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
im{'PgiR `RDlk 1.任何……无论多复杂的形状都非常容易成形
y>wrm:b-O 2.任谁……因无机器各部动作干涉问题,对操作者无熟练要求
Bf!i(gM 3.即刻……因无需准备工具夹具等,可迅即开始加工
!c-Ie~GIT 4.自动……加工过程完全自动化,可完全无人运转
BqC, -gC 5.安静……无加工噪音,振动,无大量切屑
+^tq?PfE 6.短期……可在短时间内制作模型,交货快,费用省
yL/EIN }YJ(|z"" RP种类 !]1X0wo\ g*C&Pr3 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:
cnr&%- 1.液态制程(Liquid Process)
+;~JHx.~X 2.粉末制程(Power Process)
N<o3pX2i] 3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process)
Fgq"d7` 9@ 4.纸层积制程(Paper Lauination Process)
@/h_v#W 5.面曝光制程(Solid Ground Curing)
Jcf'Zw"\ 6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing)
a7'.*H] P\\4 w)C 1.液态制程(Liquid Process)
4]9+ vw=OGjT_>m 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:
u4TU"r("A Uf)?sz (I)具有相当良好之表面质量,可以做为RTV模之母型
]:`q/iS& (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。
wHm{4 (3)材料收缩量很小,故成品之弯曲程度亦最低。
!9=hUpRN (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"。
`$oGgz6ZT hZ|*=/3k 最佳应用范围:
}M?\BH& *O-1zIlp (1)以艺术用途为主要考虑之概念模型。
pOP`n3m0 (2)以复杂度、精度为主要考虑之成品。
Q4e*Z9YJ (3)需后续制程(如RTV模具)之母型。
<>$`vuU (4)某些快速仿制之应用。
?8[,0l:| DpjiE/* 2.粉末制程(PowerProcess)
%7=B?c| YW55iyM 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:
z`UL)W H_)\:gTG (1)可快速交货(依成品大小区分,一般约在2一4天)
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(2)不需支撑。
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hH;d\W# (3)可直接制造出金属件,同应用于塑料射出成形之暂用模。
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oKH (4)可于表面涂布一层树脂增加成品强度。
yO Ed8 ZN>oz@jY 应用范围:
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V`cg0 (1)相当完美的概念模型且兼其部份功能性。
~]f+ (2)当表面粗度不是首要考置时可广泛被用于铸造之母型。
kKr|PFz (3)吹气成型模产品原型(如瓶子)。
QA?e2kd (4)功能测试用产品原型(如流场测试)。
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n'R9SnW 3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process)
ipU,.@~# ,!+>/RlJ 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:
;u`zZb=,[ JJ@O5 (1)操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。
ufF$7@(+ (2)时效及成本效益极佳。
WE\@ArY> (3)材料之重量与感觉与ABS相近。
I;iJa@HWQ (4)材料缩小率低(约在0.005一0.008之间)。
'>dsROB-> S*;8z}5<\ 应用范围:
)]x/MC:9r /V@~Vlww (1)小齿轮,尤其是具有小齿者。
}T=0]u4, (2)小功能件。
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<T;1VQ (3)薄壁小件。
dw{L,u`68 (4)造模用缩小比例件。
vi?{H*H4c 9sYN7x 4.纸层积制程(Paper Lauination Process)
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FHk0!3 RbB
y8ZVM 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:
[1{#a {4 4oW6&1 (1)系统购置成本低。
VZ"W_U, (2)可在办公室环境下使用。
fNb2>1 (3)时效佳。
P.^%8L <Stfqa6FJ 应用范围:
lx9tUTaus/ uNnx
i (1)设计确认模型。
4+&4 (2)翻砂铸造用母型。
+~~FfIzf# xb/L AlJ 5.面曝光制程(Solid Ground Curing)
iW.4'9 s5{N+O)~S 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:
#wz1uw[pI! ["l1\YCi (1)不需另增支撑。
b+/XVEsr (2)整层一次成型,时效佳。
Fy1@B(V% (3)精度佳,约在0.1%左右。
L"|4
v CZ2&9Vb9I 应用范围:
Hkq""'Mx+w 5!WQ (1)最适需要多件原型之场合。
AITV+=sN (2)可用于需翻制模具之母型。
72rnMHq (3)部份功能性需求之产品开发原型。
^rF{%1 DT (4)大型件。
f#~X4@DH` gG"W~O)yv 6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing)
@0}Q"15,I ,_HSvs7- 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:
JkT, i_ EC[2rROn\ (1)不须支撑者。
Z"spua5 (2)工作环境可适用于办公室。
&)F8i#M (3)时效佳。
Rou$`<{H J:6wFmU 应用范围:
76e%&ZG)Q .hI3Uv8[ (1)最适于设计确认。
Pl|e?Np (2)加工性之评估件。
h<KE)^). ?^TjG)e7 RP应用实例 ?-"xP'# Y=RdxCCx4 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。
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0A RP 应用实例

RP未来发展方向
&?~OV:r9 l| 1O9I0Gd 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:
z[xi q,b6). 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‥‥‥。
tqI]S
X X\X*-.]{ 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。
gFk~SJd q5X\wz2N 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。