快速成形(Rapid Prototyping and Manufacturing，簡(jiǎn)稱(chēng)RP或RP&M)或自由實(shí)體造型(Solid Freeform Fabrication，簡(jiǎn)稱(chēng)SFF)是80年代中期發(fā)展起來(lái)的一種造形新技術(shù)，它由傳統(tǒng)的"去除法"到今天的"增長(zhǎng)法"，由有模制造到無(wú)模制造，這就是RP技術(shù)對(duì)制造業(yè)產(chǎn)生的革命性意義。。RP技術(shù)是在現(xiàn)代CAD/CAM技術(shù)、激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、精密伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及新材料技術(shù)的基礎(chǔ)上集成發(fā)展起來(lái)的。不同種類(lèi)的快速成型系統(tǒng)因所用成形材料不同，成形原理和系統(tǒng)特點(diǎn)也各有不同。但是，其基本原理都是一樣的，那就是"分層制造，逐層疊加"， 類(lèi)似于數(shù)學(xué)上的積分過(guò)程。形象地講，快速成形系統(tǒng)就像是一臺(tái)"立體打印機(jī)"。
它可以在無(wú)需準(zhǔn)備任何模具、刀具和工裝卡具的情況下，直接接受產(chǎn)品設(shè)計(jì)（CAD）數(shù)據(jù)，快速制造出新產(chǎn)品的樣件、模具或模型。因此，RP技術(shù)的推廣應(yīng)用可以大大縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低開(kāi)發(fā)成本、提高開(kāi)發(fā)質(zhì)量。
技術(shù)特點(diǎn)
RP技術(shù)將一個(gè)實(shí)體的復(fù)雜的三維加工離散成一系列層片的加工，大大降低了加工難度，具有如下特點(diǎn)：
?。?）成型全過(guò)程的快速性，適合現(xiàn)代激烈的產(chǎn)品市場(chǎng)；
?。?）可以制造任意復(fù)雜形狀的三維實(shí)體；
（3）用CAD模型直接驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與制造高度一體化，其直觀(guān)性和易改性為產(chǎn)品的完美設(shè)計(jì)提供了優(yōu)良的設(shè)計(jì)環(huán)境；
（4）成型過(guò)程無(wú)需專(zhuān)用夾具、模具、刀具，既節(jié)省了費(fèi)用，又縮短了制作周期。
（5）技術(shù)的高度集成性，既是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物，也是對(duì)它們的綜合應(yīng)用，帶有鮮明的高新技術(shù) 特征。
以上特點(diǎn)決定了RP技術(shù)主要適合于新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，快速單件及小批量零件制造，復(fù)雜形狀零件的制造，模具與模型設(shè)計(jì)與制造，也適合于難加工材料的制造，外形設(shè)計(jì)檢查，裝配檢驗(yàn)和快速反求工程等。
技術(shù)種類(lèi)
目前比較成熟的快速成形方法有SLA，LOM，SLS，F(xiàn)DM，3DP等。
立體光刻裝置(Stereo-Lithography Apparatus,簡(jiǎn)稱(chēng)SLA)是最早的RP技術(shù)實(shí)用化產(chǎn)品，SLA工藝如圖1所示。其工藝過(guò)程是，首先通過(guò)CAD設(shè)計(jì)出三維實(shí)體模型，將模型轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)格式的STL文件，利用離散程序?qū)⒛Ｐ瓦M(jìn)行切片處理，設(shè)計(jì)掃描路徑，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將精確控制掃描器和升降臺(tái)的運(yùn)動(dòng)；激光器產(chǎn)生的激光束經(jīng)聚焦照射到容器的液態(tài)光敏樹(shù)脂表面，使表面特定區(qū)域內(nèi)的一層樹(shù)脂固化后，升降臺(tái)下降一定距離，這樣SLA裝置逐層地生產(chǎn)出制件。
圖1SLA工藝示意圖
Fig.1Schematic representation of SLA process
SLA技術(shù)的常用原料是熱固性光敏樹(shù)脂，主要用于制造多種模具、模型等，還可以通過(guò)加入其它成分用SLA原型模代替熔模精密鑄造中的蠟?zāi)！LA技術(shù)成形速度較快，精度較高，但由于樹(shù)脂固化過(guò)程中產(chǎn)生收縮，不可避免地會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力或引起形變。開(kāi)發(fā)收縮小、固化快、強(qiáng)度高的光敏材料是其發(fā)展趨勢(shì)。
分層實(shí)體造型(Laminated Object Manufacturing，簡(jiǎn)稱(chēng)LOM)是將薄膜材料逐層激光切割成所需形狀，然后疊加在一起的造形方法。LOM工藝與SLA工藝的區(qū)別在于將SLA中的光致固化的掃描運(yùn)動(dòng)變?yōu)長(zhǎng)OM中的激光切割運(yùn)動(dòng)。
LOM技術(shù)常用材料是紙、金屬箔、塑料膜、陶瓷膜等，除了可以制造模具、模型外，還可以直接制造結(jié)構(gòu)件或功能件。LOM技術(shù)成形速度快，制造成本低，但由于材料薄膜厚度有限制，未經(jīng)處理的表面不光潔，需要進(jìn)行再處理。
選擇性激光燒結(jié)(Sele.ctive Laser Sintering，簡(jiǎn)稱(chēng)SLS)是將粉末材料用輥輪鋪開(kāi)成一定厚度薄層，激光掃描使一定區(qū)域的粉體燒結(jié)，再鋪粉于燒結(jié)層上，如此逐層燒結(jié)得到實(shí)體零件。其技術(shù)關(guān)鍵是調(diào)整激光束進(jìn)行粉末燒結(jié)。
SLS技術(shù)常用原料是塑料、蠟、陶瓷、金屬，以及它們的復(fù)合物的粉體，用蠟可做精密鑄造蠟?zāi)＃脽崴苄运芰峡勺鱿?，用陶瓷可做鑄造型殼、型芯和陶瓷件，用金屬可做金屬件。此技術(shù)成本較低，可制備復(fù)雜形狀零件，但成形速度較慢，由于粉體鋪層密度低導(dǎo)致精度較低和強(qiáng)度較低。
熔融沉積成形(Fused Deposition Modeling,簡(jiǎn)稱(chēng)FDM)是將線(xiàn)材液化后通過(guò)噴嘴逐層沉積成復(fù)雜形狀制件。FDM工藝用液化器代替了激光器，其技術(shù)關(guān)鍵是得到低粘度、易沉積、具有可控制的穩(wěn)定“路”寬的熔體。
FDM技術(shù)所用線(xiàn)材包括石蠟、塑料、低熔點(diǎn)金屬和陶瓷等，可直接制備金屬件和多種模型。FDM技術(shù)成本較低，同時(shí)成形速度較慢，精度較低。
三維打印(Three-Dimensional Printing，簡(jiǎn)稱(chēng)3DP)的工作原理類(lèi)似于噴墨打印機(jī)，利用噴嘴將液態(tài)粘結(jié)劑噴在預(yù)先鋪好的粉層特定區(qū)域，再鋪粉噴粘結(jié)劑，逐層處理后得到所需形狀制件。也可以直接逐層噴陶瓷粉漿，得到所需形狀，其技術(shù)關(guān)鍵是配制合乎要求的粘結(jié)劑。
3DP技術(shù)的材料包括陶瓷、金屬、塑料的粉料。3DP技術(shù)成本較低，成形速度較快，但粉體鋪層疏松影響強(qiáng)度和精度。
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