RP技术

RP技术

快速成型技术(Rapid Prototyping简称RP)是80年代

末才发展起来的数字制造工艺技术，它把零件的三维数字模型先进行离散化，然后按照数字积分的思路进行逐层加工。利用这一技术可以在计算机控制下，迅速将CAD数字模型

变为零件的物理模型。因而CAD→RP原型→评价→CAD修

改已逐渐成为保证一次设计成功的新设计模式。目前，它在国内主要分以下几类：

1、薄形材料选择性切割（Laminated Object Manufacturing）简称LOM，直译名为“分层物体制造”

它是由新加坡KINERGY公司开发、生产的一种ZIPPY型薄形材料选择性切割成形机，材料是一种经过特殊处理的纸材，利用激光切割叠加得到实体件。特性：适用大中型实体件，能承受高达到200℃的温度，无需设计和制作支撑，有较高的硬度和较好的机械性能，可直接用来翻砂模。缺点：不能直接制作塑料工件，工件的抗拉和弹性不好，易吸湿膨胀，成形后应尽快进行表面防潮处理。但随着CNC机加工的广

泛应用，该方法已逐步被淘汰。

2、液态光敏聚合物选择性固化（Stereo Lithography Apparatus）

简称SLA，直译名为“立体平板印刷设备”

它是由美国3D公司研制开发的利用UV紫外激光灯对液态

光敏聚合物选择性固化成形的一种快速成形加工方式。该方法适合成形中、小精巧机构零件，能够直接得到类似塑料的产品，精度较高能达到±0.15mm。缺点：需要设计支撑，且成形过程中有化学和物理变化，尤其对于薄壁件易产生翘曲；工件强度韧性不高，较脆易断裂，不适于进行动态功能测试。

3、丝状材料选择性熔覆（Fused Deposition Modeling）

简称FDM，直译名为“熔积成型”

它的工作原理是将丝状热塑性材料有选择性的涂覆在工作

台上，快速冷却成形后截面轮廓，并逐层涂覆形成实体。该方法适合中小型塑料件，能够直接制作ABS塑料件，制件

的翘曲变形比SLA小，原材料的利用率高，成形件精度可达到±0.127mm。缺点是原材料价格昂贵，且成形件表面有明

显的条纹；沿成形轴垂直方向的强度较弱，也需要设计制作支撑结构。、

4、粉末材料选择性烧结（Selected Laser Sintering）

简称SLS，直译名为“选择性激光烧结”

它的工作原理是对直径为50～125μm的粉粒用激光进行选

择性烧结，并逐层叠加后得

到成形件。SLS能采用尼龙粉、聚碳酸酯粉、丙烯酸类聚合物粉、聚氯乙烯粉、混有50%玻璃珠的尼龙粉、弹性体聚合物粉，以及陶瓷或金属与粘结剂的混合物等多种材料，但其在成形过程中的材料收缩率高达2%～4%，成形表面比较疏松粗糙。

5、精密数控机加工（简称CNC或手板）

该加工方法是目前国内快速成形行业中应用最广泛的一种，它直接对ABS或其它可机加

的塑料板材进行精密加工，制作出高强度的样板。优点：材料可选择ABS、PMMA、POM、PP、PC、PE、代木等，

金属件如铝合金、铜、钢，能满足客户进行功能测试的要求，尤其适用于大件产品模型，生产成本低。

快速原型制造（RPM ：Rapid Prototyping Manufacturing ）技术，又叫快速成形技术，（简称RP 技术），是90 年代

初发展起来的新兴技术，RPM 是CAD 技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果，被认为是近年来制造技术领域的一次重大突破，融合了机械工程、CAD 技术、激光技术、数控技术和材料技术等，可以直接、自动、快速地将设计师的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、修改及功能验证，有效地缩短了产品的研发周期，为企业的新产品开发

和创新提供了技术支持。

1．RPM技术产生背景

随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈，产品的开发速度日益成为市场竞争的主要矛盾。在这种情况下，自主快速产品开发的能力（周期和成本）成为制造业全球竞争的实力与基础。同时，制造业为满足日益变化的用户需求，又要求制造技术有较强的灵活性，能够以小批量甚至单件生产而不大幅度增加产品的成本。因此，产品开发的速度和制造技术的柔性就变的十分关键了。

RPM 技术就是在这种社会背景下，于80 年代后期产生于美国，并很快扩展到日本及欧洲，是近20 年来制造技术领域的一项重大突破。RPM 技术问世不到十年，已实现了相当大的市场，发展非常迅速，在短短不到十年的时间里已实现了近五亿美元的市场。人们对材料逐层添加法这种新的制造方法已逐步适应。制造行业的工作人员都想方设法利用这种现代化手段，与传统制造技术的接轨工作也进展顺利。人们用其长避其短，效益非凡。与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段一起，快速成型已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段，在航空航天、汽车摩托车、家电等领域得到了广泛应用。

2．RPM技术的原理及主要方法

RPM技术，是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体和技术总称。

RPM技术采用离散/堆积成型原理，其过程是：先由三维CAD软件设计出所需要零件的计算机三维曲面或实体模型；然后根据工艺要求，将其按一定厚度进行分层，使原来的三维电子模型变成二维平面信息（截面信息），加入加工参数，产生数控代码；微机控制下，数控系统以平面加工方式，有序地连续加工出每个薄层，并使它们自动粘接而成形，这就是材料堆积的过程。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"，如下图所示。

RPM技术的工艺不下30余种，最成熟的主要有以下四种：1）立体印刷（SLA：Stereolithgraphy Apparatus）

将激光聚焦到液态固化液态材料（如光固化树脂）表面，令其有规律地固化，由点到线、到面、完成一个层面的建造；而后升降平台，移动一个层片厚度的距离，重新覆盖一层液