快速成型的方法(快速成型技術(shù))

1.快速成型技術(shù)有哪些

一、SLA（激光快速成型），成型材料：光敏樹脂；

二、FDM（熔融堆積成型），成型材料：ABS,PC,PPSF等；

三、OBJET（高精度快速成型），和SLA成型原理類似，材料：光敏樹脂。

四、真空復(fù)模，運(yùn)用硅膠材料制作簡(jiǎn)易模具，進(jìn)行小批量的澆注成型。

五、低壓灌注，適用于結(jié)構(gòu)接單的大件制作。

快速成型（RP）技術(shù)是九十年代發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)，是為制造業(yè)企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)服務(wù)的一項(xiàng)關(guān)鍵共性技術(shù)， 對(duì)促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力有積極的推動(dòng)作用。自該技術(shù)問世以來(lái)，已經(jīng)在發(fā)達(dá)國(guó)家的制造業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，并由此產(chǎn)生一個(gè)新興的技術(shù)領(lǐng)域。

快速成型技術(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"， 類似于數(shù)學(xué)上的積分過程。形象地講，快速成形系統(tǒng)就像是一臺(tái)"立體打印機(jī)"。

快速成型可以在無(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)品開發(fā)周期、降低開發(fā)成本、提高開發(fā)質(zhì)量。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。

2.快速成型材料種類及工藝方法

目前快速成型主要工藝方法。

本文僅介紹目前工業(yè)領(lǐng)域較為常用的工藝方法。 1熔積成型法（Fused DePOSTTTION Modeling） 在熔積成型法（ FDM）的過程中，龍門架式的機(jī)械控制噴頭可以在工作臺(tái)的兩個(gè)主要方向移動(dòng)，工作臺(tái)可以根據(jù)需要向上或向下移動(dòng)。

熱塑性塑料或蠟制的熔絲從加熱小口處擠出。最初的一層是按照預(yù)定的軌跡以固定的速率將熔絲擠出在泡沫塑料基體上形成的。

當(dāng)?shù)谝粚油瓿珊螅ぷ髋_(tái)下降一個(gè)層厚并開始迭加制造一層。FDM工藝的關(guān)鍵是保持半流動(dòng)成型材料剛好在熔點(diǎn)之上，通常控制在比熔點(diǎn)高1℃左右。

FDM制作復(fù)雜的零件時(shí)，必須添加工藝支撐。下一層熔絲將鋪在沒有材料支撐的空間。

解決的方法是獨(dú)立于模型材料單獨(dú)擠出一個(gè)支撐材料，支撐材料可以用低密度的熔絲，比模型材料強(qiáng)度低，在零件加工完成后可以將它拆除。 在FDA4機(jī)器中層的厚度由擠出絲的直徑?jīng)Q定，通常是從0. 50mm到0. 25mm（從0. 02in到0. O1 in）這個(gè)值代表了在垂直方向所能達(dá)到的最好的公差范圍。

在x-y平面，只要熔絲能夠擠出到特征上，尺寸的精確度可以達(dá)到0. 025mm(O.OO1in)。 FDM的優(yōu)點(diǎn)是材料的利用率高，材料的成本低，可選用的材料種類多，工藝干凈、簡(jiǎn)單、易于操作且對(duì)環(huán)境的影響小。

缺點(diǎn)是精度低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件不易制造，表面質(zhì)量差，成型效率低，不適合制造大型零件。該工藝適合于產(chǎn)品的概念建模以及它的形狀和功能測(cè)試，中等復(fù)雜程度的中小成型，由于甲基丙烯酸ABS材料具有較好的化學(xué)穩(wěn)定型，可采用伽馬射線消毒，特別適于醫(yī)用。

2光固化法（Stereolithography ） 光固化法是目前應(yīng)用最為廣泛的一種快速成型制造工藝，它實(shí)際上比熔積法發(fā)展的還早。光固化采用的是將液態(tài)光敏樹脂固化（硬化）到特定形狀的原理。

以光敏樹脂為原料，在計(jì)算機(jī)控制下的紫外激光按預(yù)定零件各分層截面的輪廓為軌跡對(duì)液態(tài)樹脂逐點(diǎn)掃描，使被掃描區(qū)的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)，從而形成零件的一個(gè)薄層截面。 成型開始時(shí)工作臺(tái)在它的最高位置（深度a），此時(shí)液面高于工作臺(tái)一個(gè)層厚，零件第一層的截面輪廓進(jìn)行掃描，使掃描區(qū)域的液態(tài)光敏樹脂固化，形成零件第一個(gè)截面的固化層。

然后工作臺(tái)下降一個(gè)層厚，使先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂然后重復(fù)掃描固化，與此同時(shí)新固化的一層牢固地粘接在前一層上，該過程一直重復(fù)操作到達(dá)到b高度。此時(shí)已經(jīng)產(chǎn)生了一個(gè)有固定壁厚的圓柱體環(huán)形零件。

這時(shí)可以注意到工作臺(tái)在垂直方向下降了距離ab。到達(dá)b高度后，光束在x-y面的移動(dòng)范圍加大從而在前面成型的零件部分上生成凸緣形狀，一般此處應(yīng)添加類似于FDM的支撐。

當(dāng)一定厚度的液體被固化后，該過程重復(fù)進(jìn)行產(chǎn)生出另一個(gè)從高度b到c的圓柱環(huán)形截面。但周圍的液態(tài)樹脂仍然是可流動(dòng)的，因?yàn)樗]有在紫外線光束范圍內(nèi)。

零件就這樣由下及上一層層產(chǎn)生。而沒有用到的那部分液態(tài)樹脂可以在制造別的零件或成型時(shí)被再次利用。

可以注意到光固化成型也像FDM成型法一樣需要一個(gè)微弱的支撐材料，在光固化成型法中，這種支撐采用的是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。零件制造結(jié)束后從工作臺(tái)上取下，去掉支撐結(jié)構(gòu)，即可獲得三維零件。

光固化成型所能達(dá)到的最小公差取決于激光的聚焦程度，通常是0.00125mm(0.0005in)。傾斜的表面也可以有很好的表面質(zhì)量。

光固化法是第一個(gè)投人商業(yè)應(yīng)用的RF（快速成型）技術(shù)。目前全球銷售的SL（光固化成型）設(shè)備約占Rl'設(shè)備總數(shù)的70%左右。

SL（光固化成型）工藝優(yōu)點(diǎn)是精度較高，一般尺寸精度控制在10. 1 mm；表面質(zhì)量好，原材料的利用率接近100%，能制造形狀特別復(fù)雜、特別精細(xì)的零件，設(shè)備的市場(chǎng)占有率很高。缺點(diǎn)是需要設(shè)計(jì)支撐，可以選擇的材料種類有限，容易發(fā)生翹曲變形，材料價(jià)格較貴。

該工藝適合成型制造比較復(fù)雜的中小件。 3激光選區(qū)燒結(jié)（Selective Laser Sinering） 激光選區(qū)燒結(jié)（Selective Laser Sintering，簡(jiǎn)稱SLS）是一種將非金屬（或普通金屬）粉末有選擇地?zé)Y(jié)成單獨(dú)物體的工藝。

該法采用CO：激光器作為能源，目前使用的在加工室的底部裝備了兩個(gè)圓筒： 1）一個(gè)是粉末補(bǔ)給筒，它內(nèi)部的活塞被逐漸地提升通過一個(gè)滾動(dòng)機(jī)構(gòu)給零件造型筒供給粉末； 2）另一個(gè)是零件造形筒，它內(nèi)部的活塞（工作臺(tái)）被逐漸地降低到熔結(jié)部分形成的地方。 首先在工作臺(tái)上均勻鋪上一層很?。╨00~200μm）的粉末，激光束在計(jì)算機(jī)控制下按照零件分層輪廓有選擇性地進(jìn)行燒結(jié)，從而使粉末固化成截面形狀，一層完成后工作臺(tái)下降一個(gè)層厚，。

3.快速成型技術(shù)有哪些特點(diǎn)

快速成型技術(shù)的特點(diǎn)：1、制造原型所用的材料不限，各種金屬和非金屬材料均可使用；2、原型的復(fù)制性、互換性高；3、制造工藝與制造原型的幾何形狀無(wú)關(guān)，在加工復(fù)雜曲面時(shí)更顯優(yōu)越；4、加工周期短，成本低，成本與產(chǎn)品復(fù)雜程度無(wú)關(guān)，一般制造費(fèi)用降低50%，加工周期節(jié)約70%以上；5、高度技術(shù)集成，可實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)制造一體化。

快速成型技術(shù)又稱快速原型制造（Rapid Prototyping Manufacturing，簡(jiǎn)稱RPM）技術(shù)，誕生于20世紀(jì)80年代后期，是基于材料堆積法的一種高新制造技術(shù)，被認(rèn)為是近20年來(lái)制造領(lǐng)域的一個(gè)重大成果。它集機(jī)械工程、CAD、逆向工程技術(shù)、分層制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、激光技術(shù)于一身，可以自動(dòng)、直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵?，從而為零件原型制作、新設(shè)計(jì)思想的校驗(yàn)等方面提供了一種高效低成本的實(shí)現(xiàn)手段。

即，快速成形技術(shù)就是利用三維CAD的數(shù)據(jù)，通過快速成型機(jī)，將一層層的材料堆積成實(shí)體原型?；驹恚嚎焖俪尚渭夹g(shù)是在計(jì)算機(jī)控制下，基于離散、堆積的原理采用不同方法堆積材料，最終完成零件的成形與制造的技術(shù)。

1、從成形角度看，零件可視為“點(diǎn)”或“面”的疊加。從CAD電子模型中離散得到“點(diǎn)”或“面”的幾何信息，再與成形工藝參數(shù)信息結(jié)合，控制材料有規(guī)律、精確地由點(diǎn)到面，由面到體地堆積零件。

2、從制造角度看，它根據(jù)CAD造型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。應(yīng)用：1、在新產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用快速成形技術(shù)為工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)人員建立了一種嶄新的產(chǎn)品開發(fā)模式。

運(yùn)用RPM技術(shù)能夠快速、直接、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)化為具有一定功能的實(shí)物模型（樣件），這不僅縮短了開發(fā)周期，而且降低了開發(fā)費(fèi)用，也使企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有先機(jī)。2、在機(jī)械制造領(lǐng)域的應(yīng)用由于RPM技術(shù)自身的特點(diǎn)，使得其在機(jī)械制造領(lǐng)域內(nèi)，獲得廣泛的應(yīng)用，多用于制造單件、小批量金屬零件的制造。

有些特殊復(fù)雜制件，由于只需單件生產(chǎn)，或少于50件的小批量，一般均可用RPM技術(shù)直接進(jìn)行成型，成本低，周期短。3、快速模具制造傳統(tǒng)的模具生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)，成本高。

將快速成型技術(shù)與傳統(tǒng)的模具制造技術(shù)相結(jié)合，可以大大縮短模具制造的開發(fā)周期，提高生產(chǎn)率，是解決模具設(shè)計(jì)與制造薄弱環(huán)節(jié)的有效途徑?？焖俪尚渭夹g(shù)在模具制造方面的應(yīng)用可分為直接制模和間接制模兩種，直接制模是指采用RPM技術(shù)直接堆積制造出模具，間接制模是先制出快速成型零件，再由零件復(fù)制得到所需要的模具。

4、在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用近幾年來(lái)，人們對(duì)RPM技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究較多。以醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用RPM技術(shù)制作人體器官模型，對(duì)外科手術(shù)有極大的應(yīng)用價(jià)值。

5、在文化藝術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用在文化藝術(shù)領(lǐng)域，快速成形制造技術(shù)多用于藝術(shù)創(chuàng)作、文物復(fù)制、數(shù)字雕塑等。6、在航空航天技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域中，空氣動(dòng)力學(xué)地面模擬實(shí)驗(yàn)（即風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)）是設(shè)計(jì)性能先進(jìn)的天地往返系統(tǒng)（即航天飛機(jī)）所必不可少的重要環(huán)節(jié)。

該實(shí)驗(yàn)中所用的模型形狀復(fù)雜、精度要求高、又具有流線型特性，采用RPM技術(shù)，根據(jù)CAD模型，由RPM設(shè)備自動(dòng)完成實(shí)體模型，能夠很好的保證模型質(zhì)量。7、在家電行業(yè)的應(yīng)用目前，快速成形系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)的家電行業(yè)上得到了很大程度的普及與應(yīng)用，使許多家電企業(yè)走在了國(guó)內(nèi)前列。

快速成形技術(shù)的應(yīng)用很廣泛，可以相信，隨著快速成形制造技術(shù)的不斷成熟和完善，它將會(huì)在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到推廣和應(yīng)用。發(fā)展方向：從目前RPM技術(shù)的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，快速成型技術(shù)的進(jìn)一步研究和開發(fā)工作主要有以下幾個(gè)方面：1、開發(fā)性能好的快速成型材料，如成本低、易成形、變形小、強(qiáng)度高、耐久及無(wú)污染的成形材料。

2、提高RPM系統(tǒng)的加工速度和開拓并行制造的工藝方法。3、改善快速成形系統(tǒng)的可靠性，提高其生產(chǎn)率和制作大件能力，優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，尤其是提高成形件的精度、表面質(zhì)量、力學(xué)和物理性能，為進(jìn)一步進(jìn)行模具加工和功能實(shí)驗(yàn)提供基礎(chǔ)。

4、開發(fā)快速成形的高性能RPM軟件。提高數(shù)據(jù)處理速度和精度，研究開發(fā)利用CAD原始數(shù)據(jù)直接切片的方法，減少由STL格式轉(zhuǎn)換和切片處理過程所產(chǎn)生精度損失。

5、開發(fā)新的成形能源。6、快速成形方法和工藝的改進(jìn)和創(chuàng)新。

直接金屬成形技術(shù)將會(huì)成為今后研究與應(yīng)用的又—個(gè)熱點(diǎn)。7、進(jìn)行快速成形技術(shù)與CAD、CAE、RT、CAPP、CAM以及高精度自動(dòng)測(cè)量、逆向工程的集成研究。

8、提高網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)的研究力度，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

4.快速成型

一、快速成形技術(shù)的概念

快速成形，又稱實(shí)體自由成型技術(shù)（Rapid Prototyping ，簡(jiǎn)稱RP制造）：快速成型技術(shù)是基于離 散/堆積成型原理，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。是將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（CNC）、激光、精密伺服驅(qū)動(dòng)等先進(jìn)技術(shù)和新材料集于一體，基于計(jì)算機(jī)三維實(shí)體造型，構(gòu)成工件三維設(shè)計(jì)模型。在對(duì)三維模型進(jìn)行處理后，形成截面輪廓信息，得到各層截面的二維輪廓圖，并按照這些輪廓圖，構(gòu)成各個(gè)截面輪廓。隨后利用快速成形機(jī)將各種材料按三維模型的截面輪廓信息進(jìn)行掃描，對(duì)其進(jìn)行分層切片，并進(jìn)行分層自由成形，逐步順序疊加成三維工件，并使材料粘結(jié)、固化、燒結(jié)，逐層堆積成為實(shí)體原型。

二、快速成形技術(shù)的主要技術(shù)特征

快速成型技術(shù)的主要技術(shù)特征是成型的快捷性，能高度柔性和高度集成地自動(dòng)且精確地將設(shè)計(jì)思想（CAD模型）轉(zhuǎn)變成一定功能的產(chǎn)品原型或直接制造零部件。該項(xiàng)技術(shù)不僅能縮短產(chǎn)品研制開發(fā)周期，減少產(chǎn)品研制開發(fā)費(fèi)用，而且對(duì)迅速響應(yīng)市場(chǎng)需求，提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力具有重要作用。

三、快速成形技術(shù)的主要技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

1、大大縮短新產(chǎn)品研制周期，可使模型或模具制造時(shí)間縮短數(shù)倍甚至數(shù)十倍；

2、制造原型所用的材料不限，各種金屬和非金屬材料均可使用；原型的復(fù)制性、互換性高，制造工藝與制造原型的幾何形狀無(wú)關(guān)，在加工復(fù)雜曲面時(shí)更顯優(yōu)越，提高制造復(fù)雜、精密零件的能力；

3、加工周期短，成本低，成本與產(chǎn)品復(fù)雜程度無(wú)關(guān)，一般制造費(fèi)用降低50%，加工周期節(jié)約70%以上；

4、及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)錯(cuò)誤并盡早更改，避免傳統(tǒng)方法中待模具制造出來(lái)并批量生產(chǎn)后再進(jìn)行修改所造成的損失，減少開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，提高成功率；高度技術(shù)集成，可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造一體化，支持并行工程的實(shí)施，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)、樣品制造、市場(chǎng)訂貨等工作能同步進(jìn)行；

5、降低開模風(fēng)險(xiǎn)和新產(chǎn)品研發(fā)成本，與快速制模技術(shù)（RT）相結(jié)合可迅速實(shí)現(xiàn)單件及小批量生產(chǎn)，使新產(chǎn)品上市時(shí)間大大提前，迅速占領(lǐng)市場(chǎng)。

四、快速成形技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

1、制造產(chǎn)品樣本。

2、轉(zhuǎn)換技術(shù)：即采用快速制模（RT）、快速制造（RM）技術(shù)將快速成形產(chǎn)品樣件轉(zhuǎn)換成“最終”的制品。目前常用的快速制模方法有軟模（硅膠模）、橋模（環(huán)氧樹脂模）和硬模（金屬模具）。

3、用快速成形系統(tǒng)制作電脈沖機(jī)床電極

4、車輛零件開發(fā)與試制；消費(fèi)類產(chǎn)品開發(fā)與試制；玩具產(chǎn)品開發(fā)與試制；電子產(chǎn)品開發(fā)與試制；醫(yī)療產(chǎn)品研發(fā)和術(shù)前手術(shù)方案制定；文物和工藝品的復(fù)原與設(shè)計(jì)。

5.快速成型制造技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法有哪些

1、光固化成形（簡(jiǎn)稱：SLA或AURO）光敏樹脂為原料

2、熔融擠壓成形（簡(jiǎn)稱：FDM或MEM）ABS絲為原料

3、分層實(shí)體成形（簡(jiǎn)稱：LOM或SSM）紙為原料

4、粉末燒結(jié)成形（簡(jiǎn)稱：SLS或SLS）蠟粉為原料

光固化成形原理：

光固化成形是最早出現(xiàn)的快速成形工藝。其原理是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作的。這種液態(tài)材料在一定波長(zhǎng)（x=325nm）和強(qiáng)度（w=30mw）的紫外光的照射下能迅速發(fā)生光聚合反應(yīng)， 分子量急劇增大， 材料也就從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。