快速成型技术现状与行业发展趋势

1、快速成型技技术行业业现状与与产业发展趋趋势杭州先临三三维科技技股份有有限公司司2012.5.228目 录录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc325957064 1.快速成成型技术术发展历历史及现现状 PAGEREF _Toc325957064 h 1 HYPERLINK l _Toc325957065 1.1快速速成型技技术发轫轫的背景景 PAGEREF _Toc325957065 h 1 HYPERLINK l _Toc325957066 1.2快速速成型技技术的优优点、原原理和工工艺 PAGEREF _Toc325957066 h 2 HYPERLINK l

2、_Toc325957067 1.2.11快速成成型技术术的优点点 PAGEREF _Toc325957067 h 2 HYPERLINK l _Toc325957068 1.2.22快速成成型的基基本原理理 PAGEREF _Toc325957068 h 2 HYPERLINK l _Toc325957069 1.2.33快速成成型的工工艺方法法 PAGEREF _Toc325957069 h 4 HYPERLINK l _Toc325957070 1.3 快快速成型型技术的的发展 PAGEREF _Toc325957070 h 10 HYPERLINK l _Toc325957071 1.3

3、.11 快速速成型技技术的发发展历史史 PAGEREF _Toc325957071 h 10 HYPERLINK l _Toc325957072 1.3.22 快速速成型技技术的发发展方向向 PAGEREF _Toc325957072 h 11 HYPERLINK l _Toc325957073 2 快速速成型技技术行业业及产业业 PAGEREF _Toc325957073 h 12 HYPERLINK l _Toc325957074 2.1 快快速成型型技术的的行业应应用现状状 PAGEREF _Toc325957074 h 12 HYPERLINK l _Toc325957075 2.1.

4、11医学应应用 PAGEREF _Toc325957075 h 12 HYPERLINK l _Toc325957076 2.1.22 制造造领域 PAGEREF _Toc325957076 h 12 HYPERLINK l _Toc325957077 2.2 快快速成型型技术的的行业市市场主体体分析 PAGEREF _Toc325957077 h 13 HYPERLINK l _Toc325957078 2.3 快快速成型型技术的的产业发发展现状状及趋势势 PAGEREF _Toc325957078 h 14 HYPERLINK l _Toc325957079 2.3.11 快速速成型技技术

5、产业业发展状状况 PAGEREF _Toc325957079 h 14 HYPERLINK l _Toc325957080 2.3.22全球市市场 PAGEREF _Toc325957080 h 16 HYPERLINK l _Toc325957081 2.3.33亚太市市场 PAGEREF _Toc325957081 h 16 HYPERLINK l _Toc325957082 3 国内快快速成型型技术产产业发展展的机遇遇及挑战战 PAGEREF _Toc325957082 h 19 HYPERLINK l _Toc325957083 3.1国内内快速成成型技术术产业发发展现状状 PAGER

6、EF _Toc325957083 h 19 HYPERLINK l _Toc325957084 3.1.11国内快快速成型型技术的的研发和和推广情情况 PAGEREF _Toc325957084 h 20 HYPERLINK l _Toc325957085 3.1.22国内的的快速成成型技术术的应用用情况 PAGEREF _Toc325957085 h 20 HYPERLINK l _Toc325957086 3.1.33国内快快速成型型技术企企业的典典型企业业列举 PAGEREF _Toc325957086 h 20 HYPERLINK l _Toc325957087 3.2 国国内快速速成

7、型技技术产业业的发展展机遇 PAGEREF _Toc325957087 h 27 HYPERLINK l _Toc325957088 3.2.11 国内内外的市市场环境境利于快快速成型型技术产产业发展展 PAGEREF _Toc325957088 h 27 HYPERLINK l _Toc325957089 3.2.22 国内内的政策策环境利利于快速速成型技技术产业业发展 PAGEREF _Toc325957089 h 27 HYPERLINK l _Toc325957090 3.3 国国内快速速成型技技术产业业面临的的挑战 PAGEREF _Toc325957090 h 28 HYPERLI

8、NK l _Toc325957091 3.3.11 快速速成型技技术在向向产品生生产化发发展中所所存在的的主要问问题 PAGEREF _Toc325957091 h 28 HYPERLINK l _Toc325957092 3.3.22 快速速成型技技术产业业面临的的应用化化挑战 PAGEREF _Toc325957092 h 2929快速成型技技术行业业现状与与产业发展展趋势 本文引用了期刊、网站、新闻上的介绍性资料，大部分未进行标注出处，本文仅作参考资料使用，没有侵犯引文作者的知识产权的意思。 本文引用了期刊、网站、新闻上的介绍性资料，大部分未进行标注出处，本文仅作参考资料使用，没有侵犯引

9、文作者的知识产权的意思。黄贤清 何何文浩1.快速成成型技术术发展历历史及现现状1.1快速速成型技技术发轫轫的背景景在新产品的的开发过过程中，总总是需要要在投入入大量资资金组织织加工或或装配之之前对所所设计的的零件或或整个系系统加工工一个简简单的例例子或原原型。这这样做主主要是因因为生产产成本昂昂贵，而而且模具具的生产产需要花花费大量量的时间间准备，因因此，在在准备制制造和销销售一个个复杂的的产品系系统之前前，工作作原型可可以对产产品设计计进行评评价、修修改和功功能验证证。 一个产品的的典型开开发过程程是从前前一代的的原型中中发现错错误，或或从进一一步研究究中发现现更有效效和更好好的设计计方案，

10、而而一件原原型的生生产极其其费时，模模具的准准备需要要几个月月，因此此一个复复杂的零零件用传传统方法法加工非非常困难难。 20世纪770年代代末到880年代代初期，美美国和日日本的四四位研究究人员各各自独立立地提出出了快速速成型（Rapid Prototyping：RP）的技术设想，即利用连续层的选区固化生产三维实体。在图1中，快快速成型型技术的的一般步步骤得以以展示：首先利利用三维维造型软软件设计计出（或或者通过过三维数数字化反反求工程程获得）产品的三维实体模型，再利用RP处理软件将该三维实体模型进行离散、分层，然后将离散后的数据登录RP设备进行制造。图1 分层层资料生生成示意意图快速成型技

11、技术是近近年来发发展起来来的直接接根据CCAD模模型快速速生产样样件或零零件的成成组技术术总称，它它集成了了CADD技术、数数控技术术、激光光技术和和材料技技术等现现代科技技成果，是是先进制制造技术术的重要要组成部部分。与与传统制制造方法法不同，快快速成型型从零件件的CAAD几何何模型出出发，通通过软件件分层离离散和数数控成型型系统，用用激光束束或其它它方法将将材料堆堆积而形形成实体体零件。由由于它把把复杂的的三维制制造转化化为一系系列二维维制造的的叠加，因而可可以在不不用模具具和工具具的条件件下生成成几乎任任何复杂杂的零部部件，极极大地提提高了生生产效率率和制造造柔性。 1.2快速速成型技技

12、术的优优点、原原理和工工艺1.2.11快速成成型技术术的优点点 （1）快速速成型作作为一种种使设计计概念可可视化的的重要手手段，计计算机辅辅助设计计零件的的实物模模型可以以在很短短时间内内被加工工出来，从从而可以以很快对对加工能能力和设设计结果果进行评评估。用用快速成成型与直直接数字字化制造造技术，可可使成本本下降为为数控加加工的11/3-1/55,周期期缩短为为1/55-1/110。（2）由于于快速成成型技术术是将复复杂的三三维型体体转化为为两维截截面来解解决，因因此，它它能制造造任意复复杂型体体的高精精度零件件，而无无须任何何工装模模具。（3）快速速成型作作为一种种重要的的制造技技术，采采

13、用适当当的材料料，这种种原型可可以被用用在后续续生产操操作中以以获得最最终产品品。 （4）快速速成型操操作可以以应用于于模具制制造，可可以快速速、经济济地获得得模具。（5）产品品制造过过程几乎乎与零件件的复杂杂性无关关，可实实现自由由制造,这是传传统制造造方法无无法比拟拟的。 1.2.22快速成成型的基基本原理理 基于材料累累加原理理的快速速成型操操作过程程实际上上是一层层一层地地离散制制造零件件。为了了形象化化这种操操作，可可以想象象一整条条面包的的结构是是一片面面包落在在另一片片面包之之上一层层层累积积而成的的。快速速成型有有很多种种工艺方方法，但但所有的的快速成成型工艺艺方法都都是一层层

14、一层地地制造零零件，区区别是制制造每一一层的方方法和材材料不同同而已。 1.2.22.1三维维模型的的构造 在三维CAAD设计计软件(如Prro/EEUGGSooliddWorrksSollidEEdgee等)中中获得描描述该零零件的CCAD文文件，如如图2(a)中所示示的三维维零件。目目前一般般快速成成型支持持的文件件输出格格式为55TL模模型，即即对实体体曲面近近似处理理，即所所谓面型型化(TTessselllatiion)处理，是是用平面面三角面面片近似似模型表表面。这这样处理理的优点点是大大大地简化化了GAAD模型型的数据据格式，从从而便于于后续的的分层处处理。由由于它在在数据处处理上

15、较较简单，而而且与CCAD系系统无关关，所以以很快发发展为快快速成型型制造领领域中CCAD系系统与快快速成型型机之间间数据交交换的准准标准，每每个三角角面片用用4个数数据项表表示，即即3个顶顶点坐标标和法向向矢量，而而整个CCAD模模型就是是这样一一组矢量量的集合合。 在三维CAAD设计计软件对对C.AAD模型型进行面面型化处处理时，一一般软件件系统中中有输出出精度控控制参数数，通过过控制该该参数，可可减小曲曲面近似似处理误误差。如如Proo/E软软件是通通过选定定弦高值值(ehh-chhordd heeighht)作作为逼近近的精度度参数，如如图2为一球球体，给给定的两两种chh值所转转化的

16、情情况。对对于一个个模型，软软件中给给定一个个选取范范围，一一般情况况下这个个范围可可以满足足工程要要求。但但是，如如果该值值选的太太小，要要牺牲处处理时间间及存贮贮空间，中中等复杂杂的零件件都要数数兆甚至至数十兆兆左右的的存贮空空间。并并且这种种数据转转换过程程中无法法避免地地产生错错误，如如某个三三角形的的顶点在在另一三三角形边边的中间间、三角角形不封封闭等问问题是实实践中经经常遇到到的，这这给后续续数据处处理带来来麻烦，需需要进一一步检查查修补。图2 不同同ch值值时的效效果 (a) ch=0.005 (b) ch=0.221.2.22.2三维维模型的的离散处处理 通过专用的的分层程程序

17、将三三维实体体模型(一般为为5TLL模型)分层，分分层切片片是在选选定了制制作(堆堆积)方方向后，需需对CAAD模型型进行一一维离散散，获取取每一薄薄层片截截面轮廓廓及实体体信息。通通过一簇簇平行平平面沿制制作方向向与CAAD模型型相截，所所得到的的截面交交线就是是薄层的的轮廓信信息，而而实体信信息是通通过一些些判别准准则来获获取的。平平行平面面之间的的距离就就是分层层的厚度度，也就就是成型型时堆积积的单层层厚度。在在这一过过程中，由由于分层层，破坏坏了切片片方向CCAD模模型表面面的连续续性，不不可避免免地丢失失了模型型的一些些信息，导导致零件件尺寸及及形状误误差的产产生。切切片层的的厚度直

18、直接影响响零件的的表面粗粗糙度和和整个零零件的型型面精度度，分层层切片后后所获得得的每一一层信息息就是该该层片上上下轮廓廓信息及及实体信信息，而而轮廓信信息由于于是用平平面与CCAD模模型的SSTL文文件(面面型化后后的CAAD模型型)求交交获得的的，所以以轮廓是是由求交交后的一一系列交交点顺序序连成的的折线段段构成，所所以，分分层后所所得到的的模型轮轮廓已经经是近似似的，而而层层之之间的轮轮廓信息息已经丢丢失，层层厚大，丢丢失的信信息多，导导致在成成型过程程中产生生了型面面误差。 1.2.33快速成成型的工工艺方法法 目前快速成成型主要要工艺方方法及其其分类见见图3所示。图3 目前前快速成成

19、型主要要工艺方方法及其其分类尽管各种快快速成型型技术的的一般步步骤都相相同，但但不同的的工艺过过程其生生产制品品的方法法则有所所不同，以以下列出出RP工工艺的主主要几种种类型。1.2.33.1光光固化法法(Sttereeo llithhogrraphhy ) 光固化法是是目前应应用最为为广泛的的一种快快速成型型制造工工艺，它它实际上上比熔积积法发展展的还早早。光固固化采用用的是将将液态光光敏树脂脂固化(硬化)到特定定形状的的原理。以以光敏树树脂为原原料，在在计算机机控制下下的紫外外激光按按预定零零件各分分层截面面的轮廓廓为轨迹迹对液态态树脂逐逐点扫描描，使被被扫描区区的树脂脂薄层产产生光聚聚合

20、反应应，从而而形成零零件的一一个薄层层截面。 成型开始时时工作台台在它的的最高位位置(深深度a)，此时时液面高高于工作作台一个个层厚，零零件第一一层的截截面轮廓廓进行扫扫描，使使扫描区区域的液液态光敏敏树脂固固化，形形成零件件第一个个截面的的固化层层。然后后工作台台下降一一个层厚厚，使先先固化好好的树脂脂表面再再敷上一一层新的的液态树树脂然后后重复扫扫描固化化，与此此同时新新固化的的一层牢牢固地粘粘接在前前一层上上，该过过程一直直重复操操作到达达到b高高度。此此时已经经产生了了一个有有固定壁壁厚的圆圆柱体环环形零件件。这时时可以注注意到工工作台在在垂直方方向下降降了距离离ab。到到达b高高度后

21、，光光束在xx-y面面的移动动范围加加大从而而在前面面成型的的零件部部分上生生成凸缘缘形状，一一般此处处应添加加类似于于FDMM的支撑撑。当一一定厚度度的液体体被固化化后，该该过程重重复进行行产生出出另一个个从高度度b到cc的圆柱柱环形截截面。但但周围的的液态树树脂仍然然是可流流动的，因因为它并并没有在在紫外线线光束范范围内。零零件就这这样由下下及上一一层层产产生。而而没有用用到的那那部分液液态树脂脂可以在在制造别别的零件件或成型型时被再再次利用用。可以以注意到到光固化化成型也也像FDDM成型型法一样样需要一一个微弱弱的支撑撑材料，在在光固化化成型法法中，这这种支撑撑采用的的是网状状结构。零零

22、件制造造结束后后从工作作台上取取下，去去掉支撑撑结构，即即可获得得三维零零件。 光固化成型型所能达达到的最最小公差差取决于于激光的的聚焦程程度，通通常是00.01125mmm(OO.OOOO5iin)。倾倾斜的表表面也可可以有很很好的表表面质量量。光固固化法是是第一个个投人商商业应用用的RFF(快速速成型)技术。目目前全球球销售的的SL(光固化化成型)设备约约占RPP设备总总数的770%左左右。SSL(光光固化成成型)工工艺优点点是精度度较高，一一般尺寸寸精度控控制在110. 1 mmm;表表面质量量好，原原材料的的利用率率接近1100%，能制制造形状状特别复复杂、特特别精细细的零件件，设备备

23、的市场场占有率率很高。缺缺点是需需要设计计支撑，可可以选择择的材料料种类有有限，容容易发生生翘曲变变形，材材料价格格较贵。该该工艺适适合成型型制造比比较复杂杂的中小小件。 图4 SLL工艺图图 1.2.33.2激激光选区区烧结(Sellecttivee Laaserr Siinerringg)激光选区烧烧结(SSeleectiive Lasser Sinnterringg，简称称SLSS)是一一种将非非金属(或普通通金属)粉末有有选择地地烧结成成单独物物体的工工艺。该该法采用用CO22激光器器作为能能源，目目前使用用的在加加工室的的底部装装备了两两个圆筒筒： 1)一个是是粉末补补给筒，它它内部

24、的的活塞被被逐渐地地提升通通过一个个滚动机机构给零零件造型型筒供给给粉末; 2)另一个个是零件件造形筒筒，它内内部的活活塞(工工作台)被逐渐渐地降低低到熔结结部分形形成的地地方。首先在工作作台上均均匀铺上上一层很很薄(ll002000m)的粉末末，激光光束在计计算机控控制下按按照零件件分层轮轮廓有选选择性地地进行烧烧结，从从而使粉粉末固化化成截面面形状，一一层完成成后工作作台下降降一个层层厚，滚滚动铺粉粉机构在在已烧结结的表面面再铺上上一层粉粉末进行行下一层层烧结。未未烧结的的粉末仍仍然是松松散的保保留在原原来的位位置，支支撑着被被烧结的的部分，它它辅助限限制变形形，无需需设计专专门的支支撑结

25、构构。这个个过程重重复进行行直到制制造出整整个三维维模型。全全部烧结结完后去去掉多余余的粉末末，再进进行打磨磨、烘干干等处理理后便获获得需要要的零件件。目前前，成熟熟的工艺艺材料为为蜡粉及及塑料粉粉，用金金属粉或或陶瓷粉粉进行直直接烧结结的工艺艺正在实实验研究究阶段。它它可以直直接制造造工程材材料的零零件，具具有诱人人的前景景。 SLS工艺艺的优点点是原型型件的机机械性能能好，强强度高;无须设设计和构构建支撑撑;可选选用的材材料种类类多;原原材料的的利用率率接近1100% ,缺缺点是原原型表面面粗糙;原型件件疏松多多孔，需需要进行行后处理理;能量量消耗高高;加工工前需要要对材料料预热22h，成

26、成型后需需要5lOhh的冷却却，生产产效率低低;成型型过程需需要不断断充氮气气，以确确保烧结结过程的的安全性性，成本本较高;成型过过程产生生有毒气气体，对对环境有有一定的的污染。SSLS工工艺特别别适合制制作功能能测试零零件。由由于它可可以采用用各种不不同成分分的金属属粉末进进行烧结结，进行行渗铜等等后处理理，因而而其制造造的原型型件可具具有与金金属零件件相近的的机械性性能，故故可用于于直接制制造金属属模具。由由于，该该工艺能能够直接接烧结蜡蜡粉，与与熔模铸铸造工艺艺相接特特别适合合进行小小批量比比较复杂杂的中小小零件的的生产。 图5 SLLS工艺艺图1.2.33.3三三维打印印(3DD Pr

27、rinttingg) 1989年年，美国国麻省理理工学院院的Emmanuuel M. Sacchs和和Johhn SS. HHagggertty等申申请了三三维印刷刷技术的的专利，这这也成为为日后该该领域的的核心专专利之一一。此后后，这两两位研究究人员又又多次对对该技术术进行修修改和完完善，形形成了今今天的三三维印刷刷快速成成型（33DP）工工艺。图图6为3DDP工艺艺的原理理简图。 3DP工艺艺与选择择性激光光烧结工工艺（SSLS）有有很多相相似之处处：都是是将粉末末材料选选择性地地黏结成成为一个个整体。但但最大的的不同在在于3DDP无需需将粉末末材料熔熔融，而而是通过过喷咀喷喷出的黏黏合剂

28、使使其黏合合在一起起。其工艺过程程通常是是：上一一层粘结结完毕后后，成型型缸（图图中144）下降降一个距距离（等等于层厚厚），供供粉缸（图图中188）上升升一段高高度，推推出若干干粉末，并并被铺粉粉辊推到到成型缸缸，铺平平并被压压实。喷喷头（图图中155）在计计算机控控制下，按按下一个个建造截截面的成成型数据据有选择择地喷射射粘结剂剂建造层层面。铺铺粉辊（图图中133）铺粉粉时多余余的粉末末被粉末末收集装装置（图图中未标标出）收收集。图6 3DDP工艺艺原理简简图如此周而复复始地送送粉、铺铺粉和喷喷射黏结结剂，最最终完成成一个三三维粉体体的黏结结，从而而生产制制品。三维喷喷涂粘接接特点:适合成

29、成型小件件；工件件的表面面不够光光洁，需需要对整整个截面面进行扫扫描粘接接，成型型时间较较长；采采用多个个喷头。 1.2.33.4熔积成成型法(Fussed Depposiitioon MModeelinng) 如图7所示示，在熔熔积成型型法( FDMM)的过过程中，龙龙门架式式的机械械控制喷喷头可以以在工作作台的两两个主要要方向移移动，工工作台可可以根据据需要向向上或向向下移动动。热塑塑性塑料料或蜡制制的熔丝丝从加热热小口处处挤出。最最初的一一层是按按照预定定的轨迹迹以固定定的速率率将熔丝丝挤出在在泡沫塑塑料基体体上形成成的。当当第一层层完成后后，工作作台下降降一个层层厚并开开始迭加加制造一

30、一层。FFDM工工艺的关关键是保保持半流流动成型型材料刚刚好在熔熔点之上上，通常常控制在在比熔点点高1左右。图5 FFDM工工艺1，热塑性性塑料或或蜡制熔熔丝；22，可在在x-yy平面移移动的FFDM喷喷头；33，塑料料模型；4，不不固定基基座；55，提供供熔丝FDM制作作复杂的的零件时时，必须须添加工工艺支撑撑。如图图7(a)的高度度，下一一层熔丝丝将铺在在没有材材料支撑撑的空间间。解决决的方法法是独立立于模型型材料单单独挤出出一个支支撑材料料，支撑撑材料可可以用低低密度的的熔丝，比比模型材材料强度度低，在在零件加加工完成成后可以以将它拆拆除。 在FDA44机器中中层的厚厚度由挤挤出丝的的直

31、径决决定，通通常是从从0.5mm到到0. 25mmm(从从0. 02iin到00. 001 iin)这这个值代代表了在在垂直方方向所能能达到的的最好的的公差范范围。在在x-yy平面，只只要熔丝丝能够挤挤出到特特征上，尺尺寸的精精确度可可以达到到0. 0255mm(0.0001iin)。 FDM的优优点是材材料的利利用率高高，材料料的成本本低，可可选用的的材料种种类多，工工艺干净净、简单单、易于于操作且且对环境境的影响响小。缺缺点是精精度低，结结构复杂杂的零件件不易制制造，表表面质量量差，成成型效率率低，不不适合制制造大型型零件。该该工艺适适合于产产品的概概念建模模以及它它的形状状和功能能测试，

32、中中等复杂杂程度的的中小成成型，由由于甲基基丙烯酸酸ABSS材料具具有较好好的化学学稳定型型，可采采用伽马马射线消消毒，特特别适于于医用。图7 快速速成型支支撑结构构图 (a)有有一个突突出截面面需要支支撑材料料的零件件；(bb)在快快速成型型机器中中常用的的支撑结结构1.2.33.5 数控加加工法（ComputerNumericalControl）CNC(CCompputeerNNumeericcalConntrool)是是综合计计算机辅辅助设计计（CAAD）、计计算机辅辅助制造造（CAAM）、计计算机数数字控制制(CNNC)等等先进技技术，把把计算机机上构成成的三维维数据模模型，由由整块材

33、材料切削削挖掘而而成。工工件经一一次装夹夹后，数数字控制制系统能能控制机机床按不不同工序序，自动动选择和和更换刀刀具，自自动改变变机床主主轴转速速、进给给量和刀刀具相对对工件的的运动轨轨迹及其其他辅助助机能，依依次完成成工件几几个面上上多工序序的加工工，整个个加工过过程由程程序自动动控制，不不受操作作者人为为因素的的影响。CNC加工工法不同同于上述述四种RRP工艺艺方法，它它是“减法式式”数字加加工，是是现代数数字化制制造工厂厂广泛应应用的机机械加工工方式，快快速成型型服务提提供商往往往会以以CNCC加工作作为快速速成型模模型的补补充加工工工艺，CCNC加加工具有有速度快快、成本本低、加工精精

34、度高、加工尺尺寸大、材料选选择范围围广的特特点，可可以保证证手板模模型的材材料和批批量生产产零件材材料的一一致性，表表面质量量和力学学性能可可以达到到很高的的水平。图8 数控控机床1.2.33.6 主流快快速成型型工艺（含含CNCC）比较较表1 主流流快速成成型工艺艺的比较较SL激光光固化化SLS激光粉末烧烧结3DP三维打印FDM熔融沉积CNC数控机床成形速度较快较慢较慢较慢快成形精度较高较低较低较低较高制造成本较高较低低较低较低复杂程度中等复杂中等中等中等、复杂杂（并联联多轴）零件大小中小件中小件中小件中小件中大件常用材料热固性光敏敏树脂石蜡、塑料料、金属属、陶瓷瓷粉末等等ABC塑料料，其中

35、中还混合合了铝和和玻璃石蜡、尼龙龙、ABBS、低低熔点金金属等ABS，PPOM（赛赛钢），亚亚克力，尼龙，PC，PP，电木。金属材料：铝合金、镁合金，锌合金，铜等1.2.33.6 其他他快速成成型工艺艺EBM：EElecctroon BBeamm Meeltiing，电电子束熔熔炼EBBM系统统，专门门用于医医用植体体制造的的电子束束熔炼系系统，直直接从CCAD到到成品制制造完成成的全自自动化系系统.SLM：SSeleectiive Lasser Melltinng，选选择性 HYPERLINK o 激光 t _blank o 激光 激激光熔化化，金属属粉末的的快速成成型技术术，用它它能直接接

36、成型出出接近完完全致密密度的金金属零件件。SLLM技术术克服了了选择性性激光烧烧结（SSLS）技技术制造造金属零零件工艺艺过程复复杂的困困扰。RIM：RReacctioon IInjeectiion Molldinng，低低压灌注注，又名名低压反反应注射射成型。VCM：ssiliiconne mmoldd，真空空浇注硅硅胶模，亦亦称作为为矽胶模模。MC： MMetaal ccoattingg，金属属铸模。1.3 快快速成型型技术的的发展1.3.11 快速成成型技术术的发展展历史快速成型技技术诞生生于200世纪880年代代后期，是是基于材材料堆积积法的一一种高新新制造技技术，被被认为是是近200

37、年来制制造领域域的一个个重大成成果。国国内外的的主流快快速成型型技术的的发展沿沿革如表表2、33所示。表2 全球球主流快快速成型型技术的的发展沿沿革名称简称发展时期发起公司立体光固成成型SL1986-19888由美国3DD Syysteem公司司19888年开开发商业业化。选择性激光光烧结SLS1987-19992由美国DTTM公司司19992年开开发商业业化，已已经被33D SSysttem公公司收购购。熔丝沉积造造型FDM1988-19991由美国 SS. SScottt CCrummp公司司19990年开发出出来。 HYPERLINK l cite_note-0#cite_note-0

38、三维喷绘打打印3DP1985-19997由美国Sooliggen公公司19989年年开发出出来。目前的的知名公公司是美美国的ZZ Coorpoorattionn以及以以色列的的Objjet公公司。 表3 国内内主要快快速成型型系统的的科研机机构学校研究方向知名教授商业化清华大学LOM、SSLA设设备颜永年教授授北京殷华华中科技大大学SLS、MMC设备备史玉升教授授滨湖机电西安交通大大学SL设备及及材料卢秉恒教授授西安恒通北京航空航航天大学学SLS设备备王华明教授授中航重机激激光华南理工大大学SL材料北京隆源南京航空航航天大学学SLS工艺艺上海交通大大学RMC1.3.22 快速成成型技术术的发展

39、展方向 快速成型制制造是一一种以材材料累加加为原理理的制造造方法，可可以制造造任意复复杂的三三维结构构。快速速成型发发展目前前最大的的难题是是材料的的物理与与化学性性能制约约了工艺艺实现。例例如，在在成形材材料上，目目前主要要是有机机高分子子材料；金属材材料直接接成形是是近十多多年的研研究热点点，难点点在于如如何提高高精度。在在成形材材料上，发发展方向向是研究究陶瓷材材料和复复合材料料的快速速成型制制造。在在制造装装备的发发展上，三三维打印印机是国国外近年年来的发发展热点点，将其作作为计算算机一个个外设在在应用。快速成型技术在工业造型、产品创意、工艺美术等方面有着广泛的应用前景和巨大的商业价值

40、。快速成型技技术的研研究热点点和发展展方向分分3个方方面：（1） 快快速成型型制造技技术本身身的发展展。例如如三维打打印技术术，使快快速成型型走向信信息市场场；金属属直接成成形技术术使结构构功能零零件可直直接制造造。进一一步的发发展是陶陶瓷零件件的快速速成型技技术和复复合材料料的快速速成型。（2） 快快速成型型应用领领域的拓拓展。例例如快速速成型在在汽车制制造领域域的应用用为新产产品的开开发提供供了快捷捷的支持持技术。快速成型在生物假体与组织工程上的应用，为人工定制假体制造、三维组织支架制造提供了有效的技术手段。进一步是向创意设计、航空航天制造和功能结构器件领域发展。（3） 快快速成型型学术思

41、思想的发发展。快快速成型型从过去去的外形形制造向向材料组组织与外外形结构构设计制制造一体体化方向向发展。力力图实现现从微观观组织到到宏观结结构的可可控制造造。例如如在制造造复合材材料时，能能否将复复合材料料组织设设计制造造与外形形结构设设计制造造同步完完成。这这样从更更广泛的的意义上上实现结结构体的的“设计计材料料制造造”一体体化。而针对我国国的具体体国情，快快速成型型技术今今后的主主要发展展方向有有:1)成型工工艺、成成型设备备和成型型材料的的研发与与改进;2)直接快快速成型型的金属属模具制制造技术术;3)基于因因特网的的分散化化快速原原型、快快速模具具的网络络制造技技术研究究;4)与生物物

42、技术相相结合;5)进一步步完善软软件的功功能。 2 快速速成型技技术行业业及产业业2.1 快快速成型型技术的的行业应应用现状状快速成型技技术问世世以来，经过二十多年的发展，该技术在各个环节都取得了长足进步，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。该技术通过与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段结合，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、生物医学等领域得到了广泛应用，对改善制造业的产品设计和制造水平起到了巨大作用，在工程和教学研究等应用领域也占有了独特地位。目前，快速速成型技技术的市市场应用用份额如如图9所示

43、，汽汽车及零零配件领领域占据据37%的市场场，消费费品领域域占据118.22%，航航空航天天和国防防军工有有近144%，商商业机器器领域有有11.2%，医医疗领域域有8.8%，科科研占88.6%。2.1.11医学应应用快速成型技技术独特特的制造造方法和和个人定定制等特特性，使使其在医医学上找找到用武武之地，比比如牙齿齿、骨骼骼、医学学器械和和植入管管的定制制等。另另外，快快速成型型技术在在牙科正正畸、助助听器方方面也应应用颇广广。2.1.22 制造领领域快速成型技技术在制制造领域域的应用用在其总总体应用用中占比比最大，高高达677%（见见图9）这显示示出RPP技术在在生产制制造业中中的独特特优

44、势，也也体现了了生产制制造对新新技术、新新工艺的的需求。严严格来说说，目前前RP技技术应用用在制造造领域中中的方式式并不是是前文所所定义的的快速制制造（RRM），即即并不是是利用RRP设备备直接制制造出无无需再加加工便可可使用的的制品。通通常应用用在产品品试制和和试验阶阶段，比比如功能能检测和和装配检检测等。同时，也有有利用RRP技术术直接制制造的大大量例子子。比如如，波音音公司建建立了一一整套“定定制生产产（Prroduuctiion On Demmandd-POOD）”生生产流程程，可以以在很短短时间内内制造传传统加工工方法很很难加工工的航空空航天工工业中的的导风管管道。此此外，在在间接制

45、制造（比比如制造造注射模模具等）方方面也有有广泛应应用。图9 快速速成型市市场的行行业应用用份额（维维基百科科最新资资料）2.2 快快速成型型技术的的行业市市场主体体分析如图10所所示，快快速成型型技术体体系涉及及到三维维数字化化技术、三三维模型型设计技技术、快快速成型型软件及及成套设设备、成成型材料料等，因因此按照照快速成成型技术术按产业业链的分分布及技技术的主主流应用用领域，主要存存在以下下市场主主体形态态（参考考美国UUtahh州立大大学归纳纳办法）：1、Rappid Prootottypiing Sysstems（快快速成型型系统的的研发、生生产机构构）2、Dirrectt Maanu

46、ffactturiing Sysstemms（快快速制造造系统的的研发、生生产机构构）3、Opeen SSourrce Sysstemms（开开源快速速成型系系统的研研发机构构，主要要面向快快速成型型系统制制造者提提供开源源的软件件系统）4、CONNCEPPT MMODEELINNG SSYSTTEMSS（主要生生产三维维打印机机方面的的研发、生生产机构构）5、SOFFTWAARE FORR THHE RRAPIID PPROTTOTYYPINNG MMARKKET（快快速成型型市场应应用的商商业软件件开发机机构）6、COMMMERRCIAAL SSERVVICEE PRROVIIDERRS

47、（快快速成型型商业服服务提供供者）（1）Coonceept Moddeleers（制作概念模型的机构，主要面向产品设计阶段的产品样件模型制作、模具原型制作、小批量个性化概念模型制作等）（2）Biiomeediccal usees oof RRapiid PProttotyypinng（从从事快速速原型或或者快速速制造的的机构，主主要面向向生物医医学方面面的快速速成型用用户）（3）Arrt vvia Rappid Prootottypiing（从事快速原型或者快速制造的机构，主要面向艺术品设计快速成型或小批量的快速制造）7、Equuipmment RReseelleers（主要从事快速成型系统的

48、经销商）8、Acaademmia andd Reeseaarchh（主要从从事快速速成型技技术研究究的机构）图10 快快速成型型的技术术体系2.3 快快速成型型技术的的产业发展展现状及及趋势2.3.11 快速速成型技技术产业业发展状状况2.3.11.1 快速成成型设备备发展状状况从全球角度度来看，快快速成型型市场每每一年至至少是225%的的增长率率，市场场规模有有几十亿亿美金。罗拉多州柯柯林斯堡堡一家研研究公司司沃勒斯斯合伙公公司（WWohllerss Asssocciattes）的的负责人人、即时时模型专专家特里里沃勒勒斯（TTerrry Wohhlerrs）于于20009年55月188日到

49、220日在在加州公公布了一一项长达达2500篇幅的的研究报报告，报报告研究究了全球球RP行行业最新新的发展展趋势。该该项技术术所生产产的所有有产品和和服务得得来的收收入复合合年均增增长率是是26.4。该该复合年年增长率率在过去去三年里里放缓至至3.33。快速成型市市场中，美美国和欧欧洲占据据了700%多的的装机量量，中国国占7%。全球球快速成成型设备备销售在在20007年达达到4 9300台，快速成成型的产产品销售售和服务务，在220066年的收收入总额额为9.8377亿美元元，到220077年，增增长了116%，达达到了111.441亿美美元，这这也是快快速成型型技术第第一次年年总收入入超过

50、110亿美美元。在在20005年和和20006年，增增长率分分别为114.66%和221.77%。111.441亿美美元的总总销售额额是从快快速成型型市场的的初级收收入中汇汇总得到到的。该该市场包包括全世世界范围围内所有有涉及快快速成型型制造技技术的产产品和服服务。产产品包括括快速成成型设备备、设备备升级、原原料和修修理零件件、第三三方的软软件和激激光器。服服务包括括服务商商的原型型制作、系系统维护护、培训训、研究究会、会会议、展展览会、广广告、出出版、合合同研究究和咨询询。2007年年相关机机构在新新型快速速成型系系统和新新材料的的研发上上投入66.1005亿美美元。这这较20006年年投入

51、55.3222亿美美元增长长了144.7%。设备备和材料料的研发发费在220066年、220055年和220044年分别别增长220%、110%和和48.3%。设设备销售售和升级级占到了了3.8896亿亿美元，比比20006年增增长了113.77%。2007年年快速成成型制造造设备的的平均销销售价格格是7990400美元。快速成型制造服务收入由2006年的4.515亿美元，增长到2007年的5.306亿美元，增长了17.5%。服务收入在2006年、2005年和2004年分别增长了23.7%，20.9%和17.%。2007年是连续增长的第5年，产品销售收入超过了服务收入。2.3.11.2 服服务

52、与材材料销售售状况产品服务创创造的收收入是可可观的，在在全球范范围内有有不计其其数的设设计和制制造组织织正在加加入服务务业。有有一个叫叫Graaco Chiildrrens PProdductts的公公司，每每年制造造7 000010 0000个零件件，所有有零件的的制造是是由4个个快速成成型系统统和一个个工人完完成。另另一个叫叫Rocckweell Colllinns的公公司，仅仅用一个个快速成成型制造造系统和和一个工工人，在在4个月月内制造造了6 0000个零件件。还有有一个玩玩具制造造商，仅仅用几个个快速成成型制造造系统和和两名工工人，每每年制造造12 0000个模型型，并且且提供每每天

53、244 h的的送货服服务。以以上的例例子表明明，快速速成型制制造技术术对经济济的影响响是巨大大的。如如果统计计成千上上万公司司从这项项技术中中的获利利，那么么这个影影响将会会是成百百上千亿亿美元。预计快速制制造业的的销售额额在未来来的几年年里将得得到大幅幅度增长长。预计计到20012年年，全世世界快速速成型制制造的产产品和服服务的销销售额将将会翻一一番，达达到2330亿美美元。WWohllerss Asssocciattes相相信20015年年全年的的产值会会达到3350亿亿美元。2007年年全球所所有快速速成型系系统在材材料上的的支出约约为20090万万美元。这这一数字字比20006年年的1

54、88 9550万增增长了116.66%。这这一估值值包括树树脂、粉粉、丝、片片状材料料以及其其他被用用于快速速成型系系统的材材料。220077年大约约有1 0266万美元元被用在在光敏树树脂上，比比20006年的的8966万美元元增长了了14.4%。光光敏树脂脂占到了了全部材材料销量量的466.4%，其中中大部分分的光敏敏树脂的的销售额额来自于于3D Sysstemm，DSSM SSomoos，HHunttsmaan, Objjet Geoomettriees, Envvisiionttec以以及一些些日本树树脂制造造商。2007年年全球范范围内服服务商通通过销售售快速成成型生产产的零件件和模

55、型型创造了了大约44 0770万美美元的收收入（其其中仅包包含由快快速成型型制造的的零件所所带来的的收入，不不包括模模具、由由模具制制造的零零件、铸铸件、手手工模型型加工技技术、CCNC机机器加工工件、CCAD/CAMM/CAAE以及及其他服服务所带带来的收收入），比2006年的3 306万美元增长了23.1%。这些公司在过去4年的销量增长表现出有限的上升趋势，近4年的增长率分别为2006年24.7%，2005年24.1%，2004年13%，下滑后2003年的2.5%。2.3.22全球市场场第一梯队：美国、德德国等；第二梯梯队：以以色列、瑞瑞典、英英国等。近几年，发发达国家家地区的的快速成成型

56、市场场整体的的增长趋趋势还是是很明显显的，主主要的原原因是现现在制造造业竞争争越来越越激烈，所所以对产产品设计计的各方方面要求求都比以以往提高高很多。在在以前，同同样一个个产品在在市场上上的选择择并不多多，但是是现在有有太多的的选择，特特别是消消费类电电子产品品。例如如手机，现现在的手手机数量量比5年年以前有有了大幅幅度的增增加。客客户的选选择也越越来越挑挑剔，市市场的竞竞争程度度也越来来越激烈烈。对于于生产厂厂商来讲讲，他们们要提供供更多的的新产品品来提高高自己的的竞争力力，来维维护在市市场上的的实力。对对产品设设计、创创新的要要求就必必须要比比以前提提高很多多，从成成本上来来讲，产产品开发

57、发的工具具，包括括软件、硬硬件都会会相应的的增多。表4 全球球快速成成型市场场主体分分布（参参考美国国Uatth州立立大学220077年公开开数据）快速成型系系统直接制造系系统开源系统概念成型系系统科研单位美国5，以3DD Syysteems, Innc.为为代表41，纽约康康奈尔大大学Faabhhomee316德国2，以Ennvissionn Teechnnoloogiees GGmbHH为代表表3，EOSS Gmmbh of Munnichh为代表表12日本5，以Soony Mannufaactuurinng SSysttemss Coorpoorattionn off Saaitaama

58、为为代表以色列1，Objjet Geoomettriees LLtd. off Reehovvot1瑞典2，以Arrcamm ABB off Moolnddal为为代表丹麦12英国1，巴恩大大学的rreprrap11中国1342.3.33亚太市市场快速成型技技术在发发达国家家的应用用已经十十分普及及，在发发展中国国家，包包括中国国、大部部分亚洲洲地区目目前处于于稳步增增长的过过程之中中。形成成这种现现象主要要有这样样几方面面原因：第一，在亚亚洲人工工成本较较低；第二，在亚亚洲有很很多价格格低廉的的数控机机床、CCNC；由于这两方方面原因因，企业业通过对对技工进进行一定定的培训训，就可可以利用用

59、相对低低廉的模模型加工工成本，替替代相当当一部分分测试和和设计过过程中的的样品模模型，使使快速成成型技术术的应用用受到一一定影响响。从另一个角角度来讲讲，很多多企业产产品研发发设计的的重心还还在欧美美、日本本等发达达地区，中中国的原原创设计计也比较较少。当当然，这这些现象象已经逐逐步改变变，随着着中国自自主创新新企业的的增多，中中国在制制造业的的竞争力力已逐步步凸现。同同时，越越来越多多的大型型企业也也倾向于于把他们们的研发发中心慢慢慢的搬搬到中国国。例如如ABBB、西门门子、波波音、摩摩托罗拉拉等这些些大厂商商的研发发中心以以前都是是在本土土，现在在逐步想想中国转转移，从从而使中中国对于于快

60、速成成型技术术的需求求也在逐逐步增长长。相对对与全球球增长率率，虽然然中国的的增长要要快一些些，但还还显得不不够。亚太地区中中日本、以以色列为为第一梯梯队；澳澳大利亚亚、印度度、中国国为第二二梯队。以下是是参考美美国Uaath州州立大学学20007年公公开数据据做的亚亚太RPP技术相相关机构构代表名名录：Japann（日本，研研发快速速成型系系统，提提供快速速成型服服务）Solidd Crreattionn Sttereeoliithoograaphyy syysteems by Sonny MManuufaccturringg Syysteems Corrporratiion of Saii