快速成型技术在新产品快速开发中的应用研究

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1、快速成型技术在新产品快速开发中的应用研究摘要：本文介绍了快速成型技术在产品的设计评估与审核、产品的功能试验、与客户及订购商的交流及快速模具方面的应用■案例，在金业的新产品快速开发中，该项技术是加快产品的研发周期、提高企业市场竞争能力的关键使能技术之一。关键词：快速成型，产品开发，制造系统1前言近20年来，制造业市场环境发生了巨大变化：一方面表现为消费者兴趣的短时效性和消费者需求日益主体化、个性化及多元化；另一方面则是区域性、国际性市场壁垒的淡化或打破，使制造厂商不得不着眼于全球市场的激烈竞争。快速将多样化的产品推向市场是制造商把握山场先机而求生存的重要保障。由此导致了制造

2、价值观从面向产品到面向顾客的重定向、制造战略重点从成本与质量到时间与响应的转移等。此可视为各国致力于C1MS、并行工程、敏捷制造等现代制造模式研究与实践的重要背景。传统制造业的战略是规模效益第一，80年代乂提出价格第一和质量第一，90年代以来，已发展为市场响应第一。快速响应制造已成为国际研究的热点。自动化制造系统是以响应市场定单为重点的。如今市场的机遇要靠企业去把握、去创造。因此，产品的快速开发是快速响应制造的龙头，将成为赢得21世纪国际市场竞争的关键。80年代以來，由于光、机、电、材料科学的发展，一个基于材料累加原理的快速原型制造技术（RP）诞生了。短短儿年之内，这一技

3、术就为制造业广泛接受。利用这一技术可以在计算机控制下，迅速将CAD数字模型变为零件的物理模型。因而CAD-RP原型一评价一CAD修改己逐渐成为保证一次设计成功的新设计模式。在家电、汽车制造业中，模具成形零件占了制造工时的50%〜70%。近几年來发展起来的基于RP的RT技术，可以快速将RP原型复制出各种工程材料的样件或小批量功能零件，实现产品的试产试销，以争取定单或占领市场。RT技术还可以迅速获得电极制造钢制模具。这一方法可制造注塑模、压铸模、冲压模等各类精密复杂模具。H前快速成型技术已经广范应用于汽车、航空航天、船舶、家电、工业设计、医疗、建筑、工艺品制作以及儿童阮具等领

4、域，并且随着这一技术本身的不断发展和完善，其应用范I韦I将不断拓广。2快速成型技术在产品的快速开发中的应用与案例2.1产品的设计评估与审核在现代产品设计中，设计手段日趋先进，CAI）计算机辅助设计使得产品设计快捷、直观，但由于软件和硬件的局限，设计人员仍无法直观地评价所设计产品的效果、结构合理性及生产工艺的可行性。为提高设计质量，缩短生产试制周期。快速成型系统可在几个小时或几天内将设计人员的图纸或CAD模型转化成现实的模型和样件。这样就可进行设计评肚，迅速地取得用户对设计的反馈意见。同时也有利于产品制造者加深对产品的理解，合理地确定生产方式、工艺流程。与传统模型制造相比，

5、快速成型方法速度快，能够随时通过CAD进行修改与再验证，使设计走向尽善尽美。图1为西北快速成型生产力促进中心为西北国际电信股份有限公司的医疗仪器产品做产品快速开发服务的典型案例，此产品是由西北国际电信股份有限公司开发，用于人体辅助治疗的医电产品，要求外形美观，符合人体工学，而且在设计阶段能进行试装配。图中@）图为用户采用传统的办法制作的橡胶与铝质手工模型，制作周期为15天，无法满足用户的设计评估需耍，（b）图为通过快速成型制作的树脂模型，耗时6小时，完全满足了用户的设计评估需要，通过试装配与外形评估，对产品的外形及功能结构做了重新修改，达到了理想要求。这一设计验证过程，使

6、设计更趋完美，极大缩短了开发周期，避免了有H投产造成的浪费。传统的手工模型制作与快速成型在产品的设计与评估屮的比较见表1。表1传统的手T模型制作与快速成型在产品的设计与评估中的比较传统的手工模型制作快速成型制作制作精度低高制作时间较长较短表面质量差rrj可装配性不可装配较好外形逼真程度较差与实物一致美观效应较差好制作成本低高由上表中的比较可以看出，虽然快速成型制作的成木高一些，但在新产品的快速开发成为金业生存与发展的瓶颈的市场环境下，快速成型制作己成为企业新产品开发的必耍环节。2.2产品功能试验由快速成型制作的原型具有一定的强度，可用于传热、流体力学试验，可用于产品受载应

7、力应变的实验分析。例如，美国GM在为其97年将推出的某车型开发中，直接使用快速成型制作的模型进行车内空调系统、冷却循环系统及冬用加热取暖系统的传热学试验，较之以往的同类试验节省花费达40%以上。国营西安东方机械厂导弹引信叶轮的开发的传统流程为：设计一制作钢模具一尼龙66成型一功能实验一设计修改，开发周期为3〜5个月，费用为2~4万元，后来采用快速成型工艺制作叶轮的树脂模型（图2a）,直接用于弹道试验，引信叶轮的临界转速高达50000rpm,制作时间为1.5小时，费用仅为400元，极大地加快了我国导弹引信的开发速度。图2b为江阴