Rapid Phototyping 中文译为快速成型、快速造型或快速造形,主要是指运用某些特殊设计。此种技术可以将设计与原型加以连结,也就是可以将设计者的概念在计算机中建立模型,并利用 RP机器以层层堆栈的方式迅速制作出原型。其原理如图所示。
RP制程的优点
<3HJkcYGz ;I>`!|mT 1.任何……无论多复杂的形状都非常容易成形
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2.任谁……因无机器各部动作干涉问题,对操作者无熟练要求
n):VuOjm 3.即刻……因无需准备工具夹具等,可迅即开始加工
vsK>?5{C- 4.自动……加工过程完全自动化,可完全无人运转
#ed]zI9O 5.安静……无加工噪音,振动,无大量切屑
Hogr#Sn2 6.短期……可在短时间内制作模型,交货快,费用省
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f ? )jg3`I@ RP种类 N}\i!YUD 7 UR)4dYA 自1987年美国3D Systems公司首先公开系统以来,各先进国家陆绩开发出各式各样的系统,大致可分成以下几大类:
~jgd92`{z 1.液态制程(Liquid Process)
a`}-^;}SW 2.粉末制程(Power Process)
[yz;OoA:; 3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process)
R0Qp*&AL 4.纸层积制程(Paper Lauination Process)
\C#Vh7z"2& 5.面曝光制程(Solid Ground Curing)
E)Dik`Ccl 6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing)
~34$D],D T"O! 1.液态制程(Liquid Process)
xed$z Z=#!FZ{ 液态制程亦被称为光造形法(Stereo Lithography Apparatus),系以紫外线光束照射光硬化树脂,使被照射之树脂固化逐层堆栈。而制造出产品原型。目前使用此原理之RP系统包括,最早公开上市之SLA系统(美国3DSystems公司),日本的SOUP系统(CMET公司)及SCS系统(D-MEC公司)等10余种此类系统被开发并公开上市。截至目前该类系统占有RP市场的比例最高,以日本为例,前述三家公司之光造形系统即占有日本RP市场的70%以上。此类系统之加工原理如图所示。
优点:
^pn:SV t;'__">:q (I)具有相当良好之表面质量,可以做为RTV模之母型
*fE5Z;!} (2)原型实物可以很迅速、且轻易地修整到许多美术品模具母型所需之表面质量。
N3,EF1% (3)材料收缩量很小,故成品之弯曲程度亦最低。
/SyiJCx0 (4)公差范围在±0.1%范围以内,而且在X、Y轴之公差更低,在5”之成品公差可控制在±0.003"之内,而缩水率约在每英吋±0.001"。
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I7Le \o/oM,u 最佳应用范围:
dG1qrh9_- T+I|2HYqOj (1)以艺术用途为主要考虑之概念模型。
[=Xvp z (2)以复杂度、精度为主要考虑之成品。
ST{<G (3)需后续制程(如RTV模具)之母型。
kM.zX|_ (4)某些快速仿制之应用。
;lGjj9we> dme_Ivt 2.粉末制程(PowerProcess)
E5B:79BGO Zvc{o8^z 此类制程系以雷射光照射烧结粉末状塑性材料或金属粉末,使其结合而成型,铺设粉未系以滚筒左、右滚动方式达成在工作平台上铺上一层、一层均匀的粉末。此类系统主要有美国DTM公司的SLS系统及德国EOS公司之Stereos系统等,其原理如图所示
优点:
rKO[;]_* wuPx6hCl (1)可快速交货(依成品大小区分,一般约在2一4天)
T7[ItLZ (2)不需支撑。
VQ+Xh (3)可直接制造出金属件,同应用于塑料射出成形之暂用模。
#fQStO (4)可于表面涂布一层树脂增加成品强度。
GZse8ng ;:v:pg8qc 应用范围:
;%Qu;FtC F*QGzbv) (1)相当完美的概念模型且兼其部份功能性。
WO|#`HM2 (2)当表面粗度不是首要考置时可广泛被用于铸造之母型。
)H)HR` (3)吹气成型模产品原型(如瓶子)。
UtzW 5{ (4)功能测试用产品原型(如流场测试)。
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f! 3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process)
K?) &8S Q~nc:eWD 此类系统传以加热头(Heated Head)熔化线状之热塑性材料,并从加热头经内喷嘴均匀挤出,遂层堆积成型。主要的系统有美国sratasys公司的FDM系统。其加工原理如图所示。
优点:
8xLvpgcZ r.[9/'> (1)操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。
pbJs3uIR (2)时效及成本效益极佳。
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(3)材料之重量与感觉与ABS相近。
}.x?$C+\" (4)材料缩小率低(约在0.005一0.008之间)。
W@#Y/L:${ h&&ufF]D 应用范围:
7Y:1ji0l @`)A) (1)小齿轮,尤其是具有小齿者。
|[8&5[); (2)小功能件。
<f1Pj (3)薄壁小件。
O",:0< (4)造模用缩小比例件。
4\3Z$%2^LZ Ve<l7U; 4.纸层积制程(Paper Lauination Process)
i&RPYbT{ _8S!w>$) 此类系统系以薄片材料(纸为主),经由雷射切割出每一层的形状,并加热粘合而成型,主要的系统有美国Helisys公司的LOM系统及日本Kira公司的Solid Centel系统等,其中Kira公司的系统可采用普通纸,且以特殊刀片切割形状,使用上更为方便且价格低廉,其加工原理如图所示。
优点:
L9"V$MO K%.\@l2Cp (1)系统购置成本低。
@jX[Ho0W' (2)可在办公室环境下使用。
>IsRd (3)时效佳。
+g%kr~w= h>9GfF3 应用范围:
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eyp]XC\ YuFJJAJ (1)设计确认模型。
Ng2qu!F7 (2)翻砂铸造用母型。
\IIR2Xf,K >k5nU^|B1 5.面曝光制程(Solid Ground Curing)
,F]Y,"x: }O-|b#Q 以色列的Cubita(公司开发的此种系统称为SGC系统,系以紫外线照射每一层断面形状而产生光罩,再以紫外线透过光罩之透明区域,使其下之树脂固化,未固化(阴暗区域)之树脂需去除后补上一层蜡,经机械加工整平后,再重复上述步骤,遂层堆积成型,其成型原理如图所示。
优点:
5?{a=r9 5$/ED3mcK (1)不需另增支撑。
pri=;I(2A (2)整层一次成型,时效佳。
ZG3u (3)精度佳,约在0.1%左右。
-)PQ&[ IOtSAf 应用范围:
nD6NLV%2x f%;8]a9 (1)最适需要多件原型之场合。
'gI q_t|^ (2)可用于需翻制模具之母型。
LY(YgqL (3)部份功能性需求之产品开发原型。
F|Pf-.r`t (4)大型件。
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Z_Qs^e$ 6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing)
x4Q*~,n u1R_u9 此种制程系以类似喷墨式打印机之方式,将陶瓷或金属粉末喷洒在一基板,再由一喷嘴喷出黏结剂加黏结,最后逐层堆积成型。此类系统主要有MIT所发展的3-D Printing系统及Sanders Prototype之3D Plotting等……,其加工原理如图所示。
优点:
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