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
\7] SG =p>IP"HJ 1.任何……无论多复杂的形状都非常容易成形
G1G*TSf 2.任谁……因无机器各部动作干涉问题,对操作者无熟练要求
:4/37R(~l8 3.即刻……因无需准备工具夹具等,可迅即开始加工
!30BR|K* 4.自动……加工过程完全自动化,可完全无人运转
s_%KWkS 5.安静……无加工噪音,振动,无大量切屑
l'twy$V4|~ 6.短期……可在短时间内制作模型,交货快,费用省
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apO}{ dT'd C RP种类 yhh\?qqy n>W*y|UJ 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:
=pd#U 1.液态制程(Liquid Process)
4^_'LiX3[ 2.粉末制程(Power Process)
f]48>LRE8 3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process)
^]X\boWlI 4.纸层积制程(Paper Lauination Process)
!pxOhO.V 5.面曝光制程(Solid Ground Curing)
dzs(sM= 6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing)
[(*? PgdHH:v) 1.液态制程(Liquid Process)
36UUt!}p \^x`GsVy 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:
raJv$P 9y?)Ga (I)具有相当良好之表面质量,可以做为RTV模之母型
,f}u|D 3@ (2)原型实物可以很迅速、且轻易地修整到许多美术品模具母型所需之表面质量。
5F$~ZDu (3)材料收缩量很小,故成品之弯曲程度亦最低。
>!WH%J (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"。
OQiyAyX ):7mK03J 最佳应用范围:
x &*2R#Ai x};sti R (1)以艺术用途为主要考虑之概念模型。
h?P-
:E (2)以复杂度、精度为主要考虑之成品。
";;Nc>-Y (3)需后续制程(如RTV模具)之母型。
U# U*^# (4)某些快速仿制之应用。
9w dl1QS GD0Q`gWNe 2.粉末制程(PowerProcess)
+d=w%r) PnZY%+[I 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:
jJyS^*.X &vN^*:Q (1)可快速交货(依成品大小区分,一般约在2一4天)
6h?)x (2)不需支撑。
0SV4p. (3)可直接制造出金属件,同应用于塑料射出成形之暂用模。
IsiBn(1Z (4)可于表面涂布一层树脂增加成品强度。
)4^Sz &\ /~3kkM(Ty 应用范围:
=[LUOOR*] eXi}-~o (1)相当完美的概念模型且兼其部份功能性。
LG;U?:\ (2)当表面粗度不是首要考置时可广泛被用于铸造之母型。
P(aN6)D (3)吹气成型模产品原型(如瓶子)。
*K;s*-|U (4)功能测试用产品原型(如流场测试)。
2?@Ozr2Uh L~E|c/ 3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process)
_*++xF1 ou=33}uO 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:
O96%U$W #vzt6x@* (1)操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。
yb) a (2)时效及成本效益极佳。
m1Xc3=Y (3)材料之重量与感觉与ABS相近。
l7#2
e ORm (4)材料缩小率低(约在0.005一0.008之间)。
jIck! MG vp6/Pd 应用范围:
v(;n|=O ,c|Ai(U (1)小齿轮,尤其是具有小齿者。
[:8+ +#KD (2)小功能件。
q9(Z9$a(\ (3)薄壁小件。
DFp">1@`PR (4)造模用缩小比例件。
v+C%t!dx RV),E:? 4.纸层积制程(Paper Lauination Process)
/_r` A Bdm05}c@u 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:
O% 8>siU kL"Y>@H (1)系统购置成本低。
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}[}P (2)可在办公室环境下使用。
v;(k7
(3)时效佳。
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1=]. vngn^2 应用范围:
t**MthnW ('+C $ (1)设计确认模型。
cH6J:0>W (2)翻砂铸造用母型。
~cSE 9ul 7A^L$TY 5.面曝光制程(Solid Ground Curing)
:kvQ3E0 NUh+ &M 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:
9\>{1"a Rbcu5.6 (1)不需另增支撑。
]QJ7q} (2)整层一次成型,时效佳。
[JKLlR (3)精度佳,约在0.1%左右。
0zE(:K h059 DiH 应用范围:
^bECX<,H NmTo/5s (1)最适需要多件原型之场合。
/L=Y8tDt (2)可用于需翻制模具之母型。
3cc;BWvM (3)部份功能性需求之产品开发原型。
J7wIA3.O (4)大型件。
\S>GtlQbn NXOcsdcZu 6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing)
T:g%b @ bJ]blnH 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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zzH QObHW[:F (1)不须支撑者。
M=4`^.Ocm (2)工作环境可适用于办公室。
Esf\Bo" (3)时效佳。
n&8SB'-r W8M(@*
T 应用范围:
f=-R<l 9>=S@hVMd (1)最适于设计确认。
?@ 7Reh\ (2)加工性之评估件。
ohi0_mBz ,3W,M=j) RP应用实例 NG?g( V!QC.D< 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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RP 应用实例

RP未来发展方向
^M+aQg% 0a:@DOzT 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:
TP mb]j p5J!j I= 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‥‥‥。
c|X}[ 5YLc4z* 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。
" : V@AT V6_~"pRR= 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。