我国快速成形制造技术的发展与展望

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　快速成形制造(RPM)技术是国外80年代后期发展起来的一门新兴技术。RPM技术尽管发展的时间不长，但发展速度很快，而且从其重要性和对制造业的推动作用来看越来越受到人们的关注。RPM技术是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状的3维实体的技术，是机械工程、CAD、NC、激光、材料等多学科相互渗透与交叉的产物。可以说，它是自动地、快速地、准确地将设计思想物化为具有一定功能的原型或直接制造出零件(包括模具)的技术，是制造技术的一次新的变革。当前，RPM技术的研究方向主要集中在理论、方法、材料、制造技术与生物工程等，领域跨度很大。其核心是基于数字化的新型的成形技术，因此，RPM技术是信息技术和传统制造业的有机结合，或者说对传统制造业的改造或提升有很好的促进作用。
  
1　回顾我国RPM技术的发展
  
　　采用RPM技术，不仅可以缩短产品的开发周期，节省开发费用，而且可以大大降低产品的开发风险，从而提高产品在市场上的竞争力。正因如此，RPM技术在国内发展得很快，可以概述如下。
  
1.1　1个明确的指导思想、1个重要的组织保证
  
　　开发创新与工程应用相结合的指导思想。从市场发展规律来看，因为RPM技术成本低、质量高，特别是快速响应能力明显优于传统制造技术，故有比较强的市场竞争力；从RPM技术自身发展规律来看，它具有双重性：一是先进性，二是实用性。因此在我国从1991年RPM技术的研究开发启动时，就明确了开发创新和工程应用相结合的指导思想。
  
　　组织保证也是很重要的。在近10年的发展中，组织建设也在逐渐完善：①在国家自然科学基金委员会及科技部的大力扶植下,有些单位已经形成了比较明显的优势，是我国RPM技术研究的主导单位；②1997年中国机械工程学会电加工分会成立了RPM技术专业委员会，积极推进这一学科的建设与发展；③在国家科技部的支持下，建立了5个生产力促进中心(西北、湖北、深圳、天津、宁波)，它们都在发挥着将RPM技术成果转化为生产力的推广作用。
  
1.2　2个技术依托、2个产品方向
  
　　我国RPM技术的发展主要依托于2种技术：光固化技术、挤压或喷射技术。2个产品方向：一是服务于高精度及高性能零部件制造的大型系统；二是自动化的桌面小型系统，主要用于制造概念原型等。出现了不同RPM工艺并举、大小RPM设备齐上的百家争鸣、百花齐放的局面，有效地促进了我国RPM技术的迅速发展。
  
1.3　3个积极作用、3个发展阶段
  
　　3个积极作用是指启蒙作用、带头作用与推动作用：①1991年美国学者在中国的讲学，有效地起到了启蒙的作用；②随后，有些单位的科技工作者率先步入了这个行业，起到了很好的带头作用，如清华大学、华中理工大学、西安交通大学、北京隆源公司等；③科技部和国家自然科学基金委员会(简称“基金委”)的推动作用。基金委在国内发展RPM技术之初，就积极地、及时地安排了一些项目。当这些项目基本完成并取得了良好的效果以后，即部分应用基础研究完成之后，开始步入产业化或商品化阶段时，科技部又给予了重点支持，所以才有了今天RPM技术在我国得以迅速发展的局面。
  
　　RPM技术在我国的发展经历了3个阶段：第一个阶段是起步跟踪阶段(1992～1994年)。主要是消化、吸收国外的技术，特别是美国的先进技术。通过消化吸收，一些单位明确了主攻方向，即清华大学以LOMFDM为主，西安交通大学主要是SL，华中理工大学主要是LOM，北京隆源公司主要是SLS，至今已初见成效。
  
　　第二个阶段是发展创新阶段(1995～1997年)。主要体现在如下5个方面。①比较成熟地掌握了这4种主要RPM技术和设备的研发能力。②开发出具有我国特色的一些装备，由样机向商品迈进。值得指出的是，清华大学研发的水制冷成冰的快速成形系统和西安交通大学研制的紫外光快速成形系统，都是具有创意的。③成形材料陆续国产化。例如，清华大学开发了FDM用的蜡、ABS、尼龙等材料；西安交通大学开发了SL用的国产光固化树脂，特别是1999年还完成了近零收缩的光固化树脂的开发；华中理工大学开发了LOM用纸、北京隆源公司开发的蜡粉及尼龙粉等都已国产化。④在技术原理及参数优化等方面的研究也取得了比较明显的进步。如清华大学提出了关于制造维数的概念，西安交通大学提出了增材制造的理论以及华中理工大学和西安交通大学对反求工程的数据重构都进行了比较深入的研究。⑤西安交通大学完成了RE/RP/RT集成的快速成形制造集成系统的开发；清华大学根据功能梯度原理研制出多功能RPM设备等。这些成果不仅具有自己的知识产权，而且步入了国际先进行列。
  
　　第三个阶段是初级的产业化阶段(1998年至今)。据目前的不完全统计，RPM设备国产化率达到50％左右。可以说，进入了产业化的初级阶段。1995年我们召开了第1届快速成形制造会议；1997年成立了专业委员会；1998年召开了国际研讨会；2000年开了第2届快速成形制造会议。在此期间，还多次参加了快速成形制造全球联盟组织的会议。全球联盟主席在他的演讲中承认中国的RPM技术发展速度之快是惊人的，发展力量是不可忽视的。我们有理由认为，通过我国广大科技工作者的努力，至今已为我国RPM技术的发展奠定了扎实的思想基础、组织基础、技术基础和物质基础，并正充满信心地迎接着我国RPM技术新的大发展时期的到来。
   
  
　 2　展望我国RPM技术的未来
  
2.1　集中支持，形成特色
  
　　综上所述，可以看出我国RPM发展的方向比较明确，一些单位的优势也比较明显，因此有条件去集中支持，有条件来形成特色。否则，再在低水平上重复投资，重复建设，我国经过8年努力所形成的优势随着时间的推移可能会逐渐减弱。因此，建议国家主管领导部门，要突出重点，集中支持。只有这样，才能不断跟踪，不断创新，赶超世界先进水平。除了重点扶持之外，还要形成特色。所谓形成特色，就是要具有不可替代性。如果不具有不可替代性，在市场竞争中是很危险的。因此，要知彼知己，要认真论证，要不断创新，使我们的特色越来越鲜明。例如1999年，全世界生产RPM设备1195台，其中数字化设备有686台，占57％。又如全球现在拥有5449台RPM设备,其中数字化设备占43％,这一技术发展趋势要引起我们的关注。所以说,要形成特色,要有自主知识产权,首先要知彼知己。作为一个学术组织，应能通过学术活动，使大家形成共识，明确方向，从而科学地、有效地推动RPM技术在我国的迅速健康发展。
  
2.2　开发应用，齐头并进
  
　　RPM技术起步时，我们就明确了开发创新与工程应用相结合这一指导思想。正是因为始终贯彻这个思想，所以RPM技术很快在国内取得了比较好的实际效果。到目前为止，国内约有100台RPM设备，并在汽车、摩托车、家电、轻工、农机、生物工程、医疗等领域获得了初步的成功应用，有的已经产生了明显的经济效益。到2000年6月，科技部扶植的5个快速成形制造技术生产力促进中心，运行与服务效果都比较好。以西北中心为例，到现在已经服务了50多家企业，制造原型零件300多件，其社会效益是很明显的。典型的案例有空调、摩托车、农业微滴头、多媒体电视机壳的开发等。此外，上海交通大学及重庆、江苏等地的生产力促进中心也购置了快速成形设备，积极开展这方面的开发与推广工作。上海交通大学的模具CAD国家工程研究中心及CIMS研究所，有效地开展了RP、RE、RT的服务工作。广西机械研究所、北京钢铁研究总院、海尔公司等都在这方面做了许多工作。据不完全统计，用快速成形制作原型或零件已经接近1万个，涉及诸多行业。在“开发应用，齐头并进”这一指导思想下，“十五”期间，应当在如下2个方面多做点工作：一是金属材料的直接成形，特别是在汽车车身制造中的开发应用。二是在生物工程领域中的研究开发，特别是在医疗康复领域中的应用。上海交通大学按照CT数据，用RPM技术制造骨原型，然后加工人工骨，已成功实施50个病例，并正在与有关医院组建假体网上工程系统。清华大学及西安交通大学等单位正在开展生物活性材料的RPM技术研发工作。利用RPM技术制造人工器官是一个值得注意的重点方向。
  
2.3　注重集成，资源共享
  
　　RPM技术本身就是众多学科集成而发展起来的，是多学科渗透、交叉、融合的产物，是科技和经济发展的必然结果。如何资源共享？RPM技术西北生产力促进中心在科技部的支持下，已经建成https:∥www.crpm.org.cn网站；中国机械工程学会电加工分会快速成形制造技术委员会也开通了https:∥www.crpc.org.cn网站。至今进行远程服务已有100多例，比较明显地体现出它的快捷性和有效性。特别是随着网络的不断普及，内容的不断丰富，体系的不断健全，网络的作用会越来越大，进而做到资源共享。
  
2.4　规范标准，实现产业
  
　　标准是技术上的语言，是技术上的法规。现在RPM技术的标准很不健全。工艺没有统一的规范，设备也没有统一的标准。中国机械工程学会可以和大家一起推动这项工作。规范标准是实现产业化的基本前提。
  
　　此外，健全的有效的质量保证体系，是实现产业化的基本保证。如何实现从符合型向适用型进而向满意型质量观的转变；如何实现“100ppm”的质量评定标准，需要进行深入研究。尽管这方面的任务十分艰巨，但是，它是实现产业化不可回避的摆在我们面前的现实任务。
  
　　总之，只要我们始终不渝地坚持多学科综合交叉的观点，坚持各单位大力协作的观点，坚持技术创新的观点，坚持面向生产的观点，坚持可持续发展的观点，我国的快速原型制造技术就能趁势而上，并为我国制造业的振兴作出它的应有贡献。
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