快速成型技术与三维打印技术的区别.doc

快速成型技术与三维打印技术的区别快速成型技术（rapid prototyping，简称RP）又称快速原型制造技术，是近年来发展起来的一种先进制造技术。快速成型技术20世纪80年代起源于美国，很快发展到日本和欧洲，是近年来制造技术领域的一次重大突破。快速成型是一种基于离散堆积成型思想的数字化成型技术；是CAD、数控技术、激光技术以及材料科学与工程的技术集成。它可以自动、快速地将设计思想物化为具有一定结构和功能的原型或直接制造零部件，从而可对产品设计进行快速评价、修改，以响应市场需求，提高企业的竞争能力。RP将CAD、CAM、CNC、精密伺服驱动、光电子和新材料等先进技术集于一体，依据由CAD构造的产品三维模型，对其进行分层切片，得到各层截面的轮廓。按照这些轮廓，激光束选择性地喷射，固化一层层液态树脂（或切割一层层的纸，或烧结一层层的粉末材料），或喷射源选择性地喷射一层层的粘结剂或热熔材料等，形成各截面，逐步叠加成三维产品。它将一个复杂的三维加工简化成一系列二维加工的组合.快速原型技术突破了“毛坯切削加工成品”的传统的零件加工模式，开创了不用刀具制作零件的先河，是一种前所未有的薄层迭加的加工方法。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。(3)无振动、噪声和切削废料。(4)可实现夜间完全自动化生产。(5)加工效率高，能快速制作出产品实体模型及模具。RPM技术的具体工艺不下30余种，最为成熟的以下四种：1 立体印刷（SLAStereolithgraphy 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，由占到线，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，重新覆盖一层液态材料，再建造一个层，由此层层迭加，成为一个三维实件（如图1所示）。激光立体造型制造精度目前可达0.1mm,主要用作为产品提供样品和实验模型。此外，日本帝人制机开发的SOLIFORM可直接制作注射成型模具和真空注塑模具。2 分层实体制造（LOM，Laminated odject Manufacturing）它采用激光或刀具对箔材进行切割而获得一个层面。具体的说，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，并将其与筠有的层片粘接在一起，这样层层迭加后得到一个块状物；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。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（如图2所示）。LOM可制作一些光造型法难以制作的大型零件和厚壁样件，且制作成本低廉（约为光造型法的1/2）、速度高（约为木模制作时间的1/5以下），并可简便地分析设计构思和功能。3 选择性激光烧结（SLS，Selective Laser Sintering）对于由粉末铺成的很好密密实度和平整度的层面，有选择地直或间接粉末熔化或粘接，形成一个层面，铺粉压实，再熔结或接成另一个层面，并与原层面熔结或粘接，哪此层层迭加为一个三维实体（如图3所示）。FDM技术的最大特点是速度快（一般模型仅需几小时即可成型）、无污染，在原型开发和精铸蜡模等方面得到广泛应用。4 熔融沉积成形（FDM，Fused Deposition Modeling）将热熔性材料（ABS、尼龙或蜡）通过加热器熔化，挤压喷出并堆积一个层面，然后将第二个层面用同样的方法建造出，并与前一个层面熔结在一起，如此层层堆积面获得一个三维实体（如图4所示）。SLS技术造型速度快（一般制品，仅需1天2天即可完成）、造型精度高（每层粉末最小厚度约0.07mm,激光动态精度可达0.09mm,并具有自动激光补偿功能）、原型强度高（聚碳酸脂其弯曲强度可达34.5MPa,尼龙可达55MPa），因此，可用原型进行功能试验和装配模拟，以获取最佳曲面和观察配合状况。三维打印技术，也称三维打印机（3D Printer，简称3DP）是快速成型（Rapid Prototyping,RP）的一种工艺，采用层层堆积的方式分层制作出三维模型，其运行过程类似于传统打印机，只不过传统打印机是把墨水打印到纸质上形成二维的平面图纸，而三维打印机是把液态光敏树脂材料、熔融的塑料丝、石膏粉等材料通过喷射粘结剂或挤出等方式实现层层堆积叠加形成三维实体。这种技术不需要激光，制造和使用成本较低。三维打印技术其实并不是一项全新的技术，它从发明到现在已有25年。不过，三维打印技术以前主要是用来制造一些比较小型的东西。时至今日，一些大型制造商已经开始准备将其用来制造更大的物件。一些三维打印设备的制造商也认为随着这种技术的成熟，将来一些汽车零部件的库存只需要保留电子文档，而无需制造出来存在仓库。一旦有需要，直接打印即可。据说目前三维打印技术已可以用于整车设计制造，工程师希望能在不久的将来用于打印飞机制造和人体生物组织等的制造，以便更好地造福人类。图5 3DP原理图当然，要实现三维打印技术的大规模使用，还有不少挑战。首先是打印材料，它根据打印商品的不同需要各种特殊种类的金属、塑料以及陶瓷等，成本比较高。另外，对于一些结构比较复杂的产品，通过三维打印技术制造会比较慢一些。而就打印飞机而言，找到合适的材料也是一大挑战。空客概念飞机的仿真结构现在还没有找到合适的材料，因为机身必须透明、且有很强的硬度，符合这些特质需要合成材料。 另外，3D打印机本身也是一大问题。据说，世界上目前只有一台3D打印机能够同时打印出多种材料的产品，这台