快速原型技术——工艺及优势
快速原型设计技术研究
快速原型设计技术研究随着科技的不断发展，越来越多的产业开始将科技融入到自己的业务中。
其中，软件行业得到了极大的发展和推动，因为软件是这个时代的基本生产资料之一。
在软件开发中，原型设计是软件开发流程中不可避免的环节。
为了更快速、更高效的完成软件原型设计，快速原型设计技术应运而生。
快速原型设计技术是指在软件开发的早期阶段，通过快速制定、设计和验证的方式，将软件产品的原型模型快速设计出来。
快速原型设计技术可以在最短时间内设计出高质量、稳定的功能模型，帮助软件开发者更好地理解用户需求，并且提高开发过程中的产品质量。
快速原型设计技术的优点快速原型设计技术的优点在于，可以快速、有效地实现概念的运用和交流。
它的快速原型模型可以直接让用户看到软件的样子，快速了解软件的界面设计和逻辑流程，更好地了解用户需求，从而为开发提供更准确的方向和指导。
此外，快速原型设计技术大大提高了软件开发效率，节约了时间和成本。
在软件开发的早期阶段，使用快速原型技术可以避免因需求改变而导致的后续修改和减少开发过程中的风险。
快速原型设计技术的适用场景快速原型设计技术广泛应用于各种软件开发领域。
一般来说，快速原型设计技术更适用于以下场景：1、需求模糊或有变动的场合。
当用户的需求模糊或有变化，需要及时变更方案时，快速原型设计就可以快速地调整需求，并提供更准确清晰的参考。
2、用户体验设计方面。
用户体验对软件产品来说非常重要，通过快速原型设计可以得到最佳的用户体验设计，并在设计初期就可以验证其有效性与稳定性。
3、多人协作场。
在若干个人需要设计一个复杂的产品时，将他们的创意和想法相互衔接起来需要一个能够快速产生设计效果的工具。
4、商业营销方面。
通过快速原型设计，可以快速将商业策略、目标和营销模型转换成实际的页面和功能，验证其有效性和可行性。
快速原型设计技术的开发工具快速原型设计的目的是快速呈现出产品原型，能快速提高用户和开发者之间的交流和理解效果。
叠层实体快速原型制造工艺的基本原理
叠层实体快速原型制造工艺的基本原理一、引言叠层实体快速原型制造工艺是一种快速制造技术，它可以通过层层堆叠材料来构建三维实体模型。
该技术的优点是快速、灵活、经济，因此在工业设计、医疗器械、航空航天等领域得到了广泛应用。
本文将详细介绍叠层实体快速原型制造工艺的基本原理。
二、基本原理1. 快速成型技术概述快速成型技术（Rapid Prototyping，RP）是指利用计算机辅助设计（CAD）系统将设计模型转化为数字化的三维模型，并通过控制设备对材料进行逐层堆积或逐点加工的方式，直接制造出物理模型或零件的一种现代化制造技术。
2. 叠层实体快速原型制造工艺流程叠层实体快速原型制造工艺流程包括：CAD建模、STL文件生成、切片处理、机器参数设置和加工过程控制等步骤。
3. STL文件生成STL（STereoLithography）文件是一种三角面片格式文件，它描述了一个三维对象表面的几何形状。
在CAD软件中，用户可以将设计模型导出为STL格式文件。
4. 切片处理切片处理是将STL文件分割成多层二维图形的过程，每一层都代表着三维模型的一个截面。
切片厚度的大小决定了最终模型的精度和表面光滑度。
5. 机器参数设置机器参数设置包括材料选择、加工速度、温度控制等参数设置。
不同材料需要不同的加工参数，这些参数会影响到最终模型的质量和性能。
6. 加工过程控制加工过程控制是指通过计算机程序对设备进行控制，使其按照预定路径进行加工。
该过程需要保证设备在加工过程中稳定运行，并及时检测和纠正可能存在的误差。
7. 层层堆积原理叠层实体快速原型制造工艺通过将材料逐层堆积来构建三维实体模型。
在每一层堆积完成后，需要对其进行固化或热塑处理，以保证其稳定性和可操作性。
常用的堆积方式有激光束烧结、喷墨技术、熔融沉积等。
8. 激光束烧结原理激光束烧结是通过高能量激光束将粉末材料进行局部熔化和固化的一种加工方式。
在加工过程中，激光束按照预定路径扫描，将粉末材料逐层烧结成实体模型。
快速成型（RP）技术
快速成型（RP）技术快速成型（RP）技术简介RP技术是80年代后期发展起来的快速成型(Rapid Prototyping 简称RP)技术，被认为是近年来制造技术领域的一次重大突破，其对制造业的影响可与数控技术的出现相媲美。
RP系统综合了机械工程、CAD、数控技术，激光技术及材料科学技术，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想物化为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而可以对产品设计进行快速评价、修改及功能试验，有效地缩短了产品的研发周期。
而以RP系统为基础发展起来并已成熟的快速模具工装制造( Quick Tooling)技术，快速精铸技术(Quick Casting)，快速金属粉末烧结技术(Quick Powder Sintering)，则可实现零件的快速成品。
RP技术，迴异于传统的去除成型(如车、削、刨、磨)，拼合成型(如焊接)，或受迫成型(如铸、锻，粉末冶金)等加工方法，而是采用基于材料累积制造的思想，把三维立体看成是无数平行的、具有不同形状的层面的叠加，能快速制造出产晶原型。
快速原型制造技术(RP)将计算机辅助设计(CAD)、辅助制造(CAM)、计算机辅助控制(CHC)、精密伺服驱动和新材料等先进技术集于一体，依据计算机上构成的产品三维设计模型，对其进行分层切片，得到各层截面的轮廓，激光选择性的切割一层层的纸(或固化一层层的液态树脂、烧结一层层的粉末材料或热喷头选择快速地熔覆一层层的塑料或选择性地向粉末材料喷射一层层粘结剂等)，形成各截面轮廓并逐步叠加成三维产品。
目前，它已成为现代制造业的支柱技术，是实现并行工程、集成制造技术和技术开发的必不可少的手段之一。
与传统的切削加工方法相比，快速原型加工具有以下优点：(1)可迅速制造出自由曲面和更为复杂形态的零件，如零件中的凹槽、凸肩和空心部分等，大大降低了新产品的开发成本和开发周期。
(2)属非接触加工，不需要机床切削加工所必需的刀具和夹具，无刀具磨损和切削力影响。
四大快速成型工艺和优缺点
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的粘结在前一层上，如此重复不已，直到整个产品成型完毕。最后升降台升出液体树脂表面，即可取出工 件，进行清洗和表面光洁处理。 光敏树脂选择性固化快速成型技术适合于制作中小形工件，能直接得到塑料产品。主要用于概念模型的原 型制作，或用来做装配检验和工艺规划。它还能代替腊模制作浇铸模具，以及作为金属喷涂模、环氧树脂 模和其他软模的母模，使目前较为成熟的快速原型工艺。 SLA 快速原型技术的优点是： 1、 系统工作稳定。系统一旦开始工作，构建零件的全过程完全自动运行，无需专人看管，直到整个工艺 过程结束。 2、 尺寸精度较高，可确保工件的尺寸精度在 0.1mm 以内。 3、 表面质量较好，工件的最上层表面很光滑，侧面可能有台阶不平及不同层面间的曲面不平。 4、 系统分辨率较高，因此能构建复杂结构的工件。 SLA 快速原型的技术缺点： 1、 随着时间推移，树脂会吸收空气中的水分，导致软薄部分的弯曲和卷翅。 2、 氦-镉激光管的寿命仅 3000 小时，价格较昂贵。同时需对整个截面进行扫描固化，成型时间较长，因 此制作成本相对较高。 3、 可选择的材料种类有限，必须是光敏树脂。由这类树脂制成的工件在大多数情况下都不能进行耐久性 和热性能试验，且光敏树脂对环境有污染，使皮肤过敏。 4、 需要设计工件的支撑结构，以便确保在成型过程中制作的每一个结构部位都能可靠定位。
粉末材料选择性烧结快速成型工艺适合于产品设计的可视化表现和制作功能测试零件。由于它可采用各种 不同成分的金属粉末进行烧结、进行渗铜等后处理，因而其制成的产品可具有与金属零件相近的机械性能， 故可用于制作 EDM 电极、直接制造金属模以及进行小批量零件生产。 SLS 快速成型技术的优点是：
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1、 与其他工艺相比，能生产最硬的模具。 2、 可以采用多种原料，例如绝大多数工程用塑料、蜡、金属、陶瓷等。 3、 零件的构建时间短，可达到 1in/h 高度。 4、 无需对零件进行后矫正。 5、 无需设计和构造支撑。 选择性烧结的最大优点是可选用多种材料，适合不同的用途、所制作的原型产品具有较高的硬度，可进行 功能试验。 SLS 快速原型技术缺点是： 1、 在加工前，要花近 2 小时的时间将粉末加热到熔点以下，当零件构建之后，还要花 5-10 小时冷却， 然 后才能将零件从粉末缸中取出。 2、 表面的粗糙度受到粉末颗粒大小及激光点的限制。 3、 零件的表面一般是多孔性的，为了使表面光滑必须进行后处理。 4、 需要对加工室不断充氮气以确保烧结过程的安全性，加工的成本高。 5、 该工艺产生有毒气体，污染环境。
快速原型制造的主要工艺方法
分层实体制造(laminated object manufacturing,LOM) 技术是继光固化成形工艺之后发展起来的又一种快速造型技 术。1984年美国的Michael Feygin提出了薄材叠层的方法, 并于1985年组建了Helisys公司,1992年推出第一台商用化的 分层实体制造设备LOM 1015。
快速原型制造技术
激光快速成形机
用激光快速成形机制作的产品零件
快速原型制造技术
1.2 选择性激光烧结法
选择性激光烧结(selective laser sintering,SLS)又称为激光选区烧结、粉末材料选择 性烧结等。1989年,美国Texas大学研究生C. 德卡 德提出了选择性激光烧结的思想,稍后组建了DTM 公司,于1992年推出了选择性激光烧结成形机。
2. 工艺特点 光固化成形快速原型技术的优点如下: 1)技术成熟,成形过程自动化程度高。 2)成形精度较高,尺寸精度可以达到或小于0.1mm(国内光固化成形精度为0.1~0.3mm)。 3)表面质量较好,零件强度和硬度高。 4)可制出形状特别复杂、尺寸比较精细的模型,特别是内部结构复杂的空心零件,能轻松 地一次成形。
1. 基本原理 光固化成形技术是基于液态光敏树脂的光聚合原理而工作的。这种液态材料在一定波长 (325nm 或355nm)和强度(w=10~400mW)的紫外光的照射下能迅速发生光聚合反应,分子量急 剧增大,发生相变,材料也就从液态转变成固态。
快速原型制造技术
光固化成形工艺原理图
快速原型制造技术
快速原型制造技术
1.3 熔融沉积制造法
熔融沉积制造(fused deposition modeling,FDM)又称丝状材料选择性熔覆、熔融挤出成 模或简称熔积成形,由美国学者斯科特·克伦普1988年研制成功,1991年由美国Stratasys公司开 发出商品化的机器。
快速原型技术简介
1.1快速原型工艺的产生
一类是其成型过程中以减少为特征，通过各种方 法将零件毛坯上多余的材料去除（如切削加工、 磨削加工等），从而得到所需工件。
传统的加 工方法
（根据零件 的成型过程）
2.1 光固化成型
SLA工艺是基 于液态光敏树脂 的光聚合原理而 工作的。
采用一定波长 和强度的紫外激 光束有选择地照 射液态光敏聚合 物，被照射的也 太光敏聚合物迅 速发生聚合反应， 分子量急剧增大 发生相变，由液 态固化生成三维 实物。
2.1.1 光固化成型工艺过程
1. 模型及支撑设计
在成形中，未被激光束照射的部分材料仍为液态，它不能使制件 上的孤立和悬臂轮廓定位。因此，必须设计和制作支撑结构。
结构陶瓷制品
经过3DP工艺制作的金属制件 注射模具
2.5 3DP工艺的成型原理
三维喷涂粘结快 速成型工艺是由美国 麻省理工学院开发成 功的，它的工作过程 类似于喷墨打印机。 3DP工艺与SLS工艺 类似，都是采用粉末 材料成型，如陶瓷粉 末、金属粉末、塑料 粉末等。
2.5 3DP工艺的成型原理
LOM工艺采用薄片材料，如 纸张、塑料薄膜等。 其工作原理如图，由系统 控制微机指令，步进电动机带 动主动辊芯转动，使纸卷转动 并在切割台面上自右向左移动 预定的距离。同时，工作台升 高至切割位置。之后热压装置 中的热压辊自左向右滚动，对 工作台上方的纸及涂敷于纸的 下表面的热熔胶加热、加压， 使纸粘于基底上。激光切割头 依据分层截面轮廓线切割纸， 并在余料上切出长方形边框，
3. 原型制作
液态光敏树脂逐层固化而形成原型件。
快速原型技术简介讲解
1.2 快速原型技术的工艺过程
第一步：设 计出所需零 件的计算机 三维模型
第二步：根据 工艺要求，按 照一定的规律 将该模型离散 为一系列有序 的单元
第三步：将 离散后的模 型在Z向按一 定的厚度进 行分层
第四步：输入加工 参数，自动生成数 控代码，最后由原 型机成形一系列的 层片并自动粘接得 到一个三维实体
工件底部也要加支撑，以使工件成形后顺利从工作台取下。
成形完毕后应小 心除去支撑，从 而得到最终所需 的工件。
2.1.1 光固化成型工艺过程
2. 分层处理
采用分层软件对CAD模型的STL格式文件进行分层处理，得到 每一层截面图形及其有关的网格矢量数据，用于控制激光束的扫描 轨迹。分层处理还包括层厚、建立模式、固化深度、扫描速度、网 格间距、线宽补偿值、收缩补偿因子的选择与确定。
2.2.3 LOM的工艺过程
1. 制作基底 2. 原型制作
3. 去除余料
4. 后处理 余料去除以后，为提高原型表面状况和机械强度，保 证其尺寸稳定性、精度等方面的要求，需对原型进行后置 处理，比如防水、防潮、加固和使其表面光滑等，通常采 用的后置处理工艺包括修补、打磨、抛光、表面涂覆等。
2.2.4 LOM成型工艺的特点
另一类是材料的质量在成型过程中基本保持不变， 如通过各种压力成型方法以及各种铸造方法得到 的工件。
然而为了适应市场日新月异的变化以及解决产品生命周期缩短 带来的挑战，企业必须重视新产品的不断开发和研制。
正是在这种情况下，快速原型技术也就应运而生。
快速原型英文名字为Rapid Prototyping（快速原型制造、快 速原型、快速成形），常常简称为RP。
可以直接制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失型。
8.快速原型制造技术
③.快速原型作为一种重要的制造技术，采用适当的材料， 这种原型可以被用在后续生产操作中以获得最终产品。
④.快速原型操作可以应用于模具制造，可以快速、经济 地获得模具。 ⑤.产品制造过程几乎与零件的复杂性无关，可实现自由 制造(Free Form Fabrication)，这是传统制造方法无 法比拟的。
立体印刷的优缺点及应用
• SLA是最早出现的RP工艺，是目前RPM技术领域研究最 多、技术最成熟的方法。 • 缺点需要支撑、材料毒性及收缩
（二）选择性层片粘接
• 选择性层片粘接采用激光等对箔材进行切割。首先切 割出工艺边框和原型的边缘轮廓线，而后将不属于原 型的材料切割成网格状。通过升降平台的移动和箔材 的送给可以切割出新的层片并将其与先前的层片粘接 在一起，这样层层迭加后得到下一个块状物，最后将 不属于原型的材料小块剥除，就获得所需的三维实体。 层片添加的典型工艺是分层实体制造LOM（Laminated Object Manufacturing——LOM），如图2所示。这里 所说的箔材可以是涂覆纸（涂有粘接剂覆层的纸）， 涂覆陶瓷箔、金属箔或其他材质基的箔材。
（二）RPM成形材料
材料 形态 具体 材料 液态 固态粉末 非金属 金属 固态片材 固态丝 材 蜡丝、 ABS丝等
快速原型(Rapid Prototyping)技术是近年来发展 起来的直接根据CAD模型快速生产样件或零件的成组技 术总称，它集成了CAD技术、数控技术、激光技术和材 料技术等现代科技成果，是先进制造技术的重要组成 部分。 与传统制造方法不同，快速成型从零件的CAD几 何模型出发，通过软件分层离散和数控成型系统，用 激光束或其他方法将材料堆积而形成实体零件。由于 它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加， 因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复 杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。
快速原型技术
5.2 成形工艺过程
1. 成形参数选择
分层参数：零件加工方向、 分层厚度、扫描间距和扫描 方式。 成形烧结参数：扫描速度、 激光功率、预热温度、铺粉 参数等。
2. 原型制作
3. 后处理
刚刚成形的树脂原型密度和强度较低，需作强化处理，将液 体可固化树脂浸渗到烧结零件中，将其保温、固化，得到增 强的零件；
使用材料：塑料丝
1.3 快速原型技术的特点
成型速度快，可迅速响应市场； 产品制造过程几乎与零件的复杂程度无关； 产品的单价几乎与批量无关，特别适合于新产品开发和单件 小批量生产； 整个生产过程数字化、柔性化； 无切割、噪声和振动等，有利于环保； 与传统方法相结合，可实现快速铸造、快速模具制造、小批 量零件生产等功能，为传统制造方法注入新的活力。
采用SLA工艺制作RP原型， 然后翻制成硅橡胶模具，最 后进行低压注塑，得到所需 的10件操作手柄。产品开发 周期仅为传统方式的1/10， 费用仅为传统方式1/3。
Hale Waihona Puke 3.5 SLA工艺应用案例
4.3.5 SLA工艺应用案例
4 LOM工艺
LOM工艺方法和设 备于1991年问世，由于
该工艺大多使用纸为原
5.4 SLS工艺特点
SLS工艺缺点：
成形速度较慢； 成形精度和表面质量稍差，因此在成形要求精细结构和 清晰轮廓的制件时不及SLA工艺处理；
成形过程能量消耗高。
1.1 快速原型技术的基本原理
传统的零件加工过程是先制造毛坯，然后经切削加工，从毛 坯上去除多余的材料得到零件的形状和尺寸，这种方法统称 为材料去除制造。 快速原型技术彻底摆脱了传统的“去除”加工法，而基于“材 料逐层堆积”的制造理念，将复杂的三维加工分解为简单的材 料二维添加的组合，它能在CAD模型的直接驱动下，快速制造 任意复杂形状的三维实体，是一种全新的制造技术。其成型过 程为：
四大快速成型工艺和优缺点
四大快速成型工艺和优缺点目前世界上的快速成型工艺主要有以下几种：一、FDM –熔融堆积工艺丝状材料选择性熔覆（Fused Deposition Modeling）快速原型工艺是一种不依靠激光作为成型能源、而将各种丝材加热溶化的成型方法，简称FDM。
丝状材料选择性熔覆的原理是，加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动。
热塑性丝状材料（如直径为1.78mm的塑料丝）由供丝机构送至喷头，并在喷头中加热和溶化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层薄片轮廓。
一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层"画出"截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。
这种工艺方法同样有多种材料选用，如ABS塑料、浇铸用蜡、人造橡胶等。
这种工艺干净，易于操作，不产生垃圾，小型系统可用于办公环境，没有产生毒气和化学污染的危险。
但仍需对整个截面进行扫描涂覆，成型时间长。
适合于产品设计的概念建模以及产品的形状及功能测试。
由于甲基丙烯酸ABS（MABS）材料具有较好的化学稳定性，可采用伽马射线消毒，特别适用于医用。
但成型精度相对较低，不适合于制作结构过分复杂的零件。
FDM快速成型技术的优点是：1、制造系统可用于办公环境，没有毒气或化学物质的危险。
2、工艺干净、简单、易于材作且不产生垃圾。
3、可快速构建瓶状或中空零件。
4、原材料以卷轴丝的形式提供，易于搬运和快速更换。
5、可选用多种材料，如可染色的ABS和医用ABS、浇铸用蜡和人造橡胶。
FDM快速原型技术的缺点是：1、精度较低，难以构建结构复杂的零件。
2、垂直方向强度小。
3、速度较慢，不适合构建大型零件。
二、SLA –树脂光固化工艺光敏树脂选择性固化是采用立体雕刻（Stereolithography）原理的一种工艺，简称SLA，也是最早出现的、技术最成熟和应用最广泛的快速成型技术。
快速原型制造技术概述
快速原型制造技术有以下特点。 1. 制造理念新 与传统去除材料的制造方法不同,快速原型制造技术是利用离散/堆积原理(如凝固、胶接、 焊接、烧结、聚合或其他化学反应)来制造零件的,其工作过程是通过离散获得堆积的路径、限 制和方式,通过堆积将材料“叠加”起来形成三维实体。可以自动、直接、快速、精确地将设 计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件,从而为零件原型制作、新设计思想的校验 等提供一种高效低成本的实现手段。快速原型制造技术集CAD、数字控制、材料科学、机械 工程、电子技术和激光技术等高新技术于一体,实现了机械工程学科多年来追求的两大先进目 标,即材料的提取(气、液、固相)过程与制造过程一体化和设计(CAD)与制造(CAM)一体化,容 易实现由产品模型驱动的直接制造和自由成形制造。
快速原型制造技术
4. 高度柔性 快速原型制造不需制造专用的刀具、模具和工装夹具等,即可在计算机的管理和控制下 完成复杂的制造过程,成形过程具有极高的柔性。 5. 加工材料广泛,材料利用率高 快速原型制造具有极为广泛的材料可选择性,其材料可以从高分子材料到金属材料,从有 机材料到无机材料。目前金属、纸、塑料、光敏树脂、蜡、陶瓷,甚至纤维等材料在快速原型 制造领域已有很好的应用。同时,快速原型制造采用材料累加的加工理念,而不是传统的材料去 除加工方法,因此材料利用率非常高。 6. 具有良好的经济效益 一般情况下,快速原型制造的制造周期为传统数控切削方法的1/3~1/2,而它的成本却是传 统方法的1/5~1/3。而且这种制造方法的生产成本几乎与零件的复杂程度和生产批量无关,因此 能够为企业带来巨大的经济效益。
快速原型制造技术
快速原型制造(rapid prototyping manufacturing,RPM)技术于20世纪80年代后期产生于 美国,很快就完成了数种快速原型制造工艺技术的研制和商用化产品的开发生产过程,并很快扩 展到日本及欧洲。世界上的工业发达国家都站在21世纪全球竞争的战略高度来关心和支持这 一技术。目前,全球范围内比较成熟的快速原型制造工艺方法有几十种,新的工艺方法还在不断 出现,也开发了多种类型的快速原型制造设备及成形系统,有数百家公司从事这项技术的开发、 商品化生产和技术服务工作。
快速原型先进制造技术
快速原型先进制造技术材料，或喷射一层又一层的热熔材料或粘合剂）形成一系列具有一个微小厚度的的片状实体，再采用熔结、聚合、粘结等手段使其逐层堆积成一体，便可以制造出所设计的新产品样件、模型或模具。
比如要做一个小圆球，电脑将圆球的实体数据，通过专用的软件，转化成一个一个薄片的数据。
第一个薄片是一个点，第二个薄片是一个小圆片，第三个薄片是一个稍大一点的圆片……，一片一片粘在一起，就成了一个圆球。
不同公司制造的RP系统所用的成形材料不同，系统的工作原理也有所不同，但其基本原理都是"分层制造、逐层叠加"。
这种工艺可以形象地叫做"增长法"或"加法"。
RP系统可以根据零件的形状，每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截面，每个截面数据相当于医学上的一张CT像片；然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体的零件。
整个制造过程可以比喻为一个"积分"的过程。
当然，整个过程是在计算机的控制下，由快速成形系统自动完成的。
基本原理都是一样的，那就是"分层制造、逐层叠加"。
这种工艺可以形象地叫做"增长法"或"加法"。
3. 快速原型制造技术的加工制造过程目前进入应用领域的各种快速原型制造技术采用的成型机理有所不同，但它们的加工制造过程类似，均大致包括以下五个步骤：图2 快速原型制造加工过程1、生产CAD设计模型。
首先利用计算机辅助设计（CAD）软件包生成制件的三维实体模型。
目前常用的实体造型软件有：Pro/E、UG—Ⅱ、Power Shape等，也可通过反求工程来获得制件的三维描述信息。
2、将三维CAD设计模型转换成STL（STL为RP技术工业标准）格式，在转换过程中，要综合考虑加工精度、加工工作量和文件容量等因素。
3、用预加工软件将STL模型转换成加工文件，即根据制造工艺不同，将STL模型切割成0.01~0.7mm薄片层。
快速成型技术的原理
快速成型技术的原理、工艺过程及技术特点：1 快速成型介绍RP技术简介快速原型制造技术，又叫快速成形技术，（简称RP技术）;英文：RAPID PROTOTYPIIN简称RP技术），或RAPID PROTOTYPING MANUFACTURE简G RPMI快速成型（RP技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术，是为制造业企业新产品开发服务的一项关键共性技术, 对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。
自该技术问世以来，已经在发达国家的制造业中得到了广泛应用，并由此产生一个新兴的技术领域。
RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。
不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。
但是，其基本原理都是一样的，那就是"分层制造，逐层叠加"，类似于数学上的积分过程。
形象地讲，快速成形系统就像是一台"立体打印机" IRP 技术的优越性显而易见：它可以在无需准备任何模具、刀具和工装卡具的情况下，直接接受产品设计（CAD数据，快速制造出新产品的样件、模具或模型。
因此，RP技术的推广应用可以大大缩短新产品开发周期、降低开发成本、提高开发质量。
由传统的"去除法"到今天的"增长法"，由有模制造到无模制造，这就是RP技术对制造业产生的革命性意义。
2、它具体是如何成形出来的呢？形象地比喻：快速成形系统相当于一台"立体打印机"。
快速成型属于离散／堆积成型。
它从成型原理上提出一个全新的思维模式维模型，即将计算机上制作的零件三维模型，进行网格化处理并存储，对其进行分层处理，得到各层截面的二维轮廓信息，按照这些轮廓信息自动生成加工路径，由成型头在控制系统的控制下，选择性地固化或切割一层层的成型材料，形成各个截面轮廓薄片，并逐步顺序叠加成三维坯件．然后进行坯件的后处理，形成零件。
几种常见的快速成型技术
几种常见的快速成型技术一、FDM丝状材料选择性熔覆（FusedDeposi tionModeli ng）快速原型工艺是一种不依靠激光作为成型能源、而将各种丝材加热溶化的成型方法，简称FDM。
丝状材料选择性熔覆的原理室，加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动。
热塑性丝状材料（如直径为1.78mm的塑料丝）由供丝机构送至喷头，并在喷头中加热和溶化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层大约0.127mm厚的薄片轮廓。
一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层"画出"截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。
这种工艺方法同样有多种材料选用，如ABS塑料、浇铸用蜡、人造橡胶等。
这种工艺干净，易于操作，不产生垃圾，小型系统可用于办公环境，没有产生毒气和化学污染的危险。
但仍需对整个截面进行扫描涂覆，成型时间长。
适合于产品设计的概念建模以及产品的形状及功能测试。
由于甲基丙烯酸ABS（MABS）材料具有较好的化学稳定性，可采用加码射线消毒，特别适用于医用。
但成型精度相对较低，不适合于制作结构过分复杂的零件。
FDM快速原型技术的优点是：1、制造系统可用于办公环境，没有毒气或化学物质的危险。
2、工艺干净、简单、易于材作且不产生垃圾。
3、可快速构建瓶状或中空零件。
4、原材料以卷轴丝的形式提供，易于搬运和快速更换。
5、原材料费用低，一般零件均低于20美元。
6、可选用多种材料，如可染色的A BS和医用ABS、PC、PPSF等。
FDM快速原型技术的缺点是：1、精度相对国外SLA工艺较低，最高精度0.127mm。
2、速度较慢。
二、SLA光敏树脂选择性固化是采用立体雕刻（Stereo litho graph y）原理的一种工艺，简称SLA，也是最早出现的、技术最成熟和应用最广泛的快速原型技术。
快速原型制造技术的发展与应用解析
快速原型制造技术的发展与应用[摘要] 本文首先介绍了快速成型技术的国内外发展现状、快速成型技术的成型方式、成型特点和应用状况,指出立体光固化(SLA)、选择性激光烧结(SLS)、分层实体制造(LOM)、熔积成型(FDM)是目前使用的几种主要成型方式,并对它们的成型原理进行了简要介绍。
研究了快速成型技术在新产品开发、铸造技术和模具制造方面的应用。
快速成型技术改变了传统的产品开发模式,可以为设计者提供产品样件,缩短设计周期,加快新产品的开发进度,为决策者提供直观性;快速成型技术迅速提供砂型铸造、熔模铸造、实型铸造用的各种模样,包括树脂模、层压模、熔模和消失模等,还可采用直接制壳铸造法直接制造熔模铸造用的压型、金属型、压铸型、注塑模,甚至直接制造小批量铸件,介绍了熔积成型技术在石膏型精密铸造上的应用和基于选择性激光烧结技术的快速铸造技术,快速成型技术与铸造工艺的有机结合,开创了快速制造金属零件的新阶段,对用高新技术改造传统的铸造工业,使其面貌焕然一新,增强铸造行业的竞争能力;快速成型技术为母模的制造提供了一条快速、经济、可行的技术途径,讨论了利用快速成型技术制造模具的一般工艺方法,探讨了将快速成型技术与金属电弧喷镀技术结合起来快速制造金属模具问题,以及快速成型技术与精密铸造技术相结合的模具制造工艺,基于快速成型制造的快速模具技术,集成了快速成型制造高新技术和传统技术,发挥各自优势,己成为产品快速更新换代和新产品开发及中、小批量生产的有效手段之一。
预测了快速成型技术的发展趋势,指出随着技术的不断进步和工业的发展,快速成型技术将发挥越来越重要的作用。
[关键词]快速成型技术,新产品开发,铸造引言目前,市场环境发生了巨大变化。
一方面表现为消费者需求日趋主体化、个性化和多样化;另一方面则是产品制造商们都着眼于全球市场的激烈竞争。
面对市场,不但要很快地设计出符合人们消费需求的产品,而且必须很快地生产制造出来,抢占市场,因此,面对一个迅速变化已无法预料的买方市场,以往传统的大批量生产模式对市场的响应就显得越来越迟缓与被动。
快速模具原型制造技术——用快速原型直接制造模具
快速模具原型制造技术——用快速原型直接制造模具在快速原型技术领域中，目前发展最迅速、产值增长最明显的应属快速模具( Rapid Tooling , RT )技术。
2000 年5 月，在法国巴黎举行的全球快速原型协会联盟(GARPA )最高峰会议上，这一点得到了普遍的认同。
传统模具制造的方法很多，如数控铣削加工、成形磨削、电火花加工、线切割加工、铸造模具、电解加工、电铸加工、压力加工和照相腐蚀等。
由于这些工艺复杂、加工周期长、费用高而影响了新产品对于市场的响应速度。
而传统的快速模具(例如中低熔点合金模具、电铸模、喷涂模具等)因其工艺粗糙、精度低、寿命短，很难完全满足用户的要求。
因此，应用快速原型技术制造快速模具，在最终生产模具开模之前进行新产品试制与小批量生产，可以大大提高产品开发的一次成功率，有效地缩短开发时间和节约开发费用，使快速模具技术具有很好的发展条件。
由于市场需求旺盛，许多公司研制出快速模具新工艺、新设备，并且取得了良好的经济效益。
由于这些技术中高新技术的含量高，并且涉及到许多科技领域，解决了以前难以解决甚至认为是不可能解决的技术难题，所以得到了广泛的关注。
据不完全统计，在1999 年，包括快速模具在内的快速原型二级市场的年增长率达到34 . 6 % ，产值达到5 亿多美元。
而且这种增长是在几年之内都保持了两位数增长的基础上取得的。
快速原型十快速模具技术提供了一条从模具的CAD 模型直接制造模具的新的概念和方法，它将模具的概念设计和加工工艺集成在一个CAD / CAM 系统内，为并行工程的应用创造了良好的条件。
快速模具技术采用快速原型早期、多回路、快速信息反馈的设计与制造方法，结合各种计算机模拟与分析手段，形成了一整套全新的模具设计与制造系统。
快速模具技术能够解决大量传统加工方法(如切削加工)难以解决甚至不能解决的问题，可以获得一般切削加工不能获得的复杂形状，可以根据CAD 模型无需数控切削加工直接将复杂的型腔曲面制造出来。
快速原型技术——工艺及优势
快速原型技术——快速制造发展的应用和优势作者：S.O.ONUH、Y.Y.YUSUF利物浦大学工程院制造工程和工业管理专业，信箱：大不列颠联合王国利物浦147号，邮编：L693BX近年来，快速原型技术（RPT）被用于许多工业领域，尤其是新产品的开发方面。
现有的工艺能直接利用CAD的三维数据使一些材料（比如光固化树脂、粉纸）快速成型为实体零件。
本文目的是对这项技术的发展趋势、应用范围和它的对于制造业的贡献进行概述。
关键词：快速原型，产品开发，制造业1、引入在这个即时通讯的时代，企业制造了大量的信息，这些信息通过传真、调制解调器和电子邮件传送到世界的每个角落。
没有人会怀疑世界的相互依赖型已经成为常态，即使许多国家联合成为一个世界级的国家也并非不可想象。
随着电信业的发展，高新技术的竞争成为国家之间的另一个竞争方面。
许多新兴的未完全工业化国家，曾经不被认为是高新技术装备的主要市场，但如今这他们也在积极寻求更好的技术、设备和工艺，以便在国际市场上更加具有竞争力。
这些国家不再想以廉价劳动力和廉价产品而著称。
相反，他们正在奋力前进，向更具竞争力的高新技术跨越，以惊人的速度大步提升自己的设计制造能力。
在最近五年里，几乎没有哪项技术能够像快速原型技术（RPT）那样贡献这么大。
RPT可以把数字化设计转变为机器零件、模型、设计原型和模具的三维实体。
它每次制造实体的一个切片，但他能在一夜之间制造出高质量的模型，这之前需要花费几周或者几个月。
他们有不同的工艺方法，例如Onuh在1996年探讨过的光固化快速成型（SL）、选择性激光烧结（SLS）、叠层实体制造（LOM）、熔融沉积制造（FDM）、直接壳制造（DSP）、三维印刷成型制造和其它许多已经实际应用的或者正在发展阶段的快速原型工艺。
本文旨在对这项相对来说比较新颖的技术，以及其广泛的应用、技术优势和所面临的一些问题进行概述。
本文也着重讨论了该技术在九十年的发展方向和其对制造业的巨大贡献。
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快速原型技术——快速制造发展的应用和优势作者：S.O.ONUH、Y.Y.YUSUF利物浦大学工程院制造工程和工业管理专业，信箱：大不列颠联合王国利物浦147号，邮编：L693BX近年来，快速原型技术（RPT）被用于许多工业领域，尤其是新产品的开发方面。
现有的工艺能直接利用CAD的三维数据使一些材料（比如光固化树脂、粉纸）快速成型为实体零件。
本文目的是对这项技术的发展趋势、应用范围和它的对于制造业的贡献进行概述。
关键词：快速原型，产品开发，制造业1、引入在这个即时通讯的时代，企业制造了大量的信息，这些信息通过传真、调制解调器和电子邮件传送到世界的每个角落。
没有人会怀疑世界的相互依赖型已经成为常态，即使许多国家联合成为一个世界级的国家也并非不可想象。
随着电信业的发展，高新技术的竞争成为国家之间的另一个竞争方面。
许多新兴的未完全工业化国家，曾经不被认为是高新技术装备的主要市场，但如今这他们也在积极寻求更好的技术、设备和工艺，以便在国际市场上更加具有竞争力。
这些国家不再想以廉价劳动力和廉价产品而著称。
相反，他们正在奋力前进，向更具竞争力的高新技术跨越，以惊人的速度大步提升自己的设计制造能力。
在最近五年里，几乎没有哪项技术能够像快速原型技术（RPT）那样贡献这么大。
RPT可以把数字化设计转变为机器零件、模型、设计原型和模具的三维实体。
它每次制造实体的一个切片，但他能在一夜之间制造出高质量的模型，这之前需要花费几周或者几个月。
他们有不同的工艺方法，例如Onuh在1996年探讨过的光固化快速成型（SL）、选择性激光烧结（SLS）、叠层实体制造（LOM）、熔融沉积制造（FDM）、直接壳制造（DSP）、三维印刷成型制造和其它许多已经实际应用的或者正在发展阶段的快速原型工艺。
本文旨在对这项相对来说比较新颖的技术，以及其广泛的应用、技术优势和所面临的一些问题进行概述。
本文也着重讨论了该技术在九十年的发展方向和其对制造业的巨大贡献。
2、技术概述所有制造技术被分为材料去除型和材料累积型两类。
现有的制造技术要么是这两种类型中的一种，要么是这两种类型的混合。
快速原型技术特点是一旦加工过程开始，就几乎不需要人工的参与，完全在计算机的控制下完成。
Burns(1993)在他的书中写到RPT是一种自动化制造。
Burns用五个标准来判断一种工艺是否为快速原型工艺。
这五个标准是：（1）利用块状、薄片或者液体之类的原材料来制造有特定形状的实体。
（2）加工过程中必须没有过多人的参与。
（3）必须是制造有一定复杂度的三维实体，这个标准是用来排除了在薄片材料通过冲压、剪切或者钻削来制造简单的孔的加工方法。
（4）不需要为每个不同的零件制造对应的加工工具（专用工具）。
这个标准排除了所有类型的模制、铸造、线切割加工和仿形铣。
（5）制造目标必须是一个整体，不是组件装配而成，这就排除了胶粘、焊接和铆接之类连接方法。
符合这些标准的制造技术就是自动制造技术，一些例子如图.1.所示。
数控技术（CNC），比如数控铣削、数控磨削和数控钻削，在装夹比较复杂的工件时需要人的参与，因而并不严格符合那五个标准。
然而，如果是一个把多种加工能力集成在一起的多用途多轴的能够自动化制造的加工中心，那么就认为它满足了那些标准。
现有的技术其实都不符合那五个标准，因为形成一个特定形状所要的独特机械力必须被用于无形状的材料。
没有与被加工材料一致的预制模型是非常困难自动产生所需的独特机械力。
有人认为（Murphy 1995）基于材料在有形磁场作用下变形的理论的制造技术是可行的（电磁成形制造）。
由于它不是一项现有的技术，它只是作为例子例举在图.1.中。
自适应模制是一种技术拥有自动形成制造潜力的技术，也只是作为例子例举。
自适应模制是通过自动配置成型面来制造实体。
这样的模具由多种高质量的镶嵌棒构成，每一个棒准确定位，以提供所需要的具体轮廓。
激光弯曲是材料去除型和材料累加型混合的一种自动成型制造技术。
激光弯曲（Thomposn 1995）利用激光热量的改变来使材料的冷却速度不同，从而产生作用在薄板材料上的弯曲力。
一般先用激光对薄板进行初步切割（材料去除过程），然后再用激光弯曲成相当复杂的形状（成型过程）。
如果各个面之间缝隙是通过焊接连接在一起的话，那么它可以被认为是三种自动化制造技术的混合（Murphy 1995）。
目前没有制造技术满足自动累积制造的标准，主要是因为没有除了简单地把各组件连接起来之外的累积型的制造技术。
主要的已经商业化运用的RPT工艺在图.1.中用黑体表示。
RPT技术的实质是基于材料累积型的自动化制造，也就意味着它和传统的制造技术相背离。
这种背离显然造成了许多亟待解决的问题。
在某些情况下，这些问题可以通过对原有工艺的新式应用来解决，但是必须找到其它一些全新的解决方案。
3、术语因为快速原型技术还是相对比较新的技术，所以表述它的术语还没被确定。
十九世纪八十年代，快速原型系统第一次公布就引起了很多人的巨大兴趣，之后许多研究团队开始开发研究自己的系统，许多关于这项新技术应用的文章也投机性的发表。
在这一时期，许多引入了很多的术语来描述这项新技术，这些术语主要是关于制造零件技术和RPT系统的潜在应用。
一些术语准确地反映了该技术的本质，然而出现的更多的是对该技术缺乏了解的术语，还有一些已经被取消。
图.2.列出了现在正在使用的一些术语，这些术语无论对于新手还是老手都是很容易混淆的。
4、分层制造技术：工艺过程及原理几乎所有的快速原型过程，无论目前已经商业化或者还在发展中的，都基于分层制造方法，它是通过单独制造所建实体的一横向切片，然后再把这个切片与前一层粘在一起，直到整个实体被制造完成。
对于大部分RPT系统来说其主要的工艺过程阶段都是相同，但是每层的制造方法显然有不同的系统决定。
图.3.中列出了常用的工艺过程阶段。
任何工艺的起点是用数据集描述所制造几何体从而使几何体抽象化。
这些数据必须能被控制生成指令来控制最后阶段的生产过程。
5、分层制造面临的问题不考虑每层的制造技术问题，这种把实体看做一系列横切片累积的制造方法也提出了一些必须解决的问题。
其中一些问题也许是技术性问题或是由于硬件限制引起的，但是除此之外的问题或许归结于最终的加工方法。
这些亟待解决的问题影响了其未来的应用。
这一节将对使用分层技术制造零件过程中必须考虑的问题进行探讨。
5.1.“阶梯”现象切片的过程产生大量的水平方向的切片，每个切片符合CAD模型的精确程度对于整个制造过是十分重要的。
然而，每一层都是连续的分割其厚度方向（Z轴方向），因此工件在竖直方向不能精确的吻合CAD几何模型。
正如图.4.所示那样。
图中是一个由平行于切片轴线（也就是垂直于切片）的圆形切片累积而成的圆柱体。
如果任何一层能够被切片软件精确地分割，那么工件在竖直方向将会符合CAD模型的精度。
然而切片是以水平的方式切过实体，不能依照曲面的形状在厚度方向切割，于是下表面的误差最大。
这种影响已经被命名为“阶梯”现象。
5.2 切片厚度的选择由图.4a显然可知，越小的切片厚度，最终的工件质量就越好（如圆柱体.1—圆柱体.3所示）。
用系统所能产生的最小的厚度去制造看上去是明智的，但是，切片厚度越小，就会产生越多的切片，这将导致更长的数据处理时间、更多的数据文件和更长的制造时间。
为了使制造过程最优，要针对不同的类型的工件采用不同的厚度。
如图.4（b）所示的漏斗，在容易发生“阶梯”现象的倾斜部分采用较小的切片厚度，在垂直部分采用较厚的切片。
Suh（1994）认为自适应切片厚度算法将会促进可变的切片厚度技术分层制造技术中的应用。
5.3 CAD几何的误差上面举的两个例子中，其每一层的上表面是符合CAD几何形状，这也是许多商业化的快速原型系统就是这种情况。
SL原理是激光束被引导照射在液体聚合物的表面，描绘出每一层的形状，每当激光束照射到液体时就会固化一块，固化的深度取决去激光的强度和扫描的速度。
每层的表面必须与CAD几何形状一致，因为这就是实际要扫描在树脂表面的形状，被固化的树脂的厚度是连续的，但小于预设厚度。
图.4c.例举了每层形成CAD几何形状的三种不同方法，每幅图上阴影部分代表与真实几何体的最大误差。
图例（1）中每层的上部符合所要求的轮廓，这种加工是由每层的上部向下累积，图例（2）中与上面相反，是从下面开始。
很明显这些例子的最大误差取决于斜面的斜度。
最好的情况是所有的误差都是偏大的，然后这些多余的材料可以被小心的移除得到满足精度的工件。
然而，需要附加的处理能力去对数据进行必要的修正，以确保只有正偏差又不没超过每层的最大厚度。
图例（3）中就是这种情况，每层中间部分符合CAD几何形状，从而使各个方向的误差更小。
这将依据最大偏差制造出最高精度的工件，但是需要大量额外的处理能力。
5.4. 工件取向在制造过程中，消除分层制造中的“阶梯”现象需要大量的人工操作，而且需要较强的技巧来保证工件的精度。
工件各个表面中只有与切片方向平行的那面不存在“阶梯”现象，因此应把工件的重要表面放置在这个方向，而重要尺寸应与切片轴线平行。
图.4d.中例举了如何提高一个45度斜坡中A面和B面最终的尺寸精度。
但是这将会对工件的其它参数造成不好影响，因此必须找到一个两者的平衡点。
上述分析可认为这种处理方法可以得到比手工处理更高的精度。
但这依赖于模型制作者的技术和机器加工精度。
任何工件制造花费的时间主要取决于分层的数量，因而通过合理的工件放置方向的选择，可以使制造时间最小化。
但是拿不仅仅是选择在Z轴最小的方向放置，因为其它方面的影响也必须要考虑，必须进行一个折中。
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