快速成型 又名：快速成形技術(shù)

       自該技術(shù)問世以來，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。

名詞解釋

        快速原型制造技術(shù)，又叫快速成形技術(shù)，（簡(jiǎn)稱RP技術(shù)）；英文：RAPID PROTOTYPING（簡(jiǎn)稱RP技術(shù)），或 RAPID PROTOTYPING MANUFACTURING，簡(jiǎn)稱RPM。在汽車應(yīng)用行業(yè)家RP樣件。

       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)"。

優(yōu)越性

       它可以在無需準(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。

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)：

       ⑴成型全過程的快速性，適合現(xiàn)代激烈的產(chǎn)品市場(chǎng)；

       ⑵可以制造任意復(fù)雜形狀的三維實(shí)體；

       ⑶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；

       ⑷成型過程無需專用夾具、模具、刀具，既節(jié)省了費(fèi)用，又縮短了制作周期。

       ⑸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。

形成過程

       形象地比喻：快速成形系統(tǒng)相當(dāng)于一臺(tái)"立體打印機(jī)"。

       它可以在沒有任何刀具、模具及工裝卡具的情況下，快速直接地實(shí)現(xiàn)零件的單件生產(chǎn)。根據(jù)零件的復(fù)雜程度，這個(gè)過程一般需要1～7天的時(shí)間。換句話說，RP技術(shù)是一項(xiàng)快速直接地制造單件零件的技術(shù)。

工作原理

       快速成型技術(shù)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) ,精密伺服驅(qū)動(dòng)、激光和材料科學(xué)等先進(jìn)技術(shù)集于一體的新技術(shù),其基本構(gòu)思是: 任何三維零件都可以看作是許多等厚度的二維平面輪廓沿某一坐標(biāo)方向疊加而成.因此依據(jù)計(jì)算機(jī)上構(gòu)成的產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)模型 ,可先將 CAD系統(tǒng)內(nèi)的三維模型切分成一系列平面幾何信息 ,即對(duì)其進(jìn)行分層切片 ,得到各層截面的輪廓 ,按照這些輪廓 ,激光束選擇性地切割一層層的紙(或固化一層層的液態(tài)樹脂,燒結(jié)一層層的粉末材料) ，或噴射源選擇性地噴射一層層的粘接劑或熱熔材料等 ,形成各截面輪廓并逐步疊加成三維產(chǎn)品 。

       快速成型技術(shù)徹底擺脫了傳統(tǒng)的“去除”加工法 (即:部分去除大于工件的毛坯上的材料 ,而得到工件 ) ,采用全新的“增長(zhǎng)”加工法 (即:用一層層的小毛坯逐步疊加成大工件 ) ,將復(fù)雜的三維加工分解成簡(jiǎn)單二維加工的組合 ,因此 ,它不必采用傳統(tǒng)的加工機(jī)床和工模具 ,只需傳統(tǒng)加工方法 30%～ 50%的工時(shí)和 20%～ 35%的成本 ,就能直接制造產(chǎn)品樣品或模具 .通過快速成型技術(shù) ,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艿哪Ｐ突蛑苯又圃飚a(chǎn)品 ,從而可以對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行快速評(píng)估、修改及功能試驗(yàn) ,大大縮短了產(chǎn)品的研制周期.將快速成型技術(shù)用于企業(yè)的新產(chǎn)品研發(fā)過程 ,可以大大縮短新產(chǎn)品的研制周期 ,確保新產(chǎn)品的上市時(shí)間 ,提高企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的快速反應(yīng)能力;同時(shí)也可以降低開模風(fēng)險(xiǎn)和新產(chǎn)品研發(fā)成本;及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤 ,做到早找錯(cuò)、早更改 ,避免更改后續(xù)工序所造成的大量損失 ,提高新產(chǎn)品投產(chǎn)的一次成功率 .因此 ,快速成型技術(shù)的應(yīng)用已成為制造業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)的一項(xiàng)重要策略.

       RP系統(tǒng)可以根據(jù)零件的形狀，每次制做一個(gè)具有一定微小厚度和特定形狀的截面，然后再把它們逐層粘結(jié)起來，就得到了所需制造的立體的零件。當(dāng)然，整個(gè)過程是在計(jì)算機(jī)的控制下，由快速成形系統(tǒng)自動(dòng)完成的。不同公司制造的RP系統(tǒng)所用的成形材料不同，系統(tǒng)的工作原理也有所不同，但其基本原理都是一樣的，那就是"分層制造、逐層疊加"。這種工藝可以形象地叫做"增長(zhǎng)法"或"加法"。

       每個(gè)截面數(shù)據(jù)相當(dāng)于醫(yī)學(xué)上的一張CT像片；整個(gè)制造過程可以比喻為一個(gè)"積分"的過程。

       RP技術(shù)的基本原理是：將計(jì)算機(jī)內(nèi)的三維數(shù)據(jù)模型進(jìn)行分層切片得到各層截面的輪廓數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)據(jù)此信息控制激光器（或噴嘴）有選擇性地?zé)Y(jié)一層接一層的粉末材料（或固化一層又一層的液態(tài)光敏樹脂，或切割一層又一層的片狀材料，或噴射一層又一層的熱熔材料或粘合劑）形成一系列具有一個(gè)微小厚度的的片狀實(shí)體，再采用熔結(jié)、聚合、粘結(jié)等手段使其逐層堆積成一體，便可以制造出所設(shè)計(jì)的新產(chǎn)品樣件、模型或模具。自美國(guó)3D公司1988年推出第一臺(tái)商品SLA快速成形機(jī)以來，已經(jīng)有十幾種不同的成形系統(tǒng)，其中比較成熟的有UV、SLA、SLS、LOM和FDM等方法。其成形原理分別介紹如下：

SLA原理

       "Stereo lithography Appearance"的縮寫，即立體光固化成型法.

       用特定波長(zhǎng)與強(qiáng)度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由點(diǎn)到線，由線到面順序凝固，完成一個(gè)層面的繪圖作業(yè)，然后升降臺(tái)在垂直方向移動(dòng)一個(gè)層片的高度，再固化另一個(gè)層面.這樣層層疊加構(gòu)成一個(gè)三維實(shí)體.

       SLA是最早實(shí)用化的快速成形技術(shù)，采用液態(tài)光敏樹脂原料。其工藝過程是，首先通過CAD設(shè)計(jì)出三維實(shí)體模型，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)將精確控制激光掃描器和升降臺(tái)的運(yùn)動(dòng)；激光光束通過 數(shù)控裝置控制的掃描器，按設(shè)計(jì)的掃描路徑 照射到液態(tài)光敏樹脂表面 ， 使表面特定區(qū)域內(nèi)的一層樹脂固化后， 當(dāng)一層加工完畢后，就生成零件的一個(gè)截面；然后 升降臺(tái)下降一定距離 ， 固化層上覆蓋另一層液態(tài)樹脂，再進(jìn)行第二層掃描，第二固化層牢固地粘結(jié)在前一固化層上，這樣一層層疊加而成三維工件原型。將原型從樹脂中取出后，進(jìn)行最終固化，再經(jīng)打光、電鍍、噴漆或著色處理即得到要求的產(chǎn)品。

       SLA技術(shù)主要用于制造多種模具、模型等；還可以在原料中通過加入其它成分，用SLA原型模代替熔模精密鑄造中的蠟?zāi)?。SLA技術(shù)成形速度較快，精度較高，但由于樹脂固化過程中產(chǎn)生收縮，不可避免地會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力或引起形變。因此開發(fā)收縮小、固化快、強(qiáng)度高的光敏材料是其發(fā)展趨勢(shì)。

       3D Systems 推出的Viper Pro SLA system

       SLA 的優(yōu)勢(shì)

       ⒈ 光固化成型法是最早出現(xiàn)的快速原型制造工藝，成熟度高，經(jīng)過時(shí)間的檢驗(yàn).

       ⒉ 由CAD數(shù)字模型直接制成原型，加工速度快，產(chǎn)品生產(chǎn)周期短，無需切削工具與模具.

       ⒊可以加工結(jié)構(gòu)外形復(fù)雜或使用傳統(tǒng)手段難于成型的原型和模具.

       ⒋ 使CAD數(shù)字模型直觀化，降低錯(cuò)誤修復(fù)的成本.

       ⒌ 為實(shí)驗(yàn)提供試樣，可以對(duì)計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證與校核.

       ⒍ 可聯(lián)機(jī)操作，可遠(yuǎn)程控制，利于生產(chǎn)的自動(dòng)化.

       SLA 的缺憾

       ⒈ SLA系統(tǒng)造價(jià)高昂，使用和維護(hù)成本過高.

       ⒉ SLA系統(tǒng)是要對(duì)液體進(jìn)行操作的精密設(shè)備，對(duì)工作環(huán)境要求苛刻.

       ⒊ 成型件多為樹脂類，強(qiáng)度，剛度，耐熱性有限，不利于長(zhǎng)時(shí)間保存.

       ⒋ 預(yù)處理軟件與驅(qū)動(dòng)軟件運(yùn)算量大，與加工效果關(guān)聯(lián)性太高.

       ⒌ 軟件系統(tǒng)操作復(fù)雜，入門困難；使用的文件格式不為廣大設(shè)計(jì)人員熟悉.

       ⒍ 立體光固化成型技術(shù)被單一公司所壟斷.

       SLA 的發(fā)展趨勢(shì)與前景

       立體光固化成型法的的發(fā)展趨勢(shì)是高速化，節(jié)能環(huán)保與微型化.

       不斷提高的加工精度使之有最先可能在生物，醫(yī)藥，微電子等領(lǐng)域大有作為.

SLS原理

       選擇性激光燒結(jié)（以下簡(jiǎn)稱SLS）技術(shù)最初是由美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的Carl ckard于1989年在其碩士論文中提出的。后美國(guó)DTM公司于1992年推出了該工藝的商業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備Sinter Sation。幾十年來，奧斯汀分校和DTM公司在SLS領(lǐng)域做了大量的研究工作，在設(shè)備研制和工藝、材料開發(fā)上取得了豐碩成果。德國(guó)的EOS公司在這一領(lǐng)域也做了很多研究工作，并開發(fā)了相應(yīng)的系列成型設(shè)備。

       國(guó)內(nèi)也有多家單位進(jìn)行SLS的相關(guān)研究工作，如西安交通大學(xué)機(jī)械學(xué)院，快速成型國(guó)家工程研究中心，教育部快速成型工程研究中心，華中科技大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、中北大學(xué)和北京隆源自動(dòng)成型有限公司等，也取得了許多重大成果，如南京航空航天大學(xué)研制的RAP-I型激光燒結(jié)快速成型系統(tǒng)、北京隆源自動(dòng)成型有限公司開發(fā)的AFS一300激光快速成型的商品化設(shè)備。

       選擇性激光燒結(jié)是采用激光有選擇地分層燒結(jié)固體粉末，并使燒結(jié)成型的固化層層層疊加生成所需形狀的零件。其整個(gè)工藝過程包括CAD模型的建立及數(shù)據(jù)處理、鋪粉、燒結(jié)以及后處理等。SLS技術(shù)的快速成型系統(tǒng)工作原理見圖2。

       整個(gè)工藝裝置由粉末缸和成型缸組成，工作時(shí)粉末缸活塞（送粉活塞）上升，由鋪粉輥將粉末在成型缸活塞（工作活塞）上均勻鋪上一層，計(jì)算機(jī)根據(jù)原型的切片模型控制激光束的二維掃描軌跡，有選擇地?zé)Y(jié)固體粉末材料以形成零件的一個(gè)層面。粉末完成一層后，工作活塞下降一個(gè)層厚，鋪粉系統(tǒng)鋪上新粉.控制激光束再掃描燒結(jié)新層。如此循環(huán)往復(fù)，層層疊加，直到三維零件成型。最后，將未燒結(jié)的粉末回收到粉末缸中，并取出成型件。對(duì)于金屬粉末激光燒結(jié)，在燒結(jié)之前，整個(gè)工作臺(tái)被加熱至一定溫度，可減少成型中的熱變形，并利于層與層之間的結(jié)合。

       與其它快速成型（RP）方法相比，SLS最突出的優(yōu)點(diǎn)在于它所使用的成型材料十分廣泛。從理論上說，任何加熱后能夠形成原子間粘結(jié)的粉末材料都可以作為SLS的成型材料?？沙晒M(jìn)行SLS成型加工的材料有石蠟、高分子、金屬、陶瓷粉末和它們的復(fù)合粉末材料。由于SLS成型材料品種多、用料節(jié)省、成型件性能分布廣泛、適合多種用途以及SLS無需設(shè)計(jì)和制造復(fù)雜的支撐系統(tǒng)，所以SLS的應(yīng)用越來越廣泛。

       SLS技術(shù)的金屬粉末燒結(jié)方法

       3.1金屬粉末和粘結(jié)劑混合燒結(jié)

       首先將金屬粉末和某種粘結(jié)劑按一定比例混合均勻，用激光束對(duì)混合粉末進(jìn)行選擇性掃描，激光的作用使混合粉末中的粘結(jié)劑熔化并將金屬粉末粘結(jié)在一起，形成金屬零件的坯體。再將金屬零件坯體進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚恚邕M(jìn)行二次燒結(jié)來進(jìn)一步提高金屬零件的強(qiáng)度和其它力學(xué)性能。這種工藝方法較為成熟，已經(jīng)能夠制造出金屬零件，并在實(shí)際中得到使用。南京航空航天大學(xué)用金屬粉末作基體材料（鐵粉），加入適量的枯結(jié)劑，燒結(jié)成形得到原型件，然后進(jìn)行后續(xù)處理，包括燒失粘結(jié)劑、高溫焙燒、金屬熔滲（如滲銅）等工序，最終制造出電火花加工電極。并用此電極在電火花機(jī)床上加工出三維模具型腔。

       3.2金屬粉末激光燒結(jié)

       激光直接燒結(jié)金屬粉末制造零件工藝還不十分成熟，研究較多的是兩種金屬粉末混合燒結(jié)，其中一種熔點(diǎn)較低，另一種較高。激光燒結(jié)將低熔點(diǎn)的粉末熔化，熔化的金屬將高熔點(diǎn)金屬粉末粘結(jié)在一起。由于燒結(jié)好的零件強(qiáng)度較低，需要經(jīng)過后處理才能達(dá)到較高的強(qiáng)度。美國(guó)Texas大學(xué)Austin分校進(jìn)行了沒有聚合物粘結(jié)劑的金屬粉末如CuSn NiSn青銅鎳粉復(fù)合粉末的SLS成形研究，并成功地制造出金屬零件。他們對(duì)單一金屬粉末激光燒結(jié)成形進(jìn)行了研究，成功地制造了用于F1戰(zhàn)斗機(jī)和AIM9導(dǎo)彈的工NCONEL625超合金和Ti6A 14合金的金屬零件。美國(guó)航空材料公司已成功研究開發(fā)了先進(jìn)的欽合金構(gòu)件的激光快速成形技術(shù)。中國(guó)科學(xué)院金屬所和西安交通大學(xué)等單位正致力于高熔點(diǎn)金屬的激光快速成形研究，南京航空航天大學(xué)也在這方面進(jìn)行了研究，用Ni基合金混銅粉進(jìn)行燒結(jié)成形的試驗(yàn)，成功地制造出具有較大角度的倒錐形狀的金屬零件。

       3.3金屬粉末壓坯燒結(jié)

       金屬粉末壓坯燒結(jié)是將高低熔點(diǎn)的兩種金屬粉末預(yù)壓成薄片坯料，用適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)進(jìn)行激光燒結(jié)，低熔點(diǎn)的金屬熔化，流人到高熔點(diǎn)的顆?？紫吨g，使得高熔點(diǎn)的粉末顆粒重新排列，得到致密度很高的試樣。吉林大學(xué)郭作興等用此方法對(duì)FeCu,Fe C等合金進(jìn)行試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)壓坯激光燒結(jié)具有與常規(guī)燒結(jié)完全不同的致密化現(xiàn)象，激光燒結(jié)后的組織隨冷卻方式而異，空冷得到細(xì)珠光體，淬火后得到馬氏體和粒狀。

       4 SLS技術(shù)金屬粉末成型存在的問題

       SLS技術(shù)是非常年輕的一個(gè)制造領(lǐng)域，在許多方面還不夠完善，如制造的三維零件普遍存在強(qiáng)度不高、精度較低及表面質(zhì)量較差等問題。SLS工藝過程中涉及到很多參數(shù)（如材料的物理與化學(xué)性質(zhì)、激光參數(shù)和燒結(jié)工藝參數(shù)等），這些參數(shù)影響著燒結(jié)過程、成型精度和質(zhì)量。零件在成型過程中，由于各種材料因素、工藝因素等的影響，會(huì)使燒結(jié)件產(chǎn)生各種冶金缺陷（如裂紋、變形、氣孔、組織不均勻等）。

       4.1粉末材料的影響

       粉末材料的物理特性，如粉末粒度、密度、熱膨脹系數(shù)以及流動(dòng)性等對(duì)零件中缺陷形成具有重要的影響。粉末粒度和密度不僅影響成型件中缺陷的形成，還對(duì)成型件的精度和粗糙度有著顯著的影響。粉末的膨脹和凝固機(jī)制對(duì)燒結(jié)過程的影響可導(dǎo)致成型件孔隙增加和抗拉強(qiáng)度降低。

       4.2工藝參數(shù)的影響

       激光和燒結(jié)工藝參數(shù)，如激光功率、掃描速度和方向及間距、燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間以及層厚度等對(duì)層與層之間的粘接、燒結(jié)體的收縮變形、翹曲變形甚至開裂都會(huì)產(chǎn)生影響。上述各種參數(shù)在成型過程中往往是相互影響的，如Yong Ak Song等研究表明降低掃描速度和掃描間距或增大激光功率可減小表面粗糙度，但掃描間距的減小會(huì)導(dǎo)致翹曲趨向增大。

       因此，在進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)就需要從總體上考慮各參數(shù)的優(yōu)化，以得到對(duì)成型件質(zhì)量的改善最為有效的參數(shù)組。制造出來的零件普遍存在著致密度、強(qiáng)度及精度較低、機(jī)械性能和熱學(xué)性能不能滿足使用要求等一些問題。這些成型件不能作為功能性零件直接使用，需要進(jìn)行后處理（如熱等靜壓HIP、液相燒結(jié)LPS、高溫?zé)Y(jié)及熔浸）后才能投人實(shí)際使用。此外，還需注意的是，由于金屬粉末的SLS溫度較高，為了防止金屬粉末氧化，燒結(jié)時(shí)必須將金屬粉末封閉在充有保護(hù)氣體的容器中。

       5 總結(jié)與展望

       快速成型技術(shù)中，金屬粉末SLS技術(shù)是人們研究的一個(gè)熱點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)使用高熔點(diǎn)金屬直接燒結(jié)成型零件，對(duì)用傳統(tǒng)切削加工方法難以制造出高強(qiáng)度零件，對(duì)快速成型技術(shù)更廣泛的應(yīng)用具有特別重要的意義。展望未來，SLS形技術(shù)在金屬材料領(lǐng)域中研究方向應(yīng)該是單元體系金屬零件燒結(jié)成型，多元合金材料零件的燒結(jié)成型，先進(jìn)金屬材料如金屬納米材料，非晶態(tài)金屬合金等的激光燒結(jié)成型等，尤其適合于硬質(zhì)合金材料微型元件的成型。此外，根據(jù)零件的具體功能及經(jīng)濟(jì)要求來燒結(jié)形成具有功能梯度和結(jié)構(gòu)梯度的零件。我們相信，隨著人們對(duì)激光燒結(jié)金屬粉末成型機(jī)理的掌握，對(duì)各種金屬材料最佳燒結(jié)參數(shù)的獲得，以及專用的快速成型材料的出現(xiàn)，SLS技術(shù)的研究和引用必將進(jìn)入一個(gè)新的境界。

LOM原理

       分層實(shí)體制造（LOM——Laminated Object Manufacturing）法，LOM又稱層疊法成形，它以片材（如紙片、塑料薄膜或復(fù)合材料）為原材料，其成形原理如圖3所示，激光切割系統(tǒng)按照計(jì)算機(jī)提取的橫截面輪廓線數(shù)據(jù)，將背面涂有熱熔膠的紙用激光切割出工件的內(nèi)外輪廓。切割完一層后，送料機(jī)構(gòu)將新的一層紙疊加上去，利用熱粘壓裝置將已切割層粘合在一起，然后再進(jìn)行切割，這樣一層層地切割、粘合，最終成為三維工件。LOM常用材料是紙、金屬箔、塑料膜、陶瓷膜等，此方法除了可以制造模具、模型外，還可以直接制造結(jié)構(gòu)件或功能件。該方法的特點(diǎn)是原材料價(jià)格便宜、成本低。

       成形材料：涂敷有熱敏膠的纖維紙；

       制件性能：相當(dāng)于高級(jí)木材；

       主要用途：快速制造新產(chǎn)品樣件、模型或鑄造用木模。

FDM原理

       熔積成型（FDM——Fused Deposition Modeling）法，該方法使用絲狀材料（石蠟、金屬、塑料、低熔點(diǎn)合金絲）為原料，利用電加熱方式將絲材加熱至略高于熔化溫度（約比熔點(diǎn)高 1℃），在計(jì)算機(jī)的控制下，噴頭作x-y平面運(yùn)動(dòng)，將熔融的材料涂覆在工作臺(tái)上，冷卻后形成工件的一層截面，一層成形后，噴頭上移一層高度，進(jìn)行下一層涂覆，這樣逐層堆積形成三維工件。該方法污染小，材料可以回收，用于中、小型工件的成形。圖4為FDM成形原理圖。

       成形材料：固體絲狀工程塑料；

       制件性能：相當(dāng)于工程塑料或蠟?zāi)＃?/p>

       主要用途：塑料件、鑄造用蠟?zāi)！蛹蚰Ｐ汀?/p>

       特點(diǎn)：

       1、優(yōu)點(diǎn)：（1）操作環(huán)境干凈，安全，在辦公室可進(jìn)行；（2）工藝干凈、簡(jiǎn)單、易于操作且不產(chǎn)生垃圾；（3）尺寸精度高，表面質(zhì)量好，易于裝配，可快速構(gòu)建瓶狀或中空零件；（4）原材料以卷軸絲的形式提供，易于搬運(yùn)和金額快速更換；（5）原料價(jià)格便宜；（6）材料利用率高；（7）可選用的材料較多，如染色的ABS、PLA和醫(yī)用ABD、PC、PPSF、人造橡膠、鑄造用蠟。

       2、缺點(diǎn)：（1）精度較低，難以構(gòu)建結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件；（2）與截面垂直方向的強(qiáng)度?。唬?）成型速度相對(duì)較慢，不適合構(gòu)建大型零件。

分類

       3D打印技術(shù)是一系列快速原型成型技術(shù)的統(tǒng)稱，其基本原理都是疊層制造，由快速原型機(jī)在X-Y平面內(nèi)通過掃描形式形成工件的截面形狀，而在Z坐標(biāo)間斷地作層面厚度的位移，最終形成三維制件。目前市場(chǎng)上的快速成型技術(shù)分為3DP技術(shù)、FDM熔融層積成型技術(shù)、SLA立體平版印刷技術(shù)、SLS選區(qū)激光燒結(jié)、DLP激光成型技術(shù)和UV紫外線成型技術(shù)等。

       3DP技術(shù)：采用3DP技術(shù)的3D打印機(jī)使用標(biāo)準(zhǔn)噴墨打印技術(shù)，通過將液態(tài)連結(jié)體鋪放在粉末薄層上，以打印橫截面數(shù)據(jù)的方式逐層創(chuàng)建各部件，創(chuàng)建三維實(shí)體模型，采用這種技術(shù)打印成型的樣品模型與實(shí)際產(chǎn)品具有同樣的色彩，還可以將彩色分析結(jié)果直接描繪在模型上，模型樣品所傳遞的信息較大。

       FDM熔融層積成型技術(shù)：FDM熔融層積成型技術(shù)是將絲狀的熱熔性材料加熱融化，同時(shí)三維噴頭在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)截面輪廓信息，將材料選擇性地涂敷在工作臺(tái)上，快速冷卻后形成一層截面。一層成型完成后，機(jī)器工作臺(tái)下降一個(gè)高度（即分層厚度）再成型下一層，直至形成整個(gè)實(shí)體造型。其成型材料種類多，成型件強(qiáng)度高、精度較高，主要適用于成型小塑料件。

       SLA立體平版印刷技術(shù)：SLA立體平版印刷技術(shù)以光敏樹脂為原料，通過計(jì)算機(jī)控制激光按零件的各分層截面信息在液態(tài)的光敏樹脂表面進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，被掃描區(qū)域的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)而固化，形成零件的一個(gè)薄層。一層固化完成后，工作臺(tái)下移一個(gè)層厚的距離，然后在原先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂，直至得到三維實(shí)體模型。該方法成型速度快，自動(dòng)化程度高，可成形任意復(fù)雜形狀，尺寸精度高，主要應(yīng)用于復(fù)雜、高精度的精細(xì)工件快速成型。

       SLS選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)：SLS選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)是通過預(yù)先在工作臺(tái)上鋪一層粉末材料（金屬粉末或非金屬粉末），然后讓激光在計(jì)算機(jī)控制下按照界面輪廓信息對(duì)實(shí)心部分粉末進(jìn)行燒結(jié)，然后不斷循環(huán)，層層堆積成型。該方法制造工藝簡(jiǎn)單，材料選擇范圍廣，成本較低，成型速度快，主要應(yīng)用于鑄造業(yè)直接制作快速模具。

       DLP激光成型技術(shù)：DLP激光成型技術(shù)和SLA立體平版印刷技術(shù)比較相似，不過它是使用高分辨率的數(shù)字光處理器(DLP)投影儀來固化液態(tài)光聚合物，逐層的進(jìn)行光固化，由于每層固化時(shí)通過幻燈片似的片狀固化，因此速度比同類型的SLA立體平版印刷技術(shù)速度更快。該技術(shù)成型精度高，在材料屬性、細(xì)節(jié)和表面光潔度方面可匹敵注塑成型的耐用塑料部件。

       UV紫外線成型技術(shù)：UV紫外線成型技術(shù)和SLA立體平版印刷技術(shù)比較相似類似，不同的是它利用UV紫外線照射液態(tài)光敏樹脂，一層一層由下而上堆棧成型，成型的過程中沒有噪音產(chǎn)生，在同類技術(shù)中成型的精度最高，通常應(yīng)用于精度要求高的珠寶和手機(jī)外殼等行業(yè)。

意義方向

意義

       大大縮短新產(chǎn)品研制周期，確保新產(chǎn)品上市時(shí)間；

       ------使模型或模具的制造時(shí)間縮短數(shù)倍甚至數(shù)十倍；

       提高了制造復(fù)雜零件的能力；

       ------使復(fù)雜模型的直接制造成為可能；

       顯著提高新產(chǎn)品投產(chǎn)的一次成功率；

       ------可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤，做到早找錯(cuò)、早更改，避免更改后續(xù)工序所造成的大量損失；

       支持同步（并行）工程的實(shí)施；

       ------使設(shè)計(jì)、交流和評(píng)估更加形象化，使新產(chǎn)品設(shè)計(jì)、樣品制造、市場(chǎng)定貨、生產(chǎn)準(zhǔn)備、等工作能并行進(jìn)行；

       支持技術(shù)創(chuàng)新、改進(jìn)產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)；

       ------有利于優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，這對(duì)工業(yè)外觀設(shè)計(jì)尤為重要。

       成倍降低新產(chǎn)品研發(fā)成本；

       ------節(jié)省了大量的開模費(fèi)用

       快速模具制造可迅速實(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)。

       總而言之，RP技術(shù)是九十年代世界先進(jìn)制造技術(shù)和新產(chǎn)品研發(fā)手段。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，企業(yè)在新產(chǎn)品研發(fā)過程中采用RP技術(shù)確保研發(fā)周期、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量已成為一項(xiàng)重要的策略。當(dāng)前，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代加速。要保持我市產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，迫切需要在加大新產(chǎn)品開發(fā)投入力度、增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)的同時(shí)，積極采用先進(jìn)的創(chuàng)新手段。RP技術(shù)在不需要任何刀具、模具及工裝卡具的情況下，可實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜形狀的新產(chǎn)品樣件的快速制造。用RP技術(shù)快速制造出的的模型或樣件可直接用于新產(chǎn)品設(shè)計(jì)驗(yàn)證、功能驗(yàn)證、外觀驗(yàn)證、工程分析、市場(chǎng)訂貨等，非常有利于優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，從而大大提高新產(chǎn)品開發(fā)的一次成功率，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本?？焖僭椭圃旒夹g(shù)生產(chǎn)力促進(jìn)中心的成立為本市企業(yè)應(yīng)用RP技術(shù)開展產(chǎn)品創(chuàng)新活動(dòng)提供了很好的前提條件。

發(fā)展方向

       RP技術(shù)已經(jīng)在許多領(lǐng)域里得到了應(yīng)用，其應(yīng)用范圍主要在設(shè)計(jì)檢驗(yàn)、市場(chǎng)預(yù)測(cè)、工程測(cè)試（應(yīng)力分析、風(fēng)道等）、裝配測(cè)試、模具制造、醫(yī)學(xué)、美學(xué)等方面。RP技術(shù)在制造工業(yè)中應(yīng)用最多（達(dá)到67%），說明RP技術(shù)對(duì)改善產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造水平具有巨大的作用。

       快速成形技術(shù)還存在許多不足，下一步研究開發(fā)工作主要在以下幾方面：

       ⑴改善快速成形系統(tǒng)的可靠性、生產(chǎn)率和制作大件能力，尤其是提高快速成形系統(tǒng)的制作精度；

       ⑵開發(fā)經(jīng)濟(jì)型的快速成形系統(tǒng)；

       ⑶快速成形方法和工藝的改進(jìn)和創(chuàng)新；

       ⑷快速模具制造的應(yīng)用；

       ⑸開發(fā)性能良好的快速成形材料；

       ⑹開發(fā)快速成形的高性能軟件等。

技術(shù)特點(diǎn)

       1 制造快速

       RP技術(shù)是并行工程中進(jìn)行復(fù)雜原型或者零件制造的有效手段，能使產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具生產(chǎn)同步進(jìn)行，從而提高企業(yè)研發(fā)效率，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，極大的降低了新品開發(fā)的成本及風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于外形尺寸較小，異形的產(chǎn)品尤其適用。

       2 CAD/CAM技術(shù)的集成

       設(shè)計(jì)制造一體化一直來說是一個(gè)難點(diǎn)，計(jì)算機(jī)輔助工藝（CAPP）在現(xiàn)階段由于還無法與CAD、CAM完全的無縫對(duì)接，這也是制約制造業(yè)信息化一直以來的難點(diǎn)之一，而快速成型技術(shù)集成CAD、CAM、激光技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、化工、材料工程等多項(xiàng)技術(shù)，使得設(shè)計(jì)制造一體化的概念完美實(shí)現(xiàn)。

       3 完全再現(xiàn)三維數(shù)據(jù)

       經(jīng)過快速成型制造完成的零部件，完全真實(shí)的再現(xiàn)三維造型，無論外表面的異形曲面還是內(nèi)腔的異形孔，都可以真實(shí)準(zhǔn)確的完成造型，基本上不再需要再借助外部設(shè)備進(jìn)行修復(fù)。

       4 成型材料種類繁多

       各類RP設(shè)備上所使用的材料種類有很多，樹脂、尼龍、塑料、石蠟、紙以及金屬或陶瓷的粉末，基本上滿足了絕大多數(shù)產(chǎn)品對(duì)材料的機(jī)械性能需求。

       5 創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟(jì)效益

       與傳統(tǒng)機(jī)械加工方式比較，開發(fā)成本上節(jié)約10倍以上，同樣，快速成型技術(shù)縮短了企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)周期，使的在新品開發(fā)過程中出現(xiàn)反復(fù)修改設(shè)計(jì)方案的問題大大減少，也基本上消除了修改模具的問題，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見的。

       6 應(yīng)用行業(yè)領(lǐng)域廣

       RP技術(shù)經(jīng)過這些年的發(fā)展，技術(shù)上已基本上形成了一套體系，同樣，可應(yīng)用的行業(yè)也逐漸擴(kuò)大，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到模具設(shè)計(jì)與制造，材料工程、醫(yī)學(xué)研究、文化藝術(shù)、建筑工程等等都逐漸的使用RP技術(shù)，使得RP技術(shù)有著廣闊的前景。