現(xiàn)代快速經(jīng)濟(jì)制造模具技術(shù)分析

隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，新的技術(shù)革命不斷取得新的進(jìn)展和突破，技術(shù)的飛躍發(fā)展已經(jīng)成為推動(dòng)世界經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要因素。市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，促使工業(yè)產(chǎn)品越來越向多品種、小批量、高質(zhì)量、低成本的方向發(fā)展，為了保持和加強(qiáng)產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，產(chǎn)品的開發(fā)周期、生產(chǎn)周期越來越短，于是對(duì)制造各種產(chǎn)品的關(guān)鍵工藝裝備—模具的要求越來越苛刻。?

　　一方面企業(yè)為追求規(guī)模效益，使得模具向著高速、精密、長(zhǎng)壽命方向發(fā)展；另一方面企業(yè)為了滿足多品種、小批量、產(chǎn)品更新?lián)Q代快、贏得市場(chǎng)的需要，要求模具向著制造周期短、成本低的快速經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展。計(jì)算機(jī)、激光、電子、新材料、新技術(shù)的發(fā)展，使得快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)如虎添翼，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，類型不斷增多，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益越來越顯著。

?　2快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)類型?
　　快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)與傳統(tǒng)的機(jī)械加工相比，具有制模周期短、成本低、精度與壽命又能滿足生產(chǎn)上的使用要求，是綜合經(jīng)濟(jì)效益比較顯著的一類制造模具的技術(shù)，概括起來，有以下幾種類別。
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　　2.1快速原型制造技術(shù)?
　　快速原型制造技術(shù)簡(jiǎn)稱RPM，是80年代后期發(fā)展起來的一種新型制造技術(shù)。美國(guó)、日本、英國(guó)、以色列、德國(guó)、中國(guó)都推出了自己的商業(yè)化產(chǎn)品，并逐漸形成了新型產(chǎn)業(yè)。?

　　RPM是電腦、激光、光學(xué)掃描、先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助加工（CAM）、數(shù)控（CNC）綜合應(yīng)用的高新技術(shù)。在成型概念上以平面離散、堆積為指導(dǎo)，在控制上以計(jì)算機(jī)和數(shù)控為基礎(chǔ)，以最大柔性為總體目標(biāo)。它摒棄了傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法，對(duì)制造業(yè)的變革是一個(gè)重大的突破，利用RPM技術(shù)可以直接或間接地快速制模，該技術(shù)已被汽車、航空、家電、船舶、醫(yī)療、模具等行業(yè)廣泛應(yīng)用。下面簡(jiǎn)述一下目前已經(jīng)商業(yè)化的幾種典型快速成型工藝。
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　　2.1.1激光立體光刻技術(shù)（SLA）?
　　SLA技術(shù)是交計(jì)算機(jī)CAD造型系統(tǒng)獲得制品的三維模型，通過微機(jī)控制激光，按著確定的軌跡，對(duì)液態(tài)的光敏樹脂進(jìn)行逐層掃描，使被掃描區(qū)層層固化，連成一體，形成最終的三維實(shí)體，再經(jīng)過有關(guān)的最終硬化打光等后處量，形成制件或模具。?

　　激光立體光刻技術(shù)主要特點(diǎn)是可成型任意復(fù)雜形狀，成型精度高，仿真性強(qiáng)，材料利用率高，性能可靠，性能價(jià)格比較高。適合產(chǎn)品外型評(píng)估、功能實(shí)驗(yàn)、快速制造電極和各種快速經(jīng)濟(jì)模具。但該技術(shù)所用的設(shè)備和光敏樹脂價(jià)格昂貴，使其成本較高。
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　　2.1.2疊層輪廓制造技術(shù)（LOM）?
　　LOM技術(shù)是通過計(jì)算機(jī)的三維模型，利用激光選擇性地對(duì)其分層切片，將得到的各層截面輪廓層層粘結(jié)，最終疊加成三維實(shí)體產(chǎn)品。
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　　其工藝特點(diǎn)是成型速度快，成型材料便宜、成本低，因無相變，故無熱應(yīng)力、收縮、膨脹、翹曲等，所以形狀與盡寸精度穩(wěn)定，但成型后廢料塊剝離較費(fèi)事，特別是復(fù)雜件內(nèi)部的廢料剝離。該工藝適用于航空、汽車等和中體積較大制件的制作。?

　　2.1.3激光粉末選區(qū)燒結(jié)成型技術(shù)（SLS）?
　　SLS技術(shù)是將計(jì)算機(jī)的三維模型通過分層軟件將其分層，在計(jì)算機(jī)控制下，使激光束依據(jù)分層的切片截面信息對(duì)粉末逐層掃描，掃描到的粉末燒結(jié)固化（聚合、燒結(jié)、粘結(jié)、化學(xué)反應(yīng)等），層層疊加，堆積成三維實(shí)體制件。?

　　該技術(shù)最大特點(diǎn)是能同時(shí)用幾種不同材料（聚碳酸脂、聚乙烯氯化物、石蠟、尼龍、ABS、鑄造砂）制造一個(gè)零件。?

　　2.1.4熔融沉積成型技術(shù)（FDM）?
　　FDM技術(shù)是由計(jì)算機(jī)控制可擠出熔融狀態(tài)材料的噴嘴，根據(jù)CAD產(chǎn)品模型分層軟件確定的幾何信息，擠出半流動(dòng)狀態(tài)的熱塑材料沉積固化成精確的實(shí)際制件薄層 ，自下而上層層堆積成一個(gè)三維實(shí)體，可直接做模具或產(chǎn)品。

2.1.5三維印刷成型技術(shù)（3D-P）?
　　3D-P技術(shù)用微機(jī)控制一個(gè)連續(xù)噴墨印刷頭，依據(jù)分層軟件逐層選擇性地在粉末層上沉積液體粘結(jié)材料，最終由順序印刷的二維層堆積成一個(gè)三維實(shí)體，猶如不使用激光的快速制模技術(shù)。該技術(shù)主要應(yīng)用在金屬陶瓷復(fù)合材料的多孔陶瓷預(yù)成型件上，其目標(biāo)是由CAD產(chǎn)品模型直接生產(chǎn)模具或功能性制作。?

　　2.2表面成型制模技術(shù)?
　　表面成型制模技術(shù)，主要是利用噴涂、電鑄、化學(xué)腐蝕等新的工藝方法形成型腔表面及精細(xì)花紋的一種工藝技術(shù)，實(shí)際應(yīng)用中包括以下幾種類型。?

　　2.2.1電弧噴涂成型制模技術(shù)?
　　電弧噴涂成型技術(shù)的原理是：利用2根通電的金屬絲之間產(chǎn)生電弧的熱量將金屬絲熔化，依靠高壓氣體將其充分霧化，并給予一定的動(dòng)能，高速噴射在樣模表面，層層鑲嵌，形成一金屬殼體，即型腔的內(nèi)表面，再用充填基體材料（一般為金屬粉粒與樹脂的復(fù)合材料）加以支撐加固，提高其強(qiáng)度和剛性，連同金屬模架組合成模具。
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　　這種制模技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、成本低，制造周期非常短，型腔表面的成型僅需幾個(gè)小時(shí)，節(jié)省能源和金屬材料，一般型腔表面僅2-3mm厚，仿真性極強(qiáng)，花紋精度可達(dá)到0.5μm。?

目前該技術(shù)被廣泛地用于飛機(jī)、汽車的內(nèi)飾件模具、家電、家俱、制鞋、美術(shù)工藝品等表面形狀復(fù)雜及花紋精細(xì)的各種聚氨酯制品的吹塑、吸塑、PVC注射、PU發(fā)泡及各類注射成型模具中。
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　　2.2.2電鑄成型技術(shù)?　
　　電鑄成型技術(shù)的原理同電鍍一樣，是依樣模（現(xiàn)成制品或按制品圖紙制成的母模）為基準(zhǔn)（陰極），置放在電鑄液中（陽極），使電鑄液中的金屬離子還原后一層一層地沉積在樣模上，形成金屬殼體，將其剝離后，與樣模接觸的表面即為模具的型腔內(nèi)表面。?

　　該技術(shù)主要特點(diǎn)是節(jié)省材料、模具制造周期短，電鑄層硬度可達(dá)40HRC，提高了耐磨性和壽命，粗糙度、尺寸精度與樣模完全一致，適用于注射、吸塑、吹塑、搪塑、膠木模、玻璃模、壓鑄模等模具型腔及電火花成型電極的制造。?

　　2.2.3型腔表面精細(xì)花紋成型的蝕刻技術(shù)?
　　蝕刻技術(shù)是光學(xué)、化學(xué)、機(jī)加工綜合應(yīng)用的一種技術(shù)，它的基本原理是先把花紋圖案制成膠片，再把膠片上的花紋圖案復(fù)制在已涂上光敏材料的模具型腔表面上，經(jīng)過化學(xué)處理，模具型腔表面形成不被蝕刻部分的保護(hù)層，再根據(jù)模具材質(zhì)，選擇相應(yīng)蝕刻工藝，將花紋圖案蝕刻在模具內(nèi)表面上。?
　　該技術(shù)的主要特點(diǎn)是時(shí)間短、費(fèi)用低，修補(bǔ)破損花紋圖案可做到天衣無縫。?

　　2.3澆鑄成型制模技術(shù)?澆鑄成型制模技術(shù)的共同特點(diǎn)是依樣件為基準(zhǔn)，澆鑄出凸、凹模，型腔表面不需要機(jī)械加工。實(shí)際制模中主要有以下幾種類型。?

　　2.3.1鉍錫合金制模技術(shù)?
　　鉍錫合金快速制模技術(shù)是經(jīng)樣件為基準(zhǔn)，以Bi-Sn（鉍錫）二元共晶合金（熔點(diǎn)138℃，脹縮率萬分之三）為材料，有精密鑄造的方法同時(shí)鑄出凸模、凹模、壓邊圈的一種技術(shù)。該技術(shù)的特點(diǎn)是制模成本低，合金可重復(fù)使用，制造周期短，尺寸精度高，形狀、尺寸與樣件完全相符，一次鑄模壽命可達(dá)500-3000件，非常適合新產(chǎn)品開發(fā)、工藝驗(yàn)證、樣品試制及中小批量和平。

　　2.3.2鋅基合金制模技術(shù)?
　　這是一種以樣件（或樣模）為基準(zhǔn)，以熔點(diǎn)為380℃左右的鋅基合金為材料，分別澆注凸、凹模，原則上型腔表面不進(jìn)行機(jī)械加工的一種制模技術(shù)。該技術(shù)特點(diǎn)是制模成本低、周期短，適用于制作薄板大型拉伸模、沖裁模及塑料模。?

2.3.3樹脂復(fù)合成型模具技術(shù)?
　　這是一種以樣模（或工藝模型）為基準(zhǔn)，以樹脂或其復(fù)合材料為流體材料，先澆注出凸（凹）模，再依據(jù)凸（凹）模貼上蠟片（間隙層），澆注凸（凹）模。該技術(shù)成型的型腔表面不需機(jī)械加工。

　　該技術(shù)與CAD/CAM相結(jié)合，特點(diǎn)是模具尺寸精度高、制造周期短、成本低，是新產(chǎn)品試制、小批量生產(chǎn)工藝裝備的新途徑。適用于制作大型覆蓋件拉伸模（也可局部鑲鋼）、真空吸塑、聚氨酯發(fā)泡成型模、陶瓷模、仿型靠模、鑄造模等。?

　　2.3.4硅橡膠制模技術(shù)該技術(shù)以制件原型或模型為基準(zhǔn)，將柔態(tài)硅橡膠制做成塊，再靠高壓力與模型完全吻合。?

　　2.4擠壓成型技術(shù)

　　2.4.1冷擠壓成型?
利用鈹銅合金的良好的導(dǎo)熱性和穩(wěn)定性，經(jīng)固熔時(shí)效處理后，采用冷擠壓制造模具凹模型腔。其特點(diǎn)是制造周期短，型腔精度高（IT7級(jí)），表面粗糙度Ra=0.025μm,強(qiáng)度高，壽命可達(dá)50萬次，無環(huán)境污染。?

　　2.4.2超塑成型制模技術(shù)?
　　該技術(shù)是利用金屬材料在細(xì)化晶粒、一定成型溫度、低變形速率條件下，材料具有最佳超塑性時(shí)，將事先制作好的凸模，用較小的力便可擠壓出凹模的一種快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)。超塑成型材料的典型代表是Zn-22%AL。?

　　2.5無模多點(diǎn)成形技術(shù)?
　　無模多點(diǎn)快速成形技術(shù)是以CAD/CAM/CAT技術(shù)為主要手段，利用計(jì)算機(jī)控制高度可調(diào)基本體群形成上下成形面，代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具對(duì)板料進(jìn)行三維曲面成形的又一現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)可以隨意改變變形路徑與受力狀態(tài)，提高材料的成形極限，可反復(fù)成形，以此消除材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)無回彈成形。?

　　2.6凱維朗（KEVRON）鋼帶沖裁落料制模技術(shù)?
新型鋼帶沖裁落料制模技術(shù)是一種不同于一般具有凸、凹模結(jié)構(gòu)的鋼帶模，它是由單刃鋼帶與特制墊板組成的新型快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)。這種模具重量輕，一般只有200kg，加工精度為±0.35-0.50mm，可適合各種黑色和有色金屬的0.5-0.65mm厚的板料加工。壽命可達(dá)到5-25萬次，制造成本低。
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　　2.7模具毛坯的快速制造技術(shù)—實(shí)型鑄造?
　　由于大量的模具是屬于單件或小批量生產(chǎn)，模具毛坯的制造質(zhì)量和周期及成本對(duì)最終的模具質(zhì)量和周期及成本的影響是至關(guān)重要的。?

　　現(xiàn)代模具毛坯已廣泛地采用子實(shí)型鑄造技術(shù)，所謂實(shí)型鑄造就是利用泡沫塑料（聚苯乙烯—PS或聚甲基丙烯酸酯—PMMA）制作代替?zhèn)鹘y(tǒng)的木模或金屬模，造型后不需取出模型，便可以澆鑄，泡沫塑料模型的高溫液體金屬作用下，迅速燃燒氣化而消失，金屬液取代原來泡沫塑料模型所占有的位置，冷凝后形成鑄件。實(shí)型鑄造在實(shí)際應(yīng)用中有下列幾種情況。
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　　2.7.1干砂實(shí)型鑄造?
　　即用55-100目的全干沒有任何粘結(jié)劑的石英砂造型，用EPS或PMMA泡沫塑料制作的模型涂掛0.2-1mm厚透氣性良好的耐火涂料層，以提高鑄件表面光潔度，防止粘砂或塌箱。?

　　2.7.2負(fù)壓實(shí)型鑄造?
　　負(fù)壓實(shí)型鑄造又稱V法造型。該技術(shù)是使用全干而無粘結(jié)劑的石英砂做型砂，用EPS或PMMA泡沫塑料做模型，在塑料薄膜的密封條件下，讓整個(gè)鑄型在負(fù)壓條件下（真空度0.4-0.67MPa）進(jìn)行液體金屬澆鑄，鑄件凝固后解除負(fù)壓即可得到表面光潔的鑄件。
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　　2.7.3樹脂砂實(shí)型鑄造?

利用樹脂砂做型砂，用EPS或PMMA泡沫塑料做模型，在常溫、常壓下進(jìn)行液體金屬澆鑄而制取鑄件。利用實(shí)型鑄造的技術(shù)制造模具毛坯具有尺寸精度高（ISO9級(jí)），加工余量?。ㄒ话阍?mm左右），不需要拔模斜度，不需要制型芯與泥芯撐，節(jié)省金屬材料，節(jié)省做木模型的木材，制造周期短，成本低。該技術(shù)適合大型、復(fù)雜、單件模具毛坯的生產(chǎn)。?陶瓷型精鑄、失蠟精鑄等技術(shù)在提高模具毛坯精度、降低加工工時(shí)、縮短制造周期、降低成本等方面也顯示出其特有的優(yōu)越性。?

　　2.8其它方面技術(shù)?為了簡(jiǎn)化模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低模具成本，縮短模具制造周期，在國(guó)內(nèi)外也先后出現(xiàn)了一些其它方面新技術(shù)的應(yīng)用，如快換模架、沖壓?jiǎn)卧⑷锌诙押?、鑲塊鑄造、氮?dú)鈴椈傻取?
　　2.8.1氮?dú)鈴椈稍谀＞呱系膽?yīng)用?
氮?dú)鈴椈墒且环N新型彈性功能部件，用它代替彈簧、橡膠、聚氨酯或者氣墊，它能夠準(zhǔn)確地提供壓邊力，在較小空間便可產(chǎn)生較大初始彈壓力，不需預(yù)緊，在模具整個(gè)工作過程中彈壓力基本恒定。彈壓力大小及受力點(diǎn)位置可隨時(shí)、準(zhǔn)確、方便地調(diào)整，簡(jiǎn)化模具拉伸、壓邊、卸料等結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化模具設(shè)計(jì)，縮短制模周期，調(diào)試模具方便，縮短更換模具時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

　　2.8.2快速換模技術(shù)?
由于產(chǎn)品品種的增多，使模具在生產(chǎn)中更換變得十分頻繁，于是如何縮短沖壓設(shè)備的停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，快速換模技術(shù)受到了人們的關(guān)注。?

目前發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家的一些大公司換模速度達(dá)到了驚人的程度，是否具有快速換模技術(shù)已成為企業(yè)技術(shù)進(jìn)步的一項(xiàng)標(biāo)志?？偟内厔?shì)就是減少模具在設(shè)備上安裝、固定、調(diào)整的時(shí)間，這既要在設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上予以考慮，又要在模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化方面予以考慮，將機(jī)上的作業(yè)盡可能地放在機(jī)下做。?
　　2.8.3沖壓?jiǎn)卧M合技術(shù)?
沖壓?jiǎn)卧M合技術(shù)是將常規(guī)的沖模分解為一個(gè)個(gè)簡(jiǎn)單的單元沖模，根據(jù)工序件的要求，排列組合，在同一次沖程內(nèi)完成多種沖壓工序的新型工藝裝備，工作時(shí)沖壓?jiǎn)卧慌c沖床滑塊聯(lián)接，只需滑塊打擊即可完成沖壓工作。單獨(dú)使用時(shí)它就是1副完整模具。它可以用來加工板料或型材的沖孔、落料、切角、切槽、切斷及淺拉伸等。具有組裝快捷、使用方便、通用性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，特別適合多品種、中小批量生產(chǎn)。?
　　2.8.4刃口堆焊技術(shù)?
　　在沖模制造中，以普通灰鑄鐵為基體，在刃口部位堆焊高硬度的合金鋼，以代替模具鋼鑲塊，這一技術(shù)成為世界先進(jìn)工藝之一。這是一項(xiàng)節(jié)省制造工時(shí)，節(jié)省昂貴的模具鋼材，縮短模具制造周期的快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)。
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　　目前熔化極氬弧焊技術(shù)的應(yīng)用，大大地提高了刃口堆焊的速度和質(zhì)量。這項(xiàng)技術(shù)世界各國(guó)模具行業(yè)已廣泛采用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。?

　　2.8.5實(shí)型鑄造沖模刃口鑲塊技術(shù)?
　　這是一種用實(shí)型鑄造的工藝方法制造沖模刃口的方法，即用合金鋼鑄件鑲塊代替鍛造合金鋼鑲塊。目前由于鑄造工藝和熱處理工藝不斷完善和提高，鑄造鑲塊的內(nèi)在質(zhì)量有了保證，故其應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大。這項(xiàng)以鑄代鍛的新技術(shù)的突出特點(diǎn)是節(jié)省貴重模具鋼材，簡(jiǎn)化模具制造工序，由于加工余量小，節(jié)省了大量機(jī)加工工時(shí)，縮短模具制造周期，降低模具成本。

　　2.8.6可加工塑料在模具制造中的應(yīng)用?
可加工塑料在發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家應(yīng)用較普遍，特別是在汽車、飛機(jī)等制造業(yè)中，主要代替木材或金屬制作汽車車身主模型、靠模、檢具和鑄造模型等?？杉庸に芰系闹饕攸c(diǎn)是兼?zhèn)淠静暮徒饘俚膬?yōu)良加工性能，制作工藝簡(jiǎn)捷（可采用模塑、澆注、拼粘、雕塑等方法）、尺寸穩(wěn)定性好、不變形、耐潮濕、耐腐蝕、易修復(fù)、易改型、重量輕、制作周期短、成本低。

3結(jié)束語?
　　快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)種類很多，其所具有的特點(diǎn)、應(yīng)用范圍各不相同，本文僅能概括地做一些簡(jiǎn)單介紹，每種技術(shù)在具體應(yīng)用和實(shí)施過程中尚有許多具體的工藝過程、工藝參數(shù)及其技術(shù)特性。?

　　模具是基礎(chǔ)工業(yè)之一，在全球化市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)和各種高新技術(shù)的迅猛發(fā)展形勢(shì)下，快速經(jīng)濟(jì)模具賦予了新的使命和全新的內(nèi)涵，分類不斷增加，快速經(jīng)濟(jì)制模材料向著多品種系列化邁進(jìn)，工藝不斷有新的創(chuàng)新和突破，與之配套設(shè)備相繼問世，服務(wù)領(lǐng)域在不斷地拓寬，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益越來越顯著。隨著商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，產(chǎn)品更新?lián)Q代的加速，對(duì)快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)在縮短周期、降低成本，提高精度和延長(zhǎng)壽命方面的要求勢(shì)必會(huì)越來越高。由于它能使企業(yè)贏得市場(chǎng)，創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟(jì)效益，越來越受到企業(yè)家的青睞和有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)部門的極大關(guān)注與政策資金的支持。?

　　各種快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)在推廣應(yīng)用過程中也會(huì)不斷完善成熟和發(fā)展。?由于高新技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)的復(fù)合與滲透，為適應(yīng)生產(chǎn)中的不同需求，今后必定會(huì)形成一些新型、節(jié)約能源、節(jié)約材料的快速制模技術(shù)。