快速成型

快速成型或快速成形（英语：Rapid prototyping，RP）是一种快速生成模型或者零件的制造技术。在计算机控制与管理下，依靠已有的CAD数据，采用材料精确堆积的方式，即由点堆积成面，由面堆积成三维，最终生成实体。依靠此技术可以生成非常复杂的实体，而且成型的过程中无需模具的辅助。

发展历史

对于快速成型技术的研究始于1970年代，但是直到1980年代末才逐渐出现了成熟的制造设备。美国3M公司的Alan J.Herbert（1982年）、日本名古屋市工业研究所的小玉秀男（1980年）、美国UVP公司的Charles W. Hull（1984年）、日本大阪工业技术研究所的丸谷洋二（1984年），各自独立地提出了快速成型的技术设想，实现的材料和方式有差异，但均以多层叠加并固化来产生实体。在1986年，Charles W. Hull在美国获得了光固化立体造型设备（SLA）的专利，标志着快速成型技术即开始进入实用阶段，在设计领域及汽车工业上有广泛应用。

技术原理

尽管快速成型有多种不同工艺技术，但基本原理都和三维打印相同，即将一定厚度的材料反复打印在平台上，循环往复，直到生成整个成型件。按照不同的实现工艺，材料可以是纸张、塑料、金属、陶瓷等各种材料。一个浅显的事例为，尽管纸张看似是二维的，但是由于具有一定厚度，将纸张一层层叠加起来，就能组成三维实体。

工艺技术

当前已有十余种不同方法，如光固化立体造型（SLA）、层片叠加制造（LOM）、选择性激光烧结（SLS）、熔融沉积造型（FDM）、掩模固化法（SGC）、三维印刷法（三维P）、喷粒法（BPM）等。其中SLA是使用最早和最广泛的技术，约占全部快速成型设备的70％左右。

光固化立体造型（SLA）

自1984年的第一台快速成形设备即采用了光固化立体造型的工艺，现在的快速成型设备中，以SLA的研究最为深入，运用也最为广泛。
该技术以光敏树脂的聚合反应为基础。在计算机控制下的紫外激光，沿着零件各分层截面轮廓，对液态树脂进行逐点扫描，使被扫描的树脂薄层产生聚合反应，由点逐渐形成线，最终形成零件的一个薄层的固化截面，而未被扫描到的树脂保持原来的液态。当一层固化完毕，升降工作台移动一个层片厚度的距离，在上一层已经固化的树脂表面再覆盖一层新的液态树脂，用以进行再一次的扫描固化。新固化的一层牢固地粘合在前一层上，如此循环往复，直到整个零件原型制造完毕。
这种方法的特点是有较高的精度和较好的表面质量，能制造形状特别复杂（如空心零件）和特别精细（如工艺品、首饰等）的零件。

层片叠加制造（LOM）

层片叠加制造工艺是将单面涂有热溶胶（在被加热状态下可产生粘性）的箔材（纸、陶瓷箔、金属箔等）通过热辊加热粘接在一起，位于上方的激光器按照CAD分层模型所获数据，用激光束将箔材切割成所制零件的内外轮廓，然后新的一层箔材再叠加在上面，通过热压设备和下面已切割层粘合在一起，激光束再次切割，在每一层进行切割和粘合的过程，直至整个零件模型制作完成。

选择性激光烧结（SLS）

这种工艺也是以激光器为能量源，通过红外激光束使塑料、蜡、陶瓷、金属或其复合物的粉末均匀地烧结在加工平面上。在工作台上均匀铺上一层很薄（亚毫米级）的粉未作为原料，激光束在计算机的控制下，通过扫描器以一定的速度和能量密度按分层面的二维数据扫描。经过激光束扫描后，相应位置的粉末就烧结成一定厚度的实体片层，未扫描的地方仍然保持松散的粉末状。这一层扫描完毕，随后需要对下一层进行扫描。先根据物体截层厚度而升降工作台，铺粉滚筒再次将粉末铺平，可以开始新一层的扫描。如此反复，直至扫描完所有层面。去掉多余粉末，并经过打磨、烘干等适当的后处理，即可获得零件。当前应用此工艺时，以蜡粉末及塑料粉末作为原料较多，而用金属粉或陶瓷粉进行粘接或烧结的工艺尚未获得实用。

熔融沉积造型（FDM）

1993年美国Stratasys公司开发出了第一台基于熔融沉积造型的设备。将CAD模型分为一层层极薄的截面，生成控制FDM喷嘴移动轨迹的二维几何信息。FDM加热头把热熔性材料（ABS树脂、尼龙、蜡等）加热到临界状态，呈现半流体性质，在计算机控制下，沿CAD确定的二维几何信息运动轨迹，喷头将半流动状态的材料挤压出来，凝固形成轮廓形状的薄层。当一层完毕后，通过垂直升降系统降下新形成层，进行固化。这样层层堆积粘结，自下而上形成一个零件的三维实体。
FDM工艺的关键是保持材料的半流动性。这些材料并没有固定的熔点，需要精确控制其温度。

三维印刷工艺（三维P_Binder Jetting）

三维印刷工艺，也称为三维打印。1989年，美国麻省理工学院的Emanuel M. Sachs和John S. Haggerty等在美国申请了三维印刷技术的专利，之后Emanuel M. Sachs和John S. Haggerty又多次对该技术进行完善，形成了今天的三维印刷快速成型工艺。
通过这个工艺，在每一层粘结完毕后，成型缸下降一个距离（等于层厚），供粉缸上升一段高度，推出多余粉末，并被铺粉辊推到成型缸，铺平并被压实。喷头在计算机控制下，按照下一个截面的二维几何信息进行运动，有选择地喷射粘结剂，最终构成层面。原理和打印机非常相似，即为三维打印这一名称的由来。铺粉辊铺粉时多余的粉末被粉末收集设备收集。如此周而复始地送粉、铺粉和喷射粘结剂，最终完成一个三维粉体的粘结，从而生产制品。
三维P工艺与SLS工艺都是将粉末材料选择性地粘结成为一个整体。其最大的不同之处在于三维P工艺不用将粉末材料熔融，而是通过喷嘴本身会喷出粘合剂，将这些材料粘合在一起。