快速設計及成型技術第一章緒論1.1簡介※快速成型（RapidPrototyping

―RP）技術屬于機械工程學科特種加工工藝的范圍?！褂眉す庾鳛槟茉吹目焖俪尚图夹g(RPT)還可以歸入激光加工門類?！且婚T多學科交叉，多技術集成的先進制造技術，也是制造理論研究成果中具有代表性的成果之一。1.2快速成型技術的產生快速成型技術的產生具有鮮明的時代特征，其背景為：※科學技術整體、迅速的發(fā)展不僅促進了經濟的繁榮和社會的進步，而且還豐富和發(fā)展了各門學科。※一方面，不同學科之間的交叉融合迅速產生了科學技術新的聚集，例如智能技術、傳感技術、信息技術與結構科學的交叉正在產生智能結構科學；激光技術、新材料技術、計算機輔助設計和制造集成了快速成型制造（RPT）※另一方面，經濟的發(fā)展和社會的進步又對科學技術提出了新的期望，譬如人們希望由微型計算機進入人體血管進行醫(yī)療作業(yè)；期待出現(xiàn)微型耳窩“種入聾耳內從而產生聽力”?！@種聚合和期望可以稱之為學科前沿。學科前沿也可以理解為已解決和未解決的科學技術問題之間的界域。1.2快速成型技術的產生※機械工程學科的新領域幾乎都是交叉學科，各項先進制造技術都是多種技術的集成，它們的產生和發(fā)展離不開相關學科的發(fā)展，因此解決好技術集成的“接口”就成為各項先進制造技術的研究內容?！敖涌凇眴栴}就是學科前沿的界域問題。RPT將激光技術、新材料技術、CAD/CAM集成起來，解決了激光技術對新材料的作用，CAD模型（STL文件格式）的切片處理，以及滿足“離散/堆積”成型工藝要求的包括數(shù)控技術、精密機械和光電子技術在內的一系列“接口”問題，從而形成一項新的先進制造技術。反過來它的發(fā)展又豐富了相關學科的研究內容，從而促進了相關技術的發(fā)展。※RPT符合上述學科前沿的特徽。1、從學科發(fā)展的特征看RPT的產生背景※面向市場的集成技術工程化要求是多品種、變批量和對市場的快速響應，因此要求系統(tǒng)具有快速開發(fā)新產品的能力，而傳統(tǒng)的產品開發(fā)方法費用高、周期長，企業(yè)必須采用新的產品開發(fā)手段才能在激烈的市場競爭中立于不敗之地，在這種歷史背景下，RPT就應用而生了。※簡言之，快速成型技術具有鮮明的時代特征。它于20世紀80年代后期興起，起源于美國，很快發(fā)展到日本，西歐和中國，是制造技術領域的一次重大突破。屬于局部制造理論范圍內的研究成果。2、從全球市場經濟的特征看RPT的產生背景1.3關于對快速成型的命名

※對這項新技術的命名，多年未能統(tǒng)一，常見有以下幾種：快速成型(RapidPrototyping)任意成型(FreeformFabrication)桌面制造(Desk-TopManufacturing)三維打印(3DPrinting)快速原型/零件制造(RPM)快速工模具制造(RTM)快速鑄造(RC)※我國已傾向于“快速成型”（RapidPrototyping）這個名稱。常用RP來代表快速成型，用RPT來表示快速成型技術，用RPS用于表示快速成型系統(tǒng)。1.3.1快速成型技術定義簡單說，快速成形技術是由CAD模型直接驅動，快速制造任意復雜形狀的三維物理實體的技術。核心是由CAD模型直接驅動，其基本過程如圖1-1所示。CAD建模

分層、加工路徑生成

堆積制造圖1-1快速成型過程示意圖首先由CAD軟件設計出所需零件的計算機三維曲面或實體模型，即數(shù)字模型或稱電子模型；然后根據(jù)工藝要求，按照一定的規(guī)則將該模型離散為一系列有序的單元，通常在z向將其按一定厚度進行離散(習慣稱為分層或切片)，把三維電子模型變成一系列的二維層片；再根據(jù)每個層片的輪廓信息，進行工藝規(guī)劃，選擇合適的加工參數(shù)，自動生成效控代碼；最后由成形機接受控制指令制造一系列層片并自動將它們聯(lián)接起來，得到—個三維物理實體。這種將一個物理實體復雜的三維加工離散成一系列二維層片的加工，是一種降維制造的思想，大大降低了加工難度，并且成形過程的難度與待成形的物理實體的形狀和結構的復雜程度無關。1.3.2快速成型五個步驟

1、CAD模型設計主要是解決零件的幾何造型，應有較強的實體造型或曲面造型功能，并與后續(xù)的軟件具有良好的數(shù)據(jù)接口。2、z向離散化分層過程．它將CAD模型在z向上分成一系列具有一定厚度（0.05~0.3mm）的薄層。破壞了零件在z向的連續(xù)性，z向上會產生“臺階”。從理論上講，分層厚度合理，可滿足零件的加工精度要求。圖1-2快速成型的五個步驟1.3.2快速成型五個步驟

3、層面信息處理為控制成形機對層面的加工軌跡，必須把層面的幾何形狀信息轉換成控制成形機運動的數(shù)控代碼。4、層面加工與粘接成形機根據(jù)控制指令進行二維掃描，同時進行層與層的粘接。5、層層堆積當一層制造完畢后，成形機工作臺面下降一個層厚的距離，再加工新的一層，如此反復進行直至整個原型加工完成。對完成的原型進行后處理，如深度固化、去除支撐、修磨、著色等，使之達到要求。圖1-2快速成型的五個步驟1.3.2快速成型的特征

快速成形技術在成形概念上以離散堆積成形為指導思想；在控制上以計算機和數(shù)控為基礎，以最大柔性為目標。計算機技術和數(shù)控技術高度發(fā)展的今天，才有可能產生快速成形技術。CAD技術實現(xiàn)了零件的曲面或實體造型，能夠進行精確的離散運算和繁雜的數(shù)據(jù)轉換。先進的數(shù)控技術為高速精確的二維掃描提供必要的基礎，這是精確高效堆積材料的前提。材料科學的發(fā)展則為快速成形技術奠定了堅實的基礎，材料技術的每一項進步都將給快速成形技術帶來新的發(fā)展機遇。目前快速成形技術中材料的轉移形式可以是自由添加、去除、添加和去除相結合等多種形式。構成三維物理實體的每一層片，一般為2．5維層片，即側壁為直壁的層片。目前也出現(xiàn)了由3維層片構成實體的工藝?？焖俪尚渭夹g的重要特征是：1)高度柔性，成形過程無需專用工具或夾具。可以制造任意復雜形狀的三維實體；2)CAD模型直接驅動，CAD／CAM一體化，無需人員干預或較少干預，是一種自動化的成形過程；3)成形過程中信息過程和材料過程的一體化，適合成形材料為非均質并具有功能梯度或有孔隙度要求的原型；4)成形的快速性，適合現(xiàn)代激烈競爭的產品市場；5)技術的高度集成性，快速成形是計算機、數(shù)控、激光、新材料等技術的高度集成。思考題1.簡述RP的工藝過程。2.RPT優(yōu)點（或內涵）是什么？3.快速成型的定義和特征？4.簡述快速成型的五個步驟。第二章

快速成型技術原理及其方法

2.1快速成型技術的原理※物質的提取和材料的轉移。從廣義上講，從自然形態(tài)的物質到成形實體所用的材料均屬此范疇。※序的設計與建立。所謂序是指組織材料達到三維實體最終結構的書序與約束。成形順序，成形件幾何設計以及NC代碼的生成等均屬此范圍?！阅鼙ＷC。即保證成形件具有預先規(guī)定的機械性能，電學性能和表面質量等等。過程控制，在線檢測和下線后的后處理工藝及檢驗均屬此范疇。現(xiàn)代成形理論內容主要包括：2.1.1成形方式分類※根據(jù)現(xiàn)代成形學的觀點，從物質的組織方式上，可把成形方式分為以下四類：1.去除成形（DislodgeForming）2.堆積成形（StackingForming）3.受迫成形（ForcedForming）4.生長成形（GrowthForming）※隨著科學技術的發(fā)展和制造工藝的不斷完善，未來零件成形將沿著兩個方向發(fā)展，一方面是各種成形方式與工藝的不斷完善。另一方面是多種成形方式、多種成形工藝不斷交叉、融合。去除成形※

去除成形是運用分離的方法，把一部分材料（裕量材料）有序的從基本體上分離出去而成形的辦法。※

傳統(tǒng)的車、銑、刨、磨等加工方法屬于去除成形，現(xiàn)代電火花加工、激光切割、打孔等也屬于去除成形?！コ尚巫钕葘崿F(xiàn)了數(shù)字化控制，是目前主要的成形方式。堆積成形※堆積成形是運用合并和連接的方法，把材料（汽、液、固相）有序的合并堆積起來的成形辦法?！?/p>

RP即屬于堆積成形。它是在計算機控制下完成的，其最大的特點是不受成形零件復雜程度的限制?！鶑膹V義上講，焊接也屬于堆積成形的范疇。受迫成形※

受迫成形是利用材料的可成形性（如塑性等）在特定外圍約束（邊界約束或外力約束）下的成形方法?！?/p>

傳統(tǒng)的鍛壓、鑄造和粉末冶金等均屬于受迫成形。目前受迫成形還未完全實現(xiàn)計算機控制，多用于毛坯成形、特種材料成形等。生長成形※

生長成形是利用材料的活性進行成形的方法。自然界中生物個體發(fā)育均屬于生長成形，“克隆”技術是產生在人為系統(tǒng)中的一種成形方式。※

隨著活性材料、仿生學、生物化學、生命科學的發(fā)展，這種成形方式將會得到很大發(fā)展。2.1.2快速成形技術的原理※籠統(tǒng)講，RP屬于堆積成形，嚴格講，RP應該屬于離散/堆積成形。※RPT將CAD、CAM、CNC、精密伺服驅動、光電子和新型材料等先進技術集于一體，依據(jù)由CAD構成的產品三維模型，對其進行分層切片，得到各層界面的輪廓，利用各種RP工藝方法形成各截面，并逐步疊加成三維產品。※它將一個復雜的三維加工簡化為一系列二維加工的組合與傳統(tǒng)加工成形方法形成鮮明的對照。參考圖2-1圖2-1傳統(tǒng)加工與快速成型2.1.2.1RP的工藝過程1、三維模型的構造2、三維模型的近似處理3、三維模型的切片處理4、截面加工5、截面疊加6、后處理RP的工藝流程可以參考圖2.21、三維模型的構建

※由于RP系統(tǒng)是由三維CAD模型直接驅動，因此只接受計算機構造的產品三維模型（立體圖），然后才能進行切片處理。該三維CAD模型可以利用計算機輔助設計軟件（如Pro/E,I-DEAS,SolidWorks,UG等），根據(jù)產品要求設計三維模型?！驅⒁延挟a品的二維圖樣進行轉換而形成三維模型。※或對已有產品實體進行激光掃描、CT斷層掃描，得到點云數(shù)據(jù)，（仿制產品）然后利用反求工程的方法來構造三維模型。2、三維模型的近似處理※由于產品上往往有一些不規(guī)則的自由曲面，加工前必須對其進行近似處理。最常用的方法是用一系列小三角形平面來逼近自由曲面。每個小三角形用三頂點坐標和一個法向量來描述?！切蔚拇笮∈强梢赃x擇的，從而得到不同的曲面近似程度。經過上述近似處理的三維模型文件稱為STL格式文件，它由一系列相連的空間三角形組成。※典型的CAD軟件都有轉換和輸出STL格式文件的接口，但有時輸出的三角形會有少量錯誤。需要進行局部的修改。3、三維模型的切片處理※由于RP工藝是按一層層截面輪廓來進行加工，因此加工前必須從三維模型上沿成形高度方向每隔一定的間距進行切片處理，以便提取截面的輪廓?！g隔的大小按精度和生產率要求選定。間隔越小，精度越高，但成形時間越長。間隔的范圍為0.05mm—0.5mm，常用0.1mm，能得到相當光滑的成形曲面。切片間隔選定后，成形時每層疊加的材料厚度應與其相適應。※各種成形系統(tǒng)都帶有切片處理軟件，能自動提取模型的截面輪廓。4、截面加工※根據(jù)切片處理的截面輪廓，在計算機控制下，RP系統(tǒng)中的成形頭(如激光掃描頭或噴頭)在XY平面內自動按截面輪廓進行掃描，切割紙(或固化液態(tài)樹脂，燒結粉末材料，噴射粘結劑和熱熔材料)，得到一層層截面。5、截面疊加※每層截面成形之后，下一層材料被送至已成形的層面上，然后進行后一層截面的成形，并與前一層面相粘結，從而將一層層的截面逐步疊合在一起，最終形成三維產品。6、后處理※從成形機中取出成形件，進行打磨、涂掛。※或者放進高溫爐中燒結，進一步提高其強度(如3D-P工藝)?！鶎τ诟材げ牧蟂LS工藝，成形件放入高溫爐中燒結是為了使粘結劑揮發(fā)掉，以便進行滲金屬(如滲銅)處理。圖2-2快速成型過程2.1.2.2RPT的優(yōu)點※RPT采用離散堆積成形的原理，自動完成從電子模型(CAD模型)到物理模型(原型和零件)的轉換?！鵕PT具有高度的柔性。無需任何專用工模具即可完成復雜的制造過程，快速制造工模具、原型或零件?！鵕PT實現(xiàn)了機械工程學科多年來追求的兩大先進目標，即材料提取(氣、液、固相)過程與制造過程一體化和設計(CAD)與制造(CAM)一體化。※通過對一個CAD模型的修改或重組就可獲得一個新零件的設計和加工信息從幾小時到幾十小時制造一個零件，具有突出的快速制造的優(yōu)點?！c反求工程(ReverseEngineering—RE)相結合，成為快速開發(fā)新產品的有力工具。2.2快速成型的主要工藝方法※2.2.1立體印刷(光刻)

(StereoLithographyApparatus——SLA)此工藝方法也稱液態(tài)光敏樹脂選擇性固化。這是一種最早出現(xiàn)的RPT，它的原理如圖2—3所示※液槽中盛滿液態(tài)光敏樹脂，它在紫外激光束的照射下快速固化。成形開始時，可升降工作臺使其處于液面下一個層厚的地方。聚焦后的紫外激光束在計算機的控制下按截面輪廓進行掃描，使掃描區(qū)域的液態(tài)樹脂固化，形成該層面的固化層。※然后工作臺下降一層的高度，其上覆蓋另一層液態(tài)樹脂，再進行第二層的掃描固化，與此同時新固化的一層牢固地粘結在前一層上，如此重復直到整個產品完成。1、液面2、激光二維掃描圖3、升降臺4、零件5、零件支撐結構6、液態(tài)光敏樹脂圖2-3立體印刷立體印刷（SLA）成型材料SLA工藝的成型材科稱為光固化樹脂(或稱光敏樹脂)，光固化樹脂材料中主要包括齊聚物、反應性稀釋劑及光引發(fā)劑。根據(jù)引發(fā)劑的引發(fā)機理，光固化樹脂可以分為三類：自由基光固化樹脂；陽離子光固化樹脂；混雜型光固化樹脂。立體印刷（SLA）成型材料1自由基光固化樹脂自由基齊聚物主要有三類：環(huán)氧樹脂丙烯酸酯(聚合快、終產品強度高但脆性較大、產品易泛黃)；聚酯丙烯酸酯(流平好、固化好、性能可調節(jié))；聚氨酯丙烯酸酯(可賦予產品柔順性與耐磨性，但聚合速度減慢)。稀釋劑包括多官能度單體與單官能度單體兩類。此外，常規(guī)的添加劑還有：阻聚劑、UV穩(wěn)定劑、消泡劑、流平劑、光敏劑、染料、天然色素、填充劑及惰性稀釋劑等。其中的阻聚劑特別重要，因為它可以保證液態(tài)樹酯在容器中具有較長的存放時間。立體印刷（SLA）成型材料2陽離子光固化樹脂陽離子光固化樹脂的主要成分為環(huán)氧化合物。用于SL工藝的陽離子型齊聚物和活性稀釋劑，通常為環(huán)氧樹脂和乙烯基醚。環(huán)氧樹脂是最常用的陽離子型齊聚物，其優(yōu)點如下：(1)固化收縮小，預聚物環(huán)氧樹脂的固化收縮率為2％~3％，自由基光固化樹脂的預聚物丙烯酸酷的固化收縮率為5％~7％；(2)產品精度高；(3)陽離子聚合物是活性聚合，在光熄滅后可繼續(xù)引發(fā)聚合；(4)氧氣對自由基聚合有阻聚作用，而對陽離子樹脂則無影響；(5)粘度低；(6)生坯件強度高；(7)產品可以直接用于注塑模具。3混雜型光固化樹脂比起自由基光固化樹脂和陽離子光固化樹脂，混雜型光固化樹脂有許多優(yōu)點，目前的趨勢是使用混雜型光固化樹脂，其優(yōu)點主要有：

(1)環(huán)狀聚合物進行陽離子開環(huán)聚合時，體積收縮很小甚至產生膨脹，而自由基體系總有明顯的收縮，混雜體系可以設計成無收縮的聚合物。

(2)當系統(tǒng)中有堿性雜質時，陽離子聚合的誘導期較長，而自由基聚合的誘導期較短，混雜體系可以提供誘導期短而聚合速度穩(wěn)定的聚合系統(tǒng)。

(3)在光照消失后陽離子仍可引發(fā)聚合，故混雜體系能克服光照消失后自由基迅速失活而使聚合終結的缺點。立體印刷（SLA）成型材料立體印刷（SLA）的優(yōu)缺點※優(yōu)點：適合成形小件，能直接得到塑料產品，表面粗糙度質量較好，并且由于紫外激光波長短(例如He-Cd激光器，λ＝325nm)，可以得到很小的聚焦光斑，從而得到較高的尺寸精度。※缺點：(1)需要設計支撐（筋肋）結構，才能確保在成形過程中制件的每一個結構部分都能可靠定位；(2)成形中有物相變化，翹曲變形較大，也可以通過支撐結構加以改善；(3)原材料有污染，且使皮膚過敏。立體印刷（SLA）的優(yōu)缺點總結展現(xiàn)細節(jié)：基于SLA激光成型的特點和模仿完美細節(jié)的優(yōu)點，SLA成型成為概念模型、設計研究和真空注型原型件的理性之選。SLA能制造形狀復雜（如空心零件），特別精細（如首飾、工藝品等）的零件，很多CNC加工不到的細節(jié)部分都能加工出來，從而減輕了后處理的工作量。加工范圍：外觀概念模型/結構適配樣板/快速模具原型/工藝品及玩具

使用價值：整個SLA成型的過程無需進行費時的加工程序編寫或工裝夾具的設計，摒棄了傳統(tǒng)的機械加工方法，極大地提高了生產效率和制造柔性。結合專業(yè)的真空復模技術和熟練的表面處理工藝，可以快速地通過較為真實直觀的實物樣板來審視未來產品的外形和功能。標準精度：紫外激光可按照零件的截面信息進行0.1mm和0.15mm的分層掃描，加工精度較高，可確保工件的尺寸精度達到±0.1mm。豐富的專業(yè)知識能以更少的時間，更少的成本制造符合需求的模型樣板。2.1.2

分層實體制造（LaminatedObjectManufacturing—LOM）※也稱薄形材料選擇性切割?！鶕?jù)三維模型每一個截面的輪廓線，在計算機的控制下，用C02激光束對薄形材料(如底面涂膠的紙)進行切割，逐步得到各層截面，并粘結在一起，形成三維產品。如圖2—4所示。圖2-4分層實體制造LOM工藝中的成型材料涉及到三個方面的問題：紙；熱溶膠；涂布工藝。

紙材料的選取熱溶膠的配置及涂布工藝的研究均要從保證最終成型零件的質量出發(fā)，同時要考慮成本。LOM成型材料1．紙的性能

(1)抗?jié)裥员ＷC紙原料(卷鈾紙)不會因時間長而吸水。紙的施膠度可用來表示紙張抗水能力的大小。

(2)良好的浸潤性保證良好的涂膠性能。

(3)抗拉強度保證在加工過程中不被拉斷。

(4)收縮率小保證熱壓過程中不會因部分水分損失而導致變形。(5)剝離性能好因剝離時，在紙張內部發(fā)生破壞，要求紙的垂直方向抗拉強度不是很大。(6)易打磨表面光滑。(7)穩(wěn)定性成型零件可長時間保存。LOM成型材料2．熱熔膠和涂布工藝

LOM成型材料為涂有熱熔膠的薄層材料，層與層之間的粘結是靠熱熔膠保證。EVA型熱熔膠（80%）,分層實體制造中采用EVA型熱熔膠(共聚物EVA樹脂、增粘刑、蠟類和抗氧劑)。EVA樹脂中醋酸乙烯的含量(VA％含量)增加，樹脂的韌性、耐沖擊性、柔韌性、耐應力開裂性、粘性增加，膠接的剝離強度提高，橡膠彈性增大。但強度、硬度、熔融點和熱變形溫度也隨之下降?？筛鶕?jù)熱熔膠的性能要求選擇適當?shù)腣A百分含量的EVA樹脂做主體材料。熔體流動速率與分子結構和分子量有關，一般來說，樹脂的熔融粘度低，配置的熱熔膠粘度就低。流動性好，有利于往被粘物表面擴散和滲透。LOM成型材料

為了增加對被粘物體的表面粘附性、膠接強度，EVA型熱熔膠配方中需加增粘劑。隨著增粘劑用量增加，流動性、擴散性變好，能提高膠接面的潤濕性和韌粘性。但增粘劑用量過多，膠層變厚，內聚強度下降。設計熱熔膠配方時，選擇增粘劑的軟化點和EVA軟化點最好同步。這樣配置的熱熔膠熔化范圍窄，性能好。

蠟類也是EVA型熱熔膠配方中常用的材料。在配方中加入蠟類，可以降低熔融粘度，縮短固化時間，可進一步改善熱熔膠的流動性和潤濕性，可防止熱熔膠存放結塊及表面發(fā)粘，但用量過多，會使膠接強度下降。LOM成型材料

為了防止熱熔膠熱分解、膠變質和膠接強度下降，延長膠的使用壽命，一般加入0．5％~2％的抗氧劑。為了降低成本，減少固化時的收縮率和過度滲透性。

熱熔膠涂布可分為均勻式涂布和非均勻涂布兩種。均勻式涂布采用狹縫式刮板進行涂布，非均勻徐布有條紋式和顆粒式。一般來講，非均勻涂布可以成小應力集中，但涂布設備比較貴。LOM成型材料分層實體制造（LOM）的優(yōu)缺點※掃描器件有的采用直線單元，適合于大件的加工(如圖2—4所示)，也可采用振鏡掃描方式，成形中、小型零件?！?/p>

這種方法適合成形大、中型零件，翹曲變形小，成形時間較短，但尺寸精度不高，材料浪費大，且清除廢料困難。2.1.3

選擇性激光燒結（SelectedLaserSintering—SLS）※使用C02激光器燒結粉末材料(如蠟粉、P5粉、ABS粉、尼龍粉、覆膜陶瓷和金屬粉等)?！尚螘r先在工作臺上鋪上一層粉末材料，激光束在計算機的控制下，按照截面輪廓的信息，對制件的實心部分所在的粉末進行烷結。※一層完成后，工作臺下降一個層厚，再進行后一層的鋪粉燒結。如此循環(huán)，最終形成三維產品。圖2-5選擇性燒結成形原理圖用于SLS工藝的材料是各類粉末，包括金屬、陶瓷、石醋從及聚合物的粉末，近年來更多地采用復合粉末。間接SLS用的復合粉末通常有兩種混合形式：一種是粘接劑粉末與金屬或陶瓷粉末按一定比例機械混合；另一種則是把金屬或陶瓷粉末放到粘接劑稀釋液中，制取具有粘接劑包覆的金屬或陶瓷粉末。實驗表明，這種粘接劑包覆的粉末制備雖復雜，但燒結效果較機械混合的粉末好。近年來開發(fā)的較為成熟的用于SLS工藝的材料如石蠟、合成尼龍等。為了提高原型的強度。用于SLS工藝材料的研究轉向金屬和陶瓷，這也正是SLS工藝優(yōu)越于SLA、LOM工藝的地方。SLS成型材料美國B．F．Goodrich公司專門開發(fā)用于SLS工藝的石蠟粉末。近年來，金屬粉末的制取越來越多地采用霧化法。主要有兩種方式：離心霧化法和氣體霧化法。它們的主要原理是使金屬熔融。高速將金屬液滴甩出并急冷，隨后形成粉末顆粒。SLS工藝還可以采用其他粉末，比如聚碳酸酯粉末，當燒結環(huán)境溫度控制在聚碳酸酯軟化點附近時，其線脹系數(shù)較小，進行激光燒結后，被燒結的聚碳酸酯材料翹曲較小，具有很好的工藝性能。SLS成型材料選擇性激光燒結（SLS）的優(yōu)缺點適合成形中、小型零件，能直接制造蠟模或塑料、陶瓷和金屬產品。制件的翹曲變形比SLA工藝小，但仍需對容易發(fā)生變形的地方設計支撐結構。對實心部分進行填充式掃描燒結，因此成形時間較長?？蔁Y覆膜陶瓷粉和覆膜金屬粉，得到成形件后，將制件置于加熱爐中，燒掉其中的粘結劑，并在孔隙中滲入填充物(如銅)。它的最大優(yōu)點在于適用材料很廣，幾乎所有的粉末都可以使用．所以其應用范圍也最廣。2.1.4

熔化沉積成形（FusedDepositionModeling—FDM）※也稱絲狀材料選擇性熔覆?！S噴頭在計算機控制下，根據(jù)截面輪廓的信息，做“X—Y—Z“運動。絲材(如塑料絲)由供絲機構送至噴頭，并在噴頭中加熱、熔化，然后被選擇性地涂覆在工作臺上，快速冷卻后形成一層截面。一層完成后，工作臺下降一層厚，再進行后一層的涂覆，如此循環(huán)，形成三維產品。圖2-6選擇性熔覆原理圖材料是FDM工藝的基礎，F(xiàn)DM工藝中使用的材料分為成型材料和支撐材料。1．成型材料

FDM工藝對成型材料的要求：熔融溫度低、粘度低、粘結性好、收縮率小。影響材料擠出過程的主要因素是粘度。材料的粘度低、流動性好，阻力就小，有助于材料順利的擠出。材料的流動性差，需要很大的送絲壓力才能擠出，會增加噴頭的啟停響應時間，從而影響成型精度。

熔融溫度低對FDM工藝的好處是多方而的。熔融溫度低可以使材料在較低的溫度下擠出，有利于提高噴頭和整個機械系統(tǒng)的壽命；可以減少材料在擠出前后的溫差，減少熱應力，從而提高原型的精度。FDM成型材料粘結性主要影響零件的強度。FDM工藝是基于分層制造的一種工藝，層與層之間往住是零件強度最薄弱的地方，粘結性好壞決定了零件成型以后的強度。粘結性過低，有時在成型過程中由于熱應力就會造成層與層之間的開裂。零件的粘結從理論上主要有兩種方式，液固粘結和液液粘結。液固粘結是指從噴頭擠出的絲，浸潤在上一層已經固化的絲上，粘結在一起，這種方式的粘結對材料的粘結性要求比較高；液液粘結是指從噴頭擠出的絲將上一層的絲重新熔化，依靠同種材料本身的親和性粘結在一起，這種方式粘結強度較高，但是會對造型精度造成不利的影響。FDM成型材料收縮率在很多方面影響零件的成型精度。由于在擠出時，噴頭內部需要保持一定的壓力才能將材料順利的擠出，絲在擠出后一般會發(fā)生一定程度的膨脹。如果材料收縮率對壓力比較敏感，會造成噴頭擠出的絲直徑與噴嘴的名義直徑相差太大，影響材料的成型精度。FDM成型材料的收縮率對溫度不能太敏感。由于FDM工藝一般在80—120℃進行，材料的收縮率必然會引起尺寸誤差，同時會產生熱應力，嚴重時會使零件翹曲、開裂。FDM成型材料2．支撐材料

FDM工藝對支撐材料的要求是能夠承受一定的高溫、與成型材料不浸潤、具有水溶性或酸溶性、具有較低的熔融溫度、流動性要特別好。具體來說：(1)能承受一定的高溫。由于支撐材料要與成型材料在支撐面上接觸，所以支撐材料必須能夠承受成型材料的高溫，在此溫度下不產生分解、融化。由于FDM工藝擠出的絲比較細，在空氣中能夠比較快的冷卻，所以支撐材料能承受100℃以下的溫度即可。

(2)與成型材料不浸潤，便于后處理。支撐材料是加工中采取的輔助手段，在加工完畢后必須去除。所以支撐材料與成型材料的親和性不能太好。FDM成型材料(3)具有水溶性或者酸溶性。由于FDM工藝的一大優(yōu)點是可以成型任意復雜程度的零件。經常用于成型具有很復雜的內腔、孔等零件，為了便于后處理，最好是支撐材料在某種液體里可以溶解。這種液體必須不能產生污染或有難聞的氣味。由于現(xiàn)在使用的成型材料一般是ABS工程塑料，該材料一般可以溶解在有機溶劑中，所以不能使用有機溶劑。目前已開發(fā)出水溶性支撐材料。(4)具有較低的熔融溫度。具有較低的熔融溫度可以使材料在較低的溫度擠出，提高噴頭的使用壽命。(5)流動性要好。由于對支鎮(zhèn)材料的成型精度要求不高，為了提高機器的掃描速度，要求支撐材料具有很好的流動性，相對而言，對于粘結性可以差一些。FDM成型材料熔化沉積成形（FDM）的優(yōu)、缺點※適合成形小塑料件，制件的翹曲變形小，但需要設計支撐結構?！捎谑翘畛涫綊呙?，因此成形時間較長，為了克服這一缺點，可采用多個熱噴頭同時進行涂覆，提高成形效率。2.1.5三維打印（Three-DimensionalPrinting—3D-P）※也稱粉末材料選擇性粘結。※噴頭在計算機的控制下，按照截面輪廓的信息，在鋪好的一層粉末材料上，有選擇性地噴射粘結劑，使部分粉末粘結，形成截面層。※一層完成后，工作臺下降一個層厚，鋪粉，噴粘結劑，再進行后一層的粘結，如此循環(huán)形成三維產品。粘結得到的制件要置于加熱爐中，作進一步的固化或燒結，以提高粘結強度。圖2-73D-P原理圖2.1.6固基光敏液相法

（SolidGroundCuring—SGC）

一層的成形過程由五步來完成：添料；掩膜紫外光曝光；清除未固化的多余液體料；向空隙處填充蠟料和磨平。圖2-8固基光敏液相法原理圖1、加工面；2、均勻施加光敏液材料；3、掩膜紫外光曝光；4、清除未固化原料；5、填蠟；6、磨平；7、成形件；8、蠟；9、零件掩膜的制造采用了離子成像技術。因此同一底片可以重復使用。由于過程復雜，SGC（固基光敏液相法）成形機是所有成形機中最龐大的一種。SGC工藝每層的曝光時間和原料量是恒定的，因此應盡量排滿零件。由于多余的原料不能重復使用，若一次只加工一個零件會很浪費。由于蠟的添加，可省去設計支撐結構。逐層曝光比逐點曝光要快得多，但由于多步驟的影響，在加工速度上提高不很明顯，只有在加工大零件時才體現(xiàn)出SGC的優(yōu)越性。2.1.7熱塑性材料選擇性噴灑為了降低快速成形系統(tǒng)的成本，提高成形速度，使之能成為一種如