快速成型的方法(快速成型技術)
1.快速成型技術有哪些
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、真空復模，運用硅膠材料制作簡易模具，進行小批量的澆注成型。
五、低壓灌注，適用于結構接單的大件制作。
快速成型（RP）技術是九十年代發(fā)展起來的一項先進制造技術，是為制造業(yè)企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)服務的一項關鍵共性技術， 對促進企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品競爭力有積極的推動作用。自該技術問世以來，已經(jīng)在發(fā)達國家的制造業(yè)中得到了廣泛應用，并由此產(chǎn)生一個新興的技術領域。
快速成型技術是在現(xiàn)代CAD/CAM技術、激光技術、計算機數(shù)控技術、精密伺服驅(qū)動技術以及新材料技術的基礎上集成發(fā)展起來的。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)學上的積分過程。形象地講，快速成形系統(tǒng)就像是一臺"立體打印機"。
快速成型可以在無需準備任何模具、刀具和工裝卡具的情況下，直接接受產(chǎn)品設計（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技術的推廣應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"增長法"，由有模制造到無模制造。
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，龍門架式的機械控制噴頭可以在工作臺的兩個主要方向移動，工作臺可以根據(jù)需要向上或向下移動。
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?shù)谝粚油瓿珊螅ぷ髋_下降一個層厚并開始迭加制造一層。FDM工藝的關鍵是保持半流動成型材料剛好在熔點之上，通常控制在比熔點高1℃左右。
FDM制作復雜的零件時，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。
解決的方法是獨立于模型材料單獨擠出一個支撐材料，支撐材料可以用低密度的熔絲，比模型材料強度低，在零件加工完成后可以將它拆除。 在FDA4機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）這個值代表了在垂直方向所能達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到0. 025mm(O.OO1in)。 FDM的優(yōu)點是材料的利用率高，材料的成本低，可選用的材料種類多，工藝干凈、簡單、易于操作且對環(huán)境的影響小。
缺點是精度低，結構復雜的零件不易制造，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試，中等復雜程度的中小成型，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 ） 光固化法是目前應用最為廣泛的一種快速成型制造工藝，它實際上比熔積法發(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，在計算機控制下的紫外激光按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，使被掃描區(qū)的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應，從而形成零件的一個薄層截面。 成型開始時工作臺在它的最高位置（深度a），此時液面高于工作臺一個層厚，零件第一層的截面輪廓進行掃描，使掃描區(qū)域的液態(tài)光敏樹脂固化，形成零件第一個截面的固化層。
然后工作臺下降一個層厚，使先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂然后重復掃描固化，與此同時新固化的一層牢固地粘接在前一層上，該過程一直重復操作到達到b高度。此時已經(jīng)產(chǎn)生了一個有固定壁厚的圓柱體環(huán)形零件。
這時可以注意到工作臺在垂直方向下降了距離ab。到達b高度后，光束在x-y面的移動范圍加大從而在前面成型的零件部分上生成凸緣形狀，一般此處應添加類似于FDM的支撐。
當一定厚度的液體被固化后，該過程重復進行產(chǎn)生出另一個從高度b到c的圓柱環(huán)形截面。但周圍的液態(tài)樹脂仍然是可流動的，因為它并沒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)狀結構。零件制造結束后從工作臺上取下，去掉支撐結構，即可獲得三維零件。
光固化成型所能達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。
光固化法是第一個投人商業(yè)應用的RF（快速成型）技術。目前全球銷售的SL（光固化成型）設備約占Rl'設備總數(shù)的70%左右。
SL（光固化成型）工藝優(yōu)點是精度較高，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%，能制造形狀特別復雜、特別精細的零件，設備的市場占有率很高。缺點是需要設計支撐，可以選擇的材料種類有限，容易發(fā)生翹曲變形，材料價格較貴。
該工藝適合成型制造比較復雜的中小件。 3激光選區(qū)燒結（Selective Laser Sinering） 激光選區(qū)燒結（Selective Laser Sintering，簡稱SLS）是一種將非金屬（或普通金屬）粉末有選擇地燒結成單獨物體的工藝。
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圓筒： 1）一個是粉末補給筒，它內(nèi)部的活塞被逐漸地提升通過一個滾動機構給零件造型筒供給粉末； 2）另一個是零件造形筒，它內(nèi)部的活塞（工作臺）被逐漸地降低到熔結部分形成的地方。 首先在工作臺上均勻鋪上一層很薄（l00~200μm）的粉末，激光束在計算機控制下按照零件分層輪廓有選擇性地進行燒結，從而使粉末固化成截面形狀，一層完成后工作臺下降一個層厚，。
3.快速成型技術有哪些特點
快速成型技術的特點：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、原型的復制性、互換性高；3、制造工藝與制造原型的幾何形狀無關，在加工復雜曲面時更顯優(yōu)越；4、加工周期短，成本低，成本與產(chǎn)品復雜程度無關，一般制造費用降低50%，加工周期節(jié)約70%以上；5、高度技術集成，可實現(xiàn)了設計制造一體化。
快速成型技術又稱快速原型制造（Rapid Prototyping Manufacturing，簡稱RPM）技術，誕生于20世紀80年代后期，是基于材料堆積法的一種高新制造技術，被認為是近20年來制造領域的一個重大成果。它集機械工程、CAD、逆向工程技術、分層制造技術、數(shù)控技術、材料科學、激光技術于一身，可以自動、直接、快速、精確地將設計思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵瑥亩鵀榱慵椭谱鳌⑿略O計思想的校驗等方面提供了一種高效低成本的實現(xiàn)手段。
即，快速成形技術就是利用三維CAD的數(shù)據(jù)，通過快速成型機，將一層層的材料堆積成實體原型。基本原理：快速成形技術是在計算機控制下，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。
1、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”或“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。
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。應用：1、在新產(chǎn)品造型設計過程中的應用快速成形技術為工業(yè)產(chǎn)品的設計開發(fā)人員建立了一種嶄新的產(chǎn)品開發(fā)模式。
運用RPM技術能夠快速、直接、精確地將設計思想轉(zhuǎn)化為具有一定功能的實物模型（樣件），這不僅縮短了開發(fā)周期，而且降低了開發(fā)費用，也使企業(yè)在激烈的市場競爭中占有先機。2、在機械制造領域的應用由于RPM技術自身的特點，使得其在機械制造領域內(nèi)，獲得廣泛的應用，多用于制造單件、小批量金屬零件的制造。
有些特殊復雜制件，由于只需單件生產(chǎn)，或少于50件的小批量，一般均可用RPM技術直接進行成型，成本低，周期短。3、快速模具制造傳統(tǒng)的模具生產(chǎn)時間長，成本高。
將快速成型技術與傳統(tǒng)的模具制造技術相結合，可以大大縮短模具制造的開發(fā)周期，提高生產(chǎn)率，是解決模具設計與制造薄弱環(huán)節(jié)的有效途徑。快速成形技術在模具制造方面的應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，再由零件復制得到所需要的模具。
4、在醫(yī)學領域的應用近幾年來，人們對RPM技術在醫(yī)學領域的應用研究較多。以醫(yī)學影像數(shù)據(jù)為基礎，利用RPM技術制作人體器官模型，對外科手術有極大的應用價值。
5、在文化藝術領域的應用在文化藝術領域，快速成形制造技術多用于藝術創(chuàng)作、文物復制、數(shù)字雕塑等。6、在航空航天技術領域的應用在航空航天領域中，空氣動力學地面模擬實驗（即風洞實驗）是設計性能先進的天地往返系統(tǒng)（即航天飛機）所必不可少的重要環(huán)節(jié)。
該實驗中所用的模型形狀復雜、精度要求高、又具有流線型特性，采用RPM技術，根據(jù)CAD模型，由RPM設備自動完成實體模型，能夠很好的保證模型質(zhì)量。7、在家電行業(yè)的應用目前，快速成形系統(tǒng)在國內(nèi)的家電行業(yè)上得到了很大程度的普及與應用，使許多家電企業(yè)走在了國內(nèi)前列。
快速成形技術的應用很廣泛，可以相信，隨著快速成形制造技術的不斷成熟和完善，它將會在越來越多的領域得到推廣和應用。發(fā)展方向：從目前RPM技術的研究和應用現(xiàn)狀來看，快速成型技術的進一步研究和開發(fā)工作主要有以下幾個方面：1、開發(fā)性能好的快速成型材料，如成本低、易成形、變形小、強度高、耐久及無污染的成形材料。
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)化設備結構，尤其是提高成形件的精度、表面質(zhì)量、力學和物理性能，為進一步進行模具加工和功能實驗提供基礎。
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和創(chuàng)新。
直接金屬成形技術將會成為今后研究與應用的又—個熱點。7、進行快速成形技術與CAD、CAE、RT、CAPP、CAM以及高精度自動測量、逆向工程的集成研究。
8、提高網(wǎng)絡化服務的研究力度，實現(xiàn)遠程控制。
4.快速成型
一、快速成形技術的概念
快速成形，又稱實體自由成型技術（Rapid Prototyping ，簡稱RP制造）：快速成型技術是基于離 散/堆積成型原理，在現(xiàn)代CAD/CAM技術、激光技術、計算機數(shù)控技術、精密驅(qū)動技術以及新材料技術的基礎上集成發(fā)展起來的。是將計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機數(shù)字控制（CNC）、激光、精密伺服驅(qū)動等先進技術和新材料集于一體，基于計算機三維實體造型，構成工件三維設計模型。在對三維模型進行處理后，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，構成各個截面輪廓。隨后利用快速成形機將各種材料按三維模型的截面輪廓信息進行掃描，對其進行分層切片，并進行分層自由成形，逐步順序疊加成三維工件，并使材料粘結、固化、燒結，逐層堆積成為實體原型。
二、快速成形技術的主要技術特征
快速成型技術的主要技術特征是成型的快捷性，能高度柔性和高度集成地自動且精確地將設計思想（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。該項技術不僅能縮短產(chǎn)品研制開發(fā)周期，減少產(chǎn)品研制開發(fā)費用，而且對迅速響應市場需求，提高企業(yè)核心競爭力具有重要作用。
三、快速成形技術的主要技術優(yōu)點
1、大大縮短新產(chǎn)品研制周期，可使模型或模具制造時間縮短數(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；原型的復制性、互換性高，制造工藝與制造原型的幾何形狀無關，在加工復雜曲面時更顯優(yōu)越，提高制造復雜、精密零件的能力；
3、加工周期短，成本低，成本與產(chǎn)品復雜程度無關，一般制造費用降低50%，加工周期節(jié)約70%以上；
4、及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設計錯誤并盡早更改，避免傳統(tǒng)方法中待模具制造出來并批量生產(chǎn)后再進行修改所造成的損失，減少開發(fā)風險，提高成功率；高度技術集成，可實現(xiàn)設計制造一體化，支持并行工程的實施，使產(chǎn)品設計、樣品制造、市場訂貨等工作能同步進行；
5、降低開模風險和新產(chǎn)品研發(fā)成本，與快速制模技術（RT）相結合可迅速實現(xiàn)單件及小批量生產(chǎn)，使新產(chǎn)品上市時間大大提前，迅速占領市場。
四、快速成形技術在工業(yè)領域的應用
1、制造產(chǎn)品樣本。
2、轉(zhuǎn)換技術：即采用快速制模（RT）、快速制造（RM）技術將快速成形產(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)制作電脈沖機床電極
4、車輛零件開發(fā)與試制；消費類產(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)和術前手術方案制定；文物和工藝品的復原與設計。
5.快速成型制造技術的實現(xiàn)方法有哪些
1、光固化成形（簡稱：SLA或AURO）光敏樹脂為原料
2、熔融擠壓成形（簡稱：FDM或MEM）ABS絲為原料
3、分層實體成形（簡稱：LOM或SSM）紙為原料
4、粉末燒結成形（簡稱：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（x=325nm）和強度（w=30mw）的紫外光的照射下能迅速發(fā)生光聚合反應， 分子量急劇增大， 材料也就從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。
