速性从CAD设计到完成原型制作通常只需数小时至几十个小时，与传统加工方法相比，加工周期节约70%以上，对复杂零件尤其如此。
&&& 2、低成本成本与产品复杂程度无关，一般制造费用降低50%，特别适合于新产品的开发和单件小批量零件的生产。
&&& 3、材料的广泛性快速成型所用的材料不限，各种金属和非金属材料均可使用，可以制造树脂类、塑料类、纸类、石蜡类、复合材料以及金属材料和陶瓷材料的原型。
&&& 4、适应性强适应于加工各种形状的零件，制造工艺与零件的复杂程度无关，不受工具的限制，可实现自由制造（Free Form Fabrication），原型的复制性、互换性高；尤其在加工复杂曲面时，更能体现出它的优越性，这是传统法无法比拟的。
&&& 5、高柔性采用非接触加工的方式，无需任何工夹具，即可快速成型出具有一定精度和强度、满足一定功能的原型和零件。若要修改零件，只需修改CAD模型即可，特别适合于单件小批量生产。
&&& 6、高集成化 RP技术是集计算机、CAD/CAM、数控、激光、材料和机械等于一体的先进制造技术，整个生产过程实现自动化、数字化，与CAD模型具有直接的关联，所见即所得，零件可随时修改，随时制造，实现设计制造一体化。快速成型技术的应用不断提高RP技术的应用水平是推动RP技术发展的重要方面。目前，快速成型技术已在工业造型、机械制造（汽车、摩托车）、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到了广泛应用。并且随着这一技术本身的发展,其应用将不断拓展。
&&& RP技术的实际应用主要集中在以下几个方面：
&&& 1、在新产品造型设计过程中的应用快速成型技术为工业产品的设计开发人员建立了一种崭新的产品开发模式。运用RP技术能够快速、直接、精确地将设计思想模型转化为具有一定功能的实物模型（样件），这不仅缩短了开发周期，而且降低了开发费用，也使企业在激烈的市场竞争中占有先机。在新产品设计制造过程中，可用RP技术快速制出产品样品的实物模型，供设计者进行性能测试、直观评估和验证分析。
&& 在进行新产品市场调研时，用快速成型技术制造出样品的替代品，在潜在的用户中进行调研和宣传，了解用户的意见和需求量，从而快速经济地验证设计人员的设计思想、产品结构的合理性、可制造性，找出设计缺陷，并进行反复修改、制造，完善产品设计。
&& 以依托于西安交通大学的西北RPM应用服务中心为例，他们运用RPM技术为TCL公司设计了多款新型手机样品。从工业造型设计到样品全过程仅用了七天的时间，如用传统设计制造技术是无法实现的。
& &2、在机械制造领域的应用由于RP技术自身的特点，使得其在机械制造领域内，多用于制造单件、小批量金属零件。有些特殊复杂制件只需单件或少于50件的小批量，这样的产品通过制模再生产，成本高，周期长。一般可用RP技术直接进行成型，成本低，周期短。如某单位需试制发动机涡轮二个，采用传统工艺方法，制模具再生产需4个月。北京隆源自动成型系统有限公司采用快速成型、失蜡铸造方法仅用了两天时间就完成了用于失蜡铸造的蜡型。
&& 3、快速模具制造传统的模具生产时间长，成本高。将快速成型技术与传统的模具制造技术相结合，可以大大缩短模具制造的开发周期，提高生产率，是解决模具设计与制造薄弱环节的有效途径。快速模具制造是RP技术最具潜力的应用领域，其产业化规模和经济效益是不可估量的。
&& 快速成型技术在模具制造方面的应用可分为直接制模和间接制模两种，直接制模是指采用RP技术直接堆积制造出模具，在RP技术诸方法中能够直接制作金属模具的是选择性激光烧结法(SLS法)，用这种方法制造的钢铜合金注射模，寿命可达5万件以上，但此法在烧结过程中材料发生较大收缩且不易控制，故难以快速得到高精度的模具。
& 此外，用LOM法也可用于直接制造模具（如纸质成型模具、压铸模具、低熔点合金模具等）；但用此法生产的模具寿命短，只适用于单间小批生产。目前，基于RP技术快速制造模具的方法多为间接制模。间接制模是先制出快速成型零件，再由零件复制得到所需要的模具。
&&& 依据材质不同，间接制模法生产出来的模具一般分为软质模具(Soft Tooling)和硬质模具(Hard Tooling)两大类。软质模具是用硅橡胶、环氧树脂、低熔点合金、锌合金、铝等软质材料制作的模具。由于其制造成本低和制作周期短,因而在新产品开发过程中作为产品功能检测和投入市场试运行以及国防、航空等领域的单件、小批量产品的生产方面受到高度重视，尤其适合于批量小、品种多、改型快的现代制造模式。软质模具生产制品的数量一般为50～5000件，对于上万件乃至几十万件的产品，仍然需要传统的钢质模具,硬质模具指的就是钢质模具，利用RP原型制作钢质模具的主要方法有熔模铸造法、电火花加工法、陶瓷型精密铸造法等。
&& 4、在医学领域的应用近几年来，人们对RP技术在医学领域的应用研究较多。人是自然界最高级的动物，人体的骨骼和内部器官具有极其复杂的内部组织结构。要真实地复制人体内部的器官构造，反映病变特征，快速成型几乎是唯一的方法。以医学影像数据为基础，利用RP技术制作人体器官模型有极大的应用价值，医疗专家组利用可视模型，进行模拟手术，对特殊病变部分进行修补(颅骨损伤、耳损伤等)。外科医生已利用CT与MRI所得数据，用RP技术制造模型，以便策划头颅和面部手术。他们还用RP技术制成模型进行复杂手术练习，为牙齿、骨移植等手术设计样板。还有利用RP技术帮助发展新的医疗装置。
&&& 目前，国内外有许多单位在研究基于快速成型技术的人工骨成型。如：西安交通大学研制了气压式熔融沉积造型系统成型可溶解的骨微管结构，并浇注到骨水泥中，融化后形成具有一定孔隙率的人工骨。以美国Dayton大学为首的研究小组采用具有生物相容性的羟基磷灰石/玻璃薄膜材料，使用LOM快速成型工艺制造人工骨。美国Michigan大学采用光固化(SLA)技术将羟基磷灰石与紫外光固化的丙烯酸树脂混合制造人工骨。大连理工大学的姜开宇副教授将快速成型技术与化学气相渗透技术相结合，提出了RPM—CTI复合成型技术，并制定出碳/碳复合材料人工骨RPM—CTI复合成型工艺。快速成型技术在医学领域的应用很有前景，发达国家已把它作为快速原型应用方面的主要研究之一。
&& 5、在文化艺术领域的应用在文化艺术领域，快速成型制造技术多用于艺术创作、文物复制、数字雕塑等。RPM技术可使艺术创作、制造一体化，可将设计者的思想迅速表达成三维实体，便于设计修改和再创作，为艺术家提供了最佳的设计环境和成型条件；且使艺术创作过程简化，成本降低，多快好省地推出新作品。如首饰的设计和制造，采用快速成型制造技术可极大地简化这一艺术创造过程，降低成本，更快地推出新产品。文物复制可使失传文物得以再现，并使文物的保护工作进入一个新境界。
&& 6、在航空航天技术领域的应用在航空航天领域中，空气动力学地面模拟实验（即风洞实验）是设计性能先进的天地往返系统（即航天飞机）所必不可少的重要环节。该实验中所用的比较模型由国家统一制定，模型形状复杂、精度要求高、又具有流线型特性，采用RP技术，根据严格的CAD模型，由RP设备自动完成模型，能够很好的保证模型质量的。此外，宇航员的太空服要能防止极端温度和辐射，还要求有足够的柔软性，因此每套太空服的制作费用达3万美元。美国一公司尝试综合反求工程、CAD、RP制造了太空服，既省时又省钱，质量又高，该太空服已用于宇航飞行。
&& 7、在家电行业的应用目前，快速成型系统在国内的家电行业上得到了很大程度的普及与应用,使许多家电企业走在了国内前列。如:广东的美的、华宝、科龙，江苏的春兰、小天鹅，青岛的海尔等，都先后采用快速成型系统来开发新产品，收到了很好的效果。
&& 快速成型技术的应用很广泛，可以相信，随着快速成型制造技术的不断成熟和完善，它将会在越来越多的领域得到推广和应用。快速成型技术的发展方向虽然快速成型技术在很多领域得到了广泛应用，显示出极大的优越性，但它仍有一定的局限性，其可成型材料有限，加工精度低、成本高、强度和耐久性能还不能满足用户的要求，在一定程度上阻碍了该技术的推广普及。
&& 此外，由于高速加工中心的问世，向RP技术提出了新的挑战。从目前RP技术的研究和应用现状来看，快速成型技术的进一步研究和开发工作主要有以下几方面：
&& &1）开发性能好的快速成型材料，如成本低、易成型、变形小、强度高、耐久及无污染的成型材料。目前，快速成型用材料在挤出、浇注、复形和成型性能方面无法与热塑性塑料和金属相比。且易受成型工艺的影响，材料在成型过程中会产生缺陷。因此，从RP技术的特点出发，结合各种应用要求，改进和发展全新的便宜RP材料，特别是一些特殊材料和复合材料，例如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料、其他方法难以制作的复合材料等。已经成为快速成型系统进步的迫切要求。
&& &2）提高RP系统的加工速度和开拓并行制造的工艺方法。目前，即使最快的快速成型机也难以完成诸如注塑和压铸成型的快速大批量生产。在产品生产条件下，一个部件的制造周期仅需要2s～1min，但快速成型则需要数小时甚至几天。因此，未来的快速成型机需要研究快速和多材料的制造系统，以便能够直接面向产品制造。
&&& 3）改善快速成型系统的可靠性、生产率和制作大件能力，优化设备结构，尤其是提高成型件的精度、表面质量、力学和物理性能，为进一步进行模具加工和功能实验提供基础。
&& 4）开发快速成型的高性能RPM软件。提高数据处理速度和精度，研究开发利用CAD原始数据直接切片的方法，减少由STL格式转换和切片处理过程所产生精度损失。
&& 5）开发新的成型能源。目前，大多数快速成型机都是激光作为能源，而激光系统（包括激光器、冷却器、外光路等）的价格及维护不仅费用昂贵，而且存在传输效率较低。我国西安交通大学自主开发的以紫外光代替激光的快速成型机，不仅性能可与激光成型机相媲美，而且降低了成本。新成型能源方面的研究也是RP技术今后的一个重要发展方向。
&& 6）快速成型方法和工艺的改进和创新。直接金属成型技术将会成为今后研究与应用的又一个热点。
&& 7）进行快速成型技术与CAD、CAE、RT、CAPP、CAM 以及高精度自动测量、逆向工程的集成研究。集成化也是RP技术今后的一个重要发展方向。如开发RP技术与快速制模工艺相综合的集成制造系统，可扩大RP技术的制造能力、降低生产成本、提高生产效率。
&& 8）提高网络化服务的研究力度，实现远程控制。随着Internet的迅速发展，用户可通过因特网将制品的CAD数据传给制造商，制造商可根据要求快速为用户制造各种制品。更进一步发展成用户通过因特网直接进入制造商的主页，从而利用RP技术实现远程制造。此外，通过网络，科研机构可以更好地为企业提供技术支持，有关单位可以方便地进行技术整合等。
& 总之，快速成型技术是一种新型成型方法，虽然问世不久，但已广泛应用于国民经济的许多领域，给许多行业带来了巨大的经济效益。随着市场一体化竞争的日趋激烈，要求新产品开发和生产周期越来越短，这为快速成型技术的生产与发展带来了广阔的空间。RP技术将会被越来越多的企业所采用，对企业的发展发挥越来越重要的作用，并将给企业带来丰厚回报，其自身也将获得更大的发展。同时，快速成型技术作为一门多学科交叉的专业技术，其本身的发展，也将推动相关技术、产业的发展。目前快速成型技术在欧美、日本等发达国家应用较为广泛。我国仅一些高等院校及有关厂家在吸收消化国外技术的基础上开发出了快速成型机，但不管是在质量及数量上，还是在应用领域方面，与国外相比都还有较大的差距。
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快速成型技术及其发展趋势第一版 什么是快速成型&&&& 快速成型(Rapid Prototyping)技术是近年来发展起来的直接根据CAD模型快速生产样件或零件的成组技术总称，它集成了CAD技术、数控技术。激光技术和材料技术等现代科技成果:是先进制造技术的重要组成部分。与传统制造方法不同，快速成型从零件的CAD几何模型出发，通过软件分层离散和数控成型系统，用激光束或其他方法将材料堆积而形成实体零件。由于它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。
快速成型技术问世不到十年，已实现了相当大的市场，发展非常迅速。人们对材料逐层添加法这种新的制造方法已逐步适应。制造行业的工作人员都想方设法利用这种现代化手段，与传统制造技术的接轨工作也进展顺利。人们用其长避共短，效益非凡。与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段一起，快速成型已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段，在航空航天、汽车摩托车、家电等领域得到了广泛应用。
第二版 快速成型技术的特点快速成型的过程是首先生成一个产品的三维CAD实体模型或曲面模型文件， 将其转换成STL文件格式，再用一软件从STL文件 “切”(Slice)出设定厚度的一系列的片层，或者直接从CAD文件切出一系列的片层，这些片层按次序累积起来仍是所设计零件的形状。然后，将上述每一片层的资料传到快速自动成型机中去，类似于计算机向打印机传递打印信息，用材料添加法依次将每一层做出来并同时连结各层，直到完成整个零件。因此，快速自动成型可定义为一种将计算机中储存的任意三维型体信息通过材料逐层添加法直接制造出来，而不需要特殊的模具、工具或人工干涉的新型制造技术。
快速成型技术与传统方法相比具有独特的优越性和特点:
（1）产品制造过程几乎与零件的复杂性无关，可实现自由制造(Free FormFabrication)，这是传统方法无法比拟的。
（2）产品的单价几乎与批量无关，特别适合于新产品的开发和单件小批量零件的生产。
（3）由于采用非接触加工的方式，没有工具更换和磨损之类的问题，可做到无人值守，无需机加工方面的专门知识就可操作。
（4）无切割、噪音和振动等，有利于环保。
（5）整个生产过程数字化，与CAD模型具有直接的关联，零件可大可小，所见即所得，可随时修改，随时制造。
（6）与传统方法结合，可实现快速铸造，快速模具制造，小批量零件生产等功能，为传统制造方法注入新的活力。第三版 快速成型技术的工艺过程快速成型属于离散／堆积成型。它从成型原理上提出一个全新的思维模式维模型，即将计算机上制作的零件三维模型，进行网格化处理并存储，对其进行分层处理，得到各层截面的二维轮廓信息，按照这些轮廓信息自动生成加工路径，由成型头在控制系统的控制下，选择性地固化或切割一层层的成型材料，形成各个截面轮廓薄片，并逐步顺序叠加成三维坯件．然后进行坯件的后处理，形成零件。
快速成型的工艺过程具体如下：
&l ）产品三维模型的构建。由于 RP 系统是由三维 CAD 模型直接驱动，因此首先要构建所加工工件的三维CAD 模型。该三维CAD模型可以利用计算机辅助设计软件（如Pro/E , I-DEAS , Solid Works , UG 等）直接构建，也可以将已有产品的二维图样进行转换而形成三维模型，或对产品实体进行激光扫描、 CT 断层扫描，得到点云数据，然后利用反求工程的方法来构造三维模型。&
2 ）三维模型的近似处理。由于产品往往有一些不规则的自由曲面，加工前要对模型进行近似处理，以方便后续的数据处理工作。由于STL格式文件格式简单、实用，目前已经成为快速成型领域的准标准接口文件。它是用一系列的小三角形平面来逼近原来的模型，每个小三角形用 3 个顶点坐标和一个法向量来描述，三角形的大小可以根据精度要求进行选择。 STL 文件有二进制码和 ASCll 码两种输出形式，二进制码输出形式所占的空间比 ASCII 码输出形式的文件所占用的空间小得多，但ASCII码输出形式可以阅读和检查。典型的CAD 软件都带有转换和输出 STL 格式文件的功能。&
3 ）三维模型的切片处理。根据被加工模型的特征选择合适的加工方向，在成型高度方向上用一系列一定间隔的平面切割近似后的模型，以便提取截面的轮廓信息。间隔一般取0.05mm~0.5mm， 常用 0.1mm 。间隔越小，成型精度越高，但成型时间也越长，效率就越低，反之则精度低，但效率高。&
4 ）成型加工。根据切片处理的截面轮廓，在计算机控制下，相应的成型头（激光头或喷头）按各截面轮廓信息做扫描运动，在工作台上一层一层地堆积材料，然后将各层相粘结，最终得到原型产品。
5 ）成型零件的后处理。从成型系统里取出成型件，进行打磨、抛光、涂挂，或放在高温炉中进行后烧结，进一步提高其强度。
第四版 快速成型技术的应用领域
目前RP技术的发展水平而言，在国内主要是应用于新产品（包括产品的更新换代）开发的设计验证和模拟样品的试制上，即完成从产品的概念设计（或改型设计）——造型设计——结构设计——基本功能评估——模拟样件试制这段开发过程。对某些以塑料结构为主的产品还可以进行小批量试制，或进行一些物理方面的功能测试、装配验证、实际外观效果审视，甚至将产品小批量组装先行投放市场，达到投石问路的目的。
快速成型的应用主要体现在以下几个方面:
（1）新产品开发过程中的设计验证与功能验证。RP技术可快速地将产品设计的CAD模型转换成物理实物模型，这样可以方便地验证设计人员的设计思想和产品结构的合理性、可装配性、美观性，发现设计中的问题可及时修改。如果用传统方法，需要完成绘图、工艺设计、工装模具制造等多个环节，周期长、费用高。如果不进行设计验证而直接投产，则一旦存在设计失误，将会造成极大的损失。
（2）可制造性、可装配性检验和供货询价、市场宣传，对有限空间的复杂系统，如汽车、卫星、导弹的可制造性和可装配性用RP方法进行检验和设计，将大大降低此类系统的设计制造难度。对于难以确定的复杂零件，可以用RP，技术进行试生产以确定最佳的合理的工艺。此外，RP原型还是产品从设计到商品化各个环节中进行交流的有效手段。比如为客户提供产品样件，进行市场宣传等，快速成型技术已成为并行工程和敏捷制造的一种技术途径。
（3）单件、小批量和特殊复杂零件的直接生产。对于高分子材料的零部件，可用高强度的工程塑料直接快速成型，满足使用要求;对于复杂金属零件，可通过快速铸造或直接金属件成型获得。该项应用对航空、航天及国防工业有特殊意义。
（4）快速模具制造。通过各种转换技术将RP原型转换成各种快速模具，如低熔点合金模、硅胶模、金属冷喷模、陶瓷模等，进行中小批量零件的生产，满足产品更新换代快、批量越来越小的发展趋势。快速成型应用的领域几乎包括了制造领域的各个行业，在医疗、人体工程、文物保护等行业也得到了越来越广泛的应用。
第五版 国内外动态
美国在发展快速自动成型技术方面，一直处于领先地位，一些著名的高校如麻省理工学院、得克萨斯大学和一批研究机构从政府和工业界取得了大笔开发、研究经费，用于这项技术的进一步研究。各大公司纷纷购入成型机，以满足争分夺秒的市场需求。日本、德国、英国等都在研究新的成型技术，开发新产品。现已有2500多套快速成型机分布在世界各地的不同领域。
自从快速自动成型问世后，国外就很重视其与传统精密铸造技术相结合，继而产生了快速铸造。快速成型技术在熔模精密铸造中的应用可以分为三种：一是消失成型件（模）过程，用于小量件生产；二是直接型壳法，也用于小量件生产；三是快速蜡模模具制造，用于大批量生产。这三种方法与传统精密铸造相比，解决了传统方法的蜡模制造瓶颈问题。
国内目前主要有北京隆源、华北工学院、华中理工大学等在进行快速成型设备生产与工艺研究。使用快速自动成型技术生产精铸用蜡模的厂家主要有航空部材料研究所、北京钢铁研究总院、西安航天发动机厂等，取得了良好的经济效益。目前，该项技术已经应用于航空、航天、机械、化工、医药等行业。
第六版 快速成型技术的发展趋势
长期以来，不断有一些学者和专家对RP的发展持观望和怀疑态度，尤其是在1998年受全球经济的不景气所影响，RP工业出现缓慢增长甚至某些方面为负增长。对此，Terry Wohlers在其著述的《2000年度全球快速成型及快速模具制造工业进展报告》中指出，RP工业将会在未来几年发生巨大的变化，主要体现在新技术、新工艺及信息网络化等方面。
1.开发概念模型机或台式机
目前，RP技术向两个方向发展：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。发达国家许多科研机构（如IBM公司）及教育单位（中等职业学校甚至中小学）已经开始购买此种小型RP设备，并极有可能进入家庭。美国通用汽车公司也计划为其每位工程师配备一台此类设备。
采用桌面RP系统制造的概念原型，可用于展示产品设计的整体概念、立体型态布局安排，进行产品造型设计的宣传，作为产品的展示模型、投标模型等使用。
2.开发新的成型能源
SL、LOM、SLS等快速成型技术大多以激光作为能源，而激光系统（包括激光器、冷却器、电源和外光路）的价格及维护费用昂贵，致使成型件的成本较高，于是许多RP研究集中于新成型能源的开发。目前已有采用半导体激光器、紫外灯等低廉能源代替昂贵激光器的RP系统，也有相当多的系统不采用激光器而通过加热成型材料堆积出成型件。
3.开发性能优越的成型材料
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RP材料，特别是复合材料，如纳米材料、非均质材料、其它传统方法难以制作的复合材料已是当前RP成型材料研究的热点。目前国外RP技术的研究重点是RP成型材料的研究开发及其应用，美国许多大学里进行RP技术研究的科技人员多数来自材料和化工专业。
4.研究新的成型方法与工艺
在现有的基础上，拓宽RP技术的应用，开展新的成型技术的探索。新的成型方法层出不穷，如三维微结构制造、生物活性组织的工程化制造、激光三维内割技术、层片曝光方式等。对于RP微型制造的研究主要集中于：RP微成型机理与方法、RP系统的精度控制、激光光斑尺寸的控制以及材料的成型特性等方面。目前制作的微零件仅是概念模型，并不能称之为功能零件，更谈不上微机电系统（MEMS）。要达到MEMS还需克服很多的问题，如：随着尺寸的减小，表面积与体积之比相对增大，表面力学、表面物理效应将起主导作用；微摩擦学、微热力学、微系统的设计、制造、测试等。
5.集成化
生物科学、信息科学、纳米科学、制造科学和管理科学是21世纪的5个主流科学，与其相关的五大技术及其产业将改变世界，制造科学与其它科学交叉是其发展趋势。RP与生物科学交叉的生物制造、与信息科学交叉的远程制造、与纳米科学交叉的微机电系统等都为RP技术提供了发展空间。并行工程（CE）、虚拟技术（VT）、快速模具（RT）、反求工程（VR）、快速成型（RP）、网络（Internet、Intranet）相结合而组成的快速反应集成制造系统，将为RP的发展提供用力的技术支持。
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1 快速成形技术的产生&&&&&&& 快速原型（Rapid Prototyping，RP）技术，又称快速成形技术，是当今世界上飞速发展的制造技术之一。快速成形技术最早产生于二十世纪70年代末到80年代初，美国3M公司的阿伦赫伯特于1978年、日本的小玉秀男于1980年、美国UVP公司的查尔斯胡尔1982年和日本的丸谷洋二1983年，在不同的地点各自独立地提出了RP的概念，即用分层制造产生三维实体的思想。查尔斯胡尔在UVP的继续支持下，完成了一个能自动建造零件的称之为Stereolithography Apparatus (SLA)的完整系统SLA-1，1986年该系统获得专利，这是RP发展的一个里程碑。同年，查尔斯胡尔和UVP的股东们一起建立了3D System公司。与此同时，其它的成形原理及相应的成形系统也相继开发成功。1984年米歇尔法伊杰提出了薄材叠层（Laminated Object Manufacturing，以下简称LOM）的方法，并于1985年组建Helisys公司，1992年推出第一台商业成形系统LOM-年，美国Texas大学的研究生戴考德提出了选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称SLS)的思想，稍后组建了DTM公司，于1992年开发了基于SLS的商业成形系统Sinterstation。斯科特科瑞普在1988年提出了熔融成形(Fused Deposition Modeling，简称FDM)的思想，1992年开发了第一台商业机型3D-Modeler。&&&&&&& 自从80年代中期SLA光成形技术发展以来到90年代后期，出现了几十种不同的RP技术，但是SLA、SLS和FDM几种技术，目前仍然是RP技术的主流，最近几年LJP（立体喷墨打印）技术发展迅速，以色列、美国、日本等国的RP设备公司都力推此类技术设备。&&&&&&& 2 快速成型技术特点&&&&&&& RP技术与传统制造方法（即机械加工）有着本质的区别，它采用逐渐增加材料的方法（如凝固、焊接、胶结、烧结、聚合等）来形成所需的部件外型，由于RP技术在制造产品的过程中不会产生废弃物造成环境的污染，（传统机械加工的冷却液等是污染环境的），因此在当代讲究生态环境的今天，这也是一项绿色制造技术。&&&&&&& RP技术集成了CAD、CAM、激光技术、数控技术、化工、材料工程等多项技术，解决了传统加工制造中的许多难题。&&&&&&& RP技术的基本工作原理是离散与堆积，在使用该技术时，首先设计者借助三维CAD或者通过逆向工程所采集的几何数据，建立数字化模型，这是完成快速成型制造的一项基本条件，借助现有的主流三维设计软件建立三维模型，再经过三维CAD导出相应的文件格式输入快速成型机当中，通过逐点、逐面进行三维的立体堆积，部件完成后，再经过必要的后续处理，使完成的部件在性能、形状尺寸、外观上等方面达到设计要求。&&&&&&& RP技术的特点&&&&&&& 从原理上说，应用RP技术来进行产品制造，可以忽略产品部件的外形复杂程度(这也是与传统机械加工方式制造产品的最大区别之一)，原材料的利用率接近100%，制造精度最高可达0.01mm。&&&&&&& RP技术的主要特点有：&&&&&&& 2.1 制造快速&&&&&&& RP技术是并行工程中进行复杂原型或者零件制造的有效手段，能使产品设计和模具生产同步进行，从而提高企业研发效率，缩短产品设计周期，极大的降低了新品开发的成本及风险，对于外形尺寸较小，异形的产品尤其适用。&&&&&&& 2.2 CAD/CAM技术的集成&&&&&&& 设计制造一体化一直来说是现在的一个难点，计算机辅助工艺（CAPP）在现阶段由于还无法与CAD、CAM完全的无缝对接，这也是制约制造业信息化一直以来的难点之一，而快速成型技术集成CAD、CAM、激光技术、数控技术、化工、材料工程等多项技术，使得设计制造一体化的概念完美实现。&&&&&&& 2.3 完全再现三维数据&&&&&&& 经过快速成型制造完成的零部件，完全真实的再现三维造型，无论外表面的异形曲面还是内腔的异形孔，都可以真实准确的完成造型，基本上不再需要再借助外部设备进行修复。&&&&&&& 2.4 成型材料种类繁多&&&&&&& 到目前为止，各类RP设备上所使用的材料种类有很多，树脂、尼龙、塑料、石蜡、纸以及金属或陶瓷的粉末，基本上满足了绝大多数产品对材料的机械性能需求。&&&&&&& 2.5 创造显著的经济效益&&&&&&& 与传统机械加工方式比较，开发成本上节约10倍以上，同样，快速成型技术缩短了企业的产品开发周期，使的在新品开发过程中出现反复修改设计方案的问题大大减少，也基本上消除了修改模具的问题，创造的经济效益是显而易见的。&&&&&&& 2.6 应用行业领域广&&&&&&& RP技术经过这些年的发展，技术上已基本上形成了一套体系，同样，可应用的行业也逐渐扩大，从产品设计到模具设计与制造，材料工程、医学研究、文化艺术、建筑工程等等都逐渐的使用RP技术，使得RP技术有着广阔的前景。&&&&&&& 3 现阶段主流的RP工艺方法介绍&&&&&&&
3.1 SLA（立体光造型技术）&&&&&&& 立体光造型技术是典型的逐层制造法，采用光敏树脂（聚丙烯酸脂）为原料，紫外激光在工控机的控制下根据零件的分层截面信息，在光敏树脂等相应材料的液面进行逐点扫描，被扫描区域的树脂经过光聚合反应而固化，形成零件的一个分层截面，一层固化好后工作平台下降一个分层厚的距离，以便在先前固化好的零件分层截面是重新涂抹一层新的液态树脂，然后工控机控制激光再扫描下一分层截面，层与层之间也因此而紧密连接在一起没有缝隙。如此反复直至整个零件成型。&&&&&&& 国外的SLA技术以美国的3D SYSTEM公司为代表，设备技术都较为成熟，同时日本德国以色列都也有各自具有特色比较成熟的SLA快速成型技术。国内是以西安交大的设备较为成熟，现已开发出一整套SLA快速成型机，成型速度、零件精度都已接近国外先进技术。&&&&&&& 总体来说SLA技术的优势是成型零件精度高，表面质量好，原材料利用率高，而且可以制作形状复杂的零件。但SLA技术也有一定的局限性就是不能选用多种材料，只能固定用光敏感材料。&&&&&&& 3.2 SLS（选择激光烧结技术）&&&&&&& SLS与SLA有相似之处，都是在激光的选择下对材料进行烧结，区别在于SLS的材料不是液态的光聚合物，而是粉末材料，金属、尼龙、塑料、陶瓷等粉末材料均可，这样就使得SLS的适用范围更广，航空、航天、汽车、家电等行业中去，因此在这里的行业&&&&&&& 在工艺上，SLS控制激光，选择性的烧结粉末，使粉末烧结固化形成一个层面，经过电机的驱动，使粉末固化层下降一个层厚的高度，重新涂铺一层粉末再进行激光扫描重复之前的步骤，直到完成整个三维数模的实体造型。&&&&&&& 目前世界范围内进行SLS技术研究的主要是美国的DTM公司，德国队EOS公司以及中国北京隆源公司。其中DTM公司的SLS设备在市场使用率上占据领先地位，而EOS公司在金属粉末烧结方面有着自己的特点。&&&&&&& 3.3 FDM(熔融沉积成型技术)&&&&&&& FDM与之前的SLA、SLS有一些区别，它采用热熔喷头，使熔融的材料，比如尼龙、塑料等，根据CAD数据信息的将材料挤压在制定位置凝固成型，逐层堆积，最后形成完整的零件。现在世界上FDM技术较为领先的是美国的Stratasys公司和Dimension公司，占据了市场大多数的份额。&&&&&&& 3.4 LJP（立体喷墨打印技术）&&&&&&& LJP技术在早些年就已经产生，在美国麻省理工学院开发成功，但并没有完全推向市场，大多应用于内部研究，而近来立体打印技术经过技术改进，逐步在市场上占据一定的地位。从技术特点以及工艺上来看，LJP与FDM有相似之处，都采用的是将材料加热到熔融状态，再将材料喷出，堆积形成实体三维模型，但LJP的成型速度更快，表明质量更高，而且吸取了FDM可以随意更换制造原料的特性，一种材料装在一个墨盒里，每次制作前根据需要选择原料，方便快捷，同时又排除了FDM的缺点，比如成型速度慢，表面光洁度较低，模型精度不理想等，LJP制作出样品的外观质量基本上可以与SLA相媲美，因此近几年采用LJP工艺的快速成型设备逐渐占据了主流市场。&&&&&&& 还有一种是LOM（纸张叠层造型技术）由于制作出的三维模型精度低，表明光洁度差，经常无法准确再现三维数字模型，现在已经逐渐走向没落。&&&&&&& 4 我国RP技术的发展及应用&&&&&&& 快速原型是世界制造业的一次重大创新，是先进制造技术群中的重要组成部分。它集中了计算机辅助设计和制造技术、激光技术和材料科学技术，在没有传统模具和夹具的情况下，快速制造出任意复杂形状而又具有一定功能的三维实体模型或零件。快速原型与制造技术的推广应用将明显缩短新产品的上市时间，节约新产品开发和模具制造、修复的费用。美国、日本及欧洲发达国家已将快速成形技术应用于航空、航天、汽车、通讯、医疗、电子、家电、玩具、军事装备、工业造型（雕刻）、建筑模型、机械行业等领域。&&&&&&& 而我国RP研究工作起步于90年代初。刚开始时技术引进较多，1994年以来，我国已有20余家企业或机构从国外引进RP机器，加快了企业的新产品开发、取得了巨大的经济效益。但由于引进价格昂贵，如美国3Dsystem公司生产的SLA250系统售价20万美元，SLA500价格高达40万美元，加之材料也依靠进口，使生产成本过高，往往是国内大多制造型企业无法承受的。&&&&&&& 为了解决中国制造业对RP的迫切需求，1991年以来，在中国政府资助和支持下，一些高等院校和研究机构积极开展RP研究，并取得较大的进展。&&&&&&& 我国最早在快速成型技术方面开展研究的科研机构主要有清华大学、西安交通大学、华中理工大学。这些科研机构早期在开发系统设备方面各有侧重。1992年，清华大学引进了当时先进的SLA-250光固化成形设备，成立了激光快速成形中心，开展快速成形技术的研究。研制出世界上最大的LOM双扫描成形机，已提供给国内的汽车制造企业，研制成功的多功能快速造型系统MRPMS已打入国际市场，自主开发的大型挤压喷射成形RP设备SSM1600SSM成形尺寸已达×750mm3，也居世界之首。&&&&&&& 西安交通大学多年来一直致力于SLA的成型材料和设备的国产化，在卢秉恒院士的带领下，西交大自主研发出一套国内领先水平的快速成型系统，同时在成型材料等方面同样取得了重大突破，并已形成产业化生产，因此获1998年度国家科技进步一等奖、2000年教育部科技进步二等奖。华中理工大学从1991年开始，在政府的支持下开始进行RP技术研究，1994年开发成功LOM样机，到1997年就向市场推出商品化的LOM成型设备。目前，该单位已对LOM设备进行了系列化的开发，同时还成功地推出商品化的SLS设备。华中理工大学还利用复膜技术快速制造铸模，翻制出了铝合金模具和铸铁模块。&&&&&&& 此外，南京航天大学、上海交通大学、华北工学院、浙江大学等知名高校在该领域也做了许多工作。例如在基于快速成形技术的快速制造模具方面，上海交通大学开发了具有我国自主知识产权的铸造模样计算机辅助快速制造系统，为汽车行业制造了多种模具。&&&&&&& 目前，部分国产RP设备已接近或达到美国公司同类产品的水平，价格却便宜得多，自主研发应用于快速成型的材料也逐步趋于完善，材料的价格更加便宜，等待投放市场后可以改善过于依赖进口材料的状况。我国已初步形成了RP设备和材料的制造体系。&&&&&&& 国内的家电行业在快速成形系统的应用上，走在了国内制造型企业前列。如广东美的、科龙、江苏的春兰、小天鹅，青岛的海尔等，都先后采用快速成形系统来开发新产品，收到了很好的效果。近些年随着通讯事业在我国的高速发展，一些国内通讯巨头企业例如华为、中兴等公司也逐渐将快速成型技术引入到产品设计开发环节，使得公司对市场的响应效率、产品的竞争力提升了一个等级。&&&&&&& 在模具制造业，快速成型技术同样起到了重要作用。利用快速成形技术制得的快速原型，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模具；快速成形件也可以直接或间接制得EDM电极，用于电火花加生产模具；快速成形技术制得的快速原型也可以直接作为模具。&&&&&&& 近年来，在国家科学技术部的支持下，我国已经在深圳、天津、上海、西安、南京、重庆等地建立一批向企业提供快速成形技术的服务机构，并开始起到了积极的作用，推动了快速成形技术在我国的广泛应用，使我国RP技术的发展走上了专业化、市场化的轨道，为我国制造型企业的发展起到了支撑作用，提升了企业对市场的快速响应能力，提高了企业的竞争力，同时也为国民经济增长做出了重大贡献。&&&&&&& 快速成形技术是一种具有广泛应用前景的正在不断完善的高新技术。随着市场竞争的日趋激烈，该技术将会被越来越多的企业所采用，对企业的发展，发挥越来越重要的作用，并将给企业带来直接的巨大经济效益。同时，快速成形技术作为一门多学科交叉的专业技术，其本身的发展，也将推动相关技术、产业的发展，因此大力推行发展我国快速成型技术，建立创新技术自我知识产权，对提升我国企业的民族品牌效应，矗立世界企业之林打下坚实的基础，同时对于拉动内需，降低现今全球金融风暴对我国实体经济的影响也会起到一部分积极的作用。参考文献:[1]荣烈润.制造技术新的突破——快速成型技术.机电一体化.2004（3）.[2]王秀峰.快速原型技术.中国轻工业出版社.2001.[3]孙大涌.先进制造技术.机械工业出版社.2000.
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