快速成型设备的类型
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快速原型技术的原理、工艺流程和技术特点；
快速成型属于离散/累积成型。基于成形原理，提出了一种全新的思维方式尺寸模型，即将计算机上制作的零件三维模型网格化存储，并进行分层，获得各层截面的二维轮廓信息。根据这些轮廓信息，自动生成加工路径。在控制系统的控制下，成型头有选择地将成型材料逐层固化或切割，形成各截面的轮廓片，依次逐层叠加成三维毛坯。然后，对毛坯进行后处理以形成零件。
快速原型制作的过程如下:
l)建立产品的三维模型。由于RP系统是由三维CAD模型直接驱动的，所以首先要构建被加工工件的三维CAD模型。三维CAD模型可以通过计算机辅助设计软件(如Pro/E、I-DEAS、Solid Works、UG等)直接构建。)，或者可以将现有产品的二维图纸转换成三维模型，也可以通过激光和ct扫描产品实体，获得点云数据，再通过逆向工程构建三维模型。
2)三维模型的近似处理。由于产品往往具有一些不规则的自由曲面，因此在加工前需要对模型进行近似，以方便后续的数据处理。STL格式文件以其简单实用的格式成为快速成型领域的准标准接口文件。它使用一系列小三角形平面来近似原始模型。每个小三角形由三个顶点坐标和一个法向量描述，三角形的大小可以根据精度要求选择。STL文件有两种输出形式:二进制代码和ASCll代码。二进制代码的输出形式所占的空间比ASCII代码的文件输出形式所占的空间要小得多，但是ASCII代码的输出形式是可以读取和检查的。典型的CAD软件都有转换输出STL格式文件的功能。
3)对三维模型进行切片。根据被加工模型的特点，选择合适的加工方向，在成型高度方向上以一定间隔用一系列平面切割近似模型，从而提取截面的轮廓信息。间隔一般为0.05mm~0.5mm，常用0.1mm。间隔越短，成型精度越高，但成型时间越长，效率越低，反之，精度越低但效率越高。
4)成型加工。根据切片的截面轮廓，在计算机的控制下，相应的成型头(激光头或喷头)根据截面轮廓信息做扫描运动，在工作台上逐层堆积材料，然后将各层粘合在一起，最终得到原型产品。
5)成型件的后处理。将成型件从成型系统中取出，打磨、抛光、涂层，或放入高温炉中进行后烧结，进一步提高强度。
快速成型技术具有以下重要特征:
l)可以制造任何复杂的三维几何实体。由于采用了离散/堆叠成型的原理，将一个非常复杂的三维制造过程简化为二维过程的叠加，可以实现任意复杂形状零件的加工。零件越复杂，RP技术的优势越明显。此外，RP技术特别适用于具有复杂型腔和复杂型面的零件，这些零件用传统方法很难甚至不可能制造。
2)快速性。通过修改或重组CAD模型，可以获得新零件的设计和加工信息。零件可以在几小时到几十小时内制造完成，具有快速制造的突出特点。
3)灵活性高。不需要任何特殊的夹具或工具就可以完成复杂的制造过程，可以快速制造出工具、原型或零件。
4)快速原型技术实现了机械工程多年追求的两个高级目标，即材料提取(气、液、固相)过程与制造过程的集成，设计(CAD)与制造(CAM)的集成。
5)结合逆向工程、CAD技术、网络技术和虚拟现实，成为产品快速开发的有力工具。
因此，快速成型技术在制造领域发挥着越来越重要的作用，并将对制造业产生重要影响。
快速成型技术的分类；
快速成型技术按成型方法可分为两大类:基于激光和其他光源的激光技术，如立体光刻机(SLA)、分层实体制造(LOM)、选择性激光粉末烧结(SLS)、形状沉积成型(SDM)等。喷射技术，如熔融沉积成型(FDM)、三维打印(3DP)和多相喷射沉积(MJD)。下面简单介绍一下比较成熟的技术。
1、SLA(stereolithography Apparatus)工艺SLA工艺又称光造型或立体光刻，由美国查尔斯·胡尔于1984年申请专利。1988美国3D系统公司推出商用样机SLA-I，这是世界上第一台快速成型机。SLA成型机占据了RP设备市场的很大份额。
SLA技术是基于液态光敏树脂的光聚合原理。这种液体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，分子量急剧增加，材料由液态变为固态。
SLA工作原理:液体槽中充满液体光固化树脂的激光束，在偏转镜的作用下，可以在液体表面进行扫描，扫描轨迹和有无光由计算机控制。光点击中的地方，液体就会凝固。成型开始时，工作平台在液面以下一定深度。聚焦光斑根据计算机的指令在液面上逐点扫描，即逐点固化。当一层扫描完成后，未照射的区域仍然是液态树脂。然后升降台带动平台下降一层，成型的一层覆盖一层树脂。刮刀将粘度较高的树脂刮平，然后扫描下一层，新循环的一层与上一层牢固粘合，如此反复，直至整个零件制造完成，得到三维实体模型。
SLA方法是目前快速成型技术领域研究最多的方法，也是技术上最成熟的方法。SLA工艺成形的零件精度高，加工精度一般可达0.1 mm，原材料利用率近100%。但这种方法也有一定的局限性，如需要支撑、树脂收缩导致精度下降、光固化树脂有毒性等。
2.LOM(层压对象制造)工艺LOM工艺被称为层压实体制造或分层实体制造，是由美国Helisys公司的Michael Feygin于1986年研制成功的。LOM工艺使用薄材料，如纸和塑料薄膜。片材表面预先涂有一层热熔胶。在加工过程中，热压辊对板材进行热压，使其粘附在下面成型的工件上。用CO2激光在新粘接的层上切割零件的截面轮廓和工件的外框，在截面轮廓和外框之间的多余区域切割上下对齐的网格。激光切割完成后，工作台带动成型的工件下降并与条状板材分离。进给机构转动接收轴和进给轴，带动料带移动，将新层移动到加工区。工件接头上升到加工平面，热辊热压，使工件层数增加一层，高度增加一个材料厚度。然后在新图层上切割轮廓。重复这一过程，直到零件的所有部分都被粘合和切割。最后，去除切碎的多余部分，得到分层制造的实体零件。
LOM工艺只需要切割板材上零件截面的轮廓，不需要扫描整个截面。所以厚壁零件成型速度更快，容易制造大型零件。过程中没有材料相变，不容易造成翘曲变形。工件外框和横截面轮廓之间的多余材料在加工中起支撑作用，因此LOM工艺不需要支撑。缺点是材料浪费严重，表面质量差。
3.SLS(选择性激光烧结)工艺SLS工艺被称为选择性激光烧结，是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R.Dechard于1989年研制成功的。SLS工艺是由粉末材料制成的。将材料粉铺在成型件的上表面，刮平。用高强度CO2激光扫描新铺设的新层上的零件截面。材料粉末在高强度激光的照射下烧结在一起，得到零件的截面，并与下面成型的零件连接。当烧结一层截面时，新的一层材料粉末被铺开，下面的截面被选择性烧结。
烧结后，去除多余的粉末，然后对零件进行抛光和干燥。
SLS技术的特点是材料广泛，不仅可以制造塑料零件，还可以制造陶瓷、蜡等材料的零件，尤其是金属零件。这使得SLS工艺具有吸引力。SLS工艺不需要支撑，因为没有烧结粉末起支撑作用。
4.3DP(三维打印)工艺三维打印工艺是由麻省理工学院的E-manual Sachs开发的。它已经被美国的Soligen公司商业化，命名为DSPC(直接型壳生产铸造),用于制造铸造用的陶瓷型壳和型芯。
3DP工艺类似于SLS工艺，采用粉末材料，如陶瓷粉末、金属粉末等。不同的是，材料粉末不是通过烧结连接的，而是零件的横截面是由喷嘴用粘合剂(比如硅胶)“打印”在材料粉末上的。
用粘合剂粘合的零件强度低，需要后处理。先烧粘结剂，再高温熔渗金属，使零件致密化，提高强度。
5.FDM(熔融沉积成型)工艺熔融沉积制造(FDM)是由美国学者Scott Crump于1988研制成功的。FDM的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、尼龙等。以丝状形式进食。材料在喷嘴中被加热并熔化。喷嘴沿着零件的横截面轮廓和填充轨迹移动，同时，熔融材料被挤出，迅速凝固并与周围材料凝结。
快速成型技术的应用领域:
目前，RP技术的发展水平在国内主要应用于新产品(包括产品升级)开发的设计验证和模拟样品的试制，即完成从产品概念设计(或改型设计)-造型设计-结构设计-基本功能评估-模拟样品试制的开发过程。一些以塑料结构为主的产品也可以小批量试制，或者进行一些物理功能测试、组装验证、实际外观效果的检验，甚至可以将产品小批量组装后先投放市场，达到问路的目的。
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和功能验证。RP技术可以将产品设计的CAD模型快速转化为实物模型，可以方便地验证设计者的设计思路和产品结构的合理性、可装配性和美观性，发现设计中的问题可以及时修正。如果采用传统的方法，需要完成图纸、工艺设计、工装、模具制造等多个环节，周期长，成本高。如果不经过设计验证就直接投产，一旦有设计失误，会造成很大的损失。
(2)可制造性和可装配性检查、供应询价和市场推广。利用RP方法来检验和设计汽车、卫星、导弹等空间有限的复杂系统的可制造性和可装配性，将大大降低此类系统的设计和制造难度。对于难以确定的复杂零件，可以利用RP和technology进行试生产，确定最佳合理的工艺。此外，RP原型也是产品从设计到商业化之间沟通的有效手段。比如为客户提供产品样品，进行市场推广，快速成型技术已经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件，可采用高强度工程塑料直接快速成型，满足使用要求；对于复杂的金属零件，可以通过快速铸造或直接金属成形获得。这种应用对航空、航天和国防工业具有特殊意义。
(4)快速模具制造。通过各种转换技术，将RP原型转化为各种快速模具，如低熔点合金模具、硅胶模具、金属冷喷涂模具、陶瓷模具等。，生产中小批量零件，符合产品更新换代快、批量更小的发展趋势。快速成型技术的应用领域几乎包括了制造领域的所有行业，在医疗、人体工程、文物保护等行业也得到了广泛的应用。
快速成型技术的主要应用如下:
◆汽车、摩托车:外观、内饰零部件的设计、改装、装配试验，发动机、气缸盖的试制。
家用电器:各种家用电器的外形结构设计、组装测试及功能验证、市场推广、模具制造。
◆通信产品:产品外形结构设计、组装测试、功能验证、模具制造。
航空航天:特种零件的直接制造，叶轮、涡轮、叶片的试制，发动机的试制和装配试验。
◆轻工业:各类产品的设计、验证、组装、市场推广，玩具、鞋类模具的快速制造。
医疗:医疗器械的设计、试制和试用，CT扫描信息的物化，手术模拟，人体骨关节的制备。
国防:各种武器零件的设计、装配和试制，特殊零件的直接生产，遥感信息的建模。
总之，快速成型技术的发展是近20年来制造领域的一个突破。它不仅在制造原理上完全不同于传统方法，更重要的是在当前市场响应速度是产业战略第一的形势下，RP技术可以缩短产品开发周期，降低开发成本，提高企业竞争力。下面的例子说明了这种技术在产品开发过程中的作用。
1.设计验证:用于验证新产品的外观设计和结构设计，发现设计缺陷，改进产品设计。在现代产品设计中，设计手段越来越先进，计算机辅助设计使得产品设计快速直观。但是，由于软硬件的限制，设计人员仍然无法直观地评价所设计产品的有效性、结构的合理性和生产工艺的可行性。快速原型技术为设计师快速获取产品样品，直观判断产品提供了先进的技术手段。我们公司为一家摩托车厂的新250摩托车制作了样板，包括油箱、前后挡板、座椅和侧盖等。***13件。采用AFS成型技术，仅用12天就完成了整个制作。设计师将样品安装在车身上，经过仔细的评估和反复的比较，再次修改了产品的外观，达到了理想的状态。这种验证过程使设计更加完善，避免了盲目生产造成的浪费。
2.装配验证:制作样品，进行装配实验。天津一家公司委托我们加工传真机外壳和电话。用户不仅要对外观进行评价，还要将传真机的内部零件放入样品中进行组装实验和结构评价。公司首先选择了传统的加工方式，分块加工和手工粘接。仅加工一套电话听筒就花了4000元，耗时20天。预计做一个传真机样品需要2个月，费用2？5万元。我公司采用快速成型技术，仅用15天就向委托方交付了一套6件该产品。在装配实验中，用户发现了七个装配干涉点和不合理的结构。两种方法相比，传统的传真机BABS塑料装配样品加工方法工序多，手工拼接费时、费力、浪费材料、加工周期长。对于复杂的结构和曲面，加工粗糙，尺寸精度低，无法建立物理模型与设计模型的一一对应关系，因此很难在装配实验中检测出设计误差。自动成型方式自动化程度高，一次成型，周期短，精度高，与设计模型一一对应，更适合样品组件的生产制造。
3.功能验证:我公司为某摩托车厂制造250双缸摩托车气缸盖。这是新设计的发动机，用户需要10个样本进行发动机模拟实验。该零件内部结构复杂，传统机加工无法加工，只能铸造。整个过程需要经过开模、制芯、装模、铸造、喷砂、机加工，和实际生产过程一样。其中，仅开模就需要三个月。这对于在时间和木材上制作小批量样品是不可接受的。我们采用选择性激光烧结技术，以熔模铸造材料为成型材料，仅用5天时间就在快速成型机上加工出10件熔模铸件，再用熔模铸造工艺在10天后得到铸坯。经过必要的加工，这台发动机的试制在30天内完成。
4.快速铸造:在制造业中，尤其是航空、航天、国防、汽车等重点行业中，* * *基础的核心部件一般都是金属零件，有相当一部分金属零件是不对称的，表面不规则或结构复杂，内部结构精细。这些零件通常通过铸造或拆卸来生产。在铸造生产中，模板、芯盒、蜡模、压铸模具的制造往往是通过机械加工来完成的，有时还需要钳工进行修整，不仅周期长、费用高，而且从模具设计到加工制造都是一个复杂的过程。如果出错，就会导致全部返工。尤其是一些形状复杂的铸件，如叶片、叶轮、发动机缸体、气缸盖等。，模具制造是一个比较困难的问题。即使使用数控加工中心等昂贵的设备，在加工技术和工艺可行性上仍有很大困难。可想而知，这类零件如果试制或小批量生产，制造周期、成本和风险都将是相当可观的。
激光快速成型技术已被证明是解决小批量复杂零件制造的非常有效的手段。到目前为止，我们已经通过激光快速成型成功生产了包括钟形件、叶片、发动机转子、泵体、发动机缸体、气缸盖等1000多个扫描盘钻孔零件。我们把快速成型和铸造工艺的结合称为快速铸造工艺。图5显示了快速铸造工艺和传统铸造工艺之间的比较。由于快速铸造过程中不需要开模，大大节约了制造周期和成本。图6示出了通过快速铸造方法生产的燃气第二动子的S形截面。该零件的直径为80Omm，高度为410m。它是用传统的金属铸造方法制造的。模具制造周期半年左右，成本几十万。采用快速铸造法，快速原型铸造投资7天(分6段)，组装、装配、铸造10天，每件费用不超过20000(* * * 6件)。采用快速原型法生产的新型坦克增压器的铸造熔模，我们在五天内完成了37个蜡模的制作，使得整个试制任务提前了三个月。
5.翻转成型:在实际应用中，很多产品只能通过模具加工。先做出产品样品，再用成型机复制模具，是一种省时又省钱的方法。发动机泵壳原型产品难以用传统加工方法加工，必须用模具成型。预计开模时间8个月，费用至少30万。产品设计错了，整套模具就报废了。我们用快速成型的方法为这个产品做了一个塑料样品，作为模具的母模来复制硅胶模具。将母模固定在铝标模框内，倒入准备好的硅橡胶，静置12？20小时后，硅橡胶完全固化，打开模框，取出硅橡胶，用刀沿预定分模线切开，取出母模，即成功复制出用于铸造泵壳蜡模的硅橡胶模具。经过涂装、烘烤、失蜡、压铸、喷砂，仅用两个月就能制造出合格的泵壳铸件。必要的加工后即可安装运行，比传统方法缩短整个试制周期三分之二，节约成本四分之三。
6.样品制作:制作展示新产品和进行市场推广的产品替代品，如制作通讯、家电、建筑模型等。
7.工艺和材料验证:快速制作各种蜡模，用于熔模铸造新工艺和新材料的探索和验证，以及新产品制造所需辅助工具和部件的试验。几乎没有余量的精密铸造叶片的实验品。首先用一台成型机根据不同的收缩率一次性制作出叶片的几个蜡模，然后进行涂蜡、编号、失蜡铸造。通过对得到的叶片铸件进行测量，重复几次就可以确定不同材料的收缩率，为批量生产奠定了基础。如果通过开模的方式进行实验，其成本和周期都会大大增加。发动机的高速涡轮需要高材料和致密铸件。利用激光快速自动造型机，制作了四个精密铸造用蜡模，编号并涂上涂料，分别用不同比例的特种合金铸造。对四种样品分别进行了测试和比较，确定了材料的最佳配方。从建模到得出结果只需要一个月。
8.逆向工程与快速成型:由成型机成型的摩托车前面板样品，它包含一个大灯和两个侧灯罩，它们与面板形成一个完整的曲面。这是利用逆向工程进行零件详细设计的典型例子。整个工艺流程是，首先建模者根据摩托车的整体形象要求，用污泥制作概念模型，评价满意后，用三坐标测量仪数字化。测量的数据用Pro/E软件的Scantools模块整理，转换成曲线模型，再转换成实体模型，计算出“细节”。最后由成型机构制成样车模型，打磨喷漆后安装在摩托车上进行外观和装配检查。整个过程从完成坐标测量到样品的获取只需要一周时间。此时得到的样品模型与原来的油泥模型不同，变成了与实际零件壁厚、大小相同，具有完整的筋、孔等结构的零件模型，这无疑是比油泥模型的一大进步。如果此时需要修改模型，只能在CAD系统上进行。当模型的外观和详细结构确定后，最终的模型数据可用于模具设计和加工。