快速成型制造技術(R印id Pmtotyping，RP)也稱為快速原型制造技術(Rap—id Pmtotvping&MaJlufacturing，RP&M)，是一種用材料逐層或逐點堆積出制件的制造方法。是借助計算機、激光、精密傳動和數(shù)控等現(xiàn)代手段，將計算機輔助設計(cAD)和計算機輔助制造(cAM)集成于一體，根據(jù)計算機上構造的三維模型，能在很短時問內直接制造產(chǎn)品樣品而無需傳統(tǒng)的機械加工機床和模具的先進制造技術。是由cAD模型直接驅動的快速制造復雜形狀三維物理實體的技術的總稱。

　　1.快速成形工藝方法的分類

　　1.快速成型制造技術的基本原理

　　快速成型制造技術的基本原理是基于離散/堆積的增長方式分層成形原型或制品過程?？梢岳斫鉃殡x散和堆積兩個步驟。離散過程是數(shù)字化過程，先進行模型設計，再對模型數(shù)據(jù)進行處理，按高度方向離散化，即用一系列平行于z·1坐標面的平面截取經(jīng)過sTL㈢轉換后的三維實體模型，獲取各層的幾何信息，用各層的層面幾何信息來控制成形設備。堆積過程是實體化過程，即把二維實體逐層累積為三維實體。通過離散獲得堆積的順序、限制和方式，只有獲得準確的層面幾何數(shù)據(jù)，才能完成整個堆積工作。

　　快速成型加工的基本原理(圖9.1)是用CAD三維造型軟件設計產(chǎn)品的三維曲面模型，或用實體反求方法采集得到有關原型或零件的幾何形狀、結構和材料的組合信息，從而獲得目標原型的概念，并以此建立數(shù)字化模型，即零件的電子模型，根據(jù)具體工藝要求，將其按一定厚度分層切片，根據(jù)切片處理得到的截面輪廓信息，通過計算機控制激光束固化一層層的液態(tài)光敏樹脂(或切割紙，或燒結粉末材料)，或利用某種熱源有選擇性地噴射粘接劑或熱熔材料，形成各個不同截面，每層截面輪廓成形之后，快速成型系統(tǒng)將下一層材料送至已成型的輪廓面上，然后進。行新一層截面輪廓的成形，逐步疊加成三維產(chǎn)品，再經(jīng)過必要的處理，使其在外觀、強度和性能等方面達到設計要求。

　　2.快速成型制造技術的分類

　　快速成型制造技術從廣義上講可以分成兩類：材料累積和材料去除。但是，目前人們談及的快速原型制造方法通常指的是累積式的成形方法。

　　快速成型技術不同于傳統(tǒng)的在型腔內成型毛坯經(jīng)切削加工后獲得零件的方法，而是在計算機控制下，基于離散/堆積原理采用不同方法堆積材料最終完成零件的成型與制造的技術。從成形角度看，零件可視為“點”或“面”的疊加。從cAD電子模型中離散得到點、面的幾何信息，再與成形工藝參數(shù)信息結合，控制材料有規(guī)律、精確地由點到面，由面到體地堆積零件。從制造角度看，它根據(jù)cAD造形生成零件三維幾何信息，控制多維系統(tǒng)，通過激光束或其他方法將材料逐層堆積而形成原型或零件。

　　3.主要的快速成型技術工藝方法

　　到目前為止，國內外已較為成熟的快速成型制造技術的具體工藝有很多種，按照采用材料及對材料處理方式的不同，可歸納為以下六大類方法。

　　(1)立體印刷

　　立體印刷又稱立體光刻、光造形、sIA法。液槽中盛滿液態(tài)光固化樹脂，它在一定劑量的紫外激光照射下就會在一定區(qū)域內固化。模具制造技術成形開始時，工作平臺在液面下，聚焦后的激光光點在液面上按計算機的指令逐點掃描，在同一層內則逐點固化。當一層掃描完成后被照射的地方就固化，未被照射的地方仍然是液態(tài)樹脂。然后升降架帶動平臺再下降一層高度，上面又布滿一層樹脂，以便進行第二層掃描，新固化的一層牢固地粘在前。一層上，如此重復直到三維零件制作完成。立體印刷目前已可達±0.1mm左右的制作精度，較廣泛地用來為產(chǎn)品和模型的CAD設計提供樣件和試驗模型。 .

　　SLA方法是最早出現(xiàn)的一種RP工藝，目前是RP&M技術領域中研究最多、技術最為成熟的方法。但這種方法有其自身的局限性，如需要支撐、樹脂收縮導致精度下降、光固化樹脂有一定的毒性而不符合綠色制造發(fā)展趨勢等。

　　(2)分層實體制造

　　分層實體制造又稱I,OM法，是根據(jù)零件分層幾何信息切割箔材和紙等，將所獲得的層片粘接成三維實體。首先鋪上一層箔材，然后用CO：激光在計算機控制下切出本層輪廓，非零件部分全部切碎以便于去除。當本層完成后，再鋪上一層箔材，用滾子碾壓并加熱，以固化黏結劑，使新鋪上的一層牢固地粘接在已成形體上，再切割該層的輪廓，如此反復直到加工完畢。最后去除切碎部分以得到完整的零件。LOM的關鍵技術是控制激光的光強和切割速度，使它們達到最佳配合，以便保證良好的切口質量和切割深度。

　　紙片層壓式快速成型制造工藝就是以紙作為制造模具的原材料，它是連續(xù)地將背面涂有熱溶性黏結劑的紙片逐層疊加，裁切后形成所需的立體模型，具有成本低、造形速度快的特點，適宜辦公室環(huán)境使用。LOM模具具有與木模同等水平的強度，可與木模一樣進行鉆削等機械加工，也可以進行刮膩子等修飾加工。

　　(3)選擇性激光燒結

　　選擇性激光燒結又稱SLS法，采用C0：激光器，使用的材料為多種粉末材料。先在工作臺上鋪上一層粉末，用激光束在計算機控制下有選擇地進行燒結(零件的空心部分不燒結，仍為粉末材料)，被燒結部分便固化在一起構成零件的實心部分。一層完成后再進行下一層，新一層與其上一層被牢牢地燒結在一起。全部燒結完成后，去除多余的粉末，便得到燒結成的零件。常采用的材料為尼龍、塑料、陶瓷和金屬粉末。sLs制作精度目前可達到±0.1mm左右。該方法的優(yōu)點是由于粉末具有自支撐作用，不需要另外支撐，另外材料廣泛，不僅能生產(chǎn)塑料材料，還可以直接生產(chǎn)金屬和陶瓷零件。

　　(4)熔融沉積成形

　　熔融沉積成形又稱FDM法，是一種不使用激光器的加工方法，技術關鍵在于噴頭，噴頭在計算機控制下作z—y聯(lián)動掃描以及z向運動，絲材在噴頭中被加熱并略高于其熔點。噴頭在掃描運動中噴出熔融的材料，快速冷卻形成一個加工層并與上一層牢牢連接在一起。這樣層層掃描疊加便形成一個空間實體。FDM工藝的關鍵是保護半流動成形材料剛好在凝固溫度點，通常控制在比凝固溫度高1℃左右。FDM技術的最大優(yōu)點是速度快，此外，整個FDM成型過程是在60～300℃下進行的，并且沒有粉塵，也無有毒化學氣體、激光或液態(tài)聚合物的泄漏，適宜辦公室環(huán)境使用。

　　FDM制作生成的原形適合工業(yè)上各種各樣的應用，如概念成形、原形開發(fā)、精鑄蠟模和噴鍍制模等。

　　(5)三維打印

　　三維打印又稱粉末材料選擇性粘接、3D—P法。噴頭在計算機的控制下，按照截面輪廓的信息，在鋪好的一層粉末材料上，有選擇性地噴射黏結劑，使部分粉末粘接，形成截面層。一層完成后，工作臺下降一個層厚，鋪粉，噴黏結劑，再進行后一層的粘接，如此循環(huán)形成三維產(chǎn)品。粘接得到的制件要置于加熱爐中作進一步的固化或燒結，以提高粘接強度。

　　(6)固基光敏液相法

　　固基光敏液相法又稱SG(：法)一層的成形過程由五步來完成：添料;掩膜紫外光曝光;清除未固化的多余液體料;向空隙處填充蠟料;磨平。掩膜的制造采用了離子成像技術，因此同一底片可以重復使用。由于過程復雜，SGC成形機是所有成形機中最龐大的一種。

　　SG(：工藝每層的曝光時間和原料量是恒定的，因此應盡量排滿零件。由于多余的原料不能重復使用，若一次只加工一個零件會很浪費。由于蠟的添加，可省去設計支撐結構。逐層曝光比逐點曝光要快得多，但由于多步驟的影響，在加工速度上提高不很明顯，只有在加工大零件時才能體現(xiàn)出優(yōu)越性。