快速原型技术

本节要点快速原型制造的工作原理快速原型制造的工艺过程典型的RPM方法：SLA，SLS，LOM，FDM，3D-Printing快速原型制造技术

RapidPrototypingManufacturing

二、RPM技术原理

成形学与离散堆积原理成形（Forming）：将物体有序地组织成具有确定外形和一定功能的三维实体。包括三个基本要素：物质的提取，序的建立，完成（形状、功能）三维实体。成形学（Shaping）：从方法论高度系统地研究成形的科学，着重研究成形三要素及其之间的相互作用。成形方式：1去除成形（DislodgeForming）运用分离的方法，把一部分材料有序地从基体上分离出去而成形的方法。Turning,Milling,Grinding,Boringetc..一、RPM技术的产生2堆积成形（StackingForming）

运用合并与连接的方法，把材料（气、液、固相）有序地合并堆积起来的成形方法。RPM。3受迫成型（ForcedForming）

利用材料的可成形性（如塑性）在特定外围约束（边界约束或外力约束)下的成形方法。Extrude，Cast，

Powdermetallurgy。4生长成形（GrowthForming)

利用材料的活性进行成形的方法。自然系统中生物个体发育，人为系统中还没有。

RPM属于离散/堆积成形。RPM技术是采用软件离散材料堆积的原理实现零件的成形过程。通过离散获得堆积的路径、顺序、限制和方式，通过堆积材料“叠加”起来形成三维实体。RPM作业过程：CAD模型建立。STL文件生成。分层切片。快速堆积成型

。RPS分层切片STL文件CAD模型三维数字化仪等CAD造型系统三、典型RPM成形方法

1.光敏液相固化法－StereoLithographyApparatus，SLA

SLA工艺于1984年获美国专利，1988年美国3DSystem公司推出的商品化样机SLA-1，是世界上第一台快速原型技术成形机。这种方法的代表还有日本和德国。光敏液相固化法的基本原理SLA工艺成形的产品特点SLA工艺成形的零件精度较高，可达±0.1mm；可形成任意复杂形状的零件；材料利用率高，性能可靠，产品透明美观，可直接做力学实验。局限性：需要支撑，设备昂贵，树脂收缩导致精度下降，光固化树脂价格昂贵，有一定的毒性且产品不能溶解，不利于环保。鼠标外壳激

光树脂原型照相机激光树脂原型

美国Helisys公司于1986年研制成功。该方法的代表是美国Helisys公司的LOM-1050和LOM-2030成形机，日本Kira公司的KSC-50成形机。2.选区片层粘结法（LaminatedObjectManufacturing，

LOM）

选区片层粘结法的基本原理

（1）使用胶纸作为成型材料，成本低，原材料易于获得，无交变，无热应力，形状和尺寸精度稳定

；（2）成型后的模型需密封保存以免吸潮；（3）由于无须进行化学反应，成型件尺寸可以制得很大；（4）Z向精度比SLA和SLS要低；（5）纸张上有交叉格，便于成型后去除模型周边的废料，但剥离费时；（6）模型有类木纹的纹理；（7）适合于航空、汽车等行业中体积较大的制件，但由于适应面较窄，渐趋淘汰。LOM的特点

美国德克萨斯大学奥斯汀分校于1989年研制成功，已被美国DTM公司商品化，推出SLSModel125成形机。德国EOS公司和我国的北京隆源自动成形系统有限公司也分别推出了各自的SLS工艺成形机。3.选择性（选区）激光烧结法（SelectiveLaserSintering，SLS）选择性激光烧结的基本原理选择性激光烧结（SLS）的产品特点1、材料适应面广。能制造塑料零件，陶瓷、蜡、尼龙等材料的零件。能制造出直接使用的金属零件。2、不需加支撑。3、精度不高。平均精度为±0.15～±0.2mm，表面粗糙度不好，不宜做薄壁件。

1988年研制成功，由美国Stratasys公司推出商品化的3DModeler1000和FDM1600等规格的系列产品。最新产品是制造大型ABS原型的FDM8000等型号的产品。

4.熔丝沉积成形法（FusedDepositionModeling，FDM）熔丝沉积成形的基本原理五、RPM技术的研究和应用全球RP设备装机量医学新产品快速开发制造快速模具快速铸造快速原型制造在新产品快速开发中的应用

利用加工样品，找出新产品外观&结构设计缺陷，完善设计。

车辆零件开发与试制

消费类产品开发与试制

玩具产品开发与试制

电子产品开发与试制

利用加工的样品可以进行装配和功能验证。

利用新产品样件可先进行市场调研，投标、招标。

快速原型制造在快速模具上的应用快速原型制造在快速铸造上的应用快速原型制造在快速铸造上的应用模型实例1轿车车灯模型实例2电话机外壳模型实例3皮鞋底（二）模具制造注射模具硅橡胶模树脂型复合模冲压模具消失模陶瓷型精铸模模具实例1手机外壳橡胶模

模具实例2拐头树脂型复合模模具实例3电子产品注射模（三）模型制造医学模型艺术模型建筑模型模型制作实例1CT扫描股骨模型模型制作实例2艺术模型SLA

光敏液相固化法FDM

熔丝沉积成形法SLS

选区激光烧结法LOM

选区片层粘接法优点

(1)成形速度极快，成形精度、表面质量高；

(2)适合做小件及精细件。(1)成形材料种类较多，成形样件强度好，能直接制作ABS塑料；

(2)尺寸精度较高，表面质量较好，易于装配；

(3)材料利用率高；

(4)操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。(1)有直接金属型的概念，可直接得到塑料、蜡或金属件；

(2)材料利用率高；造型速度较快。(1)成形精度较高；

(2)只须对轮廓线进行切割，制作效率高，适合做大件及实体件；

(3)制成的样件有类似木质制品的硬度，可进行一定的切削加工。缺点

(1)成形后要做进一步固化处理；

(2)光敏树脂固化后较脆，易断裂，可加工性不好；

(3)工作温度不能超过100℃，成形件易吸湿膨胀，抗腐蚀能力不强。(1)成形时间较长；

(2)做小件和精细件时精度不如SLA。(1)成形件强度和表面质量较差，精度低。

(2)在后处理中难于保证制件尺寸精度，后处理工艺复杂，样件变型大，无法装配。(1)不适宜做薄壁原型；

(2)表面比较粗糙，工件表面有明显的台阶纹，成型后要进行打磨；

(3)易吸湿膨胀，成形后要尽快做表面防潮处理；

(4)工件强度差，缺少弹性。SLA

光敏液相固化法FDM

熔丝沉积成形法SLS

选区激光烧结法LOM

选区片层粘接法设备购置费用高昂低廉高昂中等维护和日常使用费