汪峰《春泥》下载:为什么目前RP技术没有大范围替代传统的制造生产

快速成型技术 (Rapid Prototyping简称RP)是80年代末才发展起来的数字制造工艺技术，它把零件的三维数字模型先进行离散化，然后按照数字积分的思路进行逐层加工。利用这一技术可以在计算机控制下，迅速将CAD数字模型变为零件的物理模型。因而CAD→RP原型→评价→CAD修改已逐渐成为保证一次设计成功的新设计模式。目前，它在国内主要分以下几类：RP技术结合了众多当代高新技术：计算机辅助设计、数控技术、激光技术、材料技术等，并将随着技术的更新而不断发展。自1986年出现至今，短短十几年，世界上已有大约二十多种不同的成形方法和工艺，而且新方法和工艺不断地出现。目前已出现的RP技术的主要工艺有：
1.PCM工艺:无木模铸造。
2.SL工艺:光固化/立体光刻 。
3.FDM工艺:熔融沉积成形。
4.SLS工艺:选择性激光烧结。
5.LOM工艺:分层实体制造。
6.3DP工艺:三维印刷。
以下是主要快速成型工艺的特点及相关信息：
表（1）
PCM
无模快速制造技术
SLA
光固化成型
FDM
熔融沉积成型
SLS
选择性激光烧结
LOM
分层实体制造
优点
(1)无需木模，铸型一次成形。
(2)可实现一体化造型，减少设计约束和机加工量，铸件尺寸精度易控制。
(3)型、芯同时成型，提高定位精度。
(4)无需拔模斜度，减轻铸件重量。
(5)可以制作任意形状的铸件，尤其是制作复杂以及含有自由曲面的铸件，而且精度高。
(6)可实现全自动，劳动强度低，对工人技能水平要求低。
(7)速度快，制造和运行成本低。
(8)材料可再生回用。
(1)成形速度极快，成形精度、表面质量高；
(2)适合做小件及精细件。
(1)成形材料种类较多，成形样件强度好，能直接制作ABS塑料。
(2)尺寸精度较高，表面质量较好，易于装配。
(3)材料利用率高。
(4)操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。
(1) 有直接金属型的概念，可直接得到塑料、蜡或金属件。
(2)材料利用率高；造型速度较快。
(1) 成形精度较高。
(2)只须对轮廓线进行切割，制作效率高，适合做大件及实体件。
(3)制成的样件有类似木质制品的硬度，可进行一定的切削加工。
缺点
(1)做小件和精细件时精度不如SLA。
(2)铸型表面比较粗糙，有台阶纹，成型后要进行打磨。
(3)最薄只能做3mm壁厚铸型。
(1)成形后要进一步固化处理。
(2)光敏树脂固化后较脆，易断裂，可加工性不好。
(3)工作温度不能超过100℃，成形件易吸湿膨胀，抗腐蚀能力不强。
(1)成形时间较长。
(2)做小件和精细件时精度不如SLA。
(1)成形件强度和表面质量较差，精度低。
(2)在后处理中难于保证制件尺寸精度，后处理工艺复杂，样件变型大，无法装配。
(1)不适宜做薄壁原型。
(2)表面比较粗糙，工件表面有明显的台阶纹，成型后要进行打磨。
(3)易吸湿膨胀，成形后要尽快表面防潮处理。
(4)工件强度差，缺少弹性。
设备购置费用
较高
高昂
低廉
高昂
中等
维护和日常使用费用
无激光器损耗，材料的利用率高，原材料便宜，运行费用极低。
激光器有损耗，光敏树脂价格昂贵，运行费用很高。
无激光器损耗，材料的利用率高，原材料便宜，运行费用极低。
激光器有损耗，材料利用率高，原材料便宜，运行费用居中。
激光器有损耗，材料利用率很低，运行费用较高。
发展趋势
飞速发展
稳步发展
飞速发展
稳步发展
渐趋淘汰
应用领域
大中型复杂金属件和复杂洁具等
复杂、高精度、艺术用途的精细件
塑料件外形和机构设计
铸造件设计
实心体大件
适合行业
铸造行业、机械制造业、陶瓷卫生洁具行业、快速成形服务中心、高等院校等
快速成形服务中心
科研院校、生产企业
铸造行业
铸造行业
从上表中不难看出快速成型技术在未来的制造业发展中将会大展身手，在现实的制造生产中，尽管具有很明显的优点，技术已经比较成熟，已经可以生产出和传统生产工艺接近的产品原型或产品零部件，但目前并没有大范围替代传统的制造生产，其中的原因我们主要从成本的角度分析.
计算快速成型机的运行成本，主要要考虑三方面的因素：
1、材料的价格：材料应该包括工件的材料、支撑材料、后处理材料、辅助材料等。很多商家会故意隐瞒必须的材料，而只告诉买家其中部分材料；还有一些商家故意低报材料的价格，待买家把设备采购回去之后再把材料价格涨上去。
2、材料的密度：通过快速成型机最终需要制作出的是一定体积的工件，而不是一定重量的工件。一些商家故意对买家隐瞒材料密度的概念，采用偷换概念的做法，只告诉买家材料多少钱一公斤，而不告诉买家一公斤的材料能做出多少体积的工件。
3、易损件的价格：各种快速成型机都有不同的易损件，易损件都有一定的寿命和价格。有些易损件的价格非常高昂，一些高校在买设备的时候是得到了国家的大笔资金，但是不可能每年都得到大笔资金的支持，待到易损件需要更换的时候，往往已经没有能力去更换易损件；易损件都有正常的使用寿命，商家往往会虚报寿命。
以下是各种快速成型工艺的运行成本：
一、OBJET快速成型机
1、材料名称和价格：液态光敏树脂 2000元/公斤
2、支撑材料名称和价格：液态光敏树脂 1200元/公斤
3、做出1立方厘米工件需耗费的材料价格(包括支撑材料）：3.5元～9元（根据不同的支撑比例价格也不同）
4、工件密度：1.4 g/cm3
5、支撑方式及支撑所占比例：面支撑 30%～80%（根据工件结构不同支撑所占比例也不同）
6、易损件的名称、寿命和价格：专用喷头（有4头和8头两种）、厂家标称寿命2000小时（实际使用500小时后喷头就开始堵塞）、厂家公布价格为4头的32000元 8头的64000元
二、3DP三维打印机
1、材料名称和价格：类石膏粉 400元/公斤 粘结剂 800元/公升渗透剂 400元/100克
2、支撑材料名称和价格：无需支撑
3、做出1立方厘米工件需耗费的材料价格(包括支撑材料）：1.2元～3元（根据不同结构的工件所耗费的粘结剂和渗透剂也不同）
4、工件密度：1.6 g/cm3
5、易损件的名称、寿命和价格：专用HP喷头、厂家标称寿命100小时（实际使用40小时后喷头就开始堵塞）、厂家公布价格为400元/个.
三、SLA快速成型机（激光固化快速成型机）
1、材料名称和价格：液态光敏树脂 2000元/公斤 (国产光敏树脂价格为800元/公斤,但材料性能差)
2、支撑材料名称和价格：液态光敏树脂 2000元/公斤
3、做出1立方厘米工件需耗费的材料价格(包括支撑材料）：3.7元～6.5元（根据不同的支撑比例价格也不同）
4、工件密度：1.3 g/cm3
5、支撑方式及支撑所占比例：线支撑 30%～60%（根据工件结构不同支撑所占比例也不同）
6、易损件的名称、寿命和价格：固体激光器/震镜、厂家标称寿命20000小时（实际使用5000小时后激光器功率开始衰减）、厂家公布价格为300000元/个
四、FDM快速成型机（熔融喷丝型快速成型机）
1、材料名称和价格：进口类ABS丝 2200元/公斤  国产ABS丝300元/公斤
2、支撑材料名称和价格：进口类ABS丝 2200元/公斤  国产ABS丝300元/公斤
3、做出1立方厘米工件需耗费的材料价格(包括支撑材料）：进口材料4元～7元  国产材料0.5～1元（根据不同的支撑比例价格也不同）
4、工件密度：1.3 g/cm3
5、支撑方式及支撑所占比例：线支撑 30%～60%（根据工件结构不同支撑所占比例也不同）
6、易损件的名称、寿命和价格：机械喷头 厂家标称寿命2000小时（实际使用500小时后激光器功率开始衰减）、厂家公布价格为 进口喷头500元/个 国产喷头30元/个
五、SLS快速成型机（粉末烧结快速成型机）
1、材料名称和价格：进口尼龙粉 2500元/公斤  国产尼龙粉/蜡粉300元/公斤
2、支撑材料名称和价格：不需要支撑材料
3、做出1立方厘米工件需耗费的材料价格：进口材料4元  国产材料0.5元
4、工件密度：1.6 g/cm3
5、易损件的名称、寿命和价格：二氧化碳激光器 厂家标称寿命20000小时（实际使用5000小时后激光器功率开始衰减）、厂家公布价格为100000元/个
相应地，传统制造工艺成本由设备成本和加工成本费用两部分组成，分析如下:
设备的成本分析
类型
价格
加工范围
加工精度
预期寿命
车床（CA6140）
5万左右
最大加工长度800mm最大回转直径270mm
T13-T6
Ra12.5-0.8
5-6年需要维修
磨床
3万左右
能加工长500宽300高400的零件 T8-T7
Ra3.2-6.3
5-6年
铣床
4-10万
平面类零件
直纹曲面类零件
立体曲面类零件
T9-T7
Ra1.6-3.2
7年
刨床
1-2万
最大4米乘10米工件
T8-T7
Ra1.6-6.3
5-6年
传统工艺的加工成本费用
设备
型号
设备
折旧（元/小时）
电费（元/小时）
工费（元/小时）
刀具费  （元/小时）
辅助设备（元/小时）
管理费用  （元/小时）
其他费用（元/小时）
总共
合计（元/小时）
市场价格      （元/小时）
铣床
1#-3#
¥0.94
¥1.60
¥8.62
¥1.72
¥0.57
¥1.72
¥0.57
¥15.76
20
车床
C6140以下
¥1.39
¥1.60
¥6.90
¥1.15
¥0.57
¥1.72
¥0.57
¥13.91
25
磨床
---
¥2.81
¥1.60
¥17.24
¥3.45
¥1.72
¥1.72
¥0.57
¥29.13
45
普通火花机
---
¥2.81
¥1.28
¥5.75
¥0.00
¥0.29
¥1.72
¥0.57
¥12.43
20
精密火花机
---
¥28.13
¥2.10
¥14.37
¥0.00
¥1.72
¥1.72
¥4.60
¥52.64
100
普通CNC
850
¥12.50
¥1.60
¥14.37
¥11.49
¥0.57
¥1.72
¥2.87
¥45.13
70
综合以上分析，我认为RP技术现阶段之所以没有大范围取代传统工艺，主要的限制在于其高昂的设备价格，RP设备具有功能单一的束缚，一台机器只能利用一种或几种材料进行一种工艺成型，这是现阶段发展的瓶颈之一。其次在于材料问题，目前快速成型技术中成型材料的成型性能大都不太理想，必须经由后处理或者二次开发才能产生令人满意的产品，由于材料技术开发的专门性，一般快速成型材料的价格都比较贵，造成生产成本的提高。
注：本文中资料参考来源为佛山市峰华自动成型装备有限公司网站