快速成型系统的组成
论
快速成型系统是下面若干
先进技术集成的。
（1）计算机辅助设计(CAD)
（2）计算机辅助制造(CAM) （3）计算机数字控制(CNC)
（4）激光
（5）精密伺服驱动 （6）新材料
第一章 概
快速成型技术概念
论
快速成型（也称快速原型）制造技术(Rapid Prototyping & Manufacturing，RP&M 或 RP)，是由CAD数字模型驱动的通过特定材料 采用逐层累积方式制作三维物理模型的先进制造技术。
第三节 快速成型技术的特点及优越性
快速成型技术的优越性
◎ 用户受益
用户在产品设计的最初阶段，也能见到产品样品甚至少量产品，这使得用户能及早、 深刻地认识产品，进行必要的测试，并及时提出意见，从而可以在尽可能短的时间 内，以最合理的价格得到性能最符合要求的产品。
第一章 概
论
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快速成型技术的早期发展 快速成型技术的主要方法及分类
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快速成型技术的特点及优越性
快速成型技术的发展趋势
第四节 快速成型技术的发展趋势
快速成型技术的局限
快速成型技术发展到目前阶段，主要存在两大局限： （1）由于成型材料种类和成本的限制，原型多为模型而非实际需要的工作零件； （2）因数据处理及制作工艺等限制，快速成型系统制作的原型很难达到与CAD设 计相同的尺寸精度和实际使用要求的表面质量。
快速成型技术的发展趋势
◎金属零件的直接快速成型 ◎开发性能优越的成型材 ◎喷射成型技术的广泛应 ◎组织工程材料快速成型 ◎拓展新的应用领域 ◎概念创新与工艺改进 ◎成型材料系列化、标准化 ◎梯度功能材料的应用 ◎开发新的成型能源 ◎集成化 ◎数据优化处理及分层方式的演变 ◎快速成型设备的专用化和大型化
3D Systems公司(光固化快速成型设备)
Stratasys公司(熔融沉积快速成型设备) Helisys公司(叠层实体快速成型设备) DTM公司（粉末激光烧结快速成型设备） 欧洲和日本等国家也不甘落后，纷纷进行RP&M技术、设备研制等方面的研 究工作，如德国的EOS公司、以色列的Cubital公司以及日本的CMET公司等。



第一节 快速成型技术的早期发展

1972年，K. Matsubara提出在上述方法中使用光固化材料，将光敏聚合 树脂涂覆到耐火颗粒上形成板层，光线有选择地投射或扫射到这个板 层，将规定的部分硬化，没有扫描或没有硬化的部分被某种溶剂溶化， 用这种方法形成的薄板层随后不断地堆积在一起形成模型。 1976年，P. L. DiMatteo进一步明确 地提出，这种堆积技术能够用来制 造用普通机加工设备难以加工的曲 面，如螺旋桨、三维凸轮和型腔模 具等。在具体实践中，通过铣床加 工成形沿高度标识的金属层片，然 后通过粘接成叠层状，采用螺栓和 带锥度的销钉进行连接加固，制作 了型腔模，如图所示。
第一章 概
论
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快速成型技术的早期发展 快速成型技术的主要方法及分类
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快速成型技术的特点及优越性
快速成型技术的发展趋势
第三节 快速成型技术的特点及优越性
快速成型技术特点
快速原型技术的出现，开辟了不用刀具、模具而制作原型和各类零部件的新途径，
也改变了传统的机械加工去除式的加工方式，而采用逐层累积式的加工方式，带来
1981年，H. Kodama首先提出了一套功能感光聚合物快速成型系统， 应用了三种不同的方法制作叠层。

第一节 快速成型技术的早期发展
第一节 快速成型技术的早期发展
第一节 快速成型技术的早期发展
第一节 快速成型技术的早期发展
快速成型系统的开发商（国外）
美国在RP&M系统(设备)研制、生产、销售方面占全球主导地位，生产RP&M 设备系统的公司主要有：
第一章 概
论
快速成型的制作过程
CAD模型
由传统的“去除” 加工法— 部分去除大于 工件的毛坯上的材料来 得到工件而改变为全新 的“增长”加工法—用 切片离散 一层层的小毛坯逐步叠 加成大工件，将复杂的 三维加工分解成简单的 二维加工的组合。
单层制作
逐层累积
第一章 概
论
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快速成型技术的早期发展 快速成型技术的主要方法及分类
快速原型的优势
与传统的实现上述用途的方法相比，其显著优势是：制造周期大大 缩短（由几周、几个月缩短为若干个小时），成本大大降低。尤其是衍 生出来的后型制造技术的优越性，可在短期内迅速推出满足用户需求的一定批量的 产品，大幅度降低了新产品开发研制的成本和投资风险，缩短了新产品 研制和投放市场的周期，在小批量、多品种、改型快的现代制造模式下 具有强劲的发展势头。
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快速成型技术的特点及优越性
快速成型技术的发展趋势
第一节 快速成型技术的早期发展
快速成型技术的基本原理是基于离散的增长方式成型原型或制品。历 史上这种“增长” 制造方式由来已久，其发展根源可以追朔到早期的地形 学工艺领域。

1892年，J. E. Blanther在其美国专利中曾建议用叠层的方法来制作地图 模型。该方法指出将地形图的轮廓线压印在一系列的蜡片上并沿轮廓 线切割蜡片，然后堆叠系列蜡片产生三维地貌图。 1902年，Carlo Baese在他的美国专利(# 774549)中，提出了用光敏聚合 物制造塑料件的原理，这是现代第一种快速成形技术—“立体平板印 刷术”(StereoLithography)的初始设想。 1940年，Perera提出了在硬纸板上切割轮廓线，然后将这些纸板粘结 成三维地形图的方法。 1964年，E. E. Zang进一步细化了该方法，建议用透明纸板，且每一块 均带有详细的地貌形态标记，制作地貌图。
第二节 快速成型技术的主要方法及分类
快速成型主要工艺方法
根据所使用的材料和建造技术的不同，目前应用比较广泛的方法有如下四种： 光固化成型法（Stereolithography Apparatus，SLA） 采用光敏树脂材料通过 激光照射逐层固化而成型 叠层实体制造法（Laminated Object Manufacturing，LOM） 采用纸材等薄层材料通过逐层粘结和激光切割而成型 选择性激光烧结法（Selective Laser Sintering，SLS） 采用粉状材料通过激光选择性烧结逐层固化而成型
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快速成型技术的特点及优越性
快速成型技术的发展趋势
第二节 快速成型技术的主要方法及分类
快速成型过程
快速成型离散和叠加过程
快速成型技术的制造方式是基 于离散堆积原理的累加式成型， 从成型原理上提出了一种全新 的思维模式，即将计算机上设 计的零件三维模型，通过特定 的数据格式存储转换并由专用 软件对其进行分层处理，得到 各层截面的二维轮廓信息，按 照这些轮廓信息自动生成加工 路径，在控制系统的控制下， 选择性地固化光敏树脂或烧结 粉状材料或切割一层层的成型 材料，形成各个截面轮廓薄片， 并逐步顺序叠加成三维实体， 然后进行实体的后处理，形成 原型或零件，如图所示。
第一章 概
思考题
论
1．上世纪中叶以来，整个世界制造业的战略是如何变迁的? 2．快速成型英文是什么?主要有哪些方法，各种主要方法的英文及缩写是什么？ 3．快速成型是哪些先进技术的集成? 4．快速原型的主要用途有哪些?其显著优势是什么？ 5．第一台商品化快速成型设备是由哪个公司在哪一年推出的？ 6．列举若干个当前比较著名的研究和供应商品化快速成型设备的主要国家。 7．列举国内研究商品化快速成型设备的主要高校和公司。 8．列举国外销售商品化快速成型设备的主要公司。 9．快速成型技术具有哪些特点，能使哪些方面受益？ 10．快速成型技术发展趋势有哪些? 你认为还会有哪些发展趋势？
熔融沉积制造法（Fused Deposition Manufacturing，FDM）
采用熔融材料加热熔化挤压喷射冷却而成型
第二节 快速成型技术的主要方法及分类
快速成型工艺方法分类
快速原型技术从广义 上讲可以分成两类： 材料累积和材料去除。 但目前人们谈及的快
速成型制造方法通常
指的是累积式的成型 方法，而累积式的快 速原型制造方法通常 是依据原型使用的材 料及其构建技术进行 分类的，如右图所示。 快速成型工艺方法的分类

由DiMatteo制作的型腔模叠层模型
第一节 快速成型技术的早期发展

1977年，W. K. Swainson在他的美国专利中提出，通过选择性的三维光 敏聚合物体激光照射直接制造塑料模型工艺，同时Battelle实验室的R. E. Schwerzel也进行了类似的工作。

1979年，日本东京大学T. Nakagawa教授等开始用薄板技术制造出实用 的工具，如落料模、成形模和注射模等。其中特别值得一提的是，T. Nakagawa教授提出了注射模中复杂冷却通道的制作可以通过这种方式 来得以实现。
第一节 快速成型技术的早期发展
快速成型技术研究及系统开发（国内）
我国从上世纪90年代初由清华大学、华中科技大学、西安交通大学等高校及 其他科研院所在国家及地方政府资金支持下启动快速成型技术的研究工作。几所高 校及部分研究机构在早期的快速成型设备及相应的材料开发中各有侧重，于90年
代中后期陆续推出各自具有代表性的快速成型设备。应用较多的为： 陕西恒通智能机器有限公司（西安交通大学）：光固化快速成型设备（SLA） 武汉滨湖机电有限公司（华中科技大学）：叠层实体快速成型设备（LOM）、 粉末激光烧结快速成型设备（SLS）等 北京隆源自动成型系统有限公司：粉末激光烧结快速成型设备（SLS） 上海联泰科技有限公司：光固化快速成型设备（SLA） 清华大学：叠层实体快速成型设备、熔融沉积快速成型设备
产 品 造 型 产 品 原 型
传统打印机—2D 快速成型技术—3D