快速成型设备分类及基本原理

光固化成型设备介绍潘磊11机自A1摘要文章主要分析了上海联泰科技有限公司的光固化成型设备的基本原理和性能优越性和特点和国内高校西安交大设备与国际水平的对比。

快速成型材料以及设备一直是快速成型技术研究与开发的核心，也是快速成型技术重要组成部分。

快速成型材料直接决定着快速成型技术制作的模型的性能以及适用性，而快速成型制造设备可以说是相应的快速成型技术方法以及相关材料等研究成果的集中体现，快速成型设备系统的先进程度标志着快速成型技术发展的水平。

快速成型技术是继数控加工技术（NC）之后制造业的又一次重大革命，广泛应用于航空航天、家用电气、汽车、医学、军事、教学科研等领域。

接下来，我们就从材料和设备两个方面分别阐述各自的特点。

关于光固化快速成型设备的具体实现在1988年，3D Systems公司首次推出SLA-250机型。

我们主要讨论国内的两大光固化成型设备，分别是上海联泰科技有限公司的设备和西安交大的SPS600和LPS600。

上海联泰科技有限公司的RS8000型RS6000型RS4500型RS3500型设备技术原理是基于快速成型(Rapid Prototyping)技术是一种新型制造技术,与传统的切削加工不同，RP采用逐层材料累加法加工实体模型来，故也称为增材制造(Material Incress Manufacturing,MIM)或分层制造技术(Layered Manufacturing Technonogy，LMT)。

SL （stereolithography）工艺也称立体光固化技术,是机械、激光、光化学、软件、控制技术的结晶。

它基于光敏树脂受紫外光照射凝固的光聚合原理，由计算机控制激光逐层扫描固化液槽中的光敏树脂,每一层固化的截面是由零件的三维CAD模型软件分层得到，直至最后得到光敏树脂实物原型。

其技术特点为设计可视化。

能以最快的速度将设计思想转变为具有一定结构功能的产品原型或直接制造零件，使设计模型从“看得见”(三维数模)到“摸得着”(实物)，从而可以对产品设计进行快速评估、测试及功能试验，以缩短产品开发的研制周期，减少开发费用。

快速成型（RP）的原理⽅法及应⽤快速成型(RP)的原理⽅法及应⽤快速成型(RP)技术是⼀种集计算机、数控、激光和材料技术于⼀体的先进制造技术。

本⽂通过介绍快速成型系统的原理⽅法和特点，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。

1前⾔当今时代，制造业市场需求不断向多样化、⾼质量、⾼性能、低成本、⾼科技的⽅向发展，⼀⽅⾯表现为消费者兴趣的短时效和消费者需求⽇益主体化、个性化和多元化；另⼀⽅⾯则是区域性、国际市场壁垒的淡化或打破，要求制造业的⼚商必须着眼于全球市场的激烈竞争。

因此快速地将多样化、性能好的产品推向市场成为了制造业⼚商把握市场先机的关键，由此导致了制造价值观从⾯向产品到⾯向顾客的重定位，制造战略重点从成本与质量到时间与响应的转移，也就是各国致⼒于CIMS(ComputerIntegratedManufactureSystem)、并⾏⼯程、敏捷制造等现代制造模式的研究与实践的原因。

快速成型(RapidPrototyping)技术正是在这种时代的需求下应运⽽⽣的。

它是由三维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。

2快速成型的原理及特点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，按照⼀定厚度进⾏分层，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，并使之粘结⽽成形。

实际上就是基于“⽣长”或“添加”材料原理⼀层⼀层地离散叠加，从底到顶完成零件的制作过程。

它是计算机辅助设计与制造技术、逆向⼯程技术、分层制造技术、材料去除成形、材料增加成形技术以及它们的集成的总称。

快速成型制造若干关键技术及设备快速成型制造，这个名字一听就让人有点眼前一亮。

其实说白了，就是通过一种“快速的”方式，把设计好的东西“立马”做出来。

就像做菜一样，拿到食谱，照着步骤一步步走，几分钟后，哗啦啦就能端上一盘热腾腾的菜肴。

只不过，这道“菜”做的可不简单，做出来的东西可比你想象中的要精密得多，关键是时间不等人，它能让你在短时间内看到成果，跟做梦似的！所以，快速成型技术就成了现代工业和科技领域的一块“宝地”，越来越多的行业都被它的神奇魅力吸引了。

咱就来聊聊这个技术到底是怎么回事，别急，听我慢慢道来。

先来说说最基础的东西，快速成型技术的核心——原材料的选择。

这里面可有一番门道，通常来说，快速成型的材料有塑料、金属、陶瓷等，每种材料都有其特定的应用场景。

就好像你做菜时有的食材能做出炒菜的美味，而有的只能做汤。

像塑料，它轻便、便宜，又能做得非常精细，适合做原型。

至于金属，哎呀，这就牛了，硬邦邦的，不仅坚固还结实，常常用在需要耐高温或者承受大压力的场景里。

不同的“食材”，不同的用法，了解这些，你就能更清楚自己在玩什么了。

到底怎么做呢？这就离不开那一堆看起来“高科技”的设备了。

你以为机器就是几根铁杆组成的？错了，精密到什么程度，想象一下，你买的手机屏幕，里面的微小元件得经过怎样精密的工艺才能组装好。

现在，有了3D打印机，简直是给了我们一个“魔法棒”。

想做什么形状，设计师只需要在电脑上画个图，机器就能根据这个图纸把材料一层一层堆叠起来。

别看这过程慢，越是精细的产品，做出来的东西越“牛逼”。

而且现在的3D打印已经不光是玩玩具那么简单，金属打印、陶瓷打印，几乎每个行业都在用这项技术。

能做出来的，不仅仅是你想要的造型，还能达到一堆传统方法做不到的效果。

还有一种常见的技术，叫做选择性激光熔化（SLM）。

听起来有点复杂对吧？其实你把它当成一个“烧烤派对”就行。

机器上会有个激光器，把材料一个个“烧”成你想要的形状。

一、实习目的随着科技的不断发展，快速成型技术（Rapid Prototyping，简称RP）在制造业中的应用越来越广泛。

为了更好地了解这一先进技术，提高自己的实践能力，我参加了为期两周的快速成型技术实习。

本次实习旨在通过实际操作，掌握快速成型技术的原理、设备、工艺流程以及应用领域，为今后从事相关工作打下基础。

二、实习内容1. 快速成型技术原理快速成型技术是一种将计算机辅助设计（CAD）模型快速转化为三维实物的技术。

其原理是将CAD模型离散化，生成一系列的切片数据，然后通过逐层堆积的方式，将材料堆积成实体。

2. 快速成型设备本次实习主要使用了以下几种快速成型设备：立体光固化快速成型机（SLA）：利用紫外激光照射液态光敏树脂，使其固化成一层，然后进行下一层的固化，直至整个模型成型。

选择性激光烧结（SLS）设备：利用高能激光束将粉末材料烧结成层，直至整个模型成型。

熔融沉积建模（FDM）设备：利用热熔挤出机将熔融的塑料材料挤出，在计算机控制的运动平台上堆积成层，直至整个模型成型。

3. 快速成型工艺流程快速成型工艺流程主要包括以下步骤：CAD建模：使用CAD软件进行三维建模，生成STL格式的切片数据。

切片处理：将CAD模型切片处理成二维层片，每层厚度约为0.1-0.2mm。

模型成型：根据切片数据，使用相应的快速成型设备进行模型成型。

后处理：对成型的模型进行打磨、抛光等后处理，提高模型的表面质量。

4. 快速成型应用领域快速成型技术在以下领域具有广泛的应用：产品开发：快速成型可以用于新产品的设计验证和原型制作，缩短产品开发周期。

模具制造：快速成型可以用于快速制造模具，降低模具制造成本。

逆向工程：快速成型可以用于逆向工程，将实物模型转化为三维CAD模型。

教育科研：快速成型可以用于教育和科研，培养学生的实践能力和创新思维。

三、实习体会通过两周的快速成型技术实习，我深刻体会到以下几方面：1. 快速成型技术是一种高效、便捷的制造技术，可以缩短产品开发周期，降低成本。

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。

快速成型技术概述现代科学技术的飞速进展，尤其是微电子、计算机、数控技术、激光技术、材料科学的进步为制造技术的变革与进展制造了前所未有的机遇，使得机械制造能够突破传统的制造模式，进展出一项崭新的制造技术一一，快速成型技术。

诞生背景快速成型技术的诞生主要有两方面的缘由：1）市场拉动市场全球化和用户需求共性化为先进制造技术提出了新的要求，随着市场一体化的进展，市场竞争越来越激烈，产品的开发速度成为竞争的主要冲突。

同时用户需求多样化的趋势日益明显，因此要求产品制造技术有较强的敏捷性，在不增加成本的前提下能够以小批量生产甚至单件生产产品。

2）技术推动新技术的进展为快速成型技术的产生奠定了技术基础，信息技术、计算机技术的进展、CAD/CAM技术的进展、材料科学的进展一新材料的消失、激光技术的进展为快速成型技术的产生和进展奠定了技术基础。

快速成型技术就是在这样的社会背景下在80年月后期产生于美国并快速扩展到欧洲和日本。

由于即技术的成型原理突破了传统加工中的塑性成形（如锻、冲、拉伸、铸、注塑加工等和切削成形的工艺方法，可以在没有工装夹具或模具的条件下快速制造出任意简单外形又具有肯定功能的三维实体原型或零件，因此被认为是近二十年来制造技术领域的一次重大突破。

基本原理与特征快速成型技术是一种将原型（或零件、部件）的几何外形！结构和所选材料的组合信息建立数字化描述模型，之后把这些信息输出到计算机掌握的机电集成制造系统进行材料的添加、加工，通过逐点、逐线、逐面进行材料的三维堆砌成型, 再经过必要的处理，使其在外观、强度和性能等方面达到设计要求，实现快速！精确地制造原型或实际零件、部件的现代化方法。

快速成型技术的特征为：(1)可以制造出任意简单的三维几何实体；(2)CAD模型直接驱动；(3)成形设施无需专用夹具或工具；(4)成形过程中无人干预或较少干预；快速成型技术的优势(1)响应速度快：与传统的加工技术相比，RP技术实现了CAD模型直接驱动, 成形时间短，从产品CAD或从实体反求获得数据到制成原型，一般只需要几小时至几十个小时，速度比传统成型加工方法快得多"这项技术尤其适于新产品的开发，适合小批量、简单(如凹槽、凸肩和空心嵌套等)、异形产品的直接生产而不受产品外形简单程度的限制，还改善了设计过程中的人机沟通，使产品设计和模具生产并行，从而缩短了产品设计、开发的周期，加快了产品更新换代的速度，大大地降低了新产品的开发成本和企业研制新产品的风险。