一、機械制造類產業背景與行業發展趨勢

（一）數控技術

數控技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術。當今世界各國制造業廣泛采用數控技術，以提高制造能力和水平，并提高對動態多變市場的適應能力和競爭能力。此外世界上各工業發達國家還將數控技術及數控裝備列為國家的戰略物資，不僅采取重大措施來發展自己的數控技術及其產業，而且在“高精尖”數控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策。因此，在數控技術方面，我們強調創新，強調研究開發具有自主知識產權的技術和產品，為我國數控產業、裝備制造業乃至整個制造業的可持續發展奠定基礎。

1.國內外數控系統的發展概況

隨著計算機技術的高速發展，傳統的制造業開始了根本性變革，各工業發達國家投入巨資，對現代制造技術進行研究開發，提出了全新的制造模式。在現代制造系統中，數控技術是關鍵技術，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業實現柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數控技術正在發生根本性變革，由專用型封閉式開環控制模式向通用型開放式實時動態全閉環控制模式發展。在集成化基礎上，數控系統實現了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術，數控系統實現了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調節與補償各項參數，實現了在線診斷和智能化故障處理；在網絡化基礎上，CAD/CAM〔計算機輔助設計與制造（Computer Aided Design Computer/Aided Manuufacture）〕與數控系統集成為一體，機床聯網，實現了中央集中控制的群控加工。

長期以來，我國的數控系統為傳統的封閉式體系結構，CNC（計算機數字控制）只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據經驗以固定參數形式事先設定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環節，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環執行機構。在復雜環境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數，無法在現場環境下根據外部干擾和隨機因素實時動態調整，更無法通過反饋控制環節隨機修正CAD/CAM中的設定量，因而影響CNC的工作效率和產品加工質量。由此可見，傳統CNC系統的這種固定程序控制模式和封閉式體系結構限制了CNC向多變量智能化控制發展，已不適應日益復雜的制造過程。因此，大力發展以數控技術為核心的先進制造技術已成為我們國家加速經濟發展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。

2.數控技術發展趨勢

數控技術的應用不但給傳統制造業帶來了革命性的變化，使制造業成為工業化的象征，而且隨著數控技術的不斷發展和應用領域的擴大，對國計民生的一些重要行業（IT、汽車、輕工、醫療等）的發展起著越來越重要的作用。這些行業所需裝備的數字化已是現代發展的大趨勢。從目前世界上數控技術發展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面：

（1）高精度、高速度的發展趨勢。盡管十多年前就出現了高精度、高速度的趨勢，但是科學技術的發展是沒有止境的，高精度、高速度的內涵也在不斷變化，目前正在向精度和速度的極限發展。

從當前數控機床的發展情況來看，高速加工中心進給速度可達80m/min，甚至更高，空運行速度可達100m/min左右。目前世界上許多汽車廠（包括我國的上海通用汽車公司）已經采用以高速加工中心組成的生產線部分替代組合機床。美國CINCINNATI公司的HyperMach機床進給速度最大達60m/min，快速為100m/min，加速度達2g，主軸轉速已達60000r/min。加工一薄壁飛機零件只用30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需3h，在普通銑床加工需8h；德國DMG公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達12000r/min和1g。

在加工精度方面，近10年來，普通級數控機床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級加工中心則從3～5μm提高到1～1.5μm，而超精密加工精度已開始進入納米級（0.01μm）。

在可靠性方面，國外數控裝置的MTBF［平均故障間隔時間（Mean Time Between Failures）］值已達6000h以上，伺服系統的MTBF值達到30000h以上，表現出非常高的可靠性。為了實現高速、高精加工，與之配套的功能部件（如電主軸、直線電機）得到了快速發展，應用領域進一步擴大。

（2）五軸聯動數控機床快速發展。五軸聯動數控機床是為適應多面體和曲面零件加工而出現的。五軸聯動數控是數控技術中難度最大、應用范圍最廣的技術。它集計算機控制、高性能伺服驅動和精密加工技術于一體，應用于復雜曲面的高效、精密、自動化加工。五軸聯動數控機床是發電、船舶、航天航空、模具、高精密儀器等民用工業和軍工部門迫切需要的關鍵加工設備。國際上把五軸聯動數控技術作為一個國家工業化水平的標志。

（3）智能化數控系統的發展。智能化是為了提高生產的自動化程度。智能化不僅貫穿在生產加工的全過程（如智能編程、智能數據庫、智能監控），還貫穿在產品的售后服務和維修中。即不僅在控制機床加工時數控系統是智能的，而且在系統出了故障，診斷、維修也都是智能的，對操作維修人員的要求降至最低。目前，在數控技術領域，實時智能控制的研究和應用正沿著自適應控制、模糊控制、神經網絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等幾個主要分支發展。例如，在數控系統中配備編程專家系統、故障診斷專家系統、參數自動設定和刀具自動管理及補償等自適應調節系統，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預測和預算功能、動態前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數控系統的控制性能大大提高，從而達到最佳控制的目的。

（4）軟硬件的進一步開放。為解決傳統的數控系統封閉性和數控應用軟件的產業化生產存在的問題，目前許多國家對開放式數控系統進行研究，數控系統開放化已經成為數控系統的未來之路。所謂開放式數控系統，就是數控系統的開發可以在統一的運行平臺上面向機床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結構對象（數控功能）形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應用和技術訣竅集成到控制系統中，快速實現不同品種、不同檔次的開放式數控系統，形成具有鮮明個性的名牌產品。

數控系統在出廠時并沒有完全決定其使用場合和控制加工的對象，更沒有決定要加工的工藝，而是由用戶根據自己的需要對軟件進行再開發，以滿足用戶的特殊需要。數控系統生產商不制約用戶的生產工藝和使用范圍。

（5）PC-NC數控系統的發展。智能化新一代PC-NC（計算機數控）系統將計算機智能技術、網絡技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態數據管理及動態刀具補償、動態仿真等高新技術融于一體，形成嚴密的制造過程閉環控制體系，正在被更多的數控系統生產商采用。它不僅有開放的特點，而且結構簡單、可靠性高。

但是PC-NC數控系統作為發展方向并未被普遍認同。并且將來向著超精密和超高速的極限發展，對動態實時檢測和動態實時誤差補償要求很高，PC-NC數控系統未必就是發展方向。不過，目前作為一個發展分支，PC-NC數控系統確實是一種趨勢。

（6）網絡化方向發展。實行網絡管理不僅便于遠距離操作和監控，也便于遠程診斷故障和進行調整，不僅有利于數控系統生產廠對其產品的監控和維修，也適用于大規模現代化生產的無人化車間，還適用于到操作人員不宜的現場環境（如超精密加工環境或對人體有害的環境）中工作。機床聯網可以進行遠程控制和無人化操作。通過機床聯網，可在任何一臺機床上對其他機床進行編程、設定、操作、運行，不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上。

從我們國家的戰略需求和國民經濟的市場需求出發，以提高我國機械制造、裝備業綜合競爭能力和產業化水平為目標，應采用系統的方法，選擇能夠主導21世紀制造業發展升級的關鍵技術——數控技術，實現我國制造業、裝備業的跨越式發展。

（二）CAD/CAE/CAPP/FMS/CIMS/CAM技術

1.CAD

計算機輔助設計（Computer Aided Design，CAD），是運用計算機軟件制作并模擬實物設計，展現新開發商品的外形、結構、色彩、質感等特色。隨著技術的不斷發展，計算機輔助設計不僅僅適用于工業，還被廣泛運用于諸多領域。它同時涉及軟件和專用的硬件。

CAD有時也寫作“Computer-assisted”“Computer-aidedDrafting”，或類似的表達方式。相關的縮略語還有CADD，表示計算機輔助設計和草圖“Computer-aided Design and Drafting”，以及CAAD，表示計算機輔助建筑設計“Computer-aided Architectural Design”。所有這些術語基本上都指使用計算機而不是傳統的繪圖板來進行各種項目的設計和工程制圖。通常由CAD創建的建筑和工程項目的范圍很廣，包括建筑設計制圖、機械制圖、電路圖和其他各種形式的設計交流方式。現在，它們都成為計算機輔助設計更廣泛定義的一部分。

設計者很早就開始使用計算機進行計算。有人認為Ivan Sutherland在1963年在麻省理工學院開發的Sketchpad是一個轉折點。Sketchpad的突出特性是它允許設計者用圖形方式和計算機交互：設計者可以用一枝光筆在陰極射線管屏幕上繪制圖形到計算機里。實際上，這就是圖形化用戶界面的原型，而這種界面是現代CAD不可或缺的特性。

CAD最早應用在汽車制造、航空航天以及電子工業的大公司中。隨著計算機技術的發展，CAD的應用范圍也逐漸變廣。

CAD的實現技術經歷了許多演變。剛開始的時候，CAD主要被用于產生和手繪圖紙相仿的圖紙。計算機技術的發展使得計算機在設計活動中有更多應用。現今，CAD已經不僅僅用于繪圖和顯示，它開始進入設計者工作中更“智能”的部分。

隨著計算機技術的日益發展、效能的提升和更便宜的價格，許多公司已采用立體的繪圖設計。以往，礙于電腦效能的限制，繪圖軟件只能停留在平面設計，圖紙的真實感有所欠缺。而立體繪圖則沖破了這一限制，令設計藍圖更實體化。

現代CAD系統的功能包括：

（1）設計組件重用（Reuse of Design Components）。

（2）簡易的設計修改和版本控制功能（Ease of Design Modification and Versioning）。

（3）設計的標準組件的自動產生（Automatic Generation of Standard Components of the Design）。

（4）設計是否滿足要求和實際規則的檢驗（Validation/Verification of Designs Against Specifications and Design Rules）。

（5）無需建立物理原型的設計模擬（Simulation of Designs Without Building a Physical Prototype）。

（6）裝配件（一堆零件或者其他裝配件）的自動設計。

（7）工程文檔的輸出。輸出的工程文檔包括制造圖紙、材料明細表（Bill of Materials）等。

（8）涉及到生產設備的直接輸出。

（9）快速原型或快速制造工業原型的機器的直接輸出。

CAD的發展導致了下列工具和方法的發展：

（1）線框模型。

（2）實體造型。

（3）智能布線圖和生產關聯數據庫（Intelligent Wiring Diagrams and Production Linked Database Systems）。

（4）圖形表達系統和工廠圖紙和數據庫（Graphically Represented System or Plant Diagrams and Databases）。

（5）參數化設計模型（Parametric Design Models）。

（6）實時進程模擬（Real-time Process Simulation）。

（7）計算機數控［Computer Numerically Controlled（CNC）］加載文件（工具路徑指令）。

（8）有限元分析（FEA）。

（9）快速原型法（Rapid prototyping）。

很多CAD圖紙是用應用軟件通過設計草圖和其他輸入從頭開始創建的。其他CAD圖紙是從原有的電子CAD文件，通過全部或部分復制另一個CAD文件，經過改動，然后另存為新文件得到的。只有物理形式存在的圖紙（藍圖、丟失文件的設計圖等）可以用一種“紙到CAD轉換”（圖紙轉換、數字化、矢量化）的程序來轉換成CAD文件。

2.CAE

CAE（Computer Aided Engineering）是用計算機輔助求解復雜工程和產品結構強度、剛度、屈曲穩定性、動力響應、熱傳導、三維多體接觸、彈塑性等力學性能的分析計算以及結構性能的優化設計等問題的一種近似數值分析方法。其基本思想是將一個形狀復雜的連續體的求解區域分解為有限的形狀簡單的子區域，即將一個連續體簡化為由有限個單元組合的等效組合體；通過將連續體離散化，把求解連續體的場變量（應力、位移、壓力和溫度等）問題簡化為求解有限的單元節點上的場變量值。此時求解的基本方程是一個代數方程組，而不是原來描述真實連續體場變量的微分方程組，得到的是近似的數值解，求解的近似程度取決于所采用的單元類型、數量以及對單元的插值函數。

3.CAPP

CAPP的英文全稱為Computer Aided Process Planning，中文翻譯為計算機輔助工藝過程設計。

CAPP是一種將企業產品設計數據轉換為產品制造數據的技術，通過這種計算機技術輔助工藝設計人員完成從毛坯到成品的設計。CAPP系統的應用將為企業數據信息的集成打下堅實的基礎。

4.FMS

柔性制造系統簡稱FMS（Flexible Manufacture System），是一組數控機床和其他自動化的工藝設備，由計算機信息控制系統和物料自動儲運系統有機結合的整體。柔性制造系統由加工、物流、信息流三個子系統組成，在加工自動化的基礎上實現物料流和信息流的自動化。

1967年，英國莫林斯公司首次根據威廉森提出的FMS基本概念研制了“系統24”。其主要設備是六臺模塊化結構的多工序數控機床，目標是在無人看管條件下實現24h連續加工，但最終由于經濟和技術上的困難而未全部建成。

1967年，美國的懷特·森斯特蘭公司建成OmnilineI系統，它由八臺加工中心和兩臺多軸鉆床組成，工件被裝在托盤上的夾具中，按固定順序以一定節拍在各機床間傳送和進行加工。這種柔性自動化設備適于少品種、大批量生產中使用，在形式上與傳統的自動生產線相似，所以也叫柔性自動線。日本、前蘇聯、德國等也都先后開展了FMS的研制工作。

1976年，日本發那科公司展出了由加工中心和工業機器人組成的柔性制造單元（簡稱FMC），為發展FMS提供了重要的設備形式。柔性制造單元（FMC）一般由12臺數控機床與物料傳送裝置組成，有獨立的工件儲存站和單元控制系統，能在機床上自動裝卸工件甚至自動檢測工件，可實現有限工序的連續生產，適于多品種小批量生產應用。

隨著時間的推移，FMS在技術上和數量上都有了較大發展，實用階段，以由3～5臺設備組成的FMS為最多，但也有規模更龐大的系統投入使用。

1982年，日本發那科公司建成自動化電機加工車間，由60個柔性制造單元（包括50個工業機器人）和一個立體倉庫組成，另有兩臺自動引導臺車傳送毛坯和工件，此外還有一個無人化電機裝配車間，它們都能連續24h運轉。

這種自動化和無人化車間是向實現計算機集成的自動化工廠邁出的重要一步。與此同時，還出現了若干僅具有FMS基本特征但自動化程度不很完善的經濟型FMS，使FMS的設計思想和技術成就得到普及應用。

5.CIMS

CIMS是英文Computer Integrated Manufacturing Systems或Contemporary的縮寫，直譯就是計算機/現代集成制造系統。計算機集成制造——CIM的概念最早是由美國學者哈林頓博士提出的，其基本出發點是：

（1）企業的各種生產經營活動是不可分割的，要統一考慮。

（2）整個生產制造過程實質上是信息的采集、傳遞和加工處理的過程。

CIMS是通過計算機硬軟件，并綜合運用現代管理技術、制造技術、信息技術、自動化技術、系統工程技術，將企業生產全部過程中有關的人、技術、經營管理三要素及其信息與物流有機集成并優化運行的復雜的大系統。

因此，企業作為一個統一的整體，必須從系統的觀點、全局的觀點廣泛采用計算機等高新技術，加速信息的采集、傳遞和加工處理過程，提高工作效率和質量，從而提高企業的總體水平。

制造業的各種生產經營活動，從人的手工勞動變為采用機械的、自動化的設備，并進而采用計算機是一個大的飛躍，而從計算機單機運行到集成運行是更大的一個飛躍。作為制造自動化技術的最新發展、工業自動化的革命性成果，CIMS代表了當今工廠綜合自動化的最高水平，被譽為未來的工廠。

CIMS的概念已經提出20余年了。20多年來，CIMS的概念已從美國等發達國家傳播到發展中國家，已從典型的離散型機械制造業擴展到化工、冶金等連續或半連續制造業。

CIMS概念已被越來越多的人接受，成為指導工廠自動化的哲理，有越來越多的工廠按CIMS哲理，采用計算機技術實現信息集成，建成了不同水平的計算機集成制造系統。

CIMS與計算機綜合自動化制造系統是同義詞，后者是CIMS在中國早期的另一種叫法，雖然通俗些，但由于無法表達集成的內涵，使用得較少。

6.CAM

計算機輔助制造（Computer-aided Manufacturing，縮寫為CAM）是工程師大量使用產品生命周期管理計算機軟件的產品元件制造過程。計算機輔助設計中生成的元件三維模型用于生成驅動數字控制機床的計算機數控代碼。這包括工程師選擇工具的類型、加工過程以及加工路徑。

有些CAM與CAD系統集成在一起。每一個CAM軟件首先都要解決CAD數據交換的問題，因為生成數據的CAD系統就像文字處理軟件那樣經常按照自己的專有格式保存數據。通常，CAD操作員需要將數據輸出成通用的數據格式（如IGES或者STL等）。

CAM軟件的輸出結果通常是簡單、有時也會非常大的G代碼文本，然后使用直接數字控制（DNC）程序將它傳送到機床。

人們一直希望CAM軟件能夠獨立運轉，但是通常它仍然需要知識與技能都很豐富的操作員選擇合適的刀具，并且定義生成高效率的路徑所需的參數及策略。

（1）CAM發展歷史。商用CAM的應用最初出現在汽車以及航空工業領域的大公司中，如1971年雷諾用于車身設計與加工的UNISURF。

（2）加工過程。大多數加工過程都要經過粗加工、半精加工、精加工3個步驟。根據材料以及所用軟件的不同，每一步都是通過或簡單或復雜的策略來實現，這些策略有：

①粗加工。這個過程從立方原料或者鑄件開始，將它大致加工成最后的模型。因為按照水平方向加工，通常得到一種階梯的形狀。常用的策略有Zig-zag Clearing、Offset Clearing、Plunge Roughing、Rest-roughing。

②半精加工。這個過程從經過粗加工的不平零件開始，按照一個固定的偏移對零件加工。常用的策略有Raster Passes、Waterline Passes、Constant Step-over Passes、Pencil Milling。

③精加工。與半精加工類似，但是起始所用原料不同。

（3）當今提供CAM軟件的公司。根據2005年收入排列，最大的CAM軟件公司是UGSCorp與Dassault Syst è mes，二者都占有超過10%的市場份額。PTC、Hitachi Zosen和Delcam分別占有超過5%的市場份額。Planit、Tebis、Missler、CNC（Mastercam）以及Sescoi分別占有2.5%到5%的市場份額。剩余35%的市場份額被其他較小的供應商所分割。

（4）CAM軟件應用領域。

①機械工程。

②電子設計自動化。CAM工具準備要制造的印制電路板（PCB）以及集成電路設計數據。

目前，大部分企業都采用了CAD/CAE/CAPP/CAM一體化加工技術。

（三）反求工程

反求工程也稱逆向工程（Reverse Engineering）。大意是指根據已有的東西和結果，通過分析來推導出具體的實現方法。

當前反求技術包括影像反求、軟件反求及實物反求三方面。目前相對研究最多的是實物反求技術。它是研究實物CAD模型的重建和最終產品的制造。狹義來說，三維反求技術是將實物模型數據化成設計、概念模型，并在此基礎上對產品進行分析、修改及優化等技術。

1.工作原理

反求技術是利用電子儀器去收集物體表面的原始數據，之后再使用軟件，計算出采集數據的空間坐標，并得到對應的顏色。掃描儀是對物體做全方位的掃描、然后整理數據、三維造型、格式轉換、輸出結果。整個操作過程可以分為以下四個步驟：

（1）物體數據化。普遍采用三坐標測量機或激光掃描儀來采集物體表面的空間坐標值。

（2）從采集的數據中分析物體的幾何特征。依據數據的屬性進行分割，再采用幾何特征和識別方法來分析物體的設計及加工特征。

（3）物體三維模型重建。利用CAD軟件把分割后的三維數據做表面模型的擬合，得出實物的三維模型。

（4）檢驗、修正三維模型。從某種意義上說，反求工程就是仿造。

2.逆向工程軟件簡介

（1）Imageware。Imageware由德國Siemens集團旗下的UGS公司出品，是最著名的逆向工程軟件，被廣泛應用于汽車、航空、航天、消費家電、模具、計算機零部件等設計與制造領域。該軟件擁有廣大的用戶群，國外有BMW、Boeing、GM、Chrysler、Ford、Raytheon、Toyota等著名國際公司，國內則有上海大眾、上海交大、上海DELPHI、成都飛機制造公司等企業，界面如圖1-1所示。

圖1-1Imageware軟件

以前該軟件主要被應用于航空航天和汽車工業。這兩個領域對空氣動力學性能要求很高，在產品開發的開始階段就要認真考慮空氣動力性。常規的設計流程首先根據工業造型需要設計出結構，制作出油泥模型之后將其送到風洞實驗室去測量空氣動力學性能，然后再根據實驗結果對模型進行反復修改直到獲得滿意結果，如此所得到的最終油泥模型才是符合需要的模型。將油泥模型的外形精確地輸入計算機成為電子模型，就需要采用逆向工程軟件。首先利用三坐標測量儀器測出模型表面點陣數據，然后利用逆向工程軟件（如Imageware Surfacer）進行處理即可獲得class1曲面。

隨著科學技術的進步和消費水平的不斷提高，其他許多行業也開始紛紛采用逆向工程軟件進行產品設計。以微軟公司生產的鼠標器為例，就其功能而言，只需要有三個按鍵就可以滿足使用需要，但是怎樣才能讓鼠標器的手感最好，而且經過長時間使用也不易產生疲勞感卻是生產廠商需要認真考慮的問題。因此微軟公司首先根據人體工程學制作了幾個模型并交給使用者評估，然后根據評估意見對模型直接進行修改，直至修改到大家都滿意為止，最后再將模型數據利用逆向工程軟件Imageware生成CAD數據。當產品推向市場后，由于外觀新穎、曲線流暢，再加上手感也很好，符合人體工程學原理，迅速獲得用戶的廣泛認可，產品的市場占有率大幅度上升。

（2）Geomagic Studio。由美國Raindrop（雨滴）公司出品的逆向工程和三維檢測軟件Geomagic Studio可以輕易地從掃描所得的點云數據創建出完美的多邊形模型和網格，并可自動轉換為NURBS曲面。該軟件也是除了Imageware以外應用最為廣泛的逆向工程軟件，界面如圖1-2所示。

圖1-2Geomagic Studio逆向工程軟件

（3）CopyCAD。CopyCAD是由英國DELCAM公司出品的功能強大的逆向工程系統軟件，它能允許從已存在的零件或實體模型中產生三維CAD模型。該軟件為來自數字化數據的CAD曲面的產生提供了復雜的工具，界面如圖1-3所示。

圖1-3CopyCAD逆向工程軟件

CopyCAD能夠接受來自坐標測量機床的數據，同時跟蹤機床和激光掃描器。

CopyCAD簡單的用戶界面允許用戶在盡可能短的時間內進行生產，并且能夠快速掌握其功能，即使對于初次使用者也能做到這點。使用CopyCAD的用戶將能夠快速編輯數字化數據，產生具有高質量的復雜曲面。該軟件系統可以完全控制曲面邊界的選取，然后根據設定的公差自動產生光滑的多塊曲面。同時，CopyCAD還能夠確保在連接曲面之間的正切的連續性。

（4）RapidForm。RapidForm是韓國INUS公司出品的全球四大逆向工程軟件之一。RapidForm提供了新一代運算模式，可實時將點云數據運算出無接縫的多邊形曲面，使它成為3DScan后處理最佳化的接口。RapidForm也使使用者的工作效率提升，使3D掃描設備的運用范圍擴大，改善掃描品質。

（四）快速成型

快速成型（RP）技術是20世紀90年代發展起來的一項先進制造技術，是為制造業企業新產品開發服務的一項關鍵共性技術，對促進企業產品創新、縮短新產品開發周期、提高產品競爭力有積極的推動作用。自該技術問世以來，已經在發達國家的制造業中得到了廣泛應用，并由此產生了一個新興的技術領域。

RP技術是在現代CAD/CAM技術、激光技術、計算機數控技術、精密伺服驅動技術以及新材料技術的基礎上集成發展起來的。不同種類的快速成型系統因所用成型材料不同，成型原理和系統特點也各有不同。但是，其基本原理都是一樣的，那就是“分層制造，逐層疊加”，類似于數學上的積分過程。形象地講，快速成型系統就像是一臺“立體打印機”。

它可以在無需準備任何模具、刀具和工裝卡具的情況下，直接接受產品設計（CAD）數據，快速制造出新產品的樣件、模具或模型。因此，RP技術的推廣應用可以大大縮短新產品開發周期、降低開發成本、提高開發質量。由傳統的“去除法”到今天的“增長法”，由有模制造到無模制造，這就是RP技術對制造業產生的革命性意義。

RP技術的基本原理是，將計算機內的三維數據模型進行分層切片得到各層截面的輪廓數據，計算機據此信息控制激光器（或噴嘴）有選擇性地燒結一層接一層的粉末材料（或固化一層又一層的液態光敏樹脂，或切割一層又一層的片狀材料，或噴射一層又一層的熱熔材料或黏合劑）形成一系列具有微小厚度的片狀實體，再采用熔結、聚合、黏結等手段使其逐層堆積成一體，便可以制造出所設計的新產品樣件、模型或模具。