最新快速成型技术RapidPrototyping
简述快速成型技术的应用领域。
简述快速成型技术的应用领域。
快速成型技术（Rapid Prototyping，RP）是一种通过逐层堆积材料构建三维实体模型的制造技术，它可以快速、精确地制造出产品的样件或模型。
快速成型技术的应用领域非常广泛，下面将从工业设计、医疗领域、建筑设计和教育领域等方面进行简要介绍。
快速成型技术在工业设计领域得到了广泛应用。
在产品设计过程中，通过快速成型技术可以快速制造出产品的样件，供设计师进行实物验证和修正，从而加快产品开发周期。
此外，快速成型技术还可以制造出复杂形状的零部件，为工程师提供更多的设计自由度和创新空间。
快速成型技术在医疗领域也有重要的应用。
医疗器械的研发和生产需要经过严格的验证和测试，而快速成型技术可以快速制造出医疗器械的样件，用于验证其功能和可用性。
此外，快速成型技术还可以制造出个性化医疗器械，如植入式器械和义肢等，为患者提供更好的医疗服务。
快速成型技术在建筑设计领域也有广泛的应用。
传统的建筑模型制作过程需要耗费大量的时间和人力，而快速成型技术可以快速制造出建筑模型，帮助设计师和业主更好地理解和评估建筑设计方案。
此外，快速成型技术还可以制造出建筑构件，如曲面墙板和装饰雕塑等，为建筑设计提供更多的创意和可能性。
快速成型技术在教育领域也有广泛的应用。
通过快速成型技术，学生可以将自己的创意转化为实物，提升创造力和动手能力。
同时，快速成型技术还可以用于制作教学模型和实验装置，帮助学生更好地理解和掌握知识。
快速成型技术在工业设计、医疗领域、建筑设计和教育领域等方面都有广泛的应用。
随着技术的不断发展，快速成型技术将在更多的领域中发挥重要作用，为人们的生活和工作带来更多的便利和创新。
快速成型( Rapid Prototyping )
成型示意图：
二、熔融挤出成型工艺的工作原理三、FDM机台的具体操作
• 1.开机及初始化 • 2.载入模型及调整 • 3.分层参数设置 • 4.开始加工
STL模型检验和修复
• 校验点数：点数越多，修复的正确率越高， 但时间更长，一般设定为5就足够。
测量和修改
• • • • • 单击鼠标左键——拾取面片 按住CTRL键，单击鼠标左键——拾取边 按住SHIFT键，单击鼠标左键——拾取顶点 表面反向——修复法向错误 删除表面——删除多余表面，将与该面片相连通 的所有面片都删除 • 删除面片——删除该面片 • 隐藏表面——隐藏表面，以便测量或者修改 • 设定为成型方向——以该面片为底平面，重新摆 放三维模型。
分层参数详解
• • • • • • • • • • • • • • • • • 包括三个部分：分层、路径、支撑 层厚：单层厚度。 起点：开始分层的高度，一般应为零 终点：分层结束的高度，一般为模型的最高点 轮廓线宽：层片上轮廓的扫描线宽度，一般为：1.3～1.6倍的喷嘴直径 扫描次数：层片轮廓的扫描次数 填充线宽：层片填充线的宽度。 填充间隔：相邻填充线间隔（n-1）个填充线宽 填充角度：每层填充线的方向，可输入六个值，每层依次循环 填充偏置：每层填充线的偏置数，可输入六个值 水平角度：设定能够进行孔隙填充的表面的最小角度（与水平面的夹角），该值越小， 标准填充的面积越小，若过小，会在表面形成孔隙 表面层数：设定水平表面的填充厚度，n个层厚 支撑角度：设定需要支撑的表面的最大角度（与水平面），角度越大，支撑面越大 支撑线宽：支撑扫描线的宽度 支撑间隔：与填充间隔意义类似 最小面积：需要支撑的表面的最小面积 表面层数：靠近原型的支撑部分，为使原型表面质量较高，需采用标准填充
快速原型的制造技术及应用研究
快速原型的制造技术及应用研究一、引言快速原型（Rapid Prototyping，RP）是一种新兴的制造技术，它可以快速制造出三维模型，并在其基础上进行快速制造，同时也被广泛应用于产品设计领域和医疗领域。
二、快速原型技术的发展历程起初，快速原型技术主要用于制造复杂的工业零件，但由于其高效、低成本等优点，被广泛应用于汽车、航天、建筑、文化创意等领域，逐渐发展成为一项独立的制造技术。
三、快速原型技术的制造方法快速原型技术的制造方法主要分为激光烧结、光固化、层压制造和喷射成型等几种方法。
1. 激光烧结激光烧结采用激光束在金属粉末上进行高能量照射，使金属粉末熔化，形成凝固的金属球，在多次重叠后形成零件。
该方法通常用于制造金属零件。
2. 光固化光固化是利用紫外线或激光束的能量使液态树脂快速聚合形成固体，该方法通常用于制造非金属零件。
3. 层压制造层压制造是采用在平面上依次叠压成型材料用三维打印机快速建造出三维物体的方法。
该方法特别适合制造模型和薄壁零件。
4. 喷射成型喷射成型是通过喷射器喷射熔融材料直接形成零件。
该方法特别适合制造中空零件。
四、快速原型技术应用研究1. 产品设计领域在产品设计领域，快速原型技术可以快速制造出三维模型，方便设计师在设计过程中对产品进行修改和改进，大幅度缩短了设计周期并降低了制造成本。
2. 医疗领域在医疗领域，快速原型技术可以通过数字化重建受伤部位，制作出精准的模型，帮助医生进行手术前的规划，并提高手术成功率，减少手术风险。
3. 艺术创意领域在艺术创意领域，快速原型技术可以制造出形态多样的艺术品和创意家居用品，满足人们日益增长的个性化需求。
五、快速原型技术的未来发展快速原型技术的发展受到了技术、市场、资金等多方面的限制。
仍需大量的研究和发展，提高快速原型制造技术的准确度、速度和效率。
未来，快速原型技术的发展将进一步推动新产品和新制造业的发展，并为人们的生活带来更多便利。
六、结论快速原型技术是一项颠覆性的制造技术，是工业和科技发展的重要驱动力之一。
快速成型技术的工作原理
快速成型技术的工作原理快速成型技术（Rapid Prototyping Technology，RPT），也称为快速制造技术（Rapid Manufacturing Technology，RMT），是指采用计算机辅助设计（CAD）、数控加工（CNC）和分层制造技术（SLM）等手段，快速制作出具有复杂内部结构的三维实物模型或器件的一种先进制造技术。
快速成型技术主要包括三个方面的内容：现代制造方式、CAD技术和快速成型技术。
快速成型技术的工作原理是将设计图或CAD模型转为STL文件，再将STL文件通过计算机化控制系统控制加工设备的动作，并以逐层堆积、覆盖、切割、加压等方式将逐层依次进行制造，直至完成所需产品的加工制造。
其具体工作流程如下：1.设计阶段首先，使用计算机辅助设计（CAD）软件将所需产品的三维模型绘制出来。
CAD绘图是快速成型技术的关键环节，决定了产品的实际制造效果和制造成本，需要使用专业的CAD软件进行设计。
2.模型处理阶段CAD设计完成后，需要进行一系列的模型处理。
主要包括增补模型壳体、提高模型强度、修复模型错误等。
这一阶段的处理对制造成型的质量和效率有直接的影响。
3.数据修复阶段接下来进入数据修复阶段，对CAD绘制过程中的错误进行修复和清理，以确保STL文件的精度和准确性，避免在制造过程中出现数据错乱和失真等问题。
4.切片阶段STL文件经过数据处理后，需要切成非常小的层面，比如0.1mm，这个过程称为切片。
通过这个过程将模型切成多个水平层面形成多个切片。
每层镶嵌在一起就变成了整个模型。
5.加工阶段加工阶段就是将切片依次导入数控加工机中，喷射实现逐层累加和压实，也就是通常所说的“逐层堆叠”过程。
这个过程就是快速成型技术的核心技术。
6.后处理阶段最后的后处理阶段可以将产品进行研磨、喷漆、涂料处理等等。
完成整个产品制造的过程。
总之，快速成型技术极大地缩短了从概念到产品推向市场的时间。
快速成型技术的高效加工和制造过程为设计师提供更好的自由度，可以随意尝试和实验不同的设计方案，以最快的速度推向市场产品。
RP快速成型技术的原理介绍
RP快速成型技术的原理介绍快速自动成型RP(Rapid Prototyping)技术是近年来发展起来的直接根据CAD模型快速生产样件或零件的成组技术总称，它集成了CAD技术、数控技术。
激光技术和材料技术等现代科技成果:是先进制造技术的重要组成部分。
与传统制造方法不同，快速成型从零件的CAD几何模型出发，通过软件分层离散和数控成型系统，用激光束或其他方法将材料堆积而形成实体零件。
由于它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。
快速自动成型技术问世不到十年，已实现了相当大的市场，发展非常迅速。
人们对材料逐层添加法这种新的制造方法已逐步适应。
制造行业的工作人员都想方设法利用这种现代化手段，与传统制造技术的接轨工作也进展顺利。
人们用其长避共短，效益非凡。
与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段一起，快速自动成型已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段，在航空航天、汽车摩托车、家电等领域得到了广泛应用。
快速成型的过程是首先生成一个产品的三维CAD实体模型或曲面模型文件，将其转换成STL文件格式，再用一软件从STL文件"切"(Slice)出设定厚度的一系列的片层，或者直接从CAD文件切出一系列的片层，这些片层按次序累积起来仍是所设计零件的形状。
然后，将上述每一片层的资料传到快速自动成型机中去，类似于计算机向打印机传递打印信息，用材料添加法依次将每一层做出来并同时连结各层，直到完成整个零件。
因此，快速自动成型可定义为一种将计算机中储存的任意三维型体信息通过材料逐层添加法直接制造出来，而不需要特殊的模具、工具或人工干涉的新型制造技术。
快速成型技术与传统方法相比具有独特的优越性和特点:（1）产品制造过程几乎与零件的复杂性无关，可实现自由制造(Free FormFabrication)，这是传统方法无法比拟的。
RP(RapidPrototyping)技术简介(精)
RP（Rapid Prototyping）技术简介在制造业中各类零件的传统制造工艺按加工后原材料体积变化与否分为成型与拼合法(Forming and Joining)和材料去除法(Material Removing)两大类。
成型法按被加工材料的自然状态又可分为固态成型法（锻造、冲剪、挤压、拉拔等）、液态成型法（铸造）和半液态成型法（注塑）。
拼合法又可分为机械联接、粘接术和焊接三种方式。
材料去除法则有人们所熟知的车、铣、刨、磨等工艺，加工后原材料体积减小。
八十年代初，一种全新的制造概念—材料累加法(Material Increase Manufacturing)被提了出来。
由于CAD技术和光、机、电控制技术的发展，这种新型的零件生产工艺就成为RP（快速成型）的主要实现手段。
80年代后期发展起来的快速成型技术，被认为是近20年来制造领域的一次重大突破，其对制造行业的影响可与50~60年代的数控技术相比。
RP综合了机械工程、CAD、数控技术、激光技术及材料科学技术，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而可以对产品设计进行快速评估，修改及功能试验，大大缩短产品的研制周期。
而以RP系统为基础发展起来并已成熟的快速工装模具制造(QuickTooling/Molding)、快速精铸技术(Quick Casting)则可实现零件的快速制造(Quick Manufacturing )。
光固化立体造型（SL—Stereolithography）该技术以光敏树脂为原料，将计算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的轮廓为轨迹对液态树脂逐点扫描，使被扫描区的树脂薄层产生光聚合反应，从而形成零件的一个薄层截面。
当一层固化完毕，移动工作台，在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂以便进行下一层扫描固化。
新固化的一层牢固地粘合在前一层上，如此重复直到整个零件原型制造完毕。
SL法是第一个投入商业应用的RP技术。
快速成型技术在产品设计中的应用
快速成型技术在产品设计中的应用快速成型技术，即Rapid Prototyping，简称RP技术，是一种利用计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）技术，通过堆叠或涂覆材料来逐层制造实体模型的技术。
随着科技的不断发展，快速成型技术在产品设计中的应用得到了越来越广泛的应用，为产品开发提供了更快、更灵活的解决方案。
本文将探讨快速成型技术在产品设计中的应用，并介绍其优势和未来发展趋势。
快速成型技术在产品设计中的应用主要体现在以下几个方面：1.快速制作实体模型：传统上，产品的开发需要花费大量的时间和成本来制作实体模型进行测试和验证。
而有了快速成型技术，设计师可以通过CAD软件设计出模型，并利用快速成型技术将设计图转化成实体模型，实现快速制作和验证设计的效果。
这样可以有效缩短产品开发周期，提高产品设计的灵活性和精度。
2.灵活性和创新性：快速成型技术可以很容易地制作复杂形状的实体模型，从而为设计师提供了更多的创意空间。
设计师可以通过快速成型技术制作出各种各样的模型，包括曲线、空间结构等复杂形状，从而激发设计的创新性，提高产品的竞争力。
3. 降低成本：传统的产品设计需要雕刻模型或制作模具，这些过程通常需要大量的时间和成本。
而快速成型技术可以直接将设计图转化为实体模型，无需制作模具和雕刻，从而大大节省了成本和时间。
4. 可视化效果：产品设计师可以通过快速成型技术将设计图快速转化为实体模型，从而更直观地展现给客户和团队成员，加快决策过程。
这种可视化效果可以帮助客户和团队更好地理解设计意图，提出意见和建议，从而更好地满足市场需求。
5. 高效的定制化生产：快速成型技术可以帮助企业快速响应市场需求，实现定制化生产。
设计师可以根据客户需求快速制作出客户需求的产品，实现小批量、多样化的生产，从而提高产品的市场竞争力。
未来，随着科技的不断发展和应用场景的不断扩大，快速成型技术在产品设计中的应用将会越来越广泛。
随着快速成型技术的不断创新和发展，将会有更多的材料可以用于快速成型技术，从而更好地满足产品设计的需求。
快速成型技术的原理
快速成型技术的原理快速成型技术（Rapid Prototyping，RP）是一种利用计算机辅助设计和制造技术，通过逐层堆积材料来制造三维实体模型的先进制造技术。
它是一种以增量方式制造物体的技术，与传统的减量方式（如切削加工）相比，RP技术具有制造过程简单、制造周期短、制造精度高等优点，因此在工程设计、医学、航空航天等领域得到了广泛应用。
快速成型技术的原理主要包括建模、切片、堆积和后处理四个主要步骤。
首先，建模是快速成型技术的第一步。
它利用计算机辅助设计软件（CAD）对产品进行三维建模，将产品的设计图形转换为由许多小体积元素组成的三维模型。
建模的关键是准确地描述产品的几何形状和内部结构，以便后续的切片和堆积操作。
其次，切片是快速成型技术的第二步。
在切片过程中，建模软件将三维模型分解为许多薄层，每一层的厚度通常在几十微米到几毫米之间。
切片的精度和层厚度决定了最终制造出的实体模型的表面粗糙度和精度。
接下来是堆积，也就是快速成型技术的核心步骤。
在堆积过程中，通过逐层堆积材料，将切片后的二维轮廓堆积成三维实体模型。
常见的堆积方法包括激光烧结、熔融沉积、光固化等。
不同的堆积方法适用于不同的材料和精度要求，但它们的共同目标是逐层堆积，逐渐形成最终的产品。
最后是后处理，也是快速成型技术的最后一步。
在堆积完成后，通常需要对实体模型进行后处理，包括去除支撑结构、表面处理、热处理等。
后处理的目的是使实体模型达到设计要求的精度和表面质量。
总的来说，快速成型技术的原理是通过建模、切片、堆积和后处理四个主要步骤，利用计算机辅助设计和制造技术，逐层堆积材料来制造三维实体模型。
这种制造技术具有制造过程简单、制造周期短、制造精度高的优点，因此在工程设计、医学、航空航天等领域得到了广泛应用。
随着材料和技术的不断进步，快速成型技术将在未来发展出更多的应用和可能性。
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SLA工作原理 SLA工作原理图
SLA优点： (1)原材料的利用率将近100% ； (2)尺寸精度高( ±0. 1 mm)； (3)表面质量优良； (4)可以制作结构十分复杂的模型。 SLA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，
快速成型技术 RapidPrototyping
RP技术的主要特点：
（1）可以制造任意复杂的三维几何实体 （2）快速性 :几个小时到几十个小时就可制造出零件 （3）高度柔性：无需任何专用夹具或工具 （4）产品结构与性能的及时快速优化 （5）进行小批量生产 （6）RP技术有利于环保
二、RP技术加工方法和设备
需要支撑，如图5； (2)可使用的材料种类较少； (3)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。
SLA成型中加入支撑示意图
2、LOM（ Laminated Object Modelling）
LOM工艺由美国Helisys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。其主要零部件有：工作平台、CO2激光器、 加热辊、供料与收料辊等。
目前RP技术的快速成型工艺方法有十多种。现简要介 绍四种比较成熟且常用的四种成型方法：光固化成型 （SLA）、分层实体制造（LOM）、选择域激光粉末烧 结成型（SLS）、熔融沉积成型（FDM）。
1、SLA
光固化法是第一个投入商业应用的RP技术,它以美国 3D Systems公司生产的SLA系列成型机为代表。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，
喷头扫描并喷 出半流动状材料
FDM原理图
材料固化
喷头是实现FDM工艺的关键部件，喷头结构设计和控 制方法是否合理，直接关系到成型过程能否顺利进行，并 影响成型的质量 ，另一方面为了提高生产效率可以采用多 喷头，美国3D公司推出的Actua2100,其喷头数多达96个。
在成型有支撑制件时单喷头和双喷头的比较：
4、FDM(Fused Deposition Modelling)
FDM工艺由美国工程师ScottCrump于1988年研制成 功。FDM的材料一般是热塑性材料，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。
加热丝状材料
激光功率较低时,烧结件的拉伸强度和冲击强度均随 激光功率的增加而增加。激光功率过大时引起粉末的氧化 降解,从而降低了烧结件的强度。
扫描速度决定了激光束对粉末的加热时间,在激光功 率相同的情况下,扫描速度越低,激光对粉末的加热时间越 长,传输的热量多,粉末熔化较好,烧结件的强度高。但过低 的扫描速度导致粉末表面的温度过高,不仅不能提高烧结件 的强度,还会影响成型速度。
FDM快出成型支撑结构图
三、快速成型技术的应用
快速成型技术的最初应用主要集中在产品开发中的设 计评价、 功能试验上。 设计人员根据快速成型得到的试 件原型对产品的设计方案进行试验分析、 性能评价 ,借此 缩短产品的开发周期、 降低设计费用。经过十几来的发 展 ,快速成型技术早已突破了其最初意义上的 “原型” 概 念 ,向着快速零件、 快速工具等方向发展。
目前RP技术已得到了工业界的普遍关注, 尤其在家用 电器、汽车、玩具、轻工业产品、建筑模型、医疗器械及 人造器官模型、航天器、军事装备、考古、工业制造、雕 刻、电影制作以及从事CAD 的部门都得到了良好的应用. 其用途主要体现在以下6个方面。
单喷头 成型材料
密实 疏松
剥离
双喷头 支撑材料
水溶性或低 熔点材料
溶于水或加热
目前，FDM系统采用柱塞式喷头（左图）和螺杆式挤 出喷头（右图）。
柱塞式喷头
螺杆式喷头
FDM的优点： (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)原材料在成型过程中无化学变化，制件的翘曲变形小； (3)原材料利用率高，且材料寿命长。 FDM的缺点： (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，如下图。
热压辊热压片材
激光器切割出 零件截面轮廓
和工件外框
工作台下降
滚筒转动
LOM原理图
工作台上升
多余网格部分的去除
薄壳件
头盖骨 LOM 2030 H机器外观
LOM优点：
（1）成型效率高，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；
（2）无翘曲变形，工艺过程中不存在材料相变，因此没有 热应力、膨胀和收缩不易引起翘曲变形；
（3）无需加支撑，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。
LOM缺点：材料浪费严重，表面质量差。
3、SLS (Selective Lase Sintering)
SLS工艺最初由美国德克萨斯大学奥斯汀分校 (UIIiversity rd于1989年在 其硕士论文中提出，后由Texas大学组建的DTM公司于 1992年推出了该工艺的商业化生产设备Sinterstation。
单层层厚指铺粉厚度,即工作缸下降一层的高度。对于 某一制品,采用较大的单层厚度,所需制造的总层数少,制造 时间短。但由于激光在粉末中的透射强度随厚度的增加而 急剧下降,单层厚度过大,会导致层与层之间黏结不好,甚至 出现分层,严重影响成型件的强度。
SLS的优点是无需支撑,成型的零件机械性能好,强度 高。缺点是粉末比较松散,烧结后精度不高,尤其是Z轴方向 的精度难以控制。
该工艺实用高功率的激光加热，把粉末熔化在一起形 成零件，SLS工艺的重要吸引力是可用于多种热塑性塑料 的成型,如尼龙、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯类、聚苯乙烯、聚 氯乙烯、高密度聚乙烯等。
SLS工作原理： SLS工作原理图
铺粉 激光器扫描
SLS方法中的工艺参数对粉末的熔融有很大影响，如 激光功率、光斑大小、扫描速度、扫描间距、单层厚度、 粉床温度等都会影响烧结件的性能。