对RP技术推广和应用的探讨

作者：辽宁信诚产品技术开发研究所 张士军

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, ... 摘要：本文旨在如何高质有效地利用各服务中心现有的RP技术及装备，开展多领域、多范围的服务，使RP技术的发展和应用进入一个新的阶段做了探讨。并对RP的重点应用领域、RP的拓展应用范围和国内各服务中心开展技术与商业协作问题，提出了一些大胆的建议和设想。 关键词：快速成形制造，服务中心，商业协作 1 RP技术的应用领域分析 RP作为一项高科技快速制造技术，在国内几所著名高校（如西安交大、华中科大等院校）的引领下，近几年来在国内得到了迅速发展。随之而来，国内许多省市建立了与RP相关的技术服务中心，在各个方面开展了相关的服务，给国内的产品开发模式带入了一个崭新的阶段。 本所于2001年8月组建，并引进了从三维扫描、各种CAD设计手段，到快速成形机、真空注型机等近乎全套装备，其中从西安交大购置的设备大约占了50%。在此基础上，一方面，我们面向学院开展教学、培训和专业实习的服务；另一方面，面向企业和社会开展相关的技术服务，实行商业化的运作。一年多的实践，我们对RP技术及其应用和发展有了进一步的认识。从我们为几十家企业服务的具体情况看，有各种类型、各个行业的企业，对技术服务要求的侧重点也各异，总结这其中的规律，对RP技术的发展和推广、普及、应用很有必要。 从行业角度看，包括了汽车制造、模具制造、电子产品、小家电、塑料制品等行业。根据初步的统计分析，其中汽车制造和模具制造大约占80%或更多。这说明此两个行业是RP技术的应用重点，至少在辽宁乃至东北是如此。当然，由于各地区经济与工业结构发展的不平衡和差异性可能有所不同。比如，在东南沿海地区可能电子电器、家电产品行业是个重点。此种情况除了与我们所处地域的产业结构有关外，可能还说明RP技术对汽车制造、模具制造相关最为密切，用传统工艺无法或不能有效地解决，特别是一些复杂异型的产品或零部件更是如此。 􀁺 从企业性质角度看，包括了国有企业、合资企业、外资企业、各类股份制企业和民营企业等。从已服务的用户统计分析，其中合资企业和民营企业大约占60%，外资和股份制企业约为20-30%。这个数据说明这些企业比较关注高新技术的发展，注意企业的技术创新，自觉地用新技术、新工艺、新材料来替代传统和落后的生产要素。令人不可思议的是国有大中型企业利用此项技术的只占极少比例。 􀁺 从技术服务的内容看，包括了三维设计、技术反求、原型制作、快速模具制作和小批量样件制作等几乎全部项目在这些服务内容中，技术反求和原型制作占有较大的比重，并且对企业的产品开发或产品改型显得至关重要。 对以上不同角度的综合分析，无论哪个行业、何种性质企业及用户需要的服务内容，显示出一个很重要的信息，就是通过RP技术的应用几乎都与其后的生产工具的制备密切相关，特别是模具制造紧密相连。至少不低于80%的用户，需要改进和完善的三维数模，用这个三维数据进行下一步的模具开发。 另外一点应引起重视的，RP技术的应用是建立在计算机三维数模基础上的，而目前大多数企业自身尚不能完整、准确地建立起计算机三维实体模型。这就要求服务企业有能力在数据不全或提供的参考样件也不充分的情况下，与用户有效地协调和配合，准确地领会用户的设计意图，协助用户建立让其满意的三维模型，才能提供后续的技术服务。 2 RP技术的拓展应用问题 就目前RP技术的发展水平而言，在国内主要是应用于新产品（包括产品的更新换代）开发的设计验证和模拟样品的试制上，即完成从产品的概念设计（或改型设计）——造型设计——结构设计——基本功能评估——模拟样件试制这段开发过程。对某些以塑料结构为主的产品还可以进行小批量试制，或进行一些物理方面的功能测试、装配验证、实际外观效果审视，甚至将产品小批量组装先行投放市场，达到投石问路的目的。 从我们一个时期以来的服务情况看，多数用户使用RP技术主要还是局限于检验产品的结构设计，具体包括结构造型、结构的合理性、大致外观效果、基本尺寸配合和批量生产时的工艺性方面。虽然RP技术给国内的产品开发带来模式上的变革，但从用户角度对RP技术的期望远不只这些。例如，用户希望能利用快速原型进行实际装配验证、某些实际物理性能的测试、利用原型进行工装模具的快速制备等等。对用户的这些要求，从目前的原型材料、制作精度和制作成本角度看，显然还有相当大的距离。因此，无论是寻求服务的用户、各类服务中心，还是RP技术的领先研制与开发单位应当关注这些情况，社会需求是事物发展的原动力，市场是第一位的。对此，三者都应关注RP技术的拓展应用问题，它涉及到技术、工艺、材料、应用方式，甚至包括协作和配合等多方面的因素。 2.1 快速原型的有效利用问题 无论如何，RP技术应用的基础是快速原型。原型的几何精度、材料特性、制成后的原型物理性能等要素水平都制约了它的应用领域和技术使用范围。从我们实践积累的经验看，树脂原型、纸基原型都存在着不同的局限性。例如，树脂原型的变形问题、耐温性差；纸基原型的耐湿性差、强度不高等，都影响了快速原型所应该具有的作用，极大地限制了应用范围。在现有技术装备基础上，如何改善这些状况，特别是弥补原型材质本身的缺陷，哪怕是略有提高，都会在一定程度拓展它的应用价值。我们认为这其中可能既有技术本身方面的原因，也可能有具体运用方面的原因。总之，对这一问题在学术与技术交流中值得认真的探讨。 2.2 RP技术应向后续的生产应用拓展 利用RP技术完成产品开发的设计验证后，用户更关注能否直接运用RP技术进行批量生产的工装制备上。如果只停留在前面的阶段，不能在工装或生产工具的开发利用上，则就会影响RP技术的进一步发展。例如，在我们所服务的用户中绝大多数，其后的工作就是运用所取得的原型或确定的三维数模进行模具的制造。这些模具包括了很多种类，如塑料模具、板材冲压模具、锻造模具、精铸模具，甚至蜡芯模具等。也许我们认为用户的这种希望过高，但从RP技术本身既然已经能够制作出实体模型，直接把它用来完成或促进后续的生产工具的制造，似乎也应是顺理成章的事。 例如，目前已经能够实现的用硅胶一类材料翻制快速模具，再以此来真空浇注小批量塑料件，就很受企业的认可和重视。我们在为企业服务中，最多的一次就制作20多套塑料样件，企业就将这些塑料样组装到产品中进行实际的评估。最为成功的是为长春海拉车灯有限公司制作的透明材料的车灯，制作效果质量精良，近乎达到以假乱真的程度，用户十分满意。 再如，我们也曾做过以纸基原型替代传统的木模型，进行翻砂铸造，从完成的铸件效果看，应当说是成功的。但从其造价和使用寿命角度看，并不太理想。如果对特别精密和单件或小批量铸造的应用或许是有价值的，遗憾的是还未遇到这样的用户，我们也没有坚持继续搞下去，也就无法进行对比、分析，做出真实、客观的评价。 对精密铸造的另一种方式——失蜡精铸，我们与客户协作也做过尝试。我们设想了两种方法：一是，用树脂原型翻制出硅胶模具，再用此模具批量地翻制蜡芯用于生产中；二是，用已设计出的计算机三维模型，转换成铸造件母模，在快速成形机上制作出纸基母模，经过一定的表面处理后，用此来批量地翻制蜡芯用于实际生产。但其结果是两者都不成功，究其原因可能既有原型本身的局限，也有运用方式、方法等方面的原因。 总之，RP技术已经突破了传统的制造方法，用“叠加”的方式，只利用计算机三维数据即能制成所需的任何复杂形体的实体模型，这本身就是一个奇迹。如何利用好这一创新的工艺技术为产品开发的后续生产打开一个广阔的通路，让RP技术真正为传统的制造业产生一次质的飞跃应当说是完全有可能的。当然，这需要RP技术的领先开发院校、RP技术的服务单位和利用RP技术的企业共同努力，勇于创新，大胆尝试，密切配合才行。 3 RP技术服务中心的协作问题 随着RP技术不断深入和宣传，除少数的省分外，在全国的许多大中城市都建立了各种形式的RP技术服务中心，据粗略估计已达几十家。这些服务中心以各种形式出现，有的在高等院校中，有的在一些实力很强的大型企业中，有的在省市建立的各类生产力促进中心中，有的成立了专门的技术服务型企业。据我们了解的情况看，各个中心的实际服务过程中，都存在着技术资源不足或不配套的状况，也存在着技术资源相对过剩或装备闲置的现实。这种状况的存在不利于RP技术的推广和广泛的应用，也不利于这些服务中心自身的发展和提高。 这一状况已到了应当引起所有从事RP技术的研制开发和应用服务单位广泛关注的时候了，否则会严重影响此项技术的深入发展和推广普及。 3.1 技术装备的共享利用 由于种种原因每个服务中心的RP技术装备都不可能十分配套齐全，总会有不足或过剩的情况。而在实际的服务中，难免会遇到因缺少某种设备不能满足用户的要求。在这种情况下，除不能很好地开展服务外，还会丧失经营机会，失去一部分客户。如果要求用户另外寻求缺口的技术服务，不但给用户造成额外的麻烦，在后续的服务中也增加一些技术上的障碍，难以保证整体的服务质量。我们在服务中即遇到过此类情况，用户需要对其设计样件进行技术反求，由于其体积庞大，我们现有的三维扫描设备不能满足需要，如果进行多段扫描后进行拼接，其精度就要大打折扣，因此，而丧失了服务的机会。类似情况，估计很多服务中心也会遇到过，因为我们的装备在国内应该说还是比较配套齐全的。 从另外一方面讲，装备精良却很少派上用场，即装备利用率过低，不但是一种浪费，也很难提高操作人员的技术水平，阻碍RP技术更广泛地应用。这两种情况我所都存在，对此我们感触很深。因此，如何在一定的地区范围内建立RP技术的网络服务体系，最大限度地发挥现有装备的作用，提高服务的能力和质量，应当引起人们的重视。 3.2 技术工艺的交流与协作 RP是一项高新技术，就其本身而言，也处在发展和继续完善的阶段，在我国现阶段更是如此。RP技术的神奇之处，不在于它本身的高科技含量，而在于它的实际应用范围和效果。国内在短短的几年里建立了众多的种类技术服务中心，其根本的动力就在于它有前景十分广阔的实际应用价值。每个RP中心除了快速原型的制作外，其技术构成（装备、技术工艺、客户群体等）肯定会有很大的差异性，服务的侧重点也不会一样。现有的RP装备，不论是进口的，还是国内研制的，从本质上讲我们认为没有太大差别，也基本处在一个档次上。但利用这些装备开展服务，无论是应用领域、应用范围，还是技术效果、服务水平肯定是有所差别的。除技术装备本身的差异性外，应用范围和应用效果的优劣，在很大程度就取决于每个中心的技术工艺水平和具体操作方法了。 如何提高各自服务中心的服务范围和服务水平，除开展技术装备的共享利用外，在一定的程度、一定的领域内进行技术工艺交流，应当说是一种最有效的途径，做得好可事半功倍。当然，这一问题不同前面的装备共享和利用，它涉及到各自企业的商业秘密和经营利益，比较复杂。是否能由RP技术的开发研制单位（如西安交大、华中科技大等著名高校）牵头，在自愿结合，共定章程，互惠互利的原则基础上建立一个类似商会的组织，在这个组织范围内开展具有针对性（现实意义较强的）的学术或技术交流，或者一对一地根据各自的技术特长进行有限的技术工艺项目的交流，或者直接进行有偿的技术工艺转让。以上建议可能在具体操作上有一定的困难，但如果不积极地开展这方面的交流，要想使RP技术真正地推广、普及应用，上一个新台阶是很难的。 综上所述，以上设想和建议，其宗旨是加快RP技术更广泛的应用，并使之应用到一个更高的层次上，这个设想可能不够成熟。需要强调的一点是，无论技术资源的共享利用，还是技术工艺的交流与协作，都应当建立在市场机制和价值规律的基础上，保证和促进协作单位的经济利益，有利于促进协作组织内各个企业的根本利益的提高。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (5/21/2005)