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快速成形技术的产生背景
  随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈，产品的开发速度日益成为竞争的主要矛盾。同时，制造业需要满足日益变化的用户需求，又要求制造技术有较强的灵活性，能够以小批量甚至单件生产而不增加产品的成本。因此，产品开发的速度和制造技术的柔性变得十分关键。
快速原型制造技术就是在这样的社会背景下产生的。八十年代后期，RP技术在美国首先产生并商品化。从那时起，RP技术一直以离散堆积原理为基础和特征。简单的说，将零件的电子模型（如CAD模型）方式离散，成为可加工的离散面、离散线和离散点，而后采用多种手段，将这些离散的面、线段和点堆积形成零件的整体形状。由于工艺过程无需专用工具，工艺规划步骤简单，总的来说，制造速度比传统方法快的多。也有人因该技术高度的柔性而称之为“自由成形制造”。
RP技术涉及CAD技术、数据处理技术、数控技术、测试传感技术、激光技术等多种机械电子技术，材料技术和计算机软件技术，是各种高科技技术的有机综合、交叉应用。因此，各种相关技术的迅速发展是RP技术得以产生的重要技术背景。
RP技术具有很好的前景和应用价值，世界上主要先进工业国家的政府部门、企业、高等院校、研究机构纷纷投入巨资对RP技术进行开发和研究。当前世界上己形成强劲的RP热，发展十分迅猛。美国、欧洲、日本都站在21世纪世界制造业全球竞争的战略高度来对待这一技术。

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什么是RP
RP、RPM的定义
RP技术的基本过程
RP技术的特点

RP、RPM的定义
快速成形 (RP-Rapid Prototyping)技术：
快速成形技术是一种基于离散堆积成形思想的新型成形技术，是集成计算机、数控、激光和新材料等最新技术而发展起来的先进的产品研究与开发技术。
快速原型制造(RPM-Rapid Prototyping Manufacturing)技术:
使用RP技术，由CAD模型直接驱动的快速完成任意复杂形状三维实体零件的技术的总称。
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RP技术的基本过程
快速成形技术的基本过程：
由CAD软件设计出所需零件的计算机三维曲面或实体模型；
将三维模型沿一定方向（通常为Z向）离散成一系列有序的二维层片（习惯称为分层）；
根据每层轮廓信息，进行工艺规划，选择加工参数，自动生成数控代码；
成形机制造一系列层片并自动将它们联接起来，得到三维物理实体。

快速成形过程示意图
这样将一个物理实体的复杂的三维加工离散成一系列层片的加工，大大降低了加工难度，且成形过程的难度与待成形的物理实体形状和结构的复杂程度无关。
RP技术的实现流程：

RP的离散/堆积成形流程
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RP技术的特点
快速成形技术的重要特征：
高度柔性，可以制造任意复杂形状的三维实体；
CAD模型直接驱动，设计制造高度一体化；
成形过程无需专用夹具或工具；
无需人员干预或较少干预，是一种自动化的成形过程；
成形全过程的快速性，适合现代激烈的产品市场；
技术的高度集成性，既是现代科学技术发展的必然产物，也是对它们的综合应用，带有鲜明的高新技术特征。
先进的快速成形制造（RPM）系统， 即是与CAD集成的快速成形制造系统， 属于CIMS的目标产品的范畴。 由于它直接由计算机数据信息驱动设备进行制造， 因此是一种数字化制造。
在信息传递网络化的今天，RPM技术成为实现数字化制造的最佳方法。
　
RP的作用和优越性
RP技术功能：
根据零件或物体的三维模型数据，快速、精确地制造出零件或物体的实体模型，无需任何专用工具。即：“CAD模型直接驱动，快速地制造出复杂的三维实体。”

RP的技术功能
它与NC机床的主要区别在于高度柔性。无论是数控机床还是加工中心，都是针对某一类型零件而设计的。如车削加工中心，铣削加工中心等。对于不同的零件需要不同的装夹，用不同的工具。虽然它们的柔性非常高，可以生产批量只有几十件、甚至几件的零件，而不增加附加成本。但它们不能单独使用，需要先将材料制成毛坯。而RP技术具有最高的柔性，对于任何尺寸不超过成形范围的零件，无需任何专用工具就可以快速方便的制造出它的模型(原型)。从制造模型的角度，RP具有NC机床无法比拟的优点，即快速方便、高度柔性。
零件的模型或原型虽然只反映出最终零件的几何特性，不能反映出全部的机械性能。但已经使RP技术受到极大的欢迎。德国奔驰公司的Werner Pullman博士在IMS快速产品开发国际会议上讲：“购买一辆车，首先考虑的是它的客观印象，然后是它的技术特性，如马力、安全设备等。象噪音、操作性能和款式等特性是作出购买决定的重要因素。但这些特性只有通过物理原型来评价。因此高质量的功能原型在产品开发中是重要的方面，不能被数字模型和分析所取代。” 在美国福特汽车公司，RP&M技术被用于为多种目的制造模型：
设计者和工程师可以拿着他们设计概念的实物模型进行早期的观察、验证，反复改进和优化；
模型作为并行工程的联系工具；
用于零部件的加工和配合测试；
用于市场研究，作为测试样品，研究消费者的偏好；
帮助制定生产规划，决定工具夹具的需求；
帮助设计包装衬板的设计；
制造出金属原型；
用Quick Cast方法直接从SLA制造的原型制造出成对的凸凹模具，这些模具可用于注塑成形，加工出最终使用材料的零件。
从上述例子可以看到快速制造零件原型，快速将CAD的数字模型转换成实体模型的RP技术已被人们所接受，并受到产业界的广泛欢迎。
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RP技术存在的主要问题
工艺设备水平
    国内外现有的工艺分为五类，就这五类工艺，许多公司都开发了自己的设备。如表所示。
RPM的商品化工艺设备
工艺方法        公司        设备        最大造型尺寸
mm        正常精度
mm
选择性液体固化        3DSYSTEM        SLA250/350/500        500H 500H 585        ±0.1
        EOS        SterEos300/400/600        600H 600H 600       
        F&S        LMS        500H 500H 585       
        CMET        SOUP        1000H 800H 500       
        D-MEC        SCS        1000H 800H 500       
        Teijin Seiki        Mark 1000               
        Mitsui Zosen        COLAMN               
　
层片添加        Helices        LOM1015/2030h        　
1200×750×550        ±0.1
        Kara Corp.        KSC-50               
        Spar        Hot Plot               
        Singapore        ZIPPYI/Ⅱ               
        Singh        SSM500/800/1600        　        ±0.1
选择性粉未熔结        DTM        Sinter station 2000,2500        380×340×440        ±0.2
          EOS        EOSINT250/350        320×300×400          
熔融挤压成形        Strategy’s        FDM1650/2000/800        457×457×609        ±0.13
        Singh        MEM250/250-Ⅱ        350×250×250        ±0.2
喷墨打印        Sanders Prototype        MM-6PRO
Model Maker Ⅱ                ±0.15
        BPM        BPM               
        3DSYSTEM        Actua2100        500×500×585       
        Strategy’s        Genesis               
        Soigné        DSPC300G               
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成型材料
国外RPM材料应用类型
成型材料是RPM技术发展的关键环节。它影响原型的成型速度、精度和物理、化学性能，直接影响到原型的二次应用和用户对成型工艺设备的选择。国外新工艺的出现往往与新材料的应用有关。国外现在所应用的成型材料种类已经较为丰富，见表所示。
材料形态        液 态        固态粉末        固态片材        固态丝材
                非金属        金属               
具体材料        光固化树脂        蜡粉
尼龙粉
覆膜陶瓷粉
...        钢粉
覆膜钢粉
...        覆膜纸
覆膜塑料
覆膜陶瓷箔
覆膜金属箔
...        蜡丝
ABS丝
...
与RPM制造的四个目标（概念型、测试型，模具型，功能零件）相适应，对成型材料的要求也不同。概念型对材料成型精度和物理化学特性要求不高，主要要求成型速度快。如对光固化树脂，要求较低的临界曝光功率、较大的穿透深度和较低的粘度。测试型对于材料成型后的强度、刚度、耐温性、抗蚀性等有一定要求，以满足测试要求。如果用于装配测试，则对于材料成型的精度还有一定要求。模具型要求材料适应具体模具制造要求，如对于消失模铸造用原型，要求材料易于去除。快速功能零件要求材料具有较好的力学性能和化学性能。从解决的方法看，一个是研究专用材料以适应专门需要；另一个是根据用途分类，研究几类通用材料以适应多种需要。
国外主要的光固化树脂
国外主要的光固化树脂表
工艺        材料制造商        材料品牌        材料类型        备注
　        　        Capitol SL 5149        丙烯酸基光固化树脂        　
　        　        Capitol SL 5154        同上        　
　        　        Capitol SL5170        环氧基光固化树脂        低收缩率、低粘度，ACES及Quick Cast模式
　        　        Capitol SL 5180        同上        同上
　        　        Capitol SL 5190        同上        同上
　        　        SOMOS 2100/2110        丙烯酸基光固化树脂        不透明
　        　        SOMOS 3100/3110        同上        透明
　        　        SOMOS 5100/5110        同上        不透明，变形少
SGS        Coates
Brothers PLC        　        通用光固化树脂        收缩率小，抗水
        DSMDesotec         DeSolite4112-143                　
国外公司材料研究情况
国外公司材料研究情况表
公司        材料        特点        适用范围
Helices        涂覆纸        价格便宜
易燃        直接或间接消失模铸造、砂型铸造、石膏铸造，制造硅胶模、喷涂金属模
Strategy’s        纤维混纺料        耐高温高压        直接制造塑料注塑模具
        精铸石蜡        价格便宜
气化温度低        消失模制造
        聚脂石蜡        价格便宜
熔点低        消失模制造
        ABS（红、黄、蓝
绿、白、黑六色）        强度高
熔点较高
色彩鲜艳        概念型、测试型和注射模制造
        MABS（医学用ABS）        强度高
溶点较高        医学用原型制造
DTM        纤细尼龙（Fine Nylon)        有较好的强度、刚度、耐热性和抗腐蚀性能        概念型和测试型制造
        尼龙复合物（Nylon Composite)        填充了玻璃微珠的尼龙
有很好的强度、刚度、耐热性和抗腐蚀性能        能制造微小特征，适合概念型和测试型制造
        存真塑料（TrueFormTM）        熔点低
变形率低
颗粒小而均（30micron）强度稍差        消失模制造
        聚碳酸脂（polycarbonate）        熔点低        消失模制造
        金属粉末        熔点高
强度高        功能零件或金属模具制造
Soigné        覆膜陶瓷粉        溶点高
刚度高        制造陶瓷壳型
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软件是RPM系统的灵魂。其中最为关键的又是CAD到RP接口的数据转换和处理软件。在RPM发展的初期，人们的注意力主要集中在工艺本身，而随着应用的不断深入，软件处理的精度和速度，软件对复杂模型的处理能力就成为应用中的一个主要瓶颈。国外的RPM公司和研究机构对此都非常重视并投入大量人力和资金进行软件的研究和开发。
国外的各大RPM系统生产商一般都开发自己的数据变换接口软件，如3D SYSTEM公司的ACES、Quick Cast，Hollis’s公司的LOMSlice，DTM的Rapid Too1，Strategy’s的 Quick Slice、Support Works、Autopen，Cubical的Solider，Sander Prototype的potboil和ProtoSupport等。
由于CAD与RPM的数据变换接口软件开发的困难性和相对独立性，国外涌现了很多作为CAD与RP系统之间的桥梁的第三方软件，这些软件一般都以常用的数据文件格式作为输入输出接口。输入的数据文件格式有STL、IGES、DXF、HPGL、CT层片文件等，而输出的数据文件一般为CLI。以下是国外比较著名的一些第三方接口软件。
Bridge Works：
由美国的Solid Concept公司在92年推出，经不断改进，现已发展到Version4.0以上。该软件可通过对STL文件特征的分析，自动添加各种支撑。
Magic’s：
由比利时的Materialize公司在93年推出，现已发展到version4.2，包括Magic’s View，Magic’s RP，Magic’s SG，Contours Tools，CT-Mode11er System，Mimics，CTM等七个模块，可以进行基于STL文件的显示、错误检验、自动添加支撑、分层、制造时间估计等处理，还提供了各种对CT文件及IGES文件的有效处理。该软件功能广泛、性能优良、界面美观，是一个优秀的第三方接口软件。
Solid View：
由美国的Solid Concept公司在1994年推出，可以在WINDOWS3.1，WIN95，WINNT操作系统下进行STL文件的线框和着色显示，STL文件的旋转、缩放等操作。
STL Manager：
由美国的POGO公司于1994年推出，主要用于STL文件的显示和支撑的添加。
Sylvie：
这是一个由美国的软件工程师Igor Table在业余时间所写的软件，现己发展到Version7.0。它可以从网上免费下载并使用两周，同SolidVielw类似，这个软件可用于STL文件的显示和变换，同时它还有错误修复、添加支撑等功能。
Surface－RPM：
这是由美国的Image ware公司在1994年为其Surface软件增加的用于快速原型制造数据处理的模块。
其他第三方数据接口软件还有克莱梅森大学的CIDES、Anthony D.Martin开发的AD Mesh，XOX公司的SHAPES，Brock Rooney的Brock ware，I-DEAS的RP模块，CADDS的RP模块等。由于数据接口软件的开发往往需要很高的专业水平，要耗费大量的财力和时间，现在国外出现了RPM生产商购买第三方数据接口软件的趋势。如1996年3D SYSTEM公司与Image ware公司达成协议，采用Image ware的RP一系列模块作为“3D Systems SL Toolkit”。而Sanders Prototype公司也采用了STL-Manager作为自己的数据接口软件。另外，德国的F＆S公司也购买了MAGICS软件的部分模块。
从技术角度说，数据转换和处理软件的难度集中在STL自动纠错、支撑的自动添加、快速模具制造时的实体空腔化或网格（lattice）化处理、扫描矢量的生成等环节。目前国外软件综合起来在这些方面都处理的比较好。国外现在软件有人工智能化的趋势。
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根据“Rapid Prototyping Report”对其读者调查，目前RP领域中存在的主要问题如图所示。从图可知，材料问题和RP设备的价格仍然是RP技术发展的主要问题。

具体地说，目前RP技术中主要存在以下问题：
材料问题
目前RP成形材料的成形性能大多不太理想，成形件的物理性能不能满足功能性、半功能性零件的要求，必须借助于后处理或二次开发才能生产出令人满意的产品。而由于材料技术开发的专门性，一般RP成形材料的价格都比较贵，造成生产成本提高。
高昂的设备价格
RP技术是综合计算机、激光、新材料、CAD/CAM集成等技术而形成的一种全新的制造技术，是高科技的产物，技术含量较高，所以，目前RP设备价格较贵，一般在10～45万美元之间，限制了RP技术的推广应用。
功能单一
现有的RP成形系统都只能进行一种工艺成形，而且大多数只能用一种或少数几种材料成形。这主要是因为RP技术的专利保护问题，各厂家只能生产自己开发的RP工艺成形设备；随着技术的进步，这种保护体制已成为RP技术集成的障碍。
成形精度和质量问题
由于RP成形工艺发展还不完善，特别是对RP软件技术的研究还不成熟，目前RP成形件的精度及表面质量大多不能满足工程需要，不能作为功能性零件，只能作原型使用。为提高成形件的精度和表面质量，必须改进成形工艺和RP软件。
应用问题
虽然RP技术在航空航天、汽车、机械、电子、电器、医学、玩具、建筑、艺术品等许多领域都已获得了广泛应用，但大多是作为原型件进行新产品开发及功能测试等，如何生产出能直接使用的零件是RP技术面临的一个重要问题。随着RP技术的进一步推广应用，直接零件制造是RP技术发展的必然趋势。
软件问题
随着RP技术的不断发展，RP技术的软件问题越来越突出，RP软件系统不但是实现离散/堆积成形的重要环节，对成形速度，成形精度，零件表面质量等方面都有很大影响，软件问题已成为RP技术发展的关键问题。目前RP技术中软件系统主要存在以下问题：
RP软件大多是随机安装，无法进行二次开发；
各公司的软件都是自行开发，没有统一的数据接口；
随机携带的RP软件都只能完成一种工艺的数据处理和控制成形；
已商品化的通用性软件价格较贵，功能单一，只能进行模型显示、加支撑、错误检验与修正等中的一种或几种功能，而且也存在数据接口问题，不易集成；
商品化的软件还不完善，不能满足当前RP技术对成形速度、成形精度和质量的要求；
当前的数据转换模型缺陷较多，对CAD模型的描述不够精确，从而影响了RP成形的精度和质量。
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喷射成型技术的广泛应用
分层方式的演变
RP大型化
梯度功能材料上的应用
组织工程材料快速成形
RPM这一制造业上具有重要意义的制造模式从产生到现在，发展十分迅速。与过去相比，RPM在成型工艺、RP软件、设备尺寸、成型材料、工程应用等方面都有了很大的变化和提高。这些发展和变化对RPM的未来具有重要影响。
喷射成型技术的广泛应用
喷射成型技术在所有的RP成形技术中更加受到重视。由于材料应用广泛，运行成本降低，容易将材料形成与原型成形结合起来，因此喷射成型技术的广泛应用已成为快速成形技术发展的重要趋势。无论从市场销售情况统计，还是从成形设备和工艺的研究开发来看，喷射成型技术表现出十分强劲的发展势头。
喷射成型技术可采用的实现方法有挤压喷射成形和压电喷射成形，挤压喷射成形又包括挤压筒挤压及螺杆挤压方式等。现有具体产品有，美国STRATASYS公司的FDM和中国清华大学企业集团的殷华公司的SSM挤压喷射成形，美国SANDERS公司的压电喷射成形等。
目前，喷射成型技术面临的主要难题是喷射速度较低，从而降低了成型效率和成型速度，这也是RP研究人员正致力解决的问题。
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分层方式的演变
RP数据处理过程需要将CAD模型数据（STL文件)按一定方向分层为层片模型数据（CLI文件)，以便于加工层片从而堆积成实体。目前，分层方式已经由传统的二维的平面分层发展为空间的曲面分层，具体而言，分层方式的演变有以下两种：
平面演变为曲面；（美国DAYTON大学对此进行了研究）
二维分层发展为三维分层；（美国STANFORD大学对此进行了研究）
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RP大型化
分析各大公司的产品系列，可以发现，原型的制造尺寸呈增大的趋势。由于大型模具的制造方面的优势，可以预测，将来的RPM市场将有一定比例为大型原型制造所占据。
在大型化方面，日本东京大学作了较多的工作，中国清华大学也自主开发了大型RP设备，其SSM—1600成形尺寸已达1600×800×750mm3，为世界之最。
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梯度功能材料上的应用
特殊功能材料成形在生产生活中发挥着越来越重要的作用，而且快速成形技术几乎是制造它的唯一途径。如，快速成形用于梯度功能材料，可以制造出具有特定电、磁学性能（如超导体、磁存储介质），满足实际需要的产品。
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组织工程材料快速成形
生物医学工程在21世纪将成为继信息产业后最重要的科学研究和经济增长热点，其中生命体的人工合成和人体器官的人工替代成为了目前全球瞩目的科学前沿。而生命体中的细胞载体框架结构是一种特殊的结构，从制造科学的角度来讲，它是由纳米级材料构成的极其精细的复杂非均质多孔结构，是传统制造技术无法完成的结构，但快速成形制造（RPM）是能很好完成此种特殊制造的技术，这是由于RPM是根据离散/堆积成形原理的制造技术，在计算机的管理与控制下，精确地堆积材料以保证成形件（细胞载体框架结构）的正确拓朴关系，强度，表面质量等等。
用于治疗学和康复工程的生物实体模型（bimodal）的快速制造是快速成形领域正被研究的热点问题之一。组织工程材料快速成形由初级到高级分为如下三个研究阶段：
初级体外模型
中级植入体
高级人体器官
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相关技术 ------|计算机辅助设计(CAD)|反求工程|数控技术(NC)|材料技术|


计算机辅助设计(CAD)
CAD技术的发展是以它的硬件和软件技术的发展为标志的。从某种意义上讲RP技术是CAD硬件设备中，输出外设的最新成员，而与之相关的是CAD中以产品模型(几何模型)发展为主线的软件技术的发展。
CAD技术中产品模型的发展过程经过二维模型、三维线框模型、曲线模型、实体模型、产品模型、特征模型直至最新的生物模型。从二维向三维，从简单的几何元素(直线、圆弧)向复杂的几何元素(体、曲线、曲面)，从单一的几何信息向反映工艺信息在内的产品全信息，从静态设计向以参数化特征造型为基础的动态设计发展。
最早的CAD技术以二维绘图软件为主。它是传统设计手段─工程图纸设计的延续，具有简单、实用，对传统的生产管理体制冲击较小的特点。直至今日，二维绘图系统仍是CAD领域中的重要部分，并且自身亦在不断发展。它对于普及和推广CAD技术，提高绘图质量和设计效率起着积极的促进作用。但是，二维产品模型有着根本的局限性，用二维的直线、圆弧来表示三维的物体，只能是视图、投影图的表示，不能建立物体真实模型。
随着六十年代“计算机图形学”的出现，实体造型中诸如边界计算、曲面表示、布尔运算等关键技术的相继解决，能够较真实地表示三维物体的三维实体模型开始应用。许多具有三维实体造型功能的CAD系统陆续问世。给传统的生产方式，从设计到制造，乃至经营管理都带来了巨大的冲击。
利用三维实体产品模型，设计者在设计产品时，不需要将三维物体进行投影，想象各种角度的视图，用多个剖面表示内容结构，用多个视图解释投影的二义性。而可以直接在计算机上构造三维物体，并赋以质量、颜色等特性，并从任意角度观察物体。随着参数化特征造型技术的发展，设计人员还可以在零件上构造具有加工工艺特性的特征结构，修改原先设计的尺寸，使零件的形态按要求进行变化。新的设计手段大大方便了设计人员。一方面他们可以构造任意复杂的零件表面形状和内部结构，而无需考虑如何表达它们的二维投影；另一方面他们可以把头脑中的设计灵感直接映射到计算机构成的三维空间中，而无需经过二维平面手段作为媒介。
产品模型发展到实体模型，能较完整的表示一个三维物体。这为RP技术的产生准备了条件，同时也提出了需求。因为如果没有能表示三维物体的数据模型，而只是一些图纸，想要用RP的原理制造出实体模型就需要手工计算出各个截面，编制每个截面的加工代码。计算劳动量太大，以致无法实现。假设一个零件的高度有50mm，每层厚度为0.1mm，共500层的加工量，而一个人每天计算10层，就需50天的编程时间。这根本谈不上是快速。因此三维物体的实体模型表示，是RP技术的一项重要的支撑技术，它的发展和成熟是RP技术出现并实用的必要条件。
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反求工程
反求技术在根据测量数据、CT扫描数据、照片，在缺少零件工程图或其CAD模型的情况下或直接测量实体来直接建立其CAD模型方面有着举足轻重的地位。如果这一技术有了大的发展，则可以很容易地利用RPM技术来生产出汽车的壳体、珍贵的艺术品、庞大的物体、医学上内脏器官精确模型、实现对不完整的物体的修复等。
反求作为RPM技术的前端数据处理技术，在国内只有清华大学进行的根据照片的反求，上海交大的利用BP神经网络重构反求技术中基于数字化点的曲面等为数不多的几种，但这些技术也都只是处于发展阶段。
反求技术在RP中的应用主要涉及三个方面：
利用反求技术生成STL文件，供RP系统的数据处理软件直接使用，产生NC代码；
利用反求技术生成层片文件—CLI文件，这种输出比较适用于对各种CT图象的反求，并且由于RP本身就是分层制造法，用断层图象或矢量化的层片轮廓信息直接驱动RP设备逐层叠加而成三维实体这种方法也是目前学术界研究最活跃的领域之一；
利用反求技术来重构出实体模型，借助于CAD系统来转化成STL文件。
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数控技术(NC)
    RP技术的另一个重要支撑技术是NC技术。
数控技术几乎与电子计算机同时产生。第二次世界大战后，美国为了加速飞机工业的发展，要革新样板加工的设备，由空军部门委托帕森斯公司(Parsons Co.)和麻省理工学院伺服机构研究所(Servo Mechanism Laboratory of the Massachusetts Institute of Technology) 进行数控机床的研制工作。于1952年试制成功世界上第一台数控机床。它是一台立式三座标铣床，采用电子管元件，具有直线插补，连续控制功能。后又经过3年的改进和自动编制程序的研究，于1955年开始进入实用阶段，用于加工复杂的零件曲面。
电子技术迅猛发展，1959年晶体管发明并成功应用于计算机中。1956年出现了小规模集成电路和专用功能器件。70年代中大规模集成电路以及后来的超大规模集成电路的出现，使数控系统的可靠性提高，价格下降，从原来军用部门进入民用工业部门，在制造业中得到普及。
早期的数控系统采用穿孔纸带传送加工程序，专用数控装置读入加工代码，进行识别、储存和计算，输出相应的指令脉冲以驱动伺服系统。70年代中期小型计算机出现。由于其较低的价格，高超的数据处理和输入输出功能，使它迅速应用到数控机床的控制系统中，出现所谓计算机数控(CNC)和直接数控(DNC)系统。此后微型处理器出现，以其低廉的价格和高集成性，成为数控系统的核心，使数控技术得到迅猛发展和普及，成为当前的主流产品。这种以超大规模集成电路为基础，以微处理器为核心的数控系统称为微机数控(MNC)系统。如日本的FANUC系列，美国的CINCINNATI，德国的SIEMENS等。近年来微处理器发展极快，几乎每6～9个月就更新一代，个人计算机系统(PC)异军突起，成为计算机领域中最活跃的部分，其性能已从早期的8位，16位，发展到32位，64位；内存也从256K发展到16M，乃至128M；用于储存软件和代码的介质从原先的720K软盘发展到1～10G的硬盘。其性能已相当于一台中型计算机的能力，而价格却只有10,000元左右。PC机上的丰富软件资源，是其它计算机系统所无法比拟的。其十分友好的人机界面，连家庭主妇也能使用。因此，在PC机上开发CNC，以PC机为平台发展CNC已经成为较普遍的共识。PC机进入数控领域后，它的总线式、模块化、开放型的系统结构使得系统的开发变得比较容易，数控技术的应用范围迅速扩大。RP技术就是数控技术最新应用的领域之一。
RP技术要求将材料精确地堆积，并长时间保持较高的定位精度，防止错层。如果没有高可靠性、高精度的数控系统是无法实现的。数控技术的应用，是RP技术能够产生并发展成熟必不可少的条件。
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材料技术
RP技术的特点要求有各种符合不同工艺条件的专用材料，不同材料的成形性能相差很大，因此，需要对相关材料进行较深入的研究，目前，广泛采用的RP材料有以下几种：
涂覆纸：
采用国产热熔胶和高强度牛皮纸，其SSM原型呈榆木质感，分低温和高温两种型号、不同幅宽的多种纸材，已批量生产，适用于我国清华大学SSM-800、SSM-1600、M-RPMS-II、M-RPMS-III等机型，以及美国LOM系列机型，售价远低于美国同类产品。
ABS丝：
具有最佳粘度、分解点、熔点、抗氧化能力、柔韧性和收缩率等性能之丝材，呈盘状销售，适用于我国清华大学MEM-800、MEM-250-II、M-RPMS-II、M-RPMS-III等机型，以及美国FDM系列机型，售价仅为美国同类产品的1/3～1/4。
尼龙丝：
具有透明和不透明两种，后者特别适合于人体解剖学数据的原型制造，适用于我国清华大学MEM和美国FDM的各类机型。
蜡丝：
具有合适的粘度、柔韧性、熔点、分解点等性能的丝材，适用于MEM和FDM的各类机型。
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地区分布：        |美国公司| 美国大学|日本| 西欧|
研究重点：        |金属直接成形|桌面制造系统|新工艺、新方法的研究|
有利条件：          政府大力支持

美国公司
美国主要RP技术公司的研究开发情况：
3D System Inc. 研究以SLA工艺及其应用为主，并开发成功分辩率为300dpi的多喷头3D-MJM系统；
DTM Corp. at Austin 以SLS为主；
Helices Inc. 以LOM为主；
Strategy’s Inc.开发了FDM和桌面制造系统Genesis；
BPM公司开发弹道粒子制造(Ballistic Particle Manufacturing)技术。
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美国大学
美国开展RP技术研究的大学主要有：
MIT以Emanuel Such为首，开发3DP为主；
The University of Dayton以Allan J.Lightman为首从事多种RP工艺的研究，每年在这所大学召开国际RPM学术会议；
The University of Texas at Austin以Joseph J. Beam an为首，主要以SLS工艺研究为主，国际SFF学术会议在此召开；
Carnegie Mellon University以Lee E. Weiss为首，主要研究RPM在微机械中的应用。
另外，美国还有多所大学和研究机构从事RP新工艺、RP技术的应用以及直接制造陶瓷或金属原型等多方面的研究。
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日本
日本仅次于美国，大力发展RP，主要的研究单位有：
东京大学以中山威雄为首，从事SLA和LOM技术的研究；
SONY公司属下的D-MEC，从事SLA，推出SCS型设备；
Mitsubishi公司属下的CMET INC.从事SLA，推出SOUP设备，在日本已占据相当市场；
Mitosis公司属下的MES从事SLA，推出COLAMM成形机；
Due Pont/Teijin-Seiki公司从事SLA，推出SOMOS。
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西欧
西欧许多研究机构和厂商也将目光瞄准这一领域，如：
德国Electro-Optical System Gumbo即EOS，主要从事SLA和SLS；
瑞典Spar AB (Larson Brothers CO. AB) 推出“Hot Plot Rapid Prototyping” 系统，类似于Helices 的LOM；
法国Laser 3D推出RP System。
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金属直接成形
在金属直接成形方面，目前主要有三种方法：
金属合金粉末的直接烧结。该方法基于SLS (激光选择性烧结) 工艺。美国Austin大学在这方面进行了大量的研究，并研制了成形高温材料的烧结设备。
用金属丝线，利用堆焊的方法成形金属零件。英国的Nottingham 大学正在进行这方面的研究。
用激光切割金属板材，并用激光焊接的方法将各层截面连接起来。
上述这些方法目前都处在研究过程中，还没有真正实用。但直接成形金属零件是一个十分诱人的发展目标，它可以大大地扩大RP技术的应用领域，使设计和制造更紧密地联接在一起。
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桌面制造系统
桌面制造系统是RP领域产品开发的一个热点。RP设备系统作为CAD系统三维图形输出的外设而被人们接受。这就要求RP系统能在办公室环境中运行，减少对现有CAD机房的影响。当前商品化的RP系统一般体积较大，对环境要求较高，而且需专门人员操作和日常维护。而桌面系统要求体积小，操作、维护简单，噪音、污染少，对环境无特别要求，且成形速度快，但精度要求适当降低。美国Strategy’s公司和Sanders Prototype 公司推出了各自廉价的桌面系统Genesis 3D Printer 和Model Maker。据报导它进入市场仅几个月销量就急剧上升，已显示出桌面制造系统巨大的市场潜力。
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政府大力支持
RP技术的巨大优点及其发展速度已引起各国政府的高度重视, 他们纷纷确立了一些RP重点研究项目进行资助。美国国家自然科学基金委员会, ARPA(Advanced Research Projects Agency)和其它联邦委员会都投入较大资金向一些大学、公司提供资助和贷款等以推动RP学术研究与应用开发研究。例如，许多大学RP研究课题均得到NSF的资助；ARPA资助一些公司和研究机构深入研究如何应用RP方法较经济地制造无污染的陶瓷近成形零件技术；MIT研究3D-P技术的课题组也得到了ARPA和MIRP的资助。欧共体也设立过多个针对RP的项目计划以扩大和深化RP技术在欧洲的研究、开发和应用。如，受欧共体支持的EARP（European Action on Rapid Prototyping）的宗旨就是鼓励和促进其成员间技术信息共享和在RPT（Rapid Prototyping Technology）领域R&D合作，其中的“Work Area,Med-Earp”就是专门支持RP在医学上应用的项目。
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单位研究情况：|清华大学|其它院校和研究单位|
其它研究内容：|材料研究|RP前端数据转换和处理|RP后端应用技术|

清华大学
在我国，清华大学机械工程系是最早进行RP技术研究的单位，于92年成立了“激光快速成形中心”。1994年6月，该中心在自行设计开发的M-220多功能试验机上，在国内首次实现了“分层实体制造”SSM (Slicing Solid Manufacturing) 工艺，相当于美国的LOM；并于同年7月通过国家教委的技术鉴定。1997年研制成功类似于FDM的MEM工艺。目前，中心主要的研究方向在：
SLA工艺应用；
FDM工艺研究与设备开发；
SSM工艺研究与设备开发；
MRPMS多功能快速成形机的开发；
无木模制造技术；
低温冰成形;
基于RP的陶瓷型精密铸造技术等；
清华大学在SSM和MEM工艺研究基础上研制生产出多种型号的单功能成形机及将其集成在一起的多功能快速成形设备MRPMS，并远销至泰国、香港以及国内多家研究机构。
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其它院校和研究单位
华中理工大学于1994年开始研制LOM工艺，开发出了类似于LOM的“快速成形系统”─RPS (Rapid Prototyping System)。该系统已实现商品化。目前，他们正立足国内，开发国产的RPS。另外，该校的光电子系在进行SLA光敏树脂的研制。
浙江大学在国家自然科学基金的支持下，开展光敏树脂的固化精度研究。
南京航空航天大学正进行SLS工艺的研究。
西安交通大学在国家科委、教委的支持下，开发SLA工艺及设备的研究。
北京隆源公司积极投入力量开发SLS工艺，95年3月其SLS设备通过鉴定。
华北大学正开发线扫描SLS工艺及设备。
经过多年的宣传和推广，RP技术在国内逐渐被认识和接受。越来越多的工厂、公司和科研机构对它表示了兴趣。如：广东华宝空调器厂、广东科技实业开发公司、上海上菱公司都引进了美国3D System公司的SLA-500，进行产品开发与对外服务；青岛利勃海尔电冰箱厂引进日本CMET公司的SOUP-600。深圳生产力促进局、广州华泰公司购买了FDM设备开展技术服务。清华大学激光快速成形中心利用其引进的SLA-250以及自主开发的MRPMS设备（含SSM和MEM两种工艺）为社会服务，为用户制造了包括电话机、玩具汽车、卫生洁具、汽车零件铸件毛坯等多种原形，受到用户的广泛好评。
香港科技大学、国立华侨大学、大连理工大学、航空工艺研究所、哈尔滨工业大学、河北工业大学等单位均购买了具有较好开放性的M-RPMS-Ⅰ、M-RPMS-Ⅱ、M-RPMS-Ⅲ设备，上海交通大学、天津大学均购买了LOM设备进行RP工艺的深入研究。此外，香港大学、香港理工学院、香港城市理工学院也购买了RP设备进行研究。
目前国内的快速原型技术研究主要是模仿国外现有的成形工艺，实现国产化，产品化。同时，有实力的研究机构也在积极进行创新工艺研究。
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材料研究
国内在材料方面进行的研究较少。现在研究的材料主要是SL用料─光固化树脂、FDM用料─蜡及ABS、LOM用料─涂敷纸、SLS用料─树脂蜡、工程塑料、铸造覆膜砂等。
浙江大学接受国家自然科学基金会的资助进行了光固化树脂的固化和精度研究。清华大学激光快速成型中心与化学系台作，进行了光固化树脂的配方和物理化学性能测定工作。
西安交通大学配制了LPS系列用光固化树脂。
清华大学通过自己的努力，已成功地解决了用于FDM 工艺的蜡和ABS丝材的制备，并正在进行尼龙的研制。
华中理工大学可自行制备LOM工艺用纸。
北京隆源公司通过研究，开发了可用于SLS工艺的工程塑料、精铸蜡等，用这些材料共制作了1500余个原型、20Q余件铸件。
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RP前端数据转换和处理
国内这方面的工作较薄弱。各个研究单位基本自行开发了从CAD数据文件到RP的转换和处理程序，但质量都有待提高。目前国内通用的数据处理软件还不多见。清华大学采用Visua1 C++ 4.2开发了一套可运行于Win95和WinNT操作系统上的通用RP数据处理软件Lark97，可实现STL文件显示，交换，拓扑信息提取，错误检验和修复。
反求工程也是RP前端数据转换和处理的重要内容。当前国内从事反求工作研究的有：
浙江大学CAD实验室在CT复原三维模型方面开展了大量的研究并取得较好成绩。
华中理工大学开发了三维激光彩色扫描系统3DLCS95，1995获得国家专利。
北京隆源公司实现了将片层反求数据（CT、CGI）和激光扫描数据直接转换成RP加工的数据。
清华大学激光快速成型中心进行的照片反求、CT反求研究。用片反求是通过提取实物照片的几何信息，重构实际物体的STL模型。有了STL模型，就可以用RPM系统制造出该物体的原型。该中心利用照片反求TDS系统，用汽车照片制造出了纸质的汽车原型。CT反求是指利用人体器官或工业零件的CT切片扫描文件，通过图象处理，提取物体的平面轮廓线，并通过层片间的插值，得到可以被RPM系统接受的层片文件格式。该中心正在进行人体器官（心脏）的CT反求研究。
西安交通大学完成了激光扫描法、层除法实验室系统的研制，并开发了反求工程的核心软件─CAD重构软件。
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RP后端应用技术
RP后端应用技术主要是指从原型到快速模具的转换工艺和设备研究。
殷华激光快速成形及模具技术有限公司引进了金属冷喷制模机和快速石墨电极研磨机，开展了以原型为母模采用上述设备制作金属模具的研究，并已向用户提供了数套模具。     
上海交通大学结合原型开展了涂料转移法精密铸造的研究、并成功地用于桑塔纳轿车轮胎模具的制造。
清华大学现正在开展大型陶瓷型技术、尺寸凝固模拟等技术研究。
西安交通大学研究了从原型到石墨电极的制备方法并开发了相应设备（GET─500A），已实现了由CAD→原型→整体石墨电极→钢制模具的工程服务，还开展了陶瓷型精铸，硅橡胶复型、简易树脂型腔模具制造技术研究，可承接模具的快速制造服务。
北京隆源公司开展了快速铸造技术的应用研究，并取得可喜成绩。
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美国的3D Systems公司、Strategy’s公司、Helices公司等均在各自的RPM产品上申请了专利。如美国的3D Systems公司采用的专利号为4575330（1986年3月11日）、 Strategy’s公司采用的专利号为5121329（1992年6月9日）。欧洲、日本等国也有一些公司拥有RPM产品方面的专利。 为了保护知识产权，上述许多公司还申请了多项专利，有的内容只涉及点滴的技术诀窍。这些专利并不是在中国申请的。
我国的清华大学、华中理工大学、西安交通大学、北京隆源公司等也都申请了有关RPM产品方面的专利。除了清华大学的关于多功能快速成型制造系统的专利（专利号：96104747.X）等少数专利以外，绝大多数尚处于申报阶段。
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产业化原则
产业化技术路线和方法

产业化原则
RP技术产业化应当遵循以下两个原则：
产品产业化过程与其工程应用、市场开发相结合：
显然，高质量、高可靠度产品的研制成功是产业化的前提，但更为重要的是在产品研制的同时就应抓住需求最强劲的领域建立应用实体，并通过这个实体将产品推向更为宽阔的市场。本着这种原则，清华大学企业集团殷华公司在产品从单件生产达到小批量的时候，不失时机地与一汽集团组建一汽实业清华模具技术有限公司，这是我国RPM拔术最大的应用实体。该实体的目标是建立基于RPM的大型覆盖模具制造系统，大量生产汽车车身覆盖件模具。 此生产系统不但需要大量的RPM设备，同时其产品－大型模具又是一汽所急需的，一汽本身就是一个巨大的RPM设备和模具市场。 并且还可以通过一汽再扩散到其他汽车集团及制造业。另外，这个新组建的公司，还准备生产超大型SSM设备。
跟踪与创新相结合：
RPM技术发展时间较短，其平均每年增长率超过45％，过高的速度增长隐含着设备的不完善性。 因而国外名牌产品不可能是十全十美的，必然会存在许多问题，不应采用纯拷贝式地仿制。当然，在研究开发初期，采取跟踪国外产品的技术路线是必须的，在跟踪的基础上，改进和创新是十分重要的。本项目申请单位有关RP技术的研究与开发体制充分说明了这一点。
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产业化技术路线和方法
与CIMS主题已有目标产品进一步相结合。如与三维CAD造型软件相结合的无需中间数据转换的RP数据处理软件系统的开发。
产品多样化。在产品系列的框架下，针对用户的不同需要，进行单件生产。建立产品图库及数据库。
单功能RP设备与多功能设备协调发展。前者主要服务于大型企业（有能力购买多台设备）；后者主要服务于RP服务中心和科研教学单位。
通过网络发展RP异地设计与制造，是促进RP技术发展及产品产业化的主要措施。产品开发单位强大的三维设计能力通过网络与RP服务中心的原型能力相结合，从而形成完整的设计/体系，并且应当建立用户数据库。
加强RP设备大型化和在微型机械制造中的应用。
加强基于数字成像技术的RP原型制造，开拓在医学康复工程和卫星遥感行业的应用。
加强特种材料如：生物活性材料，生物兼容性材料的快速成形。

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全球市场
|世界RP设备历年销售量曲线|世界上不同地区RP设备装机量|
|各个国家和地区RP设备装机数目统计|RP设备制造商销售量统计表|RP市场收入统计表|

世界RP设备历年销售量曲线
快速成形技术是当今世界上飞速发展的制造技术之一，自86年在美国首次出现以来到目前为止一直处于繁荣发展阶段，根据美国Wholes Associates咨询公司的RP市场98年调查报告：
93-97年度RP设备平均年销售量以58.7％的速度增长（如图），该行业97的产值达到$452.6m美元，其中RP设备产值达$184.6m美元，RP服务产值达$258m美元；
与CNC初期市场相比，RP行业的发展速度是相当惊人的，88-97年度RP产值以53.6%的年平均速度增长，而在70-81年度，CNC市场的年平均增长率为22%；
快速原型与制造技术如此受到青睐，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。

世界RP设备历年销售量曲线
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世界上不同地区RP设备装机量
据“Rapid Prototyping & Tooling - State of the Industry(1998 Worldwide Progress Report)”(by Terry T. Wholes)中权威资料统计显示：
截止到97年底，RP设备在不同国家和地区的装机情况如图所示；
北美地区的装机量仍为最大，占所有设备的49.9%，但该比例已比前一年的52.6%有所下降；
欧洲地区所在比例则有所上升，从前一年的21.6%上升到23.2%；
亚太地区则上升了约1个百分点，达到26.2%；
以上资料是从全世界已安装的3289台RP设备中的3016台的统计中得出的，具有较大的可信度。需要补充和值得注意的是，该统计资料中的数据均不包含国内RP制造商如清华大学等单位的销售量，所以这些数字略有出入。

世界上不同地区RP设备装机量
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各个国家和地区RP设备装机数目统计
    截止到1997年底，世界上不同国家的RP设备装机情况如下表所示，其中标明“1997”的列为仅在该年度安装的台数。
Country国家和地区        Total        1997
United States        1473        451
Canada        32        19
Austria        4        1
Belgium        6        1
Chile        1        1
Czech Republic        3        3
Denmark        5        2
Finland        11        5
France        76        21
Germany        263        94
Greece        9        4
Ireland        2        0
Italy        86        38
Luxembourg        1        0
Malta        1        0
The Netherlands        7        4
Norway        3        2
Poland        2        2
Portugal        1        1
Romania        2        0
Slovenia        1        1
Spain        8        5
Sweden        44        16
Switzerland        8        3
United Kingdom        114        56
Other European countries        7        0
South Africa        5        2
Israel        1        1
Iran        1        0
Jordan        1        0
Russia        19        7
Turkey        8        5
Australia        22        7
China        17        9
China Hong Kong        55        33
China Taiwan        32        13
India        22        13
Indonesia        2        0
Japan        550        187
Korea        45        13
Malaysia        11        9
Singapore        26        8
Thailand        9        5
Argentina        1        1
Brazil        8        4
Columbia        1        0
Peru        1        0
Uruguay        1        0
Other South American Count.        2        0
Mexico        3        1
Other Non-European Countries        4        0
Total        3016        1048
Source: Wholes Associates, Inc.
说明：有关中国装机量的统计数据略小于实际数字。

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应用领域
由于快速成形技术的特点，它一经出现即得到了广泛应用。目前它已广泛应用于航空航天、汽车、机械、电子、电器、医学、建筑、玩具、工艺品等许多领域，取得了很大成果。
|新产品开发中的应用|快速模具制造|医学| 试验分析模型| 建筑行业
|快速原型与陶瓷型结合制造模具新技术|快速成形在工业界中应用情况统计|

医学
熔融挤压快速成形在医学上具有极大的应用前景。
根据CT或MRI的数据，应用熔融挤压快速成形的方法可以快速制造人体的骨骼（如颅骨、牙齿）和软组织（如肾）等模型，并且不同部位采用不同颜色的材料成形，病变组织可以用醒目颜色。这些人体的器官模型对于帮助医生进行病情诊断和确定治疗方案极为有利，受到医学界的极大重视。
在康复工程上，采用熔融挤压快速成形的方法制造人体假肢具有最快的成形速度，假肢和肌体的结合部位能够做到最大程度的吻合，减轻了假肢使用者的痛苦。
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试验分析模型
快速成形技术还可以应用在计算分析与试验模型上。例如，对有限元分析的结果可以做出实物模型，从而帮助了解分析对象的实际变形情况。
另外，凡是涉及到空气动力学或流体力学实验的各种流线型设计均需做风洞等试验，如飞行器、船舶、高速车辆的设计等，采用RP原型可严格地按照原设计将模型迅速地制造出来进行测试。
对各种具有复杂的空间曲面的设计更能体现RP的特点。
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建筑行业
模型设计和制造是建筑设计中必不可少的环节，采用RP技术可快速准确地将模型制造出来。
此外，在考古和三维地图的设计制作等方面也有应用的报道。
在艺术品领域采用RP技术可以使艺术家的创作快速完成。

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快速成形技术最重要的应用领域就是新产品的开发。在新产品开发过程中，物理原型的价值是无可限量的，主要包括以下几方面：
外形设计：
很多产品特别是家电产品和汽车等对外形的美观和新颖性要求极高。传统检验外形的方法是将产品图形显示于计算机终端，但经常发生“画出来好看而做出来不好看”的现象。采用RP技术可以很快做出原型，供设计人员和用户审查，使得外形设计及检验更直观有效快捷。
检查设计质量：
以模具制造为例，传统的方法是根据几何造型在数控机床上开模，这对于一个价值数十万乃至数百万元的复杂模具来说风险太大，设计上任何不慎反映到模具上就是不可挽回的损失。RP方法可在开模前真实而准确地制造出零件原型，设计上的各种细微问题和错误就能在模型上一目了然地显示出来，这就大大减少了开模风险。
功能检测：
设计者可以利用原型快速进行功能测试以判明是否最好地满足设计要求，从而优化产品设计。如风扇、风鼓等的设计，可获得最佳的扇叶曲面、最低噪音的结构等。
手感：
通过原型，人们能触摸和感受实体，这对照相机、手握电动工具的外形设计极为重要，这一点在人机工程应用方面具有广泛的意义。
装配干涉检验：
在有限空间内的复杂系统，对其进行装配干涉检验是极为重要的，如导弹、卫星系统。原型可以用来做装配模拟，观察工件之间如何配合、如何相互影响。如汽车发动机上的排气管，由于安装关系极其复杂，通过原型装配模拟可以一次成功地完成设计。
供货询价及用户评价等：
由于能及时提供产品模型给用户评价，更大大增加了产品的竞争力。
反求工程（Reverse Engineering）：
反求工程是通过实物或技术资料对已有的先进产品进行分析、解剖、试验，了解其材料、结构、组成、性能、功能，掌握其工艺原理和各种机理，以进行仿制、改进或发展创造新产品的一种产品开发方法。利用三维激光测量仪和快速成形技术，可以方便地对现有产品进行复制、分析和修改，从而可以有效地提高新产品开发的效率和质量。这对于像中国这样的发展中国家来说，更具有积极的现实意义。
总体来说，通过快速制造出物理原型，可以尽早地对设计进行评估，缩短设计反馈的周期，方便而又快速地进行多次设计反复，大大提高了产品开发的成功率，开发成本大大降低，总体的开发时间也大大缩短。
目前由于受到可成形材料的限制，大部分的快速成形工艺多以制作概念模型见长。而对于熔融挤压快速成形工艺来说，一般的热塑性材料均可成形，并且成形零件的强度可达到材料强度的80％左右，尤其是ABS等高聚物材料制作出的模型由于具有很高的强度和质量，因此特别适于制作设计的功能模型。在电器行业，很多零件都是ABS等工程塑料制作的，此时ABS等高聚物材料制造的原型可直接作为零件使用。

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应用快速成形方法快速制作工具或模具的技术一般称为快速工/模具技术（Rapid Tooling，简称RT），目前它已成为快速成形技术的一个新的研究热点。由于传统模具制作过程复杂、耗时长、费用高，往往成为设计和制造的瓶颈，因此应用快速成形技术制造快速经济模具成为该技术发展的主要推动力之一。直接用快速成形技术制造金属零件或模具更是RP领域研究人员的目标，目前也已取得一定的成果，但尚不能应用于实践，因此需要金属零件或要进行批量生产时，还需要利用快速成形技术与各种转换技术相结合，间接制造金属零件或模具。
快速成形工艺制作的零件原型，可以与熔模铸造、喷涂法、陶瓷模法、研磨法、电铸法等转换技术相结合来制造金属模具或金属零件(如图所示)。

常用的基于RP技术的快速模具制造技术有以下几种：
喷涂法：
采用喷枪将金属喷涂到RP原型上形成一个金属硬壳层，将其分离下来，用填充铝粉的环氧树脂或硅橡胶支撑，即可制成注塑模具的型腔。这一方法省略了传统加工工艺中的详细画图、数控加工和热处理三个耗时费钱的过程，因而成本只有传统方法的几分之一。生产周期也从3～6周减少到一周，模具寿命可达10000次。
Hauser Mann研磨法：
将环氧树脂碳化硅磨料的混合物浇附在RP原型上，产生一个工件的印模，此印模可作为压力振动法研磨工具，用以制造形状复杂的石墨电极（电火花加工用）。
尿烷铸造：
又称室温固化（RTV）型铸造，在航空航天、体育用品、玩具和装饰品等很多领域中应用广泛。可用RP原型制作RTV硅铜模，用于小批量生产多种塑料零件。
真空成形：
真空成形已广泛应用于塑料杯、食品包装、高档家具以及汽车内部装饰件等领域。由于成形过程的温度低于130ºF，多种RP原型可直接用做真空成形铸模，从而有效地缩短了生产时间并降低了成本。
基于RP原型的精密铸造模具：
如根据实物的RP原型（正型）可翻制成硅胶型腔（负型）再翻制成陶瓷型（正型）；利用陶瓷正型可精铸出一个金属（如锌铝合金、铍铜）型腔（负型）用以注塑成形。
熔模铸造：
RP技术的最大优势在于它能迅速产生复杂的形状，而熔模铸造（失蜡铸造）的长处是利用模型制造复杂的零件，两者结合在一起，可快速制造出各种零件。这一方法已实用化，产生了巨大的经济效益。
近年来，在模具行业涌现出许多基于快速成形技术的模具制造新技术。这些新技术共同特点在于: 技术先进，成本低廉，设计制造周期短，精度适中。现已可做到对复杂的型腔曲面无需数控切削加工便可制造，从模具的概念设计到制造完毕仅为传统加工方法所需时间的1/3和成本的1/4左右。基于快速成形技术的模具可分为金属模具和非金属模具，金属模具又可分为直接或间接制造，下面即根据此分类举例加以说明。
(1) 间接制造金属模具
采用SLA原型，应用不同的消失模铸造工艺都可获得金属模具，主要有EPC(Expendable Pattern Casting) 法和Quick Casting法。Quick Casting是美国3D SYSTEMS公司的技术，美国福特公司采用此技术已生产用于汽车制造的模具。目前存在的主要问题是烧掉原型时发气量大，模具变形较大。FDM制造的蜡型用于精密失蜡铸造可得到金属模具。3D-P工艺中以陶瓷粉末为原材料得到的原型去除其间的粉末而得到一个半成品(Green Parts)，然后对其进行烧结去除树脂并提高其强度从而得到最终的产品(陶瓷型)。
(2) 直接制造金属模具
3D-P最大潜在优势在于可直接制造金属模具。对由金属粉末烧结后所得的原型可渗入熔点较低的金属最终得到一个金属基的复合材料(金属型)。控制和补偿烧结时产生的收缩是本技术的关键问题。SLS的原理与3D-P类似，其后续工序与3D-P是相同的。奥斯汀-德克萨斯大学和DTM公司已制造出形状很复杂的金属模具。
LOM工艺也具有直接制造金属模具的潜力，用金属箔材作为造型材料则可直接获得金属型(模具)，用陶瓷材料则可获得陶瓷型。
(3) 非金属模具
采用各种快速成形技术可直接将CAD模型(虚拟模型)转换为非金属的原型(物理模型), 在许多场合下可作模具使用。
美3D SYSTEMS公司开发出一种可直接用于发泡工艺的环氧树脂模具，称为 ACES (Accurate Clear Epoxy Solid)，其寿命可达1000件。正在开发以ACES为原型，喷涂Ni的注塑模具，其寿命据称将会是极高的。
杜邦(Dupont)公司开发出一种高温下工作的光固化树脂，用SLA工艺直接成形模具，用于注塑工艺其寿命可达22件，此技术（RP Direct Injection Molding Die）已转让给日本的Teijin Seiki公司。

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　|基于RP的陶瓷型精密铸造技术简介|陶瓷型精密铸造的基本原理|
|无焙烧陶瓷型精密铸造技术原理|无焙烧陶瓷型精密铸造关键技术|

基于RP的陶瓷型精密铸造技术简介
目前RP方法制造的原型主要以非金属型为主（如纸、ABS、蜡、尼龙、树脂等），在大多数情况下非金属原型无法直接作为模具使用，需要根据原型翻制为金属型。在众多非金属型转化为金属型的方法中（如失蜡铸造、消失模铸造、冷喷、陶瓷型精密铸造等），以陶瓷型精密铸造技术与RP技术相结合的方法为快速金属模具制造的最有效途径之一。
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陶瓷型精密铸造的基本原理
陶瓷型精密铸造是以耐火度高、热膨胀系数小的耐火材料作为骨料，硅酸乙脂水解液作为粘结剂，配制成陶瓷浆料，在催化剂的作用下，经过灌浆、结胶、硬化、起模、焙烧等一系列工序制成表面光洁度、尺寸精度高的陶瓷型，用以浇铸各种精密铸件。其主要特点是：
极好的复印性；
型腔精度高，表面光洁度好；
材料耐火度高，可以用来铸造各种合金、铸铁及碳钢等铸件；
工艺简单、易于操作；
成本低廉。
    陶瓷型精密铸造存在的问题：
对陶瓷型进行高温焙烧会产生裂纹、形变等影响陶瓷型铸件精度的问题，同时对于大型陶瓷型，其焙烧炉的规模及炉内温度场的均匀性也是较难解决的问题，故无焙烧陶瓷型技术势在必行。
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无焙烧陶瓷型精密铸造技术原理
    无焙烧陶瓷型精密铸造技术的工艺流程如图所示。
　            
             (a) RP原型        (b) 覆盖等厚薄膜     (c) 沙套造型
　   
            (d)取出原型及薄膜     (e) 放回原型         (f) 灌浆
　   
                (g) 起模             (h) 喷烧            (I) 合箱浇铸

(j) 清理抛光
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无焙烧陶瓷型精密铸造关键技术
无焙烧陶瓷浆料配方：
由粘结剂、耐火材料、胶凝催化剂、稀释剂、透气剂等组成；
陶瓷型强度：
由于陶瓷型在转化为金属型的过程中要承受高温液态金属的冲刷，同时还需承受金属的充型压力，故要求陶瓷型需要有较高的强度。通过正交实验合理调整陶瓷浆料各组分的配比，可以使其强度达到最佳。
特殊的灌浆工艺：
在真空环境下振动灌浆，同时根据浆料粘度，掌握好最佳灌浆时机，从而避免产生粘膜、分层、较大裂纹、夹气等缺陷；
起模时间：
掌握好陶瓷型最佳起模时间尤为重要，灌浆后的陶瓷浆料经胶凝、硬化、至陶瓷型呈现出弹性状态，起模最为适宜。通过调整陶瓷浆料中催化剂的加入量，使陶瓷型在不同温度、湿度条件下的最佳起模时间保持不变；
起模装置：
对于特殊要求的铸件，需采用RP原型直接转化为陶瓷型的方法，由于RP原型与陶瓷型之间形成真空，使起模力很大，为此我们设计了通用的起模装置，使RP原型能够克服起模力，从陶瓷型中平稳提升。

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目前已应用快速成形技术的工业部门有很多，据“Rapid Prototyping & Tooling - State of the Industry(1998 Worldwide Progress Report)”(by Terry T. Wholes)中权威资料统计显示，快速成形技术已广泛应用在消费产品、商业设备、航空航天和汽车等诸多行业，在各行业部门中应用所占比例如图所示。
应用部门        比例
消费产品        27.8%
汽车        17.6%
商业机器        15.7%
航空航天        12.6%
医学        9.0%
学术研究机构        6.9%
政府/军事        5.2%
其他        5.3%
RP原型的具体使用方式也多种多样，使用最多的是作为图象辅助工具（visual aids）既作为物理实体广泛应用在工程、工具、报价和表达建议等方面，约占总体应用中的36%，约28%的原型用做安装和功能应用中，约25%的原型用做成形工具和金属铸造中的母模。具体应用方式比例如图所示。由图可以看出，很多部门将RP原型用在多个不同方面，而不是仅仅一个目的。
RP用途        所占比例
工程视觉辅助Visual aids for engineering        16.6%
工具制造视觉辅助Visual aids for toolmakers        6.8%
提议Proposals        8.1%
报价Quoting        4.1%
装配Fit/Assembly        14.6%
功能模型Functional models        13.3%
原型工具母模Patterns for prototype tooling        14.9%
金属铸造母模Patterns for cast metal        10.0%
直接工具内嵌物Direct tooling inserts        3.3%
人类环境改造学研究Ergonomic studies        5.4%
其他Other        3.0%

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    快速原型技术已在我国众多领域以不同的形式推广应用。
成立了以RPM技术服务为主业的技术服务中心
深圳生产力促进中心和殷华快速模具制造有限公司均是以提供RPM技术服务为主业的技术服务中心。
深圳生产力促进中心自1995年7月对外承接任务以来，已经为美的冷气机制造有限公司、康佳电子集圃公司、珠海格力电器有限公司、MOTOROLA通讯设备公司等20多家企业提供了服务，总共制作原型200多件。
深圳殷华公司自1997年4月起，已为深圳惠而蒲集团、TCL集团、长城集团、珠海协和集团、中山小霸王集团、惠州麦科特集国等提供服务。该公司不仅提供快速原型制做，同时还提供工业设计、模具制造等配套技术服务。
高技术开发公司开展应用研究与技术服务
北京隆源自动成型系统公司不仅成功地开发出了快速成型机与配套的成型材料，为了推广RPM技术的应用，开展了快速铸造技术与模具制造技术的研究。先后给中国一汽集团，浙江摩托车厂、金城集团、中国（济南）轻骑集团、新大洲摩托车制造公司、华北光学仪器厂、航天工业总公司某所、冶金部钢铁研究院、GM公司及松下（北京）公司等四百余家企事业单位制作了发动机、齿轮箱外壳、摩托车覆盖件、后帆镜、TV外壳、液氧泵、涡轮泵、叶片、PLC控制器外壳、碎纸机外壳、高尔夫球杆头、电视机、医用产品。工艺产品等共计数百种千余件原型和样件，积累了较丰富的经验。
高等院校开展应用研究与技术服务
清华大学、华中理工大学、西安交通大学不仅研究开发了快速成型设备、成型材料和快速模具制造技术，井均向社会提供快速原型和模具制造技术的服务。
国内大企业自行购买RPM设备
国内企业为提高市场竞争能力，自行购置RPM设备的有新飞冰箱（SLA500）、上菱公司（SLA500）、上海汽车研究所（SOUP600）、华宝（SLA500）、康佳、科龙、春兰、海信（SOUP600）等单位。
新的RPM技术服务中心正在组建中
RPM技术服务中心是推广我国RPM技术应用的一种有效的组织形式。目前在国家、地方政府的支持下，产、学、研结合的RPM技术服务中心正在组建中。

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   一、RP原理
1.RP(Rapid Prototyping)
  RPM(Rapid Prototyping Manufacturing)
  RP&M(Rapid Prototyping & Manufacturing)        快速原型制造
2.RP/M(Rapid Prototyping/Part Manufacturing)        快速原型/零件制造
3.LRF(Laser Rapid Forming)        激光快速成形
4.MRM(Material Removing Manufacturing)        材料去除制造
5.MIM(Material Increasing Manufacturing)        材料累积制造
6.QRM(Quick Response Manufacturing)        快速响应制造
7.FFF(Free From Fabrication)        自由成形制造
8.SFF(Solid Freeform Fabrication)        实体自由成形制造
9.LM(Layered Manufacturing)        分层制造
10.AMT(Advance Manufacturing Technology)        先进制造技术
11.Bionical Forming        仿生制造
12.Dispersed/Accumulated Forming        离散/堆积成形
13.Subtracted Forming        去除成形
14.Forced Forming        受迫成形
15.Growing Forming        生长成形
16.AFM(Anatomic Facsimile Model)        分解复制制造
17.DTM(Desk Top Manufacturing)        桌面制造
18.RPD(Rapid Product Development)        快速产品开发
19.STL(Surface Triangle List or Stereo
   Lithography) File        表面三角化数据格式文件
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二、RP工艺
1.SL(Stereo Lithography)        立体光固化
2.LOM(Laminated Object Manufacturing)
  SSM(Slicing Solid Manufacturing)
  SOM(Stratified Object Manufacturing)        叠层实体制造
3.Layered Manufacturing        叠层制造
4.FDM(Fused Deposition Modeling)        熔融沉积成形
5.MEM(Melted Extrusion Modeling)        熔融挤压成形
6.MJM(Melted Jet Modeling)        熔融喷射成形
7.SLS(Selective Laser Sintering)        激光选区烧结
8.3DP(Three Dimensional Printing)        三维打印
9.3D Plotting(Three Dimensional Plotting)        三维绘图
10.DSCP(Direct Shell Casting Process)        直接壳型铸造
11.MJS(Multiple Jet Solidification)        多相喷射固化
12.SGC(Solid Ground Curing)        复印固化成形
13.BPM(Ballistic Particle Manufacturing)        弹道粒子制造
14.PCM(Pattern less Casting Manufacturing)        无模样铸造
15.CC(Contour Craft)        轮廓成形
16.Selective Spray and deposition(SSD)        选区喷涂沉积
17.Beam Interference Solidification(DIS)        光束干涉固化
18.Selective Area Laser Deposition(SALD)        激光选区沉积
19.Shape Deposition Manufacturing(SDM)        形状沉积制造
20.Holographic Interference Solidification(HIS)        全息干涉固化
21.Laser Engineering Net Shaping        激光净成形
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三、RP材料
1.Laminated Composite        层状复合材料
2.Coverde Paper(Coated Paper)        涂敷纸
3.Wax Filament        蜡丝
4.ABS Filament        ABS丝
5.Nylon Filament        尼龙丝
6.Wax Powder        蜡粉
7.Metallic Powder        金属粉
8.Alloy Powder        合金粉
9.Ceramic Powder        陶瓷粉
10.Resin Sand        树脂粉
11.Curable Resin        光固化树脂
12.Vapor Deposition Coating        气相冲积涂层
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四、快速模具（RT）
1.RT(Rapid Tooling)        快速制模
2.RM(Rapid Molding)        快速模具制造
3.CSM(Cold Spray Mould)        冷喷模
4.Hard Tooling        硬模
5.Soft Tooling        软模
6.Bridge Tooling        过渡模
7.Investment Flask Casting Mould        有箱熔模
8.Epoxy Mould        环氧树脂模
9.Rubber Mould        橡胶模
10.Injection Mould        注射成形模
11.Abrading Die EDM Tools(Hauser man Process)
   Graphite Electrode Grounding Technique        石墨电极研磨法
12.SRM(Silicon Rubber Mould)        硅胶模
13.HSM(Hot Spray Mould)        热喷模
14.Unbaked Ceramic Molding        无焙烧陶瓷型
15.Room Temperature Vulcanizing(RTV) Molding        室温硫化模
16.Spray Metal Molding        金属喷涂模
17.Resin Transfer Molding        树脂过渡模
18.Vacuum Form Tooling        真空成形制模
19.Epoxy Tooling        环氧树脂制模

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