快速成型制造技術(shù)是目前國(guó)際上成型工藝中備受關(guān)注的焦點(diǎn)。鑄造作為一項(xiàng)傳統(tǒng)的工藝，制造本錢低、工藝靈活性大，可以獲得復(fù)雜外形和大型的鑄件。充分發(fā)揮兩者的特點(diǎn)和上風(fēng)，可以在新產(chǎn)品試制中取得客觀的經(jīng)濟(jì)效益。
快速成型制造技術(shù)又被稱為“快速原型制造技術(shù)(RapidPrototyping Manufacturing，簡(jiǎn)稱RPM)”，它包括SLS、SLA、SLM等成型方法。與傳統(tǒng)制造方法不同，快速成型從零件的CAD幾何模型出發(fā)，通過(guò)軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，用激光束或其他方法將材料堆積而形成實(shí)體零件，所以又被稱為“材料添加制造法(Material Additive Manufacturing或 Material IncreaseManufacturing)”。由于它把復(fù)雜的三維制造轉(zhuǎn)化為一系列二維制造的疊加，因而可以在不用模具和工具的條件下幾乎能夠天生任意復(fù)雜外形的零部件，極大地進(jìn)步了生產(chǎn)效率和制造柔性。與數(shù)控加工、鑄造、金屬冷噴涂、硅膠模等制造手段一起，快速成型已成為現(xiàn)代模型、模具和零件制造的重要手段，是目前適合我國(guó)國(guó)情的實(shí)現(xiàn)金屬零件的單件或小批量靈敏制造的有效方法，在航空航天、汽車摩托車、家電等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
快速成型技術(shù)能夠快捷地提供精密鑄造所需的蠟?zāi)；蚩上勰Ｒ约坝糜谏靶丸T造的木模或砂模，解決了傳統(tǒng)鑄造中蠟?zāi)；蚰灸５戎苽渲芷陂L(zhǎng)、投進(jìn)大和難以制作曲面等復(fù)雜構(gòu)件的困難。而精密鑄造技術(shù)(包括石膏型鑄造)和砂型鑄造技術(shù)在我國(guó)事非常成熟的技術(shù)，這兩種技術(shù)的有機(jī)結(jié)合實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的低本錢和高效益，達(dá)到了快速制造的目的。
RPM技術(shù)的特點(diǎn)
快速成型技術(shù)與傳統(tǒng)方法相比具有獨(dú)特的優(yōu)越性，其特點(diǎn)如下：
1. 實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)過(guò)程和制造過(guò)程的集成，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)字化，與CAD模型具有直接的關(guān)聯(lián)性，零件所見(jiàn)即所得，可隨時(shí)修改、隨時(shí)制造，緩解了復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件CAD/CAM過(guò)程中CAPP的瓶頸題目。
2. 可加工傳統(tǒng)方法難以制造的零件材質(zhì)，如梯度材質(zhì)零件、多材質(zhì)零件等，有利于新材料的應(yīng)用。
3. 制造復(fù)雜零件毛坯模具的周期和本錢大大降低，用工程材料直接成形機(jī)械零件時(shí)，不再需要設(shè)計(jì)制造毛坯成形模具。
4. 實(shí)現(xiàn)了毛坯的近凈型成形，機(jī)械加工余量大大減小，避免了材料的浪費(fèi)，降低了能源的消耗，有利于環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。
5. 由于工藝預(yù)備的時(shí)間和用度大大減少，使得單件試制、小批量生產(chǎn)的周期和本錢大大降低，特別適用于新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和單件小批量零件的生產(chǎn)。
6. 與傳統(tǒng)方法相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)快速鑄造、快速模具制造、小批量零件生產(chǎn)等功能，為傳統(tǒng)制造方法注進(jìn)新的活力。
RPM技術(shù)在鑄造中的應(yīng)用
1. 精密鑄造
精密鑄造是所有鑄造方法中最精確的一種，精度一般優(yōu)于0.5%，且可重復(fù)性好，鑄件只需少量的機(jī)加工就可以投進(jìn)使用。由于鑄模是一次性使用，使得制造內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件成為了可能，能生產(chǎn)鑄造或機(jī)加工不能生產(chǎn)的零件。盡管精密鑄造有著很多的優(yōu)越性，但其生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜且冗長(zhǎng)。除了耗時(shí)外，精密鑄造還很費(fèi)工，50%～80%的用度都出自于人工。此外，小批量生產(chǎn)中的模具用度分?jǐn)傊率箚蝺r(jià)昂貴。
快速成型和精密鑄造是互補(bǔ)的，這兩種方法都適用于復(fù)雜外形零件的制造。假如沒(méi)有快速自動(dòng)成型，鑄模的生產(chǎn)就是精密鑄造的瓶頸過(guò)程;然而沒(méi)有精密鑄造，快速自動(dòng)成型的應(yīng)用也會(huì)存在很大的局限性。
快速成型技術(shù)在精密鑄造中的應(yīng)用可以分為三種：一是消失成型件(模)過(guò)程，用于小批量件生產(chǎn);二是直接型殼法，用于小量生產(chǎn);三是快速蠟?zāi)Ｄ＞咧圃欤糜诖笈可a(chǎn)。
2. 快速鑄造
在制造業(yè)特別是航空航天、汽車等重點(diǎn)行業(yè)，其基礎(chǔ)的核心部件一般均為金屬零件，而且相當(dāng)多的金屬零件是非對(duì)稱性的、有著不規(guī)則曲面或結(jié)構(gòu)復(fù)雜而內(nèi)部又含有精細(xì)結(jié)構(gòu)的零件。這些零件的生產(chǎn)常采用鑄造或解體加工的方法，快速鑄造是所有采用快速成型件做母模或過(guò)渡模來(lái)復(fù)制金屬件的方法中最具吸引力的一種。這是由于鑄造工藝能生產(chǎn)復(fù)雜外形的零件。
在鑄造生產(chǎn)中，模板、芯盒、壓蠟型、壓鑄模的制造往往是用機(jī)加工的方法來(lái)完成的，有時(shí)還需要鉗工進(jìn)行修整，周期長(zhǎng)、耗資大特別是對(duì)一些外形復(fù)雜的鑄件，如葉片、葉輪、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和缸蓋等，模具的制造更是一個(gè)難度非常大的過(guò)程，即使使用數(shù)控加工中心等昂貴的設(shè)備，在加工技術(shù)與工藝可行性方面仍存在很大困難。
RPM 技術(shù)與傳統(tǒng)工藝相結(jié)合，可以揚(yáng)長(zhǎng)避短，收到事半功倍的效果。利用快速成型技術(shù)直接制作蠟?zāi)?流程見(jiàn)圖1)，快速鑄造過(guò)程無(wú)需開(kāi)模具，因而大大節(jié)省了制造周期和用度。圖2為采用快速鑄造方法生產(chǎn)的四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的蠟?zāi)＜拌T件，按傳統(tǒng)金屬鑄件方法制造，模具制造周期約需半年，用度幾十萬(wàn);用快速鑄造方法，快速成型鑄造熔模3天，鑄造10天，使整個(gè)試制任務(wù)比原計(jì)劃提前了5個(gè)月。
精密鑄造通常被用來(lái)從快速成型件制造鋼鐵件。但對(duì)低熔點(diǎn)金屬件，如鋁鎂合金件，石膏型鑄造效率更高，同時(shí)鑄件質(zhì)量能得到有效的保證，鑄造成功率較高。在石膏型鑄造過(guò)程中，快速成型件仍然是可消失模型，然后由此得到石膏模進(jìn)而得到所需要的金屬零件。
圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管系列
石膏型鑄造的第一步是用快速成型件制作可消失模，然后再將快速成型消失模埋在石膏漿體中得到石膏模，再將石膏模放進(jìn)培燒爐內(nèi)培燒。這樣將快速成型消失模通過(guò)高溫分解，終極完全消失干凈，同時(shí)石膏模干燥硬化，這個(gè)過(guò)程一般要兩天左右。最后在專門的真空澆鑄設(shè)備內(nèi)將熔溶的金屬鋁合金注進(jìn)石膏模，冷卻后，破碎石膏模就得到金屬件了。這種生產(chǎn)金屬件的方法本錢很低，一般只有壓鑄模生產(chǎn)的2%～5%。生產(chǎn)周期很短，一般只需2～3周。石膏型鑄件的性能也可與精鑄件相比，由于是在真空環(huán)境中完成澆注，所以性能甚至更優(yōu)于普通精密鑄造。圖3所示為使用石膏型鑄造得到的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管系列產(chǎn)品。
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