快速成型制造技術(shù) 特種加工技術(shù)是先進制造技術(shù)的重要組成部分，是衡量一個國家制造技術(shù)水平和能力的重要標志，在我國的許多關鍵制造業(yè)中發(fā)揮著不可替代的作用，
何謂快速成型
。采用特種加工技術(shù)可以加工特殊材料，且加工中無切削力，能夠進行微細加工及復雜的空間曲面成形，所以能夠解決航空航天、軍工、汽車、模具、冶金、機械等工業(yè)中的關鍵技術(shù)難題，從而逐步形成新興的特種加工行業(yè)。特種加工技術(shù)主要包括電加工技術(shù)、高能束流加工技術(shù)、快速成型制造技術(shù)等，其中以快速成型制造技術(shù)對現(xiàn)代制造業(yè)的影響最為重大。快速成型制造技術(shù)(Rapid Prototyping Manufac?turing，RPM)，就是根據(jù)零件的三維模型數(shù)據(jù)，迅速而精確地制造出該零件。它是在20世紀80年代后期發(fā)展起來的，被認為是最近20年來制造領域的一次重大突破，是目前先進制造領域研究的熱點之一�？焖俪尚椭圃旒夹g(shù)是集CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光加工、新材料科學、機械電子工程等多學科、多技術(shù)為一體的新技術(shù)。傳統(tǒng)的零件制造過程往往需要車、鉗、銑、磨等多種機加工設備和各種夾具、刀具、模具，制造成本高，周期長，對于一個比較復雜的零件，其加工周期甚至以月計，很難適應低成本、高效率的加工要求�？焖俪尚椭圃旒夹g(shù)能夠適應這種要求，是現(xiàn)代制造技術(shù)的一次重大變革。
快速成型產(chǎn)品隨著CAD建模和光、機、電一體化技術(shù)的發(fā)展，快速成型技術(shù)的工藝方法發(fā)展很快。目前已有光固法(SLA)、層疊法(LOM)、激光選區(qū)燒結(jié)法(SLS)、熔融沉積法(FDM)、掩模固化法(SGC)、三維印刷法(TDP)、噴粒法(BPM)等10余種。
1、光固化立體造型(Stereolithography，SLA)
該技術(shù)以光敏樹脂為原料，將計算機控制下的紫外激光，以預定零件各分層截面的輪廓為軌跡，對液態(tài)樹脂逐點掃描，由點到線到面，使被掃描區(qū)的樹脂薄層產(chǎn)生聚合反應，從而形成零件的一個薄層截面。當一層固化完畢，升降工作臺移動一個層片厚度的距離，在原先固化好的樹脂表面再覆蓋一層新的液態(tài)脂以便進行新一層掃描固化。新固化的一層牢固地粘合在前一層上，如此重復直到整個零件原型制造完畢，其工作原理如圖l所示。SLA法是第一個投入商業(yè)應用的RPM技術(shù)，其方法特點是精度高、表面質(zhì)量好、原材料利用率將近100％，可以制造形狀特別復雜、外觀特別精細的零件。
2、層片疊加制造(Laminated Object Manufacturing，LOM)
層片疊加制造工藝是將單面涂有熱溶膠的箔材(涂覆紙涂有粘接劑覆層的紙、涂覆陶瓷箔、金屬箔等)通過熱輥加熱粘接在一起，位于上方的激光器按照CAD分層模型所獲數(shù)據(jù)，用激光束將箔材切割成所制零件的內(nèi)外輪廓，然后新的1層箔材再疊加在上面，通過熱壓裝置和下面已切割層粘合在一起，激光束再次切割，這樣反復逐層切割一粘合一切割，直至整個零件模型制作完成。
3、選擇性激光燒結(jié)(Selected Laser Sintering，SLS)
以激光器為能量源，通過紅外激光束使塑料、蠟、陶瓷和金屬(或復合物)的粉末材料均勻地燒結(jié)在加工平面上舊J。激光束在計算機的控制下，通過掃描器以一定的速度和能
快速成型制造技術(shù) 特種加工技術(shù)是先進制造技術(shù)的重要組成部分，是衡量一個國家制造技術(shù)水平和能力的重要標志，在我國的許多關鍵制造業(yè)中發(fā)揮著不可替代的作用。采用特種加工技術(shù)可以加工特殊材料，且加工中無切削力，能夠進行微細加工及復雜的空間曲面成形，所以能夠解決航空航天、軍工、汽車、模具、冶金、機械等工業(yè)中的關鍵技術(shù)難題，從而逐步形成新興的特種加工行業(yè)。特種加工技術(shù)主要包括電加工技術(shù)、高能束流加工技術(shù)、快速成型制造技術(shù)等，其中以快速成型制造技術(shù)對現(xiàn)代制造業(yè)的影響最為重大。
快速成型制造技術(shù)(Rapid Prototyping Manufac?turing，RPM)，就是根據(jù)零件的三維模型數(shù)據(jù)，迅速而精確地制造出該零件。它是在20世紀80年代后期發(fā)展起來的，被認為是最近20年來制造領域的一次重大突破，是目前先進制造領域研究的熱點之一�？焖俪尚椭圃旒夹g(shù)是集CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光加工、新材料科學、機械電子工程等多學科、多技術(shù)為一體的新技術(shù)。傳統(tǒng)的零件制造過程往往需要車、鉗、銑、磨等多種機加工設備和各種夾具、刀具、模具，制造成本高，周期長，對于一個比較復雜的零件，其加工周期甚至以月計，很難適應低成本、高效率的加工要求�？焖俪尚椭圃旒夹g(shù)能夠適應這種要求，是現(xiàn)代制造技術(shù)的一次重大變革。
快速成型產(chǎn)品隨著CAD建模和光、機、電一體化技術(shù)的發(fā)展，快速成型技術(shù)的工藝方法發(fā)展很快。目前已有光固法(SLA)、層疊法(LOM)、激光選區(qū)燒結(jié)法(SLS)、熔融沉積法(FDM)、掩模固化法(SGC)、三維印刷法(TDP)、噴粒法(BPM)等10余種。
1、光固化立體造型(Stereolithography，SLA)
該技術(shù)以光敏樹脂為原料，將計算機控制下的紫外激光，以預定零件各分層截面的輪廓為軌跡，對液態(tài)樹脂逐點掃描，由點到線到面，使被掃描區(qū)的樹脂薄層產(chǎn)生聚合反應，從而形成零件的一個薄層截面。當一層固化完畢，升降工作臺移動一個層片厚度的距離，在原先固化好的樹脂表面再覆蓋一層新的液態(tài)脂以便進行新一層掃描固化。新固化的一層牢固地粘合在前一層上，如此重復直到整個零件原型制造完畢，其工作原理如圖l所示。SLA法是第一個投入商業(yè)應用的RPM技術(shù)，其方法特點是精度高、表面質(zhì)量好、原材料利用率將近100％，可以制造形狀特別復雜、外觀特別精細的零件。
2、層片疊加制造(Laminated Object Manufacturing，LOM)
層片疊加制造工藝是將單面涂有熱溶膠的箔材(涂覆紙涂有粘接劑覆層的紙、涂覆陶瓷箔、金屬箔等)通過熱輥加熱粘接在一起，位于上方的激光器按照CAD分層模型所獲數(shù)據(jù)，用激光束將箔材切割成所制零件的內(nèi)外輪廓，然后新的1層箔材再疊加在上面，通過熱壓裝置和下面已切割層粘合在一起，激光束再次切割，這樣反復逐層切割一粘合一切割，直至整個零件模型制作完成，
工程
《何謂快速成型》(http://www.msguai.com)。3、選擇性激光燒結(jié)(Selected Laser Sintering，SLS)
以激光器為能量源，通過紅外激光束使塑料、蠟、陶瓷和金屬(或復合物)的粉末材料均勻地燒結(jié)在加工平面上舊J。激光束在計算機的控制下，通過掃描器以一定的速度和能
量密度按分層面的二維數(shù)據(jù)掃描。激光束掃描之處，粉末燒結(jié)成一定厚度的實體片層，未掃描的地方仍然保持松散的粉末狀。根據(jù)物體截層厚度而升降工作臺，鋪粉滾筒再次將粉末鋪平后，開始新一層的掃描。如此反復，直至掃描完所有層面。去掉多余粉末，經(jīng)打磨、烘干等處理后獲得零件。4、熔融沉積造型(Fused Deposition Modeling，F(xiàn)DM)
將CAD模型分為一層層極薄的截面，生成控制FDM噴嘴移動軌跡的二維幾何信息。FDM加熱頭把熱熔性材料(ABS、尼龍、蠟等材料)加熱到臨界半流動狀態(tài)，在計算機控制下，噴嘴頭沿CAD確定的二維幾何信息運動軌跡擠出半流動的材料，沉積固化成精確的零件薄層，通過垂直升降系統(tǒng)降下新形成層，進行固化。這樣層層堆積粘結(jié)，自下而上形成一個零件的三維實體。
上述4種RPM方法，都有一個共同幾何物理基礎：分層制造原理。從幾何上講，將任意復雜的三維實體沿某一確定方向用平行的截面去依次截取厚度為8的制造單元，可獲得若干個層面，將這些厚度為8的單元疊加起來又可形成原來的三維實體，這樣就將三維問題轉(zhuǎn)化為二維問題，既降低了處理的難度，又不受零件復雜程度的限制。RPM的總體目標是在CAD技術(shù)的支持下，快速完成復雜形狀零件的制造，其主要技術(shù)特征是：直接用CAD軟件驅(qū)動，無需針對不同零件準備工裝夾具；零件制造全過程快速完成；不受復雜三維形狀所限制的工藝方法的影響。
快速成型制造流程
1、 三維CAD造型
利用各種三維CAD軟件進行幾何造型，得到零件的三維CAD數(shù)學模型，是快速成型技術(shù)的重要組成部分，也是制造過程的第一步。三維造型方式主要有實體造型和表面造型，目前許多CAD軟件在系統(tǒng)中加入一些專用模塊，將三維造型結(jié)果進行離散化，生成面片模型文件或?qū)悠Ｐ臀募?/p>
2、反求工程
物理形態(tài)的零件是快速成型技術(shù)體系中零件幾何信息的另一個重要來源。幾何實體同樣包含了零件的幾何信息，但這些信息必須通過反求工程進行數(shù)字化，方可進行下一步的處理。反求工程要對零件表面進行數(shù)字化處理，提取零件的表面三維數(shù)據(jù)。主要的技術(shù)手段有三坐標測量儀、三維激光數(shù)字化儀、工業(yè)CT和自動斷層掃描儀等。通過三維數(shù)字化設備得到的數(shù)據(jù)往往是一些散亂的無序點或線的集合，還必須對其三維重構(gòu)得到三維CAD模型，或者層片模型等。
3、 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換
三維CAD造型或反求工程得到的數(shù)據(jù)必須進行大量處理，才能用于控制RPM成型設備制造零件。數(shù)據(jù)處理的主要過程包括表面離散化，生成STL文件或CFL文件，分層處理生成SLC，CLI，HPGL等層片文件，根據(jù)工藝要求進行填充處理，對數(shù)據(jù)進行檢驗和修正并轉(zhuǎn)換為數(shù)控代碼。
4、 原型制造
原型制造即利用快速成型設備將原材料堆積成為三維物理實體。材料、設備、工藝是快速原型制造中密切相關的3個基本方面。成型材料是快速成型技術(shù)發(fā)展的關鍵。它影響零件的成型速度、精度和性能，直接影響到零件的應用范圍和成型工藝設備的選擇。
5、物性轉(zhuǎn)換
通過快速成型系統(tǒng)制造的零件，其力學、物理性能往往不能直接滿足要求，仍然需要進一步的處理，即對其物理性質(zhì)進行轉(zhuǎn)換。該環(huán)節(jié)是RPM實際
應用的一個重要環(huán)節(jié)，包括精密鑄造、金屬噴涂制模、硅膠模鑄造、快速EDM電極、陶瓷型精密鑄造等多項配套制造技術(shù)，這些技術(shù)與RPM技術(shù)相結(jié)合，形成快速鑄造、快速模具制造等新技術(shù)。快速成型應用RPM技術(shù)即可用于產(chǎn)品的概念設計、功能測試等方面，又可直接用于工件設計、模具設計和制造等領域，RPM技術(shù)在汽車、電子、家電、醫(yī)療、航空航天、工藝品制作以及玩具等行業(yè)有著廣泛的應用。
1、 產(chǎn)品設計評估與功能測驗為提高設計質(zhì)量，縮短試制周期，RPM系統(tǒng)可在幾小時或幾天內(nèi)將圖紙或CAD 模型轉(zhuǎn)變成看得見、摸得著的實體模型。根據(jù)設計原型進行設計評估和功能驗證，迅速地取得用戶對設計的反饋信息。同時也有利于產(chǎn)品制造者加深對產(chǎn)品的理解，合理地確定生產(chǎn)方式、工藝流程和費用。與傳統(tǒng)模型制造相比，快速成型方法不僅速度快、精度高，而且能夠隨時通過CAD進行修改與再驗證，使設計更完善。
2、快速模具制造
以RPM生成的實體模型作為模芯或模套，結(jié)合精鑄、粉末燒結(jié)或電極研磨等技術(shù)可以快速制造出產(chǎn)品所需要的功能模具，其制造周期一般為傳統(tǒng)的數(shù)控切削方法的1／5～1／10。模具的幾何復雜程度越高，這種效益愈顯著。
3、醫(yī)學上的仿生制造
醫(yī)學上的CT技術(shù)與RPM技術(shù)結(jié)合可復制人體骨骼結(jié)構(gòu)或器官形狀，整容、重大手術(shù)方案預演，以及進行假肢設計和制造。
4、藝術(shù)品的制造
藝術(shù)品和建筑裝飾品是根據(jù)設計者的靈感，構(gòu)思設計出來的，采用RPM可使藝術(shù)家的創(chuàng)作、制造一體化，為藝術(shù)家提供最佳的設計環(huán)境和成型條件�？焖俪尚椭圃扉_創(chuàng)了一個嶄新的設計、制造概念。它以相對低的成本，可修改性強的特點，獨到的工藝過程，為提高產(chǎn)品的設計質(zhì)量，降低成本，縮短設計、制造周期，使產(chǎn)品盡快地推向市場提供了方法，對于復雜形狀的零件則更為有利�？焖俪尚椭圃旒夹g(shù)作為一種先進制造技術(shù)將在21世紀的制造業(yè)中占據(jù)重要的地位.