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快速成型技术 快速成形技术（RapidPrototyping，简称RP）是二十世纪八十年代末九十年代初兴起并迅速发展起来的新的先进制造技术.是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维物理实体的技术总称，其基本过程是：首先设计出所需零件的计算机三维模型（数字模型、CAD模型），然后根据工艺要求，按照一定的规律将该模型离散为一系列有序的单元，通常在Z向将其按一定厚度进行离散（习惯称为分层），把原来的三维CAD模型变成一系列的层片；再根据每个层片的轮廓信息，输入加工参数，自动生成数控代码；最后由成形机成形一系列层片并自动将它们联接起来，得到一个三维物理实体。快速成型技术-原理 快速成型技术(RP)的成型原理是基于离散-叠加原理而实现快速加工原型或零件.这里所说的快速加工原型是指能代表一切性质和功能的实验件,一般数量较少,常用来在新产品试制时作评价之用.而这里所说的快速成型零件是指最终产品,已经具有最佳的特性,功能和经济性.快速成型技术-工艺过程 l）产品三维模型的构建。由于RP系统是由三维CAD模型直接驱动，因此首先要构建所加工工件的 快速成型技术三维CAD模型。该三维CAD模型可以利用计算机辅助设计软件（如Pro/E,I-DEAS,SolidWorks,UG等）直接构建，也可以将已有产品的二维图样进行转换而形成三维模型，或对产品实体进行激光扫描、CT断层扫描，得到点云数据，然后利用反求工程的方法来构造三维模型。 2）三维模型的近似处理。由于产品往往有一些不规则的自由曲面，加工前要对模型进行近似处理，以方便后续的数据处理工作。由于STL格式文件格式简单、实用，目前已经成为快速成型领域的准标准接口文件。它是用一系列的小三角形平面来逼近原来的模型，每个小三角形用3个顶点坐标和一个法向量来描述，三角形的大小可以根据精度要求进行选择。STL文件有二进制码和ASCll码两种输出形式，二进制码输出形式所占的空间比ASCII码输出形式的文件所占用的空间小得多，但ASCII码输出形式可以阅读和检查。典型的CAD软件都带有转换和输出STL格式文件的功能。3）三维模型的切片处理。根据被加工模型的特征选择合适的加工方向，在成型高度方向上用一系列一定间隔的平面切割近似后的模型，以便提取截面的轮廓信息。间隔一般取0.05mm0.5mm，常用0.1mm。间隔越小，成型精度越高，但成型时间也越长，效率就越低，反之则精度低，但效率高。4）成型加工。根据切片处理的截面轮廓，在计算机控制下，相应的成型头（激光头或喷头）按各截面轮廓信息做扫描运动，在工作台上一层一层地堆积材料，然后将各层相粘结，最终得到原型产品。5）成型零件的后处理。从成型系统里取出成型件，进行打磨、抛光、涂挂，或放在高温炉中进行后烧结，进一步提高其强度。 快速成型技术-特征 快速成型技术(RapidPrototyping&Manufacturing,缩写为RP)其特点是可以不需机加工设备或者模 快速成型技术即可快速制造形l）可以制造任意复杂的三维几何实体。由于采用离散堆积成型的原理它将一个十分复杂的三维制造过程简化为二维过程的叠加，可实现对任意复杂形状零件的加工。越是复杂的零件越能显示出RP技术的优越性此外，RP技术特别适合于复杂型腔、复杂型面等传统方法难以制造甚至无法制造的零件。2）快速性。通过对一个CAD模型的修改或重组就可获得一个新零件的设计和加工信息。从几个小时到几十个小时就可制造出零件，具有快速制造的突出特点。3）高度柔性。无需任何专用夹具或工具即可完成复杂的制造过程，快速制造工模具、原型或零件。4）快速成型技术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。5）与反求工程（Reverse Engineering）、CAD技术、网络技术、虚拟现实等相结合，成为产品决速开发的有力工具。快速成型技术-分类 快速成型技术根据成型方法可分为两类：基于激光及其他光源的成型技术（LaserTechnology），例如：光固化成型（SLA）、分层实体制造（LOM）、选域激光粉末烧结（SLS）、形状沉积成型（SDM）等；基于喷射的成型技术（JettingTechnoloy），例如：熔融沉积成型（FDM）、三维印刷（3DP）、多相喷射沉积（MJD）。下面对其中比较成熟的工艺作简单的介绍。SLA技术是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态材料在一定波长和强度的紫外光照射下能迅速发生光聚合反应，分子量急剧增大，材料也就从液态转变成固态。 SLA原理SLA工作原理：液槽中盛满液态光固化树脂激光束在偏转镜作用下，能在液态表而上扫描，扫描的轨迹及光线的有无均由计算机控制，光点打到的地方，液体就固化。成型开始时，工作平台在液面下一个确定的深度聚焦后的光斑在液面上按计算机的指令逐点扫描，即逐点固化。当一层扫描完成后未被照射的地方仍是液态树脂。然后升降台带动平台下降一层高度，已成型的层面上又布满一层树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平，然后再进行下一层的扫描，新周化的一层牢周地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕，得到一个三维实体模型。SLA方法是目前快速成型技术领域中研究得最多的方法也是技术上最为成熟的方法。SLA工艺成型的零件精度较高，加工精度一般可达到0.1mm，原材料利用率近100。但这种方法也有白身的局限性，比如需要支撑、树脂收缩导致精度下降、光固化树脂有一定的毒性等。优点：（1）成型过程自动化程度高(2)尺寸精度高。(3)表面质量优良。(4)可以制作结构十分复杂的模型。(5)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。缺点：(1)成型过程中伴随着物理和化学变化，所以制件较易弯曲，需要支撑，(2)设备运转及维护成本较高。(3)可使用的材料种类较少。(4)液态树脂具有气味和毒性，并且需要避光保护，以防止提前发生聚合反应，选择时有局限性。(5)需要二次固化。(6)液态树脂同化后的性能尚不如常用的工业塑料，一般较脆、易断裂，不使进行机加工。LOM（LaminatedObjectManufacturing，LOM）工艺LOM工艺称叠层实体制造或分层实体制造，由美国Helisys公司的MichaelFeygin于1986年研制成功。LOM工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等。片材表面事先涂覆上一层热熔胶。 LOM原理加工时，热压辊热压片材，使之与下面已成型的工件粘接。用CO2激光器在刚粘接的新层上切割出零件截面轮廓和工件外框，并在截面轮廓与外框之间多余的区域内切割出上下对齐的网格。激光切割完成后，工作台带动已成型的工件下降，与带状片材分离。供料机构转动收料轴和供料轴，带动料带移动，使新层移到加工区域。工作合上升到加工平面，热压辊热压，工件的层数增加一层，高度增加一个料厚。再在新层上切割截面轮廓。如此反复直至零件的所有截面粘接、切割完。最后，去除切碎的多余部分，得到分层制造的实体零件。 LOM工艺只需在片材上切割出零件截面的轮廓，而不用扫描整个截面。因此成型厚壁零件的速度较快，易于制造大型零件。工艺过程中不存在材料相变，因此不易引起翘曲变形。工件外框与截面轮廓之间的多余材料在加工中起到了支撑作用，所以LOM工艺无需加支撑。缺点是材料浪费严重，表面质量差。SLS（SelectiveLaserSintering）工艺SLS工艺称为选域激光烧结，由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R.Dechard于1989年研制成功。SLS工艺是利用粉末状材料成型的。 SLS原理其原理是将材料粉末铺洒在已成型零件的上表面，并刮平，用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面，材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成型的部分连接。当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，有选择地烧结下层截面。烧结完成后去掉多余的粉末，再进行打磨、烘干等处理得到零件。优点：（1）精度高。制件在X和y方向的精度可达0.10.2mm，Z方向的精度可达0.20.3mm。（2）实体制造中无需设计和制作支撑，所以制作效率高、速度快、成本低。缺点：（1）特别是薄壁件的抗拉强度和弹性不够好；（2）易吸湿膨胀，成型后应尽快进行表面防潮处理；（3）件表面有台阶纹，其高度等于材料的厚度(通常为0.1mm左右)SLS工艺的特点是材料适应面广，不仅能制造塑料零件，还能制造陶瓷、蜡等材料的零件，特别是可以制造金属零件。这使SLS工艺颇具吸引力。SLS工艺无需加支撑，因为没有烧结的粉末起到了支撑的作用。优点是(1)可采用多种材料。(2)制造工艺比较简单。(3)高精度。依赖于使用的材料种类和粒径、产品的几何形状和复杂程度，该工艺一般能够达到工件整体范围内(0.052.5)mm的公差。当粉末粒径为0.1mm以下时，成型后的原型精度可达l。(4)材料利用率高，价格便宜，成本低。(5)无需支撑结构。3DP(ThreeDimensionPrinting）工艺三维印刷工艺是美国麻省理工学院E-manualSachs等人研制的。已被美国的Soligen公司以DSPC（DirectShellProductionCasting）名义商品化，用以制造铸造用的陶瓷壳体和型芯。3DP工艺与SLS工艺类似，采用粉末材料成型，如陶瓷粉末、金属粉末。所不同的是材料粉末不是通过烧结连结起来的，而是通过喷头用粘结剂（如硅胶）将零件的截面“印刷”在材料粉来上面。3DP的原理如图所示，左面是3DP原理储粉筒,材料被放置在快速成型过程的起始位置。零件是由粉末和胶水组成的。右面就是部件制作的地方。在工作平台的里面是一个平整的金属盘,上面一层层微细的粉末由滚筒铺开,然后在制作过程中由打印头喷出粘着剂进行粘结.其优点：（1）速度快，（2）是和制造复杂形状的零件，（3）可用与制造复合材料或非均匀材料的零件，（4）可是和制造小批量零件，（5）无污染，是绿色化的办公室设计。缺点：（1）零件精度差，表面粗糙度差（2）零件易变性甚至出现裂纹。FDM（FusedDepostionModeling）工艺熔融沉积制造（FDM）工艺由美国学者ScottCrump于1988年研制成功。FDM的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、尼龙等。以丝状供料。材料在喷头内被加热熔化。喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速凝固，并与周围的材料凝结。FDM工艺原理如图所示。 FDM原理与上述工艺不同，FDM不采用激光，成型材料为丝状的高分子聚合物；在开始成型之前，丝状材料需要先在液化管中被加热到略高于其软化点以将其熔化。成型时，喷头在计算机控制下作x-y联动扫描，同时喷出半流动状的高分子聚合物，高分子聚合物在成型室中冷却成型，并与已经成型的下层牢固地粘结在一起。FDM工艺的缺点是需要支撑，而且由于物态变化，成型后原型存在变形现象优点：(1)由于热融挤压头系统构造原理和操作简单，维护成本低，系统运行安全。(2)成型速度快。用熔融沉积方法生产出来的产品，不需要SLA中的刮板再加工这一道工序。(3)用蜡成型的零件原型，可以直接用于熔模铸造。(4)可以成型任意复杂程度的零件，常用于成型具有很复杂的内腔、孔等零件。(5)原材料在成型过程中无化学变化，制件的翘曲变形小。(6)原材料利用率高，且材料寿命长。(7)支撑去除简单，无需化学清洗，分离容易。缺点：(1)成型件的表面有较明显的条纹。(2)沿成型轴垂直方向的强度比较弱。(3)需要设计与制作支撑结构。(4)需要对整个截面进行扫描涂覆，成型时间较长。(5)原材料价格昂贵。快速成型技术-应用 目前RP技术的发展水平而言，在国内主要是应用于新产品（包括产品的更新换代）开发的设计验证和模拟样品的试制上，即完成从产品的概念设计（或改型设计）-造型设计-结构设计-基本功能评估-模拟样件试制这段开发过程。对某些以塑料结构为主的产品还可以进行小批量试制，或进行一些物理方面的功能测试、装配验证、实际外观效果审视，甚至将产品小批量组装先行投放市场，达到投石问路的目的。快速成型的应用主要体现在以下几个方面：（1）新产品开发过程中的设计验证与功能验证。RP技术可快速地将产品设计的CAD模型转换成物理实物模型，这样可以方便地验证设计人员的设计思想和产品结构的合理性、可装配性、美观性，发现设计中的问题可及时修改。如果用传统方法，需要完成绘图、工艺设计、工装模具制造等多个环节，周期长、费用高。如果不进行设计验证而直接投产，则一旦存在设计失误，将会造成极大的损失。 （2）可制造性、可装配性检验和供货询价、市场宣传，对有限空间的复杂系统，如汽车、卫星、导弹的可制造性和可装配性用RP方法进行检验和设计，将大大降低此类系统的设计制造难度。对于难以确定的复杂零件，可以用RP，技术进行试生产以确定最佳的合理的工艺。此外，RP原型还是产品从设计到商品化各个环节中进行交流的有效手段。比如为客户提供产品样件，进行市场宣传等，快速成型技术已成为并行工程和敏捷制造的一种技术途径。（3）单件、小批量和特殊复杂零件的直接生产。对于高分子材料的零部件，可用高强度的工程塑料直接快速成型，满足使用要求;对于复杂金属零件，可通过快速铸造或直接金属件成型获得。该项应用对航空、航天及国防工业有特殊意义。（4）快速模具制造。通过各种转换技术将RP原型转换成各种快速模具，如低熔点合金模、硅胶模、金属冷喷模、陶瓷模等，进行中小批量零件的生产，满足产品更新换代快、批量越来越小的发展趋势。快速成型应用的领域几乎包括了制造领域的各个行业，在医疗、人体工程、文物保护等行业也得到了越来越广泛的应用。快速成型技术在各行业中的应用：汽车、摩托车：外形及内饰件的设计、改型、装配试验，发动机、汽缸头试制。 快速成型技术家电：各种家电产品的外形与结构设计，装配试验与功能验证，市场宣传，模具制造。 通讯产品：产品外形与结构设计，装配试验，功能验证，模具制造。航空、航天：特殊零件的直接制造，叶轮、涡轮、叶片的试制，发动机的试制、装配试验。轻工业：各种产品的设计、验证、装配，市场宣传，玩具、鞋类模具的快速制造。医疗：医疗器械的设计、试产、试用，CT扫描信息的实物化，手术模拟，人体骨关节的配制。 国防：各种武器零部件的设计、装配、试制，特殊零件的直接制作，遥感信息的模型制作。总之，快速成型技术的发展是近20年来制造领域的突破性进展，它不仅在制造原理上与传统方法迥然不同，更重要的是在目前产业策略以市场响应速度为第一的状况下，RP技术可以缩短产品开发周期，降低开发成本，提高企业的竞争力。快速成型技术-产品展示 SLS产品SLA产品LOM产品FDM产品3DP产品3DP产品3DP产品窗体顶端窗体底端三维快速成型设备ZCorp三维快速成型设备ZCorp（Z450）产品简介三维打印式快速成型机是将粉末由储存桶送出一定分量，再以磙筒将送出之粉末在加工平台上铺上一层很薄的原料，喷嘴依照3D电脑模型切片后获得的二维层片信息喷出黏著剂，黏著粉末。做完一层，加工平台自动下降一点，储存桶上升一点，刮刀由升高了的储存桶把粉末推至工作平台并把粉末推平。再喷黏著剂，如此循环便可得到所要的形状。常用的ZCorp立体打印材料是石膏粉及淀粉，但亦有其他材料可供选用，如弹性塑料等。更有多种颜色的墨水可供选择，甚至可更换彩色墨头，即时打印出彩色快速成型工件。 速度快 ZCorp系统是世界上速度最快的三维成型机。几秒钟就可打印一层，因此，完成一个手持式部件的成型作业任务只需1-2小时。 彩色 ZCorporation的三维成型机可使用全色24位调色板制作部件，从而可提供多色的部件原型。这一功能为设计人员提供了在整个设计过程中更有效地发挥其创造力和合作精神所需的数据。颜色可用来交流重要信息，包括工程数据、标签、突显文字和外观仿真等。 简单 ZCorp.系统与办公设备兼容，可直接安装于办公室内使用，因此可消除指定专职技术人员的必要性。ZCorp.系统基于开发用于喷墨打印机的标准的、市场有售的部件而制造，因此是一套可靠的、值得信赖的三维成型机。 通用 各公司在其设计过程的每一步都采用ZCorp.系统制作部件，用以交流、设计审查和功能测试。渗透部件选项向客户提供了制作多属性材料部件的机会，以满足广泛的造型需要。 ZCorporation提供数款材料系统以满足各种不同类型的成型需求。各种不同材料的选项可使用户自定义每件应用产品的材料属性，更进一步加强了ZCorp.三维成型机的便利性。每款材料系统在使用ZCorp.三维成型机时可提供高速成型和低耗材成本标准。 加载新材料到三维成型机中是一个快速和简单的过程。另外，所有未使用的材料均可回收，可进一步降低材料成本。 ZCorp.ZPrinter450 现在你每一天都可以快速地，并以较低成本打印你们想要的三维立体彩色原型。最新推出的ZPrinter450，它让每一个人有机会拥有自家的彩色三维立体打印成型技术。ZPrinter450作为最低定价的彩色三维立体打印成型机，不但能输出亮丽颜色的三维立体原型，更拥有最节省时间、自动化的操作和更容易处理的打印流程。它的彩色三维立体打印成型非常技术适合各式各样的行业应用，从产品设计，到生产原型和建筑概念模型至教学用途、医疗和艺术等。现在你可以在任何时间、任何地方，借由超卓的ZPrinter450建构你想要的全彩三维立体原型。 ZCorp.2007年最新推出经济型一体化三维彩色打印机ZPrinter450. 3DP技术：直接通过数据化数据逐层创建三维实体模型。将三维CAD文件导入专用系统软件中。直接由数字化数据逐层构建三维实体模型。将三维CAD文件导入专用系统软件中。软件将文件分割为适于三维打印机使用的薄截面片。三维打印成型机现在部件的截面处铺撒一层粉末，然后利用喷墨涂上连接体。这样每次一层，逐渐创建模型。此过程不断重复，直到所有层面均已成型，部件完成制作，可以取出。 作业速度每分钟2-4层 作业尺寸203x254x203毫米（8x10x8英寸） 物料选项高性能复合材料、高弹性材料、直接铸造材料 层厚打印成型时可由用户自行设定；0.089-0.102毫米（0.0035-0.004英寸） 分辨率300450dpi 打印头数目、喷嘴数目共2个打印头（1个彩色，1个单色），608个喷嘴 系统软件ZCorporation的专用软件接受以STL，VRML和PLY格式输入的实体模型数据。ZPrint软件采用三维浏览，文本标签和缩放比例功能。 机身尺寸122x79x140厘米（48x31x55英寸） 机身净重193公斤（425磅） 打印文件格式STL，VRML，PLY 电源要求100V、14.4A或115V、14.0A或230V、6.2A 网络连接：TCPIP10010baseT 兼容工作站Windows2000Professional和WindowsXPProfessional 依从规章CE，CSA 特殊工具需求无。产品特征商标ZCorp型号Z450规格200X250X2zcorp快速成型机三维打印式快速成型机是将粉末由储存桶送出一定分量，再以滾筒将送出之粉末在加工平台上铺上一层很薄的原料，喷嘴依照3D电脑模型切片后获得的二维层片信息喷出黏著剂，黏著粉末。做完一层，加工平台自动下降一点，储存桶上升一点，刮刀由升高了的储存桶把粉末推至工作平台並把粉末推平。再喷黏著剂，如此循环便可得到所要的形状。常用的ZCorp立体打印材料是石膏粉及淀粉，但亦有其他材料可供选用，如弹性塑料等。更有多种颜色的墨水可供选择，甚至可更换彩色墨头， 即時打印出彩色快速成型工件。 最早由美国麻省理工学院（MIT）于1993年开发的三维打印成型技术（3DP三维打印式快速成型），奠定了ZCorporation原型制造过程的基础。3DP三维打印式快速成型技术通过使用液态连结体将铺有粉末的各层固化，以创建三维实体原型。从定义上讲，3DP是一种应用范围广且处理速度快的过程，它适用于上百种不同应用领域中各种复杂的几何学结构，并支持多种材料类型。ZCorp.引领了3DP技术的商用潮流，其开发的三维打印成型机已被一些主要的制造商用来生产早期概念模型和产品原型。利用3DP技术，ZCorp.所开发的三维打印式快速成型机具有处理速度快、成本低廉以及应用范围广的特点。 三维打印式快速成型源数据 ZCorp.的三维打印式快速成型技术利用三维源数据，通常三维源数据的形式为计算机辅助设计（CAD）模型。机械CAD软件包作为创建三维数据的首批应用产品，很快便成为几乎所有产品开发流程的标准。其它行业（比如，建筑设计）也因三维技术所提供的绝对优势而将其应用于本行业，对于各种至关重要的应用产品，这些优势包括视觉效果更佳、自动化程度更高、以及更为经济有效地重复应用三维数据。由于三维设计技术的广泛运用，当今大多数行业已创建了三维设计数据，并能使用ZCorp.的三维打印式快速成型生产实体模型。ZCorp.三维打印式快速成型机的驱动软件能接受所有常用三维文件格式，这些三维文件格式可从主要的三维软件包导出，包括stl、。wrl、。ply和。sfx文件。除机械和建筑设计方面的主流应用产品外，三维打印成型技术已扩展至新的市场，包括医疗、分子及地理模型。其它数据来源包括CTMRI诊断数据、蛋白分子成型数据库数据和数字化三维扫描数据。随着利用三维技术进行设计和成型的日益普及，开发人员创建了大量为各行业量身定做的软件包。下表列举了可与ZCorp.三维打印成型机直接兼容的三维软件包。 从三维成型包中导出实体文件后，用户可在ZPrint中打开该文件，ZPrint？是ZCorp.三维打印式快速成型机的桌面界面。ZPrint的主要功能是将实体对象切割为数字横截面或层，沿Z轴为每个0.1016毫米（0.004英寸）厚的切片创建二维图像。除切割模型截面之外，用户还可以利用ZPrint实现其它生产操作，例如浏览、定位、缩放、上色及标注多个部件。当用户决定要进行成型工作时，ZPrint软件会通过一个标准网络将横截面的二维图像传送至三维打印成型机，这与其它软件将图像或文档传送至标准的二维打印机相同。安装大约需要10分钟。 三维打印式快速成型 ZCorp.三维打印式快速成型机使用标准喷墨打印技术，通过将液态连结体铺放在粉末薄层上，逐层创建各部件。与二维打印机在打印头下送纸不同，三维打印式快速成型机是在一层粉末的上方移动打印头，打印由ZPrint软件传送的横截面数据。ZCorp.系统要求将粉末精确且均匀地分布在制作平台上。三维打印成型机通过逐层升高的供给活塞和平台来完成这项工作。墨辊装置将供给活塞送出的粉末在制作平台上铺开，并特意在每层多铺大约30的粉末，以确保制作平台的整个层面都被粉末密实地覆盖。多余的粉末会掉到溢流槽中，然后流入一个容器，以备下次制作时重新使用。(end)速度快ZCorporation的三维打印成型机是目前市场上最快速的三维打印机，比其它快速原型技术快出510倍。高质量的色彩ZCorporation开发了世界唯一的彩色三维打印成型机.高性能复合材料簡易操作zp131属于一种多用途材料系统，可用于制作最坚硬的部件，具有最优秀的精确度和出色的彩色准确度。此材料是适用于装配和功能测试的完美材料。zp140高性能复合材料将世界上最为易用、最安全和最环保的后处理材料类别带入了成品单色三维立体打印模型领域，采用自来水便可实施快速喷雾处理。ZCast501铸造材料直接金属铸造过程具备采用CAD文件制作金属铸造部件的能力，这个过程比传统原型铸造方法快得多