20年自由成形的历程

2025-09-29 历史故事版权反馈

【摘要】：但自由成形工艺的核心是逐层制作薄片和层层堆积，这些工序本身比较费时，与减成法相比并非“快速”。基于这个原因，本书为避免误导，将这种加成制造法称为“自由成形”，或照顾到过去的习惯称为“自由快速成形”，而不称为“快速成形”。

20世纪80年代之前，制造业制作工件的通常方法是采用体积大于工件的毛坯（原材料或铸造、锻压得到的坯料），通过车、铣、刨、钻、磨或电加工等工艺，切除毛坯上多余的材料形成工件。这种工艺属于减成制造法（简称减成法，Sub-tractive Fabrication），优点是工件精度高，可加工的原材料广泛，因此一直是制造业的主流工艺。

但是，减成法工艺也有明显的缺点：制作周期一般较长，成本较高，往往还需要制作模具的中间环节。随着社会的进步和科技的发展，产品的更新换代日新月异，减成法工艺难以缩短产品由设计到定型的过程。

20世纪80年代末期面世的快速成形（Rapid Prototyping，RP）工艺突破了减成法工艺的局限，采用堆积式自由成形（Free-Form Fabrication，FFF）技术，开创了加成制造法（简称加成法，Additive Fabrication）新工艺，它将计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机数字控制（CNC）、激光、精密伺服驱动等先进技术和新材料融为一体。实现加成法工艺的快速成形机可依据计算机构成的工件三维CAD设计模型（见图1-1a），首先用软件对设计模型进行分层切片，得到各层截面的二维轮廓图（见图1-1b），然后按照这些轮廓图进行分层自由成形，构成各个截面轮廓层薄片（见图1-1c，截面层厚度一般为0.05～0.20mm），并将这些薄片逐步顺序堆积成三维工件（见图1-1d）。

图1-1 工件的自由成形（三维—二维—三维的转换）(https://www.chuimin.cn)

a）三维设计模型 b）模型分层切片 c）分层成片 d）堆积成体

自由成形将复杂的三维加工转化成简单的二维加工的组合，不必采用传统的加工机床和工模具，一般只需传统加工方法30％～50％的工时和20％～35％的成本，就能直接制造出产品样品（原型件）或模具。由于自由成形具有上述突出优点，近20年来发展迅速，自由成形产品销售和服务总额的年平均增长率高达26.4％，自由成形已成为现代先进制造技术中的一项支柱技术。

上述情况表明，针对由原材料至成品的整个工艺过程来看，自由成形节省了制作工模具的时间，因此可称其为“快速成形”。但自由成形工艺的核心是逐层制作薄片和层层堆积，这些工序本身比较费时，与减成法相比并非“快速”。基于这个原因，本书为避免误导，将这种加成制造法称为“自由成形”，或照顾到过去的习惯称为“自由快速成形”，而不称为“快速成形”。

20年自由成形的历程

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