图9-2 光固化成型过程
它使用的成型材料是对某特种光束敏感的树脂。其基本原 理为：在液槽内盛有液态的光敏树脂，激光束或紫外光光点在 液面上按计算机切片软件所得到的轮廓轨迹，对液态光敏树脂 进行扫描固化，形成连续的固化点，从而构成模样的一个薄截 面轮廓。一个层面扫描完成后，进行下一层扫描，新固化的层 黏结在前一层上，直至完成整个三维零件，如图9-2所示。
具体工作原理如图9-1所示，激光扫描器在计算机控制下按加 工零件各分解层面的形状对成型材料有选择性地扫描，从而形 成一层片，再进行下一层的扫描，新层黏结在前一层上，直至 整个零件制造完成。
图9-1 快速成型技术的工作原理 (a)三维模型；(b)二维截面；(c)激光扫描；(d)叠加三维制件
零件是点、线、面集合的空间实体，快速成型过程就是将 体-面-线离散与点-线-面叠加的过程。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。
当激光在模样几何形状所确定的区域内移动时，就能将粉末烧 结，从而生成模样的截面形状，并与下面已成型的部分黏结在 一起。每层烧结都是在先制成的那层顶部进行，一层截面烧结 完成以后，铺上新的一层材料粉末，选择性地烧结下层截面。 未烧结的粉末在制完模样后，可用刷子或压缩空气去除。
9.1.2 快速成型技术的分类及特点
快速成型工艺的种类很多，可按照材料的不同进行分类， 快速成型材料包括液态材料、离散颗粒和实体薄片。液态材料 的快速成型方法有液态树脂固化成型和熔融材料凝结成型，而 液态树脂固化又包括逐点固化和逐面固化；熔融材料凝结成型 又包括逐点凝结和逐面凝结。离散颗粒材料快速成型方法包括 激光熔融颗粒成型和黏结剂黏结颗粒成型两种方法。实体薄片 材料快速成型方法有薄片黏结堆积成型和采用光堆积成型两种。
叠层制造成型又称为分层实体制造，它采用薄片材料，如 纸、塑料薄膜等。其成型工艺如图9-3所示。片材表面事先涂 一层热熔胶，并卷套在纸辊上，并跨过支承辊缠绕到收纸辊上。 将需进行快速成型产品的三维图形输入计算机的成型系统，用 切片软件进行切片处理，得到沿产品高度方向上的一系列横截 面轮廓线。步进电机带动收纸棍转动，使纸卷沿图中箭头方向 移动一定距离。工作台上升与纸卷接触，热压辊滚压纸面，加 热纸背面的热熔胶，并使这一层纸与前一层纸黏合。
这种方法精度高，成型速度较快，扫描质量好，但设备价 格昂贵，需要支撑装置，树脂收缩会引起精度下降，并且光固 化树脂有一定毒性。
光固化快速成型技术适合于制作中小型工件，能直接得到 树脂或类似工程塑料的产品，主要用于概念模型的原型制作， 或用来完成简单装配检验和工艺规划。
9.2.2 叠层制造成型工艺(LOM)
第9章 快速成型技术简介
➢ 9.1 快速成型技术 ➢ 9.2 快速成型工艺 ➢9.3 快速成型技术的应用
9.1 快速成型技术
快速成型技术(RapidPrototyping，RP)又称快速原型制造技 术，是20世纪80年代末发展起来的一种先进制造技术，它突破 了传统的制造方法，直接根据CAD模型，不使用机械加工设备 就可快速制造形状复杂的零件的方法。该方法综合了CAD技术、 数控技术、激光技术和材料技术等，是先进制造技术的重要组 成部分。
按成型方法快速成型可分为基于激光或其他光源的成型技 术和基于喷射的成型技术两大类。前者包括光固化快速成型、 叠层制造成型、选择性激光烧结成型等方法；后者包括熔融堆 积成型工艺、三维印刷成型等。
快速成型方法与其他传统方法相比较，具有以下特点： (1)快速成型技术具有高度柔性，它属于非接触式加工，不 使用刀具、夹具等专用工具，在计算机控制下制造出任意复杂 形状的零件，从而摆脱了传统加工方法的局限性。 (2)快速成型技术方便地实现了设计制造一体化，通过离散 分层模型工艺，将CAD、CAM技术和制造技术有效地结合在 一起。
CO2激光器发射的激光束跟踪零件的二维截面轮廓数据，进行 切割，并将轮廓外的废纸余料切割出方形小格，以便成型过程 完成后易于剥离余料。每切割完一个截面，工作台连同被切出 的轮廓层自动下降至一定高度，然后步进电机再次驱动收纸辊 将纸移到第二个需要切割的截面，重复循环工作，直至形成由 一层层横截面黏叠的立体纸样。然后剥离废纸小方块，即可得 到性能类似硬木或塑料的模样产品。
பைடு நூலகம்
(3)快速成型技术与传统制造方法相比，不需要传统的刀具 或工装等生产准备工作，任何复杂零件的加工均可在一台设备 上完成，因此，很大程度上缩短了产品的开发周期，降低了开 发成本。
(4)成型过程中无震动、噪声和废料。
9.2 快速成型工艺
9.2.1 光固化成型工艺(SLA)
光固化成型又称为光敏液相固化法、立体光刻、光造型等， 是世界上第一种快速成型技术。
图9-3 叠层制造成型工艺
这种方法只需切割片材上的截面轮廓，不用扫描整个截面， 成型速度快，适于制造大型零件，成型时不需支撑装置。但零 件精度不如光固化工艺高，设备复杂，成本较高，并且成型材 料性能较差，因此，此法在快速成型中的地位日益降低。
9.2.3 选择性激光烧结成型工艺(SLS)
选择性激光烧结成型工艺是在一个充满氮气的惰性气体加 工室中利用粉末状材料成型的，所采用的材料较广泛，包括尼 龙、蜡、ABS塑料、树脂、聚碳酸酯、金属及陶瓷粉末等。其 工艺如图9-4所示。先将一层很薄的可熔粉末沉淀到圆柱形容 器底板上，根据CAD数据控制CO2激光束的运动轨迹，对可熔 粉末材料进行扫描熔化，并调整激光束的强度将粉末烧结。
9.1.1 快速成型技术的原理
快速成型技术的成型工艺均基于离散-叠加原理来实现快 速加工原型或零件。首先，由三维CAD软件设计零件的三维实 体模型，然后，根据工艺要求，按照一定的规则将模型离散为 一系列有序单元，通常对其进行切片分层，得到离散的多层平 面，将三维模型变成一系列二维层片，并把各平面的数据信息 传给成型系统的工作部件，用激光束或其他方法控制成型材料 按照一定规律，精确、迅速地层层堆积黏结起来，形成三维的 原型，最后经后处理成为零件。