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各种快速成型的优点及缺点及将来发展趋势各种快速成型的优点及缺点及将来发展趋势1.光固化成型（SLA）优点：（1）尺⼨精度⾼。
SLA原型的尺⼨精度可以达到±0．1mm（2）表⾯质量好。
虽然在每层固化时侧⾯及曲⾯可能出现台阶，但上表⾯仍可以得到玻璃状的效果。
（3）可以制作结构⼗分复杂的模型。
（4）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）尺⼨的稳定性差。
成型过程中伴随着物理和化学变化，导致软薄部分易产⽣翘曲变形，因⽽极⼤地影响成型件的整体尺⼨精度。
（2）需要设计成型件的⽀撑结构，否则会引起成型件的变形。
⽀撑结构需在成型件未完全固化时⼿⼯去除，容易破坏成形性。
（3）设备运转及维护成本⾼。
由于液态树脂材料和激光器的价格较⾼，并且为了使光学元件处于理想的⼯作状态，需要进⾏定期的调整和维护，费⽤较⾼。
（4）可使⽤的材料种类较⼩。
⽬前可使⽤材料主要为感光性液态树脂材料，并且在太多情况下，不能对成型件进⾏抗⼒和热量的测试。
（5）液态树脂具有⽓味和毒性，并且需要避光保护，以防⽌其提前发⽣聚合反应，选择时有局限性。
（6）需要⼆次固化。
在很多情况下，经过快速成型系统光固化后的原型树脂并未完全被激光固化，所以通常需要⼆次固化。
（7）液态树脂固化后的性能不如常⽤的⼯业塑料，⼀般较脆，易断裂，不便进⾏机加⼯。
2.分层实体制造（LOM）优点：（1）成型速度较快。
由于只需要使⽤激光束沿物体的轮廓进⾏切割，⽆须扫描整个断⾯，所以成型速度很快，因⽽常⽤语加⼯内部结构简单的⼤型零件。
（2）原型精度⾼，翘曲变形⼩。
（3）原型能承受⾼达200摄⽒度的温度，有较⾼的硬度和较好的⼒学性能。
（4）⽆需设计和制作⽀撑结构。
（5）可进⾏切削加⼯。
（6）废料易剥离，⽆须后固化处理。
（7）可制作尺⼨⼤的原型。
（8）原材料价格便宜，原型制作成本低。
缺点：（1）不能直接制作塑料原型。
（2）原型的抗拉强度和弹性不够好。
（3）原原型易吸湿膨胀，因此，成型后应尽快进⾏表⾯防潮处理。
浅谈快速成型技术【摘要】快速成型技术是一种集合计算机、数控、材料、激光等多学科技术于一体的全新制造技术。
文章简单介绍了快速成型技术的发展状况、分类、特点及应用，并对几种典型的快速成型工艺进行了比较。
【关键词】快速成型；发展状况；应用领域快速成型技术（Rapid Prototyping，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。
1. 快速成型机技术的发展状况快速成型技术从产生到现在虽然只有十几年的时间，但发展十分迅速。
目前的快速成型技术与以前相比，在目标、用途、设备和工艺等方面都有了很大的变化和提高，主要体现在：以制作概念原型、制作功能测试的原型为主，制作小批量生产的模具或制造大批量生产模具的母模，向不同用途相对独立地发展[1]；向大型或微型制造发展；结合各种应用要求，依赖新的成型材料特点，不断开发新的成型工艺；通过改进快速成型机的结构和控制系统，提高成型的速度、控制精度和可靠性；优化数据处理技术，开发新的模型切片方法，提高快速成型件的尺寸精度和表面质量；开发专用快速成型设备，降低设备运行成本。
2. 快速成型技术的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和基于喷射的成型技术，下面对其中几种比较成熟的快速成型工艺作简单介绍：（1）光固化成型光固化成型技术的工作原理是以光敏树脂为原料，计算机控制扫描的轨迹及光线，光点打到的地方，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[2]。
当一层扫描完成后.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。
（2）选择性激光粉末烧结选择性激光粉末烧结的工作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[3]。
四种典型的快速成型技术的成型原理一、激光烧结成型原理激光烧结成型（Selective Laser Sintering，简称SLS）是一种快速成型技术，其成型原理是利用激光束对粉末材料进行烧结，逐层堆积形成所需的三维实体。
激光烧结成型的过程主要包括以下几个步骤：首先，利用计算机辅助设计（CAD）软件将待制造的物体进行三维建模，并将模型数据转化为机器能够识别的格式。
然后，将烧结材料粉末均匀地铺在工作台上，使其表面平整。
接下来，利用激光束控制系统，将激光束按照预定的路径和参数扫描在粉末层表面，使其局部熔融烧结。
激光束的能量使粉末颗粒之间发生熔融和烧结，形成一层固体物质。
再次铺上一层新的粉末材料，重复上述步骤，逐层堆积，直至形成整个三维实体。
最后，将成品从未熔融的粉末中清理出来，并进行后续处理，如热处理或表面处理。
激光烧结成型技术具有成型速度快、制作精度高、制造复杂度高等优点。
由于其成型过程中无需使用支撑材料，可以制造出具有复杂内部结构的零件，因此被广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械等领域。
二、光固化成型原理光固化成型（Stereolithography，简称SLA）是一种常见的快速成型技术，其成型原理是利用紫外线激光束对光固化树脂进行逐层固化，最终形成所需的三维实体。
光固化成型的过程主要包括以下几个步骤：首先，利用计算机辅助设计（CAD）软件将待制造的物体进行三维建模，并将模型数据转化为机器能够识别的格式。
然后，将液态光固化树脂均匀地铺在工作台上。
接下来，利用紫外线激光束扫描器，将激光束按照预定的路径和参数照射在树脂表面，使其局部固化。
激光束的能量使树脂中的光敏物质发生聚合反应，从而使树脂由液态变为固态。
再次涂覆一层新的液态光固化树脂，重复上述步骤，逐层固化，最终形成整个三维实体。
最后，将成品从未固化的树脂中清洗出来，并进行后续处理，如烘干或光刻。
光固化成型技术具有成型速度快、制造精度高、制造复杂度高等优点。
快速成形典型工艺简介与对比关键词及简称光固化成形（简称：SLA或AURO）光敏树脂为原料熔融挤压成形（简称：FDM或MEM）ABS丝为原料分层实体成形（简称：LOM或SSM）纸为原料粉末烧结成形（简称：SLS或SLS）蜡粉为原料光固化成形光固化成形是最早出现的快速成形工艺。
其原理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(x=325nm)和强度(w=30mw)的紫外光的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。
图1光固化工艺原理图图1工艺过程为：液槽中盛满液态光固化树脂，激光束在偏转镜作用下, 能在液体表面上扫描, 扫描的轨迹及激光的有无均由计算机控制, 光点扫描到的地方, 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，液面始终处于激光的焦平面，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，刮平器将粘度较大的树脂液面刮平，然后再进行下一层的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕, 得到一个三维实体原型。
光固化工艺的设备做出的零件其优点是精度较高、表面效果好，零件制作完成打磨后，将层层的堆积痕迹去除。
光固化工艺是运行费用最高，且强度低无弹性，无法进行装配。
光固化工艺设备的原材料很贵，种类不多。
光固化设备的零件制作完成后，还需要在紫外光的固化箱中二次固化，用以保证零件的强度。
液漕内的光敏树脂经过半年到一年的时间就要过期，所以要有大量的原型服务以保证液漕内的树脂被及时用完，否则新旧树脂混在一起会导致零件的强度下降、外形变形。
如需要更换不同牌号的材料就需要将一个液漕的光敏树脂全部更换，工作量大、树脂浪费很多。
一年内液漕光敏树脂必须用完否则将会变质，用户需要重新投入近十万元采购光敏树脂。
三十万的端面泵浦固体紫外激光器只能用1万小时，使用两年后激光器更换需要二次投入三十万的费用。
快速成型工艺快速成型工艺是一种先进的制造技术，它可以快速地制造出各种复杂的零件和产品。
这种技术的出现，极大地提高了制造业的效率和质量，同时也为各行各业的发展带来了新的机遇。
快速成型工艺的基本原理是利用计算机辅助设计软件将三维模型转化为可供机器识别的数字化文件，然后通过快速成型机器将数字化文件转化为实体模型。
这种技术可以快速地制造出各种复杂的零件和产品，而且制造出来的产品精度高、质量好、成本低，可以满足各种不同的需求。
快速成型工艺的应用范围非常广泛，它可以应用于汽车、航空、医疗、电子、玩具等各个领域。
在汽车制造领域，快速成型工艺可以用于制造汽车零部件，如发动机、变速器、底盘等。
在航空领域，快速成型工艺可以用于制造飞机零部件，如机翼、机身、发动机等。
在医疗领域，快速成型工艺可以用于制造人体器官模型、义肢、牙齿矫正器等。
在电子领域，快速成型工艺可以用于制造手机外壳、电脑键盘、电视机壳体等。
在玩具领域，快速成型工艺可以用于制造各种玩具模型、动漫人物等。
快速成型工艺的优点主要有以下几点：1.快速成型工艺可以快速地制造出各种复杂的零件和产品，而且制造出来的产品精度高、质量好、成本低。
2.快速成型工艺可以大大缩短产品的研发周期，提高产品的研发效率。
3.快速成型工艺可以减少产品的设计和制造成本，提高企业的竞争力。
4.快速成型工艺可以满足客户的个性化需求，提高客户的满意度。
快速成型工艺的发展趋势是向着高精度、高效率、低成本、多材料、多功能、智能化的方向发展。
未来，快速成型工艺将会更加广泛地应用于各个领域，成为制造业的重要组成部分。
快速成型工艺是一种先进的制造技术，它可以快速地制造出各种复杂的零件和产品，提高制造业的效率和质量，为各行各业的发展带来新的机遇。
我们应该积极推广和应用这种技术，为社会的发展做出更大的贡献。
快速成型摘要：快速成型技术是一种集成了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。
快速成型技术正在不断完善，具有广泛的应用前景快速成型技术以其独特的优势和魅力，在制造业领域起到越来越重要的作用，并将给制造业带来深远的影响。
通过介绍快速成型系统的基本原理方法和技术特点，阐述其工艺特点及开发和应用，探讨快速成型技术在现代制造业中起到的重要作用和产生的巨大效益，分析快速成型技术的优点和缺点，并提出快速成型技术未来的发展方向和深远意义。
关键词：快速成型 CAD/CAM 激光技术基本原理快速成型(Rapid Prototyping)是上世纪80年代末及90 年代初发展起来的高新制造技术，是由三维CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体的总称。
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。
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。
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。
通过与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段相结合，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。
快速成型的基本原理快速成型技术采用离散/堆积成型原理，根据三维CAD模型，对于不同的工艺要求，按一定厚度进行分层，将三维数字模型变成厚度很薄的二维平面模型。
再将数据进行一定的处理，加入加工参数，产生数控代码，在数控系统控制下以平面加工方式连续加工出每个薄层，并图1快速成型的基本原理图至顶完成零件的制作过程。
快速成型有很多种工艺方法，但所有的快速成型工艺方法都是一层一层地制造零件，所不同的是每种方法所用的材料不同，制造每一层添加材料的方法不同。
典型快速成型技术的工艺分析与比较李晓静;杨丰翔;刘保军【摘要】介绍了快速成型技术在新产品研发过程中的设计验证、工艺性能验证与装配性能验证方面的作用;归纳了快速成型制造工艺的3个步骤,即前处理、分层叠加成型和后处理.选择目前主流的4种典型快速成型工艺作为研究对象,阐明快速成型过程中的加工原理与工艺特点;对4种快速成型过程的应用领域、制造成本和工艺参数进行了详细分析与比较,找出了对原型精度影响较大的工艺因素和设备因素,有助于指导技术人员进行快速成型加工方案的选择;分析了4种快速成型制造工艺的优点与缺点,指明了快速成型技术的发展方向.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】5页(P15-19)【关键词】快速成型;加工原理;工艺参数【作者】李晓静;杨丰翔;刘保军【作者单位】河南工业职业技术学院,河南南阳473009;河南北方星光机电有限公司,河南邓州474150;河南中光学集团有限公司,河南南阳473000【正文语种】中文【中图分类】TH16快速成型(Rapid Prototyping，RP)相对于传统加工技术，在制造方法上实现了突破性的进展[1]。
采用快速成型工艺制造零件，省去了刀具和工装，而是利用激光、热熔和叠加等手段，将材料堆积并固化成实体模型。
快速成型技术的应用主要体现在如下几个方面[2-3]。
1)新产品研发过程中的设计验证。
RP工艺缩短了产品研发周期，快速响应市场需求。
传统的新品试制过程，用户往往需要耗时3～5个月新品的首批样件。
引入RP技术，技术员能在短周期(几小时或几天)内加工出产品原型。
2)工艺性能与装配性能验证。
工艺性能和装配性能对于产品的最终技术路线制定至关重要。
对于空间比较复杂的结构系统，如机车、武器装备、医疗器械的加工工艺性和装配性采用RP技术制造原型进行分析和验证。
3)单件、小批量和非标准零部件加工。
对于单件、小批量和非标准零部件的生产，往往没有通用的刀具、夹具、辅具和量具，采用熔融快速成型技术直接制造高强度的工程塑料零部件，满足工业场合应用要求。
这种加工方法对于航空及国防工业具有重要意义。
4)快速模具制造。
采用选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积制造(FDM)和叠层实体制造(LOM)等工艺能够直接生产出合金模、树脂模、陶瓷模和金属模等模具。
主要优点是制模的工艺相对简单、成型精度高且工期短。
快速成型的制造工艺是一个基于材料堆积原理的生产过程。
该工艺是取得材料堆积的规划路径和限制模式，通过堆积将材料叠加或熔合起来形成三维实体[4-5]。
快速成型制造工艺的全过程可以归纳为如下3个步骤(见图1)。
1)前处理。
包括三维模型的构建、模型的三角化处理和模型的切片处理。
三维的CAD造型由计算机软件建造，二维工程图向三维模型转化，或来自于实体模型的光学扫描和CT数据等点云数据。
对于包含不规则类型的自由曲面，在加工之前应对模型做出必要的处理。
STL格式是目前快速成型技术中的通用接口文件。
采用大量的三角形小平面去逼近原始模型，并且可以调整精度。
根据待制造零件的外形特征选取适宜的加工方向，沿着成型的高度方向用大量具有特定间隔的平面去切割模型，完成这些截面的轮廓信息提取。
采用的间隔越密实，获得的加工精度越高。
2)分层叠加成型。
包括三维模型的轮廓截面的形成和截面叠合。
该步骤是快速成型技术的核心。
在中央控制单元的控制下，对应的材料出口装置按切片处理后的截面信息，做点到点的扫描运动，在工作台面上逐层地堆积成型材料，将各层材料相互粘结成为三维实体。
3)后处理。
包括实体的分离、固化及表面处理等。
通过快速成型工艺叠层开成三维实体后，应完成分离等后处理任务，目的是除去废料和支承。
对于结构强度较低的光固化成型的零件，还应进一步采用紫外光固化处理。
将成型的实体零件从工作台里取出，进行必要的打磨、抛光或置于高温炉中烧结，以提高其硬度与强度。
目前，业内已经获得了十几种快速成型工艺方法，如立体光固化法、叠层实体制造法、选择性激光烧结法、熔融沉积法、掩模固化法、三维印刷法和喷料法等[6-7]。
在这些方法中占据主流的有4种成型方法。
3.1 立体光固化立体光固化快速成型(Stereo Lithography Apparatus，SLA)，也被称为立体光刻成型，该工艺是由Charles Hull于1984年获得美国专利，是最早发展起来的快速成型技术。
自从1988年3D Systems公司最早推出SLA商品化快速成型机以来，SLA技术已经成为比较成熟且取得广泛应用的成型技术之一。
它的原材料是光敏树脂，在紫外激光的照射下凝固成实体。
立体光固化快速成型的加工过程如图2所示。
容器中充满液态的光敏树脂，在计算机的控制下，氦-镉激光器或氩离子激光器照射出紫外激光，光束在模型的各截面信息指引下开展逐点式扫描，由于光束的聚合反使扫描的液压区域固化，并最终形成截面层。
在完成一层的固化后，台面沿Z轴下降单个层厚的距离，液压材料迅速充满已经固化的表面，刮板将凸起的多余树脂沿水平的方向运动而带走，继续进行扫描固化，新固化的表层会牢固地粘结在前一固化层表面，经过反复的扫描与固化，最终生成立体原型。
3.2 叠层实体制造叠层实体制造(Laminated Object Manufacturing，LOM)是一种对薄壁易切材料的激光切割与互相粘合来制备原型零件的技术[6]。
LOM原型系统由计算机、原材料存储及送进机构、热粘压机构、激光切割系统、可升降工作台、数控系统和机架等组成，如图3所示。
加工过程中，用激光器在薄层上沿截面的轮廓和模型边框切割成型，并且在截面轮廓和边框之间多余的区域切割出垂直方向一致的网格。
完成一层的加工之后，工作台面下降指定高度。
在电动机的作用下，供料轴带动薄层料带移动到待加工位置。
工作台面垂直提升，热压滚筒滚压背面涂有热熔胶的纸材，将当前迭层与原来制作好的迭层或基底粘贴在一起，使厚度增加。
切片软件根据模型当前层面的轮廓控制激光器进行层面切割，逐层制作。
反复进行该步骤，直到所有层面全部粘接在一起。
去除废料后得到一个三维实体部件。
迭层实体制造方法与其他快速成型制造技术相比，具有制作效率高、速度快和成本低等优点；但工件的抗拉强度和弹性不够好，不能直接制作塑料工件。
3.3 选择性激光烧结选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS )和立体光固化工艺在原材料、激光器和送料方式上区别较大。
其加工过程如图4所示，首先是将粉末状原材料均匀铺洒在工作台的表面，用刮板将表层刮平，激光器发射出高强度光束在铺设的新层上扫描，高强度的激光将金属粉末烧融在一起，得到零件的截面，新开成截面与上道截面连接在一起[7]。
完成一层的截面烧结之后，再铺洒上一层新的金属粉末，采取有选择性地烧结指定区域。
完成烧结后去除多余的金属粉末，经去毛刺和打磨等处理获得实体零件。
选择性激光烧结技术是近年来人们研究的一个热点。
实现使用高熔点金属直接烧结成型零件，特别是传统制造方法不容易加工出来的高强度高硬度零部件，对快速成型技术的更为广泛应用有着重要意义。
选择性激光烧结技术在金属加工领域中的几个新的研究方向是单元体系金属烧结、多元合金材料烧结成型、纳米材料金属和非晶态金属合金等。
特别适用于硬质合金材料加工微型零件。
另外，依据零部件的功能要求和工艺要求来烧结生成有功能梯度或结构梯度的零部件。
可以预见，伴随着技术人员对选择性烧结成型机理的研究，对各类金属合金材料最佳烧结参数的获得，以及新型快速成型原材料的发现，选择性激光烧结技术的研究推广会进入一个新的局面。
3.4 熔融沉积成型熔融沉积快速成型(Fused Deposition Modeling，FDM)是继光固化快速成型和叠层实体快速成型工艺后的另一种应用比较广泛的快速成型工艺。
该工艺方法以美国Stratasys公司开发的FDM制造系统应用最为广泛。
该公司自1993年开发出第1台FDM1650机型后，先后推出了FDM2000、FDM3000、FDM8000及1998年推出的引人注目的FDM Quantum机型，FDM Quantum机型的最大造型体积达到600 mm×500 mm×600 mm。
国内的清华大学与北京殷华公司也较早地进行了FDM工艺商品化系统的研制工作，并推出了熔融挤压制造设备MEM 250等。
熔融沉积的加工过程如图5所示。
首先是将实芯丝材原材料缠绕在供料辊上，由电动机驱动辊子旋转，辊子和丝材之间的摩擦力使丝材向喷头的出口送进。
在供料辊与喷头之间有一导向套，导向套采用低摩擦材料制成，以便丝材能顺利、准确地由供料辊送到喷头的内腔(最大送料速度为10～25 mm/s，推荐速度为5～18mm/s)。
喷头内部缠绕有电热丝，在电流加热的作用下，丝状材料被加热到熔融态(熔模铸造蜡丝的熔融温度为74 ℃，机械加工蜡丝的熔融温度为96 ℃，聚烯烃树脂丝的熔融温度为106 ℃，聚酰胺丝的熔融温度为155 ℃，ABS塑料丝的熔融温度为270 ℃)，从喷口中射出(喷口的内径为0.25～1.32 mm，取决于丝材的种类和进料速度)，粘结在工作台面，凝结形成预定的界面轮廓。
由于喷头结构限制，电流加热丝的功率不适宜太大，丝材多选取熔点较低的热塑性塑料或石蜡。
熔融沉积快速成型的层厚和喷头的移动速度(最大速度≤380 mm/s)相关，通常最大层厚为0.15～0.25 mm。
本次研究的4种常见快速成型工艺的加工制造精度为±(0.1～0.3) mm，适合对精度要求相对较低的场合，比如制作铸件毛坯模型。
4种加工方法各有优点，能够运用各类材料，适合不同的加工环境，但也有各自的工艺缺陷。
4种常用快速成型工艺的比较见表1。
1)SLA工艺的成型过程利用到了激光束扫描照射液态光敏树脂的固化作用。
它的主要缺点是：成型过程中有材料的物相变化，因此变形也较大；在加工成型零件过程中还要增设支承，导致工艺过程比较复杂；另外光敏树脂的材料成本也较高。
2)LOM工艺的成型过程中利用到激光束对薄纸或其他箔材的切割作用。
这种成型工艺的层间粘结速度缓慢，降低了成型的效率；切纸过程中容易发生燃烧，产生的烟尘会污染并降低加工精度；加工后的废料难以清除；废料损失很大。
3)FDM工艺成型过程利用到丝状材料的热融成型并固化的原理。
成型过程中，喷嘴喷射出融化状态的丝材沿设定路线形成轮廓层面，因而喷嘴的直径与喷射的发散角很大程度上影响模型的加工精度，而且喷嘴较小，容易发生堵塞。
4)SLS工艺成型过程利用激光束高温熔融粉末状金属材料，等待冷却之后形成实体。
金属粉未的材料广泛而且价位较低。
目前，SLS成型原理均是点扫描的烧结方式，这种加工方式的效率低，成型精度不高，不适合加工大尺度工件。
