1、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
2、 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
3、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
4、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；
5、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
6、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
7、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
8、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
9、 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
10、 。 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
11、 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
12、 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 打 印 机 的 拥 有 者 是 一 家 以 色 列 公司 Objet.同 一 件 东 西 ， 可 以 打 印 出 不 同 弹 性 、 不 同 颜 色 的 版 本 ， 或 者 打 印 出一 件 连 续 的 东 西 ， 但 是 不 能 不 同 部 位 所 用 的 材 料 是 一 样 的 。所 有 的 技 术 问 题 都 会 随 着 资 金 的 投 入 ， 迟 早 都 会 解 决 。 因 此 3DP 打 印 飞机 ， 人 体 器 官 等 必 将 会 由 梦 想 变 成 现 实 。
