拥有快速原型技术，提高中国工业生产率 - 文章

拥有快速原型技术，提高中国工业生产率

作者：力明快速制造公司 Gordon Styles

欢迎访问e展厅
展厅 5	三维打印机展厅三维打印机, 快速成型机, 3D打印材料/光固化材料, 快速成型制造软件, ...

计算机数控加工（CNC）转型到快速原型技术（RP）

1994年欧洲的产品设计工业首办制作仍以CNC加工为主流，到了1995年，SLA（Stereolithography）的应用在一年得以普及，CNC首办应用从此被SLA取代。

Mr. Gordon Styles, 生于英国，欧洲RP工业革命先驱，从事首办行业十多年，曾亲身经历欧洲SLA颠覆CNC王朝的风云巨变。当时以制作一套电动工具为例，用CNC制作的ABS模型需时为16周，价钱为225,000RMB；而在94年初，用SLA制作同样的首板，价钱大大降低至约40,000RMB左右，所需时间亦只须2天，虽然材料方面CNC较为优胜，但在市场竞争激烈环境下，时间及成本已是至关重要。如今在欧洲用SLA制作这样一套首只需10,000RMB，而在中国，同样首板的时价是：SLA和CNC都是4,000RMB。既然RP快而不贵，为何中国的CNC加工仍然统治着原型的王朝呢？

CNC首办是真材实料？

CNC加工唯一的好处是能够以真实注塑材料块来加工。例如︰ABS、尼龙、亚加力等，它可以让你验证注塑时用的材料是否能达到产品的功能要求，但CNC加工亦有其缺点如︰于加工时，因材料板有其厚度限制，形状上的复杂程度，亦带来加工的限制，而往往需要拆件再重新黏合，这样会影响功能及外观，也会增加工时及在制作时带来的诸多不便。

如此看来CNC加工只是使用了真实材料，而不是真实产品，唯一能做到“真实产品”特性的方法就是注塑，中国不乏模具师傅，但是能将注塑工艺运用首板并做得好的却不多见。

快速原型技术快速发展

快速原型技术的发展，以SLA及SLS为主，两种技术的成熟程度，足以领导整个RP界。近几年间两者亦有很大的改进，美国3D System公司引进了新技术层面，称为“PRO”—升级版。

烧结 (SLS) 过程
1. 输入3D STL档案到SLS系统 2. 物件被分层 3. 物件的每一层被C02激光扫描及烧结 4. 新的层块会连接上一层块。这个步骤重复直至整件物件制造完成。

烧结站升级版（Sinterstation Pro）

烧结站已发展成烧结工厂。以往SLS有着繁复工序︰预热时间、冷却时间、温度控制、物料再生及氮气注入等，这些工序必须续步完成；升级版将有关程序简化，并能同步处理，从而节省不少时间。

Viper升级版

Viper升级版是SLA一大跃进，其大型工作平台达650 x 750mm x 750mm / 1500mm可制作较大型模型，而新增双料桶的工能可自动转换，于同一时间，一边加料，另一边烧结，大大提高了生产的效率。

上乘的树脂料

DSM Somos ，是目前最优质及普遍使用的SLA材料，在全球及中国受到广泛使用，新出品的材料有高透明料，尼龙、ABS、软胶、防火等不同特性的像真材料。亦提供陶瓷料作小至中批量模具制作，高密度聚乙烯料作抗高温及抗撞击应用的材料。DSM Somos 还为中国的潮湿地区专门开发了一种防潮的树脂，以往的树脂由于吸潮而很容易变软。

真正的首办模型

SLA的最大优点是能够真实而完整地反映出设计者的计算机图档中所表达的设计概念，它是根据你的三维图档全自动扫描成型，可谓原型再现，公差只有0.1mm，甚至做连接器这样的精密件也毫无问题。另一个优点是不用手工制作，很少人为误差，在作者使用SLA的12年经验里，SLA制作出来的模型要么完美无缺，要么错得一塌糊涂，所幸的是出错的情况极为罕见。而CNC加工出错的情况却是很常见的。

RP的成型速度相当快

RP技术的最大好处是速度快，对于世界上大部分地区，一般的交货时间为24小时到72小时之间。以比利时的’Materialise’公司为例，他们的口号是“次日达”（紧随联邦快递之后），只要你上午下单，他们会确保你第二天收到货。

复模

在所有有关RP的服务当中，复模是唯一的一项中国落后于其它发达国家较多的。目前大部分的复模公司产品很差，却收费奇高。咎其原因，主要是效率低以及对工艺缺乏认识。

真空注型有着很大的优点

运用聚亚安脂真空浇注到RTV模具的成型技术很可能是RP技术发展中最为重要的一环。今天，我们已经实现使用SLA快速模型制作RTV硅胶模具，并生产出非常美观的产品模型，这些模型自带颜色和火花纹，并且材质特性可做到与各种主要塑料性能相似。

Axson是中国VC树脂的主要供应商，他们提供类ABS、PC、PMMA、高密度PE、像胶以及PA等特性的树脂。还有水晶般透明的树脂以及耐温高达1500C以上的树脂，甚至加三成玻璃纤维或矿石填充物也成为可能。

在欧美国家，很容易买到SLA模型，这些模型经过喷漆和打磨而得到你想要的火花纹和光泽，再用这个处理过的模型来制作一个RTV模具，制成的RTV模具可以用来浇注出10至20套调进颜色的零件（这些颜色不是喷上去的）。在中国，大部分真空浇注产品都是自然色的，须经喷漆于表面才能得到想要的颜色，这种产品在欧洲是没有市场的。右图所示真空注型模大概有1.2米长并且全部不用喷漆，所有的光泽和火花纹都是预先在母办上做好再用来制作RTV硅胶模具。另外，树脂在浇注前就调好颜色。（Axson材料特性请参看附录2）
未来几年中国RP技术的发展主要看RTV真空注型。

为何CNC加工在中国如此盛行？

既然给出这么多RP的好处，为何CNC在中国还是如此流行呢？归结原因如下：

1．通常国内RP厂商对客户询价的反应没有CNC厂商积极，也许是因为很多中国的RP厂家有着养尊处优的坏习惯
2．大部分RP厂家只有较小和较慢的RP成型机，一般大于350毫米产品都很难制作，并且价格也比起CNC也相当贵
3．中国很少上规模的RP厂家，他们由于资源不足而很快就忙不过来使得交货拖延
4．更少有RP厂家做到品质接近注塑件的自带颜色和火花纹的真空注型件，大部分只是在每个复件上手工打磨和喷漆，这不仅降低成品质量，还因效率低而提高了价格。
5．不过最大的原因还是中国的设计师们习惯于通过CNC首办厂帮他们制作首办。

我们能够并且必须从中国的CNC作坊身上学到很多东西
中国的CNC加工行业是全世界最有效率的行业之一，这是值得庆贺的。我对于中国CNC师傅身上体现出的“快速”二字深有有体会，4至5天完成一套复杂的模型在这里司空见惯。

我猜想促使中国CNC效率如此之高的原因是RP行业的一步步蚕食以及CNC作坊非常之多而对该行业造成巨大的压力。不可思议的劳动伦理毫无疑问将使得中国的CNC作坊在RP行业中保有一席之地，在海外市场更是如此。

CNC作坊的要害是他们不得不拆开模型，因此模型并不能完整地体现客户的数据。

设计师会从CNC转向RP吗？

这需要有人站出来注重资建立一个最新最快的并且有一定规模的RP工厂，同时给予中国的设计师们正确的引导，让设计师们了解到同CNC相比，RP不光是速度快，更是物美价廉。
买一台Sinterstation Pro SLS System大概要花费7,200,000RMB,这相当于144,000个CNC工作时的价值。这使得中国的产品开发者们望而却步，要大规模发展RP事业一定要有一批真正有胆的投资家站出来给予强有力的支持。

RP受到投资者的质疑：7,200,000RMB=只节省一天？

举个例子说明一下：全球汽车行业大概有四成用到RP，让我们来想象一下节省一天可以节省的真正商业成本将会是多少？一辆小汽车开发时间大概为2年（如果不顺利甚至会花费4年），如果整个做办工序哪怕仅仅只是缩短一天时间，对于整个开发进程带来的影响会有多大呢？很显然，汽车是有生命周期的，R&D部门决定每一款新型汽车的命运：汽车上市越快，你就能越早展开销售工作，你就能越早投入全线生产。在产品生命周期末端,由于市场已经非常成熟以及面临竞争对手们的巨大压力,你的销售将会变得很被动。因此，如果你上市晚了一天，就相当于你的整个产品生命缩短了一天，你的损失将会是全线生产情况下一天所能挣的利润。想象一下，如果你的汽车一年可以销售100,000辆，单价只有100,000RMB，那么一年的销售额就是10,000,000,000。如果毛利是20%，那么一年利润就是2,000,000,000RMB。以一年270天工作日来算，你的每天营利就是7,400,000RMB。很有趣，这正好是一台Sinterstation Pro的价值。

在美国，专家如此评价RP的引进，说它已经为汽车事业的发展节省了长年累月的时间。

产品开发者真的节省了成本吗？还是在耗费利润呢？

产品开者务必认识到：为在产品开发过程中节省一点点而浪费时间，在产品上市后会面临相当大的损失，这是因小失大呀！每次当一位设计师以为他用CNC做首办而为公司节省了成本时，数日后他的公司却因此而损失巨额利润，最终“原型”毕露。

这只是一个关于未来几年RP大规模取代CNC的可行性的论证。如果中国想在世界舞台上占有一席之地，它必须发展RP。当今中国商业界最为关注的问题之一是中国商业平均利益率正在逐年下降，而RP正是改善和提高中国公司收益率的工具之一。RP是提高整个国家竞争力的一个关键的战略资源而不仅仅是另一个模型制作工艺。

年均33%的增长率

由此看来去年全球RP工业增长率高达33%，总额达到10亿美元并不是没有理由的，而且RP服务厂家增长也有13%，可见RP是大受欢迎的。如果中国想要吸引世界产品在本土发展，就必须提供当今西方国家高水准的配套服务供应链。目前中国的RP领域尚处于发展初期，必须尽快发展以满足本土外资企业的需求。

中国正以本土制造成本低为筹码极力争取引进外资至少62,000,000美元用于汽车行业的R&D基础建设，相信这将会成为羽翼未丰的RP行业发展的一大契机。

结论

设计工作者使用RP将会得到很多利益：

1．快速反应设计效果得到更好设计并减少设计错误
2．自带颜色及火花纹的真空注型工艺令设计者可以很快制出几十套功能完整的装配件用作机构测试
3．销售及市场部门可用高品质的真空注型件来开发客户群及拍照做广告宣传
4．最重要的是：如果设计者在产品开发过程中系统地使用RP，相应地，公司将会在产品生命周期当中得到丰厚的回报

在西方，“快速产品开发”在众多成功公司当中已经成为一种潮流，是RP促成了这种潮流。在中国，很多公司老板把产品开发和原型当作另一项成本进行压缩。而在当今的西方，信奉“快速产品开发”的设计部门却被公司看作“利润发动机”，多么积极的态度！多么长远的目光！让我们放眼世界，共同期盼这种积极向上的态度早日在中国工业界传播开来。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (10/20/2006)


您的位置：首页 > CAD/CAM/PDM/PLM展区 > 三维打印机展厅 > 产品库 > 快速成型机 > 技术论文 > 正文	产品库会展人才帮助 \| 注册登录