快速原型技术的四种类型

6.3.2　快速原型技术的四种类型

快速原型技术概念即RP（Rapid Prototyping Technology）概念的提出可追溯到1979年，日本东京大学生产技术研究所的中川威雄教授发明了叠层模型造型法，1980年小玉秀男又提出了光造型法，该设想提出后，由丸谷洋二于1984年继续研究，并于1987年进行产品试制。

1988年，美国3D Systems公司率先推出快速原型实用装置——激光立体造型即SLA （Stereo Lightgraphy Apparatus），并以年销售30%～40%的增幅在世界市场出售。近年来，随着扫描振镜性能的提高，以及材料科学和计算机技术的发展，快速原型技术已日趋成熟，并于1994年正式进入推广普及阶段。

目前，按照所用材料的形态与种类不同，快速原型技术目前有以下四种类型：

1．利用激光固化树脂材料的光造型法

光造型装置一直以美国3D Systems公司的SLA型产品独占鳌头，并形成垄断市场。其工作原理如图6-16所示。由激光器发出的紫外光，经光学系统汇集成一支细光束，该光束在计算机控制下，有选择地扫描液激光器扫描镜升降装置容器光敏树脂体光敏树脂表面，利用光敏树脂遇紫外光凝固的机理，一层一层固化光敏树脂，每固化一层后，工作台下降一精确距离，并按新一层表面几何信息使激光扫描器对液面进行扫描，使新一层树脂固化并紧紧粘在前一层已固化的树脂上，如此反复，直至制作生成一零件实体模型。激光立体造型制造精度目前可达±0.1mm，主要用做产品提供样品和实验模型。此外，日本帝人制机开发的SOLIFORM可直接制作注射成型模具和真空注塑模具。

2．纸张叠层造型法

纸张叠层造型法目前以Helisys公司开发的LOM装置应用最广。该装置采用专用滚筒纸，由加热辊筒使纸张加热连接，然后用激光将纸切断，待加热辊筒自动离开后，再由激光将纸张裁切成层面要求形状，如图6-17所示。

图6-17　纸张叠层造型原理图

LOM可制作一些光造型法难以制作的大型零件和厚壁样件，且制作成本低廉（约为光造型法的1/2）、速度高（约为木模制作时间的1/5以下），并可简便地分析设计构思和功能。

3．熔融造型法

熔融造型法以美国Stratasys公司开发的产品FDM（Fused Deposition Modelling）应用最为广泛。工作时，直接由计算机控制喷头挤出热塑材料并按照层面几何信息逐层由下而上制作出实体模型。FDM技术的最大特点是速度快（一般模型仅需几小时即可成型）、无污染，在原型开发和精铸蜡模等方面得到广泛应用。

4．选择性激光烧结造型法

选择性激光烧结造型法以DTM公司开发的选择性激光烧结即SLS（Selective Laser Sintering）应用较多。该方法是用CO₂激光熔融烧结树脂粉末的方式制作样件。工作时，由CO₂激光器发出的光束在计算机控制下，根据几何形体各层横截面的几何信息对材料粉末进行扫描，激光扫描处粉末熔化并凝固在一起。然后，铺上一层新粉末，再用激光扫描烧结，如此反复，直至制成所需样件，如图6-18所示。

图6-18　选择性激光烧结原理图