趙震　路春光　任文營

摘要：

針對(duì)目前電動(dòng)觀光旅游車原型制作中存在的周期長、精度低、工作環(huán)境差等問題，通過對(duì)比分析快速成型技術(shù)與玻璃鋼翻模技術(shù)的工藝特點(diǎn)，并在實(shí)際項(xiàng)目實(shí)踐中對(duì)比兩種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，闡述和分析了采用快速成型技術(shù)對(duì)于電動(dòng)觀光旅游車原型制作方面帶來的好處，從而提出了在電動(dòng)觀光旅行車原型制作中采用快速成型技術(shù)的可行性。

關(guān)鍵詞：

快速成型技術(shù) 電動(dòng)觀光旅游車 造型設(shè)計(jì) 原型

中圖分類號(hào)：TB476

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-0069 （2015）02-0110-02

一 快速成型技術(shù)的概念

快速成型技術(shù)最早起源于19世紀(jì)末的美國，由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件還不夠成熟，直到20世紀(jì)80年代才得到進(jìn)一步的發(fā)展和推廣o它是集CAD/CAM技術(shù)、激光加工技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和新材料等技術(shù)為一體的產(chǎn)品原型制造技術(shù)。該技術(shù)與傳統(tǒng)的“減法”（CNC切削加工）加工工藝不同，它是一種“加法”制造方法，用不同的材料逐層疊加的方式建構(gòu)起要加工的產(chǎn)品原型。具體的工藝過程是，首先依據(jù)設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品原型的三維模型圖（文件為STL格式，Rhino、SolidWorks、CREO等工程軟件均可以生成），經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換后，形成分層的數(shù)據(jù)格式，獲取各層載面的二維輪廓形狀，然后按照這些輪廓形狀，用激光束選擇性地分別固化一層層的液態(tài)光敏樹脂材料，或切割一層層的紙或金屬薄片，或燒結(jié)一層層的粉末材料，也有的用噴射源選擇性地噴射一層層的黏結(jié)劑或熱熔性材料，形成各截面的平面輪廓形狀，并逐步疊加成三維立體零件。由于該技術(shù)不需要采用傳統(tǒng)的加工機(jī)床和模具，在原型制作上具有加工精度高、人力消耗少、效率高等特點(diǎn)，所以已成為在產(chǎn)品原型制作中廣泛被采用的一項(xiàng)重要技術(shù)。

二 快速成型技術(shù)的分類以及性能特點(diǎn)

當(dāng)前決速成型技術(shù)的工藝方法已有幾十種，并且隨著技術(shù)的不斷革新與發(fā)展，新工藝、新方法還在不斷出現(xiàn)，但目前主要工藝分為四種基本類型。

1 SLA工藝

SLA（ Stere0 1.thography Appearance）工藝全稱為立體光固化成型法。其工藝過程是以光敏樹脂為原料，在加工過程中，工作臺(tái)表面浸在液體的光敏樹脂中，一定功率的光照到光敏樹脂表面，通過光聚合反應(yīng)使其固化，一層固化完成后，工作臺(tái)下降一定高度，重新覆蓋一層樹脂材料，光照固化新層，如此反復(fù)，直到零件完成。此工藝是目前技術(shù)最成熟，應(yīng)用最廣泛的一種快速成型技術(shù)。

2 LOM工藝

LOW（ Laminated Object Manufacturing）工藝全稱為疊層實(shí)體制造或分層實(shí)體制造。其工藝過程是由加熱輥筒將薄形材料（如涂熱敏膠的纖維紙，塑料薄膜，金屬或者其他復(fù)合材料）加熱聯(lián)結(jié)，待加熱輥筒自動(dòng)離開后，再由激光將薄形材料切割成該層面所要求形狀，如此重復(fù)直到一層層疊加生成任意復(fù)雜形狀的實(shí)體。

3 SLS工藝

SLS（ Selective Laser Sintering）工藝全稱為選擇性激光燒結(jié)。其工藝過程以金屬、ABS塑料、陶瓷等材料的粉末作為成型材料，利用滾筒鋪設(shè)每一層粉狀材料，在計(jì)算機(jī)控制下激光器發(fā)出的光束對(duì)每層粉末材料進(jìn)行掃描，使之熔化燒結(jié)成型，當(dāng)一層粉末燒結(jié)完成后，滾筒上升一層，在燒結(jié)層撒上新的一層粉末，為下一次燒結(jié)做準(zhǔn)備，直至完成零件的成型。

4 FDM工藝

FDM（Frequency Division Multiplexing）工藝稱為熔融沉積制造，其工藝過程是以熱塑性絲狀材料為原料，通過加熱器熔化絲狀材料成液體，由計(jì)算機(jī)控制擠壓頭沿零件的的每一截面的輪廓運(yùn)動(dòng)，使熔化的材料通過噴嘴擠出，覆蓋到截面上每一部分，并在1/10秒內(nèi)快速凝固，逐漸形成一層造型。隨后，擠壓頭沿軸向向上運(yùn)動(dòng)（距離大小依設(shè)備的運(yùn)行精度有關(guān)）以進(jìn)行下一層材料的構(gòu)建，如此逐層由下到上堆積成一個(gè)產(chǎn)品原型或零件。

三 電動(dòng)觀光旅游車原型制作中常用的工藝方法

目前的電動(dòng)觀光旅游車原型制造中常用手糊玻璃鋼方法和鋼板沖壓成型，但鋼板沖壓成型由于模具上的巨額投入，一般企業(yè)望塵莫及。手糊玻璃鋼工藝加工容易，成本低，模具使用頻率高，并能修復(fù)重復(fù)使用等優(yōu)良性能，所以是目前此行業(yè)中比較適用的方法。其主要流程包括：原胎的制作、涂刷膠衣層、逐層糊制玻璃纖維層、脫模修整、批量加工原型、原型的表面處理、組裝模型。

四 快速成型技術(shù)在電動(dòng)觀光旅游車原型中的應(yīng)用案例

快速成型技術(shù)在目前的產(chǎn)品原型制作中是一種常用的加工方法，但在電動(dòng)觀光旅游車產(chǎn)品研發(fā)中應(yīng)用不是很廣泛，為此筆者依托第二代電動(dòng)旅游觀光車課題中原型的制作過程進(jìn)行了嘗試（如圖1）。

1 三維數(shù)字模型：在三維軟件中創(chuàng)建數(shù)字模型，常用的軟件包括Rhino、Creo、SolidWorks等，快速成型機(jī)對(duì)于三維模型的格式無特殊要求。另外對(duì)于三維模型造型的曲面或者復(fù)雜度也無特殊要求，只要三維模型各個(gè)零件是完整的，都可以加工出來。

2 數(shù)字模型格式轉(zhuǎn)換：將其他軟件創(chuàng)建的三維模型文件轉(zhuǎn)換成快速成型機(jī)能識(shí)別的文件格式，通常擴(kuò)展名為.STL格式。

3 打印零件：快速成型機(jī)的控制軟件根據(jù)三維模型的造型特點(diǎn)判斷出模型的安置方式，并計(jì)算出打印消耗材料重量以及打印持續(xù)時(shí)間等信息。

4 零件的后處理：打印完成的原型或零件還不能直接使用，為了保證原型或零件的穩(wěn)定性，打印過程中在原型或零件的周圍需要額外打印支撐材料。打印結(jié)束后，需要去掉周邊的支撐材料。并且噴涂之前需要對(duì)原型或零件表面進(jìn)行打磨處理，用原子灰刮平表面需要處理的地方，然后用粗砂紙打磨掉突出部分，并用水砂紙對(duì)表面細(xì)磨處理，。

5 噴涂處理：對(duì)表面經(jīng)過處理的零件或者原型進(jìn)行噴涂，采用樹脂專用油漆噴涂。

6 組裝模型：把處理好的原型或零件根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行組裝。

五 快速成型技術(shù)與傳統(tǒng)玻璃鋼技術(shù)在電動(dòng)觀光旅游車原型表現(xiàn)中的優(yōu)缺點(diǎn)分析

1 造型的可加工性

快速成型技術(shù)能加工任何復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件或原型，不管是雙曲面造型還是變化復(fù)雜的曲面均能加工：而傳統(tǒng)玻璃鋼技術(shù)在翻模過程中，很多復(fù)雜造型的原胎成型需要耗費(fèi)很長時(shí)間，并且在脫模過程中不能出現(xiàn)一些影響脫模的結(jié)構(gòu)。

2 原型的制作效率

快速成型技術(shù)在設(shè)備成型范圍內(nèi)可以同時(shí)加工多個(gè)零件或原型，從數(shù)字模型到實(shí)體零件只需幾個(gè)小時(shí)到十幾個(gè)小時(shí)即可完成，加上組裝和表面處理的時(shí)間，也不過幾天就可完成一套產(chǎn)品原型：傳統(tǒng)玻璃鋼技術(shù)從搭建產(chǎn)品原型骨架到翻模完成至少一個(gè)月甚至更長的時(shí)間。

3 原型的制作精度

采用快速成型技術(shù)加工的原型最高精度能達(dá)到微米級(jí)別，且不受加工次數(shù)影響；而傳統(tǒng)玻璃鋼技術(shù)的加工精度只能達(dá)到毫米級(jí)別，在翻模過程中受模具精度的影響，多次使用后無法保證制作出來的原型精度。

4 原型的制作成本

當(dāng)前的快速成型技術(shù)采用的材料成本偏高，尤其樹脂材料；而玻璃鋼技術(shù)使用的材料成本較低，但如果再加上昂貴的勞動(dòng)力成本，快速成型技術(shù)加工的原型與玻璃鋼技術(shù)相比，性價(jià)比較高。

5 原型材料性能

目前的快速成型技術(shù)使用的材料多樣，性能各有特點(diǎn)，根據(jù)原型的測試要求，能選擇到合適的材料：相比玻璃鋼材料的強(qiáng)度以及韌性，目前常用的樹脂材料和ABS材料還不能與之媲美。

6 原型制作環(huán)境

快速成型設(shè)備工作環(huán)境干凈衛(wèi)生，對(duì)周邊環(huán)境無污染：而玻璃鋼加工過程中工作環(huán)境臟、亂、差不可避免，所采用的工業(yè)級(jí)樹脂有刺鼻的氣味，并刺激人的神經(jīng)系統(tǒng)，玻璃纖維也對(duì)肺部存在安全隱患。

通過以上六個(gè)方面的對(duì)比分析，在電動(dòng)觀光旅游車原型開發(fā)設(shè)計(jì)中采用快速成型技術(shù)，不僅能大幅提高工作效率，而且原型的加工質(zhì)量也能得到可靠保證。

六 快速成型技術(shù)在電動(dòng)觀光旅游車原型表現(xiàn)中的展望

快速成型技術(shù)在電動(dòng)汽車行業(yè)中的應(yīng)用還處于摸索階段，該技術(shù)具有很多傳統(tǒng)技術(shù)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，比如加工高效性、精確性等，尤其在以工業(yè)設(shè)計(jì)師為主的產(chǎn)品開發(fā)過程中采用并行設(shè)計(jì)方法，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期方面具有廣泛應(yīng)用的價(jià)值，但目前也存在一些技術(shù)瓶頸，比如說快速成型采用的材料的成本較高、材料在強(qiáng)度和耐高溫還有不足之處、打印完成后表面的后處理相對(duì)復(fù)雜。隨著技術(shù)的不斷改善與進(jìn)步，以上問題會(huì)逐漸被攻克，快速成型技術(shù)在產(chǎn)品的原型制造中會(huì)有更好的應(yīng)用。