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
"YlN_U ,zy4+GW 1.任何……无论多复杂的形状都非常容易成形
=kq!e 2.任谁……因无机器各部动作干涉问题,对操作者无熟练要求
':71;^zXf 3.即刻……因无需准备工具夹具等,可迅即开始加工
Q"UQv< 4.自动……加工过程完全自动化,可完全无人运转
; 4E0%@R 5.安静……无加工噪音,振动,无大量切屑
Vwp fkD` 6.短期……可在短时间内制作模型,交货快,费用省
V4GcW|P4y N\IdZX%u RP种类 fiSc\C ~ g?ID}E~< 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:
X[:&p|g] 1.液态制程(Liquid Process)
.c'EXuI7), 2.粉末制程(Power Process)
W@w#A] 3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process)
+_gPZFpbx 4.纸层积制程(Paper Lauination Process)
goi5I(yn^ 5.面曝光制程(Solid Ground Curing)
+Io[o6* 6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing)
hlxZq 7FMg6z8~ 1.液态制程(Liquid Process)
3F ;+D -r_/b 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:
sgDlT=c' ?d1H]f<M (I)具有相当良好之表面质量,可以做为RTV模之母型
/JL2dBy#z (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。
m'$]lf;* (3)材料收缩量很小,故成品之弯曲程度亦最低。
zE +)oQ, (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"。
tL1"Dt> :qi"I;=6 最佳应用范围:
i,BE]w QDS=M] (1)以艺术用途为主要考虑之概念模型。
0nS69tH (2)以复杂度、精度为主要考虑之成品。
zqg4@"
p (3)需后续制程(如RTV模具)之母型。
d#.9!m~. (4)某些快速仿制之应用。
|q5R5mQ Kw}-<y 2.粉末制程(PowerProcess)
q9w6 6R 9u/ "bj 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:
:tY;K2wDM [ZS}P (1)可快速交货(依成品大小区分,一般约在2一4天)
<U=:N~L (2)不需支撑。
s5>=!yX (3)可直接制造出金属件,同应用于塑料射出成形之暂用模。
WRQJ6B (4)可于表面涂布一层树脂增加成品强度。
m M!H}| 2E^zQ>;01 应用范围:
-tWkN^j8+ zp>q$e40 (1)相当完美的概念模型且兼其部份功能性。
<;:M:{RZY (2)当表面粗度不是首要考置时可广泛被用于铸造之母型。
I ;N)jj`b (3)吹气成型模产品原型(如瓶子)。
dV<|ztv (4)功能测试用产品原型(如流场测试)。
s4bLL MzRURH, 3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process)
4(MZ*6G]? p`-`(i=iJo 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:
GcQO&oq| r#
5))q- (1)操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。
?fDF Rms (2)时效及成本效益极佳。
Y9ueE+6 (3)材料之重量与感觉与ABS相近。
j"*ZS'0 (4)材料缩小率低(约在0.005一0.008之间)。
(Vglcj zlIXia5 应用范围:
Fn*clx< w@7NoD= (1)小齿轮,尤其是具有小齿者。
.w^M?}dx (2)小功能件。
{~ ZSqd (3)薄壁小件。
`6`NuZ*6g (4)造模用缩小比例件。
VZ{aET! 09`5<9/ 4.纸层积制程(Paper Lauination Process)
P&C,E E$ O.e^?ysp/ 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:
?V%x94B a0OH (1)系统购置成本低。
B\1F (2)可在办公室环境下使用。
EZ*FGt6( (3)时效佳。
- XIjol( a?K= 应用范围:
GEXT8f(7 ET1/oG<@ (1)设计确认模型。
HJ]\VP9Zb (2)翻砂铸造用母型。
mV0F^5 lq=|= 5.面曝光制程(Solid Ground Curing)
M0DdrL/
L ufm`h)N 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:
x F7C1g( 4]RGLN (1)不需另增支撑。
jftoqK-
p (2)整层一次成型,时效佳。
&}31q` (3)精度佳,约在0.1%左右。
q[1:h nk9Kq\2f: 应用范围:
qlmz@kTb Urur/_]-% (1)最适需要多件原型之场合。
x; 89lHy@e (2)可用于需翻制模具之母型。
8=OK8UaU (3)部份功能性需求之产品开发原型。
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(4)大型件。
B5pMcw 7
N+;K0 6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing)
KB!.N[!v +lmMBjDa 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:
|5S/h{gq ^%wj6 (1)不须支撑者。
{ecmOxKP} (2)工作环境可适用于办公室。
R X:wt (3)时效佳。
gsd9QW j7=I!<w V 应用范围:
VQV7W &-W5T?Sl (1)最适于设计确认。
T1m'+^?" (2)加工性之评估件。
4thLK8/c5g o-2FGM`*VB RP应用实例 gBz$RfyF q/~U[.C 快速原型技术乃是将复杂的计算机3D实体(如手工具本体及零组件)经软件处理切成2D的切片﹐各切层积层推迭后﹐经快速原型机快速制造实体原型之技术﹔快速模具技术为利用快速原型对象快速制作对象暂用模具之技术。自从1988年第一台商用RP机器开发以来﹐快速原型与快速模具技术被广泛应用于各大产业(尤其是汽机车及3C产业)的产品开发流程中﹐主要原因是这些技术发展已渐成熟而且应用成效良好﹐符合快速开发制造的目的。
ik02Q,J N#'+p5|> RP 应用实例

RP未来发展方向
Y ::\;s @=q,,t$r RP系统正式开发上市后,短短数年间,各式各样的新系统,纷纷被开发上市、且发展呈相当多样化,更由于各种RP系统使用材料的不同、制程的不同、机体构造的不同…….等,导致各种RP系统各具特色。况且,使用者在选购RP系统时,亦有各种不同的用途及功能需求。因此,RP系统虽然各有优缺点,但却没有一套RP系统可以满足使用者的所有需求。一套RP系统对使用者是否适合,端视使用者的主要应用范围是否适合该套系统的功能特性而定。使用者在购买前应从多方面考虑 (使用材料特性、精度、生产速度、应用范围、成品强度等……)审核评估,才能找出最适合自己的系统。RP系统可趋向于二大类型式:
lob{{AB,! LyO ,] 高价型RP系统:具高精度,但价格昂贵,适合高应用之RP系统,如EOS、SOUP、SLA等‥‥‥。
:#v8K;C cGiS[-g 廉价型RP系统:精度较差但价格低廉,可置在办公之桌上型3D Printer,主要用来做设计确认辅助之用。
FLdO ",	 未来发展趋势可分为新的成型方式、材料配方的开发及制程上的改善。在材料的配方上,期望能更快速的制造出更精确、机械性质更坚硬且可以后加工的原型,以满足直接可以有功能性运用的原型制作,甚至医学用模型的医学用材料开发。在制程上,成形扫瞄路径的持续研究,期望以较少的层数及扫瞄路径(较快的速度),加速原型的制作及减少原型的变形。例如自动调适的层厚设定(Adaptive Slicing)已经开始被重视,藉由对成型轴方向低钭率轮廓的变化,采用厚层成形以在相同精度要求下,缩短制作时间;弹性层加工以精密的轮廓构建及弹性的内部充填,大幅节省原型制作的时间。