天津快速成型RP樣件制造中心

天津手板模型加工中心為需要手板模型的客戶提供交鑰匙服務！我們有SLA光敏樹脂* D打印手板模型，SLS尼龍手板模型更有MJF惠普* D打印服務，天津德爾慧您身邊的* D打印手板模型專家！

快速成型簡介

快速原型制造技術(shù)，又叫快速成形技術(shù)，（簡稱RP技術(shù)）； [1]

英文：RAPID PROTOTYPING（簡稱RP技術(shù)），或 RAPID PROTOTYPING MANUFACTURING，簡稱RPM。在汽車應用行業(yè)叫RP樣件。

RP技術(shù)是在現(xiàn)代CAD/CAM技術(shù)、激光技術(shù)、計算機數(shù)控技術(shù)、精密伺服驅(qū)動技術(shù)以及新材料技術(shù)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"。

優(yōu)越性

它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(shù)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，這就是RP技術(shù)對制造業(yè)產(chǎn)生的革命性意義。

特點

RP技術(shù)將一個實體的復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：

⑴成型全過程的快速性，適合現(xiàn)代激烈的產(chǎn)品市場；

⑵可以制造任意復雜形狀的三維實體；

⑶用CAD模型直接驅(qū)動，實現(xiàn)設計與制造高度一體化，其直觀性和易改性為產(chǎn)品的完美設計提供了優(yōu)良的設計環(huán)境；

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

⑸技術(shù)的高度集成性，既是現(xiàn)代科學技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物，也是對它們的綜合應用，帶有鮮明的高新技術(shù) 特征。

以上特點決定了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，復雜形狀零件的制造，模具與模型設計與制造，也適合于難加工材料的制造，外形設計檢查，裝配檢驗和快速反求工程等。

形成過程

形象地比喻：快速成形系統(tǒng)相當于一臺"立體打印機"。

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

* D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坐標間斷地作層面厚度的位移，最終形成三維制件。目前市場上的快速成型技術(shù)分為* DP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。

* DP技術(shù)：采用* DP技術(shù)的* D打印機使用標準噴墨打印技術(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)建三維實體模型，采用這種技術(shù)打印成型的樣品模型與實際產(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，同時三維噴頭在計算機的控制下，根據(jù)截面輪廓信息，將材料選擇性地涂敷在工作臺上，快速冷卻后形成一層截面。一層成型完成后，機器工作臺下降一個高度（即分層厚度）再成型下一層，直至形成整個實體造型。其成型材料種類多，成型件強度高、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，通過計算機控制激光按零件的各分層截面信息在液態(tài)的光敏樹脂表面進行逐點掃描，被掃描區(qū)域的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應而固化，形成零件的一個薄層。一層固化完成后，工作臺下移一個層厚的距離，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，直至得到三維實體模型。該方法成型速度快，自動化程度高，可成形任意復雜形狀，尺寸精度高，主要應用于復雜、高精度的精細工件快速成型。

SLS選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)：SLS選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)是通過預先在工作臺上鋪一層粉末材料（金屬粉末或非金屬粉末），然后讓激光在計算機控制下按照界面輪廓信息對實心部分粉末進行燒結(jié)，然后不斷循環(huán)，層層堆積成型。該方法制造工藝簡單，材料選擇范圍廣，成本較低，成型速度快，主要應用于鑄造業(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，逐層的進行光固化，由于每層固化時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，通常應用于精度要求高的珠寶和手機外殼等行業(yè)。 [2]

工作原理編輯

快速成型技術(shù)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) ,精密伺服驅(qū)動、激光和材料科學等先進技術(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方向疊加而成.因此依據(jù)計算機上構(gòu)成的產(chǎn)品三維設計模型 ,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 ,即對其進行分層切片 ,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”加工法 (即:用一層層的小毛坯逐步疊加成大工件 ) ,將復雜的三維加工分解成簡單二維加工的組合 ,因此 ,它不必采用傳統(tǒng)的加工機床和工模具 ,只需傳統(tǒng)加工方法 * 0%～ * 0%的工時和 20%～ * * %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、直接、快速、精確地將設計思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿哪Ｐ突蛑苯又圃飚a(chǎn)品 ,從而可以對產(chǎn)品設計進行快速評估、修改及功能試驗 ,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)品的上市時間 ,提高企業(yè)對市場的快速反應能力;同時也可以降低開模風險和新產(chǎn)品研發(fā)成本;及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設計的錯誤 ,做到早找錯、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)的應用已成為制造業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)的一項重要策略.

RP系統(tǒng)可以根據(jù)零件的形狀，每次制做一個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。當然，整個過程是在計算機的控制下，由快速成形系統(tǒng)自動完成的。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"增長法"或"加法"。

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

RP技術(shù)的基本原理是：將計算機內(nèi)的三維數(shù)據(jù)模型進行分層切片得到各層截面的輪廓數(shù)據(jù)，計算機據(jù)此信息控制激光器（或噴嘴）有選擇性地燒結(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微小厚度的的片狀實體，再采用熔結(jié)、聚合、粘結(jié)等手段使其逐層堆積成一體，便可以制造出所設計的新產(chǎn)品樣件、模型或模具。自美國* D公司19* * 年推出第一臺商品SLA快速成形機以來，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

SLA

SLA

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

用特定波長與強度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由點到線，由線到面順序凝固，完成一個層面的繪圖作業(yè)，然后升降臺在垂直方向移動一個層片的高度，再固化另一個層面.這樣層層疊加構(gòu)成一個三維實體.

SLA是最早實用化的快速成形技術(shù)，采用液態(tài)光敏樹脂原料，工藝原理如圖所示。其工藝過程是，首先通過CAD設計出三維實體模型，利用離散程序?qū)⒛Ｐ瓦M行切片處理，設計掃描路徑，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將精確控制激光掃描器和升降臺的運動；激光光束通過 數(shù)控裝置控制的掃描器，按設計的掃描路徑 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， 當一層加工完畢后，就生成零件的一個截面；然后 升降臺下降一定距離 ， 固化層上覆蓋另一層液態(tài)樹脂，再進行第二層掃描，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模。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，不可避免地會產(chǎn)生應力或引起形變。因此開發(fā)收縮小、固化快、強度高的光敏材料是其發(fā)展趨勢。

* D Systems 推出的Viper Pro SLA system

SLA 的優(yōu)勢

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)過時間的檢驗.

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，降低錯誤修復的成本.

⒌ 為實驗提供試樣，可以對計算機仿真計算的結(jié)果進行驗證與校核.

⒍ 可聯(lián)機操作，可遠程控制，利于生產(chǎn)的自動化.

SLA 的缺憾

⒈ SLA系統(tǒng)造價高昂，使用和維護成本過高.

⒉ SLA系統(tǒng)是要對液體進行操作的精密設備，對工作環(huán)境要求苛刻.

⒊ 成型件多為樹脂類，強度，剛度，耐熱性有限，不利于長時間保存.

⒋ 預處理軟件與驅(qū)動軟件運算量大，與加工效果關聯(lián)性太高.

⒌ 軟件系統(tǒng)操作復雜，入門困難；使用的文件格式不為廣大設計人員熟悉.

⒍ 立體光固化成型技術(shù)被單一公司所壟斷.

SLA 的發(fā)展趨勢與前景

立體光固化成型法的的發(fā)展趨勢是高速化，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，微電子等領域大有作為.

SLS原理

SLS

SLS

選擇性激光燒結(jié)（以下簡稱SLS）技術(shù)最初是由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的Carl ckard于19* 9年在其碩士論文中提出的。后美國DTM公司于1992年推出了該工藝的商業(yè)化生產(chǎn)設備Sinter Sation。幾十年來，奧斯汀分校和DTM公司在SLS領域做了大量的研究工作，在設備研制和工藝、材料開發(fā)上取得了豐碩成果。德國的EOS公司在這一領域也做了很多研究工作，并開發(fā)了相應的系列成型設備。

國內(nèi)也有多家單位進行SLS的相關研究工作，如西安交通大學機械學院，快速成型國家工程研究中心，教育部快速成型工程研究中心，華中科技大學、南京航空航天大學、西北工業(yè)大學、中北大學和北京隆源自動成型吉印通 等，也取得了許多重大成果，如南京航空航天大學研制的RAP-I型激光燒結(jié)快速成型系統(tǒng)、北京隆源自動成型吉印通 開發(fā)的AFS一* 00激光快速成型的商品化設備。

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1。

整個工藝裝置由粉末缸和成型缸組成，工作時粉末缸活塞（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，計算機根據(jù)原型的切片模型控制激光束的二維掃描軌跡，有選擇地燒結(jié)固體粉末材料以形成零件的一個層面。粉末完成一層后，工作活塞下降一個層厚，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，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。對于金屬粉末激光燒結(jié)，在燒結(jié)之前，整個工作臺被加熱至一定溫度，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。可成功進行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無需設計和制造復雜的支撐系統(tǒng)，所以SLS的應用越來越廣泛。

SLS技術(shù)的金屬粉末燒結(jié)方法

* .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，用激光束對混合粉末進行選擇性掃描，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行適當?shù)暮筇幚恚邕M行二次燒結(jié)來進一步提高金屬零件的強度和其它力學性能。這種工藝方法較為成熟，已經(jīng)能夠制造出金屬零件，并在實際中得到使用。南京航空航天大學用金屬粉末作基體材料（鐵粉），加人適量的枯結(jié)劑，燒結(jié)成形得到原型件，然后進行后續(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（見圖2）。并用此電極在電火花機床上加工出三維模具型腔（見圖* ）。

* .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)，其中一種熔點較低，另一種較高。激光燒結(jié)將低熔點的粉末熔化，熔化的金屬將高熔點金屬粉末粘結(jié)在一起。由于燒結(jié)好的零件強度較低，需要經(jīng)過后處理才能達到較高的強度。美國Texas大學Austin分校進行了沒有聚合物粘結(jié)劑的金屬粉末如CuSn NiSn青銅鎳粉復合粉末的SLS成形研究，并成功地制造出金屬零件。他們對單一金屬粉末激光燒結(jié)成形進行了研究，成功地制造了用于F1戰(zhàn)斗機和AIM9導彈的工NCONEL* 2* 超合金和Ti* A 1* 合金的金屬零件。美國航空材料公司已成功研究開發(fā)了先進的欽合金構(gòu)件的激光快速成形技術(shù)。中國科學院金屬所和西安交通大學等單位正致力于高熔點金屬的激光快速成形研究，南京航空航天大學也在這方面進行了研究，用Ni基合金混銅粉進行燒結(jié)成形的試驗，成功地制造出具有較大角度的倒錐形狀的金屬零件（見圖* ）。

* .* 金屬粉末壓坯燒結(jié)

金屬粉末壓坯燒結(jié)是將高低熔點的兩種金屬粉末預壓成薄片坯料，用適當?shù)墓に噮?shù)進行激光燒結(jié)，低熔點的金屬熔化，流人到高熔點的顆粒孔隙之間，使得高熔點的粉末顆粒重新排列，得到致密度很高的試樣。吉林大學郭作興等用此方法對FeCu,Fe C等合金進行試驗研究，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，空冷得到細珠光體，淬火后得到馬氏體和粒狀。

* SLS技術(shù)金屬粉末成型存在的問題

SLS技術(shù)是非常年輕的一個制造領域，在許多方面還不夠完善，如制造的三維零件普遍存在強度不高、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）。

* .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)以及流動性等對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制對燒結(jié)過程的影響可導致成型件孔隙增加和抗拉強度降低。

* .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)時間以及層厚度等對層與層之間的粘接、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導致翹曲趨向增大。

因此，在進行最優(yōu)化設計時就需要從總體上考慮各參數(shù)的優(yōu)化，以得到對成型件質(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、強度及精度較低、機械性能和熱學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，需要進行后處理（如熱等靜壓HIP、液相燒結(jié)LPS、高溫燒結(jié)及熔浸）后才能投人實際使用。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)時必須將金屬粉末封閉在充有保護氣體的容器中。

* 總結(jié)與展望

快速成型技術(shù)中，金屬粉末SLS技術(shù)是人們研究的一個熱點。實現(xiàn)使用高熔點金屬直接燒結(jié)成型零件，對用傳統(tǒng)切削加工方法難以制造出高強度零件，對快速成型技術(shù)更廣泛的應用具有特別重要的意義。展望未來，SLS形技術(shù)在金屬材料領域中研究方向應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，隨著人們對激光燒結(jié)金屬粉末成型機理的掌握，對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入一個新的境界。

LOM原理

LOM

LOM

分層實體制造（LOM——Laminated Object Manufacturing）法，LOM又稱層疊法成形，它以片材（如紙片、塑料薄膜或復合材料）為原材料，其成形原理如圖所示，激光切割系統(tǒng)按照計算機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。該方法的特點是原材料價格便宜、成本低。

成形材料：涂敷有熱敏膠的纖維紙；

制件性能：相當于高級木材；

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

FDM

FDM

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（約比熔點高 1℃），在計算機的控制下，噴頭作x-y平面運動，將熔融的材料涂覆在工作臺上，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。下圖為FDM成形原理圖。

成形材料：固體絲狀工程塑料；

制件性能：相當于工程塑料或蠟模；

主要用途：塑料件、鑄造用蠟模、樣件或模型。

特點：1、優(yōu)點：（1）操作環(huán)境干凈，安全，在辦公室課進行；（2）工藝干凈、簡單、易于操作且不產(chǎn)生垃圾；（* ）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；（* ）原材料以卷軸絲的形式提供，易于搬運和金額快速更換；（* ）原料價格便宜；（* ）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：（1）精度較低，難以構(gòu)建結(jié)構(gòu)復雜的零件；（2）與截面垂直方向的強度小；（* ）成型速度相對較慢，不適合構(gòu)建大型零件。

過程及前處理編輯

快速成型的過程 [* ] 包括：前處理 (三維模型的構(gòu)造、三維模型的近似處理、三維模型的切片

快速成型過程圖

快速成型過程圖

處理 )、分層疊加成型 (截面輪廓的制造與截面輪廓的疊合 )和后處理 (表面處理等 ) 。

快速成型制造中的數(shù)據(jù)準備

1) 三維模型的建立

由于實現(xiàn)快速成型的系統(tǒng)只能接受計算機構(gòu)造的產(chǎn)品三維模型 (立體圖 ) ，然后才能進行切片處理 ，因此 ，首先應在計算機上實現(xiàn)設計思想的數(shù)字化，即將產(chǎn)品的形狀、特性等數(shù)據(jù)輸入到計算機中。 目前快速成型機的數(shù)據(jù)輸入主要有兩種途徑：一是設計人員利用計算機輔助設計軟件 (如 Pro /Engineering , SolidWo rks, IDEAS, M DT, Auto CAD等 ) ，根據(jù)產(chǎn)品的要求設計三維模型 ，或?qū)⒁延挟a(chǎn)品的二維三視圖轉(zhuǎn)換為三維模型； 另一種是對已有的實物進行數(shù)字化 ， 這些實物可以是手工模型、工藝品或人體器官等。這些實物的形體信息可以通過三維數(shù)字化儀、 CT和 MRI等手段采集處理 ,然后通過相應的軟件將獲得的形體信息等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為快速成型機所能接受的輸入數(shù)據(jù) 。

2) 三維模型的近似處理

由于產(chǎn)品上往往有一些不規(guī)則的自由曲面 ，因此加工前必須對其進行近似處理。在目前快速成型系統(tǒng)中 ，最常見的近似處理方法是 ，用一系列的小三角形平面來逼近自由曲面 。其中 ，每一個三角形用 * 個頂點的坐標和 1個法相量來描述。三角形的大小是可以選擇的 ，從而能得到不同的曲面近似精度。經(jīng)過上述近似處理的三維模型文件稱為 STL格式文件 (許多 CAD軟件都提供了此項功能 ，如Pro/Engineering , SolidW orks, IDEAS, Auto C AD, M DT等 ) ，它由一系列相連的空間三角形組成 。典型的計算機輔助設計都有轉(zhuǎn)換和輸出 ST L格式文件的接口 ，但是 ，有時輸出的三角形會有少量錯誤,需要進行局部的修改。

* )三維模型的切片處理

由于快速成型是按一層層截面輪廓來進行加工 ，因此 ，加工前必須從三維模型上沿成型的高度方向 ，每隔一定的間隔進行切片處理 ，以便提取截面的輪廓 。間隔的大小根據(jù)被成型件精度和生產(chǎn)率的要求選定 ，間隔愈小 ，精度愈高 ，成型時間愈長;；間隔的范圍為 0. 0* ～ 0. * mm ， 常用 0. 1 m m左右 ，在此取值下 ，能得到相當光滑的成型曲面 。切片間隔選定之后 ，成型時每層疊加的材料厚度應與其相適應.。各種快速成型系統(tǒng)都帶有切片處理軟件 ，能自動提取模型的截面輪廓。

截面輪廓的制造

根據(jù) [* ] 切片處理得到的截面輪廓 ，在計算機的控制下 ，快速成型系統(tǒng)中的成型頭 (激光頭或噴頭 )在 x-y平面內(nèi) ，自動按截面輪廓運動 ，切割紙 (或固化劑，熱熔材料 ) ，得到一層層截面輪廓.每層截面輪廓成型后 ，快速成型系統(tǒng)將下一層材料送至成型的輪廓面上 ，然后進行新一層截面輪廓的成型 ，從而將一層層的截面輪廓逐步疊合在一起 ，最終形成三維產(chǎn)品。

當前較成熟和典型的快速成型工藝

隨著 [* ] 新型材料特別是能直接快速成型的高性能材料的研制和應用 ，產(chǎn)生了越來越多的更為先進的快速成型工藝技術(shù) 。目前快速成型已發(fā)展了十幾種工藝方法 ，其中較成熟和典型的工藝有：

1) 液態(tài)光敏樹脂選擇性固化( Stereo Lithog ra phy Apparatus,簡稱SLA)

液態(tài)光敏樹脂選擇性固化是最早出現(xiàn)的一種快速成型技術(shù) 。快速成型機上有一個盛滿液態(tài)光敏樹脂的液槽 ，這種液態(tài)樹脂在紫外線的照射下會快速固化。成型開始時 ，可升降工作臺處于液面下一個截面厚度的高度 ，聚焦后的紫外激光束 ，在計算機的控制下 ，按截面輪廓的要求 ，沿液面進行掃描 ,使掃描區(qū)域固化 ，得到該截面輪廓.。然后 ，工作臺下降一層高度 ,其上覆蓋另一層液態(tài)樹脂 ,以便進行第二層掃描固化 ,新固化的一層牢固地粘結(jié)在前一層上.如此重復直到整個產(chǎn)品成型完畢 。

2)薄型材料選擇性切割 ( Laminated Object M anufacturing ,簡稱 LOM )

這種方法根據(jù)三維模型每個截面的輪廓線 ，在計算機的控制下 ，用 CO2激光束對薄型材料(如底面涂膠的卷狀紙)進行切割 。逐步得到各層輪廓 ，并將其粘結(jié)在一起 ，形成三維產(chǎn)品。

* )粉末材料選擇性燒結(jié) ( Selected Laser Sintering,簡稱 SLS)

它采用 CO2激光器和粉末狀材料 (如塑料粉 ,陶瓷和粘結(jié)劑的混合粉、金屬與粘結(jié)劑的混合粉 ) 。 成型時 ，先在工作臺上鋪一層粉末材料 ，然后 ，激光束在計算機的控制下 ，按照截面輪廓的信息 ，對制件的實心部分所在的粉末進行燒結(jié) ，逐步得到各層輪廓。一層成型完成后 ，工作臺下降一截面層的高度 ，再進行下一層的燒結(jié) ，如些循環(huán) ，最終形成三維產(chǎn)品。

* ) 絲狀材料選擇性熔覆( Fused Deposition M odeling,簡稱FDM )

快速成型機的加熱噴頭在計算機的控制下 ，可根據(jù)截面輪廓的信息 ，作 x-y平面運動和 z方向的運動.。絲材 (如塑料絲 )有供絲機送至噴頭 ，并在噴頭中加熱、熔化 ，然后被選擇性地涂覆在工作臺上 ，快速冷卻后形成截面輪廓。一層成型完成后 ，工作臺下降一截面層的高度 ,再進行下一層的涂覆 ，如此循環(huán) ，最終形成三維產(chǎn)品.。

* ) 粉末材料選擇性粘結(jié)( Th ree-Dimensional Printing ,簡稱TDP)

快速成型機的噴頭在計算機的控制下 ，按照截面輪廓的信息 ，在鋪好的一層層粉末材料上 ，有選擇性地噴射粘結(jié)劑 ，使部分粉末粘結(jié) ，形成截面輪廓.一層成型完成后 ，工作臺下降一截面層的高度 ，再進行下一層的粘結(jié) ，如此循環(huán) ，最終形成三維產(chǎn)品 。

應用實例編輯

在實際應用中 [* ] ，很多產(chǎn)品必須通過模具才能加工出來 。用成型機先制作出產(chǎn)品樣件再翻制模具 ，是一種既省時又省費用的方法。

如新型火箭液氧發(fā)動機泵殼 ，用傳統(tǒng)機加工方法很難加工 ，必須通過模具成型 。據(jù)估算 ，開模時間要 * 個月 ，費用至少 * 0萬。如果產(chǎn)品設計有誤 ，整套模具就全部報廢.。可以用快速成型法為該產(chǎn)品制作塑料樣件 ，作為模具母模用于翻制硅膠模.。將該母模固定于鋁標準框中 ，澆入配好的硅橡膠 ，靜置 12～ 20小時。硅橡膠完全固化 ，打開模框 ，取出硅橡膠用刀沿預定分型線劃開 ，將母模取出 ，用于澆鑄泵殼蠟型的硅膠模既翻制成功 。通過該模制出蠟型 ，經(jīng)過涂殼、焙燒、失蠟、加壓澆鑄、噴沙 ，一件合格的泵殼鑄件在短短的兩個月內(nèi)就制造出來了 ，經(jīng)過必要的機加工 ，即可裝機運行 ，使整個試制周期比傳統(tǒng)方法縮短了 2 /* ，費用節(jié)省了 * /* 。

意義方向編輯

意義

大大縮短新產(chǎn)品研制周期，確保新產(chǎn)品上市時間；

------使模型或模具的制造時間縮短數(shù)倍甚至數(shù)十倍；

提高了制造復雜零件的能力；

------使復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；

------可以及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設計的錯誤，做到早找錯、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）工程的實施；

------使設計、交流和評估更加形象化，使新產(chǎn)品設計、樣品制造、市場定貨、生產(chǎn)準備、等工作能并行進行；

支持技術(shù)創(chuàng)新、改進產(chǎn)品外觀設計；

------有利于優(yōu)化產(chǎn)品設計，這對工業(yè)外觀設計尤為重要。

成倍降低新產(chǎn)品研發(fā)成本；

------節(jié)省了大量的開模費用

快速模具制造可迅速實現(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。

總而言之，RP技術(shù)是九十年代世界先進制造技術(shù)和新產(chǎn)品研發(fā)手段。在工業(yè)發(fā)達國家，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、提高設計質(zhì)量已成為一項重要的策略。當前，市場競爭愈演愈烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代加速。要保持我市產(chǎn)品在國內(nèi)外市場的競爭力，迫切需要在加大新產(chǎn)品開發(fā)投入力度、增強創(chuàng)新意識的同時，積極采用先進的創(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，可實現(xiàn)任意復雜形狀的新產(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)品設計驗證、功能驗證、外觀驗證、工程分析、市場訂貨等，非常有利于優(yōu)化產(chǎn)品設計，從而大大提高新產(chǎn)品開發(fā)的一次成功率，提高產(chǎn)品的市場競爭力，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。快速原型制造技術(shù)生產(chǎn)力促進中心的成立為本市企業(yè)應用RP技術(shù)開展產(chǎn)品創(chuàng)新活動提供了很好的前提條件。

發(fā)展方向

RP技術(shù)已經(jīng)在許多領域里得到了應用，其應用范圍主要在設計檢驗、市場預測、工程測試（應力分析、風道等）、裝配測試、模具制造、醫(yī)學、美學等方面。RP技術(shù)在制造工業(yè)中應用最多（達到* 7%），說明RP技術(shù)對改善產(chǎn)品的設計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)濟型的快速成形系統(tǒng)；

⑶快速成形方法和工藝的改進和創(chuàng)新；

⑷快速模具制造的應用；

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

1 制造快速

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

2 CAD/CAM技術(shù)的集成

設計制造一體化一直來說是一個難點，計算機輔助工藝（CAPP）在現(xiàn)階段由于還無法與CAD、CAM完全的無縫對接，這也是制約制造業(yè)信息化一直以來的難點之一，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、材料工程等多項技術(shù)，使得設計制造一體化的概念完美實現(xiàn)。

* 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，都可以真實準確的完成造型，基本上不再需要再借助外部設備進行修復。

* 成型材料種類繁多

各類RP設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)品對材料的機械性能需求。

* 創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟效益

與傳統(tǒng)機械加工方式比較，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)反復修改設計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)濟效益是顯而易見的。

* 應用行業(yè)領域廣

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，可應用的行業(yè)也逐漸擴大，從產(chǎn)品設計到模具設計與制造，材料工程、醫(yī)學研究、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。

市場前景編輯

發(fā)展動力

在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，* 0%～90%的工業(yè)產(chǎn)品需要使用模具加工，模具工業(yè)已經(jīng)成為制造業(yè)中的一項基礎工業(yè)，是技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的手段，同時又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領域，在歐美等工業(yè)發(fā)達國家被成為“點鐵成金”的“磁力工業(yè)”。可見，模具工業(yè)在世界各國經(jīng)濟發(fā)展中具有重要的顯著地位。

西安交通大學機械學院，快速制造國家工程研究中心，教育部快速制造工程研究中心，總結(jié)當前制造業(yè)呈現(xiàn)如下發(fā)展趨勢：

1、生產(chǎn)、經(jīng)營及市場全球化；

2、用戶需求個性化、多樣化；

* 、產(chǎn)品生命周期短，更新?lián)Q代加速；

* 、產(chǎn)品技術(shù)高科技化；

* 、市場競爭激烈化。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計

據(jù)統(tǒng)計，我國新產(chǎn)品的平均開發(fā)周期為1* 個月，產(chǎn)品的生命周期為10.* 年。而美國1990年已實現(xiàn)“* 個* ”，即產(chǎn)品的生命周期為* 年，產(chǎn)品的試制周期為* 個月，產(chǎn)品的設計周期為* 周。因此，制造企業(yè)要想在21世紀求得生存和發(fā)展，就必須面對這一新的形勢，不斷研究或引進新的技術(shù)。

過去，傳統(tǒng)的零件成型方法是采用多種機械加工機床，以及刀具和模具，還要有高水平的技工，成本高，制造周期往往長達幾星期，甚至幾個月，不能適應新產(chǎn)品的更新。為克服上述問題，近幾年來開發(fā)成功了快速成型制造技術(shù)和相應的快速成型機。它是利用激光等物理方法，向用戶提供物理模型和快速修改設計方案，從而大大減少了新產(chǎn)品開發(fā)前期的時間和費用。快速成型技術(shù)廣泛應用于航空航天、汽車、電子、通訊、醫(yī)療、建筑、家電、玩具、家具、日用五金及工藝品制作等眾多領域。

快速成型技術(shù)使之在以下四方面受益：

設計者

在設計產(chǎn)品時，通常分為概念設計及詳細設計。由于設計者的能力有限，不可能在短時間內(nèi)，僅憑圖紙上的思維，就把結(jié)構(gòu)、形狀及尺寸等問題考慮得很周全并使結(jié)果優(yōu)化，不但費時費力，往往難免有所疏漏，從而造成返工。為解決上述問題，在現(xiàn)代制造技術(shù)領域中，提出了并行工程的方法，它以小組協(xié)同工作為基礎，通過網(wǎng)絡共享數(shù)據(jù)等信息資源，來同步考慮產(chǎn)品設計、制造的有關技術(shù)問題，從而實現(xiàn)并行設計的思想。然而，僅僅依靠計算機及數(shù)字模擬，沒有必要的物理模擬手段，也難于完美地進行并行設計。

快速模型采用快速成型技術(shù)之后，設計者在設計的最初階段，就能拿到實在的產(chǎn)品樣品，并可在不同階段快速地修改、重做樣品，甚至做出試制用工模具及少量的產(chǎn)品，據(jù)此判斷有關的各種問題。這給設計者創(chuàng)造了一個優(yōu)良的設計環(huán)境，無需多次反復思考、修改，即可盡快得到優(yōu)化結(jié)果。因此，快速成型技術(shù)是真正實現(xiàn)并行設計的強有力手段。

制造者

制造者在產(chǎn)品設計的最初階段，也能拿到實在的產(chǎn)品樣品、甚至試制用的工模具及少量產(chǎn)品，這使得他們能及早地對產(chǎn)品設計提出意見，做好原材料、標準件、外協(xié)加工件、加工工藝和批量生產(chǎn)用工模具等準備，最大限度地減少失誤和返工，大大節(jié)省工時、降低加工成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量。

推銷者

推銷者在產(chǎn)品設計的最初階段，也可拿到產(chǎn)品樣品、甚至少量產(chǎn)品，這使得他們能據(jù)此及早、實在地向用戶宣傳，征求意見，并進行比較準確的市場需求預測，而不是僅憑抽象的產(chǎn)品描述或一張圖紙、一份樣本來推銷。所以，快速成型技術(shù)的應用可以顯著地降低新產(chǎn)品的銷售風險和成本，大大縮短其投放市場的時間和提高競爭能力。

用戶

用戶在產(chǎn)品設計的最初階段，也能見到產(chǎn)品樣品，甚至少量產(chǎn)品，這使得他們及早、深刻地認識產(chǎn)品，進行必要的測試，并且提出有關的意見，從而可以在盡可能短的時間內(nèi)，以合理的價格得到性能最符合要求的產(chǎn)品。

綜上所述，快速成型技術(shù)必將能承擔起21世紀制造業(yè)持續(xù)高速發(fā)展的重任，為現(xiàn)代制造業(yè)提供源源不斷的超動力。

提及* D打印服務，近兩年較為常見的是* D打印云平臺，包括Shapeways、* D Hubs、水滴科技、意造網(wǎng)等。這些平臺主要連接了線上用戶和線下* D打印商。線上用戶通過網(wǎng)站預約、獲取實時報價等方式提交打印需求，* D打印云平臺則根據(jù)訂單需求將生產(chǎn)任務分配給最合適的* D打印商。此類平臺可以為用戶提供更便捷的服務，最大化的盤活現(xiàn)有打印資源。但是它也存在缺乏數(shù)據(jù)安全、缺乏針對性服務的局限性，因此多面向需求較為簡單的C端用戶。

雖然* D打印云平臺都在努力跑用戶量，但在他們看來C端很難形成規(guī)模。因為散單成本較高，加上C端用戶對于* D打印的認知與需求在短期內(nèi)較難形成消費生態(tài)。現(xiàn)階段* D打印服務應該從更有剛性需求的、付費能力強的工業(yè)級B端市場切入。同時* D打印技術(shù)含量最高的地方，也是工業(yè)級別的運用。

天津德爾慧科技吉印通 則專注于工業(yè)級B端用戶市場，根據(jù)客戶的需求提供定制化的生產(chǎn)流程服務，包括前期咨詢、數(shù)據(jù)支持、生產(chǎn)服務、質(zhì)量檢測、物流與售后等。德爾慧之所以需要提供定制化服務，是因為傳統(tǒng)垂直性的工業(yè)制造領域和* D增材制造行業(yè)都有較強的專業(yè)性：雖然大部分客戶會將已處理完的產(chǎn)品數(shù)據(jù)給到德爾慧科技，但是這些數(shù)據(jù)會存在多種多樣的問題：比如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品實現(xiàn)等，或者使用哪種* D打印技術(shù)來進行實現(xiàn)；什么樣的耗材物性更加匹配客戶需求等等，這些問題均需要德爾慧和客戶進行逐一溝通。

雖然需要較多的人工干預，但是德爾慧團隊成員均擁有7年左右的相關產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗，因此可以高效的處理項目問題，這也是公司的核心競爭力所在。市面上尚沒有同類的競品企業(yè)出現(xiàn)，也是因為提供工業(yè)級* D打印咨詢服務的門檻較高，純技術(shù)型團隊難組建。

天津德爾慧工業(yè)* D打印服務僅啟動兩年時間，已有2* 單汽車工業(yè)領域的原型設計產(chǎn)品訂單，以及10單左右的無人機、機器人以及政府訂單；合作企業(yè)包括豐田汽車、東海理化汽車零部件、吉利汽車、神舟飛行器、天津醫(yī)科大學總醫(yī)院、小黃車等。據(jù)悉，如果訂單的數(shù)據(jù)足夠成熟，只需要確認數(shù)據(jù)無誤后進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理，在德爾慧下單，選擇合適的生產(chǎn)工藝即可，周期在兩天左右。如果數(shù)據(jù)需要調(diào)整、或是工件尺寸較大，則需要大概7天左右的生產(chǎn)周期。后期處理則另行計算。

在生產(chǎn)端，為了盡可能保證用戶需求得到滿足，德爾慧工業(yè)* D打印依托此前的渠道積累，和國內(nèi)外的* D打印商均有合作。因此能調(diào)集外部資源來為有需求的企業(yè)提供服務。進而更好的滿足用戶的需求。

很多大廠對于* D打印的工業(yè)級應用認知還不夠，他們也正在努力培育這個不夠成熟的市場。也希望有更多的合作伙伴可以一起加入這個龐大的市場，加快培育進程。