我们设计了神五坐垫(附图)

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　　“我们设计了‘神五’坐垫”

　　鼠标轻点，那个赋形坐垫在电脑屏幕上翻了几个筋斗，让记者把这个类似澡盆的三维图形从里到外看了个清楚。这就是“神五”坐垫的三维数字模型，通过快速成形系统制作后，杨利伟的“椅子”就诞生了。

　　有专家说，神舟五号载人飞船是由10多万个部件组成的，天津市快速成形中心应用数字化设计制造技术研制的中国第一代太空人赋形坐垫成为其中的重要构成。

　　量身定制赋形坐垫

　　“神舟五号”坐垫的制造，使用了先进制造技术群中的重要组成部分———快速成形技术(Rapid Prototyping，RP)。“这种技术，起源于1984年的美国，距今不过20年的时间，引入我国也只有十几年，却为制造业带来了巨大的变革。”天津市快速成形中心主任崔国起告诉记者，目前全国很多公司、高校都在不遗余力地开发这个项目。

　　而“神五”却选择了天津，无疑意味着，天津的快速成形技术已经走在全国的前列。

　　据介绍，赋形坐垫是依据航天员个性化的身材数据量身订制的，简单地说是“量体裁衣”；而仅有腰围、胸围、肩宽、腿长……一些简单的数据是完全不够的。“我们从航天员的身上采集了几十万个数据点，这些细化的点，就在电脑中构成了一个精确的数字化身体模型。而快速成形技术含量的核心就在这个数字化。”崔国起指着电脑屏幕上的坐垫模型给记者讲解说，“你看，这个坐垫都是由许多曲面组成的，使航天员身体外形与坐垫内表面均匀贴合，所以就需要用三维的技术来做，两维的图版来设计难以满足这个要求。”

　　如今保留下来的这个坐垫模型是杨利伟的专用，而这样的三维模型，曾经有12个。既然是“量体裁衣”，12个候选航天员的数字化身体模型自然都得齐备。为了满足坐垫设计要求，崔国起多次与这些航天员接触，让他们“试坐”实体模型，一旦航天员提出哪里不舒服，崔国起便会立即将三维模型修改。

　　立体打印机 一次成功

　　没有刀子、斧子、凿子，甚至不用专人盯着，你所需要的产品就诞生了。普通打印机为我们打出平面的文字和图案，而这座“立体打印机”却给我们打出了坐垫。听起来有点神奇，但不可否认，“神五”坐垫就是这样诞生的。

　　“快速成形系统可以在没有任何刀具、模具及工装卡具的情况下，快速直接地实现零件的单件生产。根据零件的复杂程度，这个过程一般需要1-7天的时间。换句话说，RP技术是一项快速直接地制造单件零件的技术。”一谈起自己的专业，崔国起就滔滔不绝。

　　RP系统可以根据零件的形状，每次制作一个具有一定微小厚度和特定形状的截面，然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体零件。当然，整个过程是在计算机的控制下，由快速成形系统自动完成的。不同公司制造的RP系统所用的成形材料不同，系统的工作原理也有所不同，但其基本原理都是一样的，那就是“分层制造、逐层叠加”。这种工艺可以形象地叫做“增长法”或“加法”。

　　每个截面数据相当于医学上的一张CT像片；整个制造过程可以比喻为一个“积分”的过程。

　　“神五”坐垫实体模型所用的成形材料是一种液态光敏树脂。“这种光敏材料被激光照到的地方会立即凝固，而没有照到的地方就依然是液体。”虽然“神五”坐垫的实体模型从设计到出炉用了三个多月的时间，但具体制作只用了四五天。

　　坐垫虽小 维系生命

　　坐垫虽小，却关系到宇航员的直接安全。“飞船在升空和着陆时颠簸严重，对宇航员脊椎、颈椎产生强大冲击。”航天员的生命安全就维系在这运用数字化的三维设计、测量和制造技术一次成形的坐垫上。

　　因为航天员在升空的过程中腿部和身体是团在一起的，这个坐垫最形象的一点就是身子部分有点像澡盆的形状，在冲击的情况下，尽可能地保护航天员的脊椎。

　　“这个坐垫的材料是聚安酯的。坐垫的平均厚度大体在70毫米左右。它可以提高舒适性，并在飞船升降过程中保护航天员免受冲击伤害。”据崔国起介绍，合理化的设计和适合的材质，使坐垫肩负起了保证航天员安全的责任，“如果在反推力火箭控制下落速度后，没有达到预先设计的速度，即使下落速度高出七八倍，这个坐垫依旧可以保证航天员身体不受损伤。”

　　快速成形 分布各领域

　　据崔国起介绍，目前快速成形技术应用在各个领域。因为它大大缩短新产品研制周期，确保新产品上市时间，使模型或模具的制造时间缩短数倍甚至数十倍；提高了制造复杂零件的能力，使复杂模型的直接制造成为可能；显著提高新产品投产的一次成功率，可以及时发现产品设计的错误，做到早找错、早更改，避免更改后续工序所造成的大量损失；支持技术创新、改进产品外观设计，有利于优化产品设计，这对工业外观设计尤为重要；成倍降低新产品研发成本，节省了大量的开模费用。

　　除了“神舟五号”飞船上的坐垫外，天津市快速成形中心还承接了解放军总装备部“十五”预研项目“气缸盖可靠性计算及结构优化研究”项目等。它所承担的市重大科技攻关项目“基于RP技术的快速制模技术开发”目前进展顺利，已经完成工作量的80%，预计可在今年年底验收。

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