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
tDIQ= A
2Rp 1.任何……无论多复杂的形状都非常容易成形
_/`H<@B_U 2.任谁……因无机器各部动作干涉问题,对操作者无熟练要求
E|v9khN(]. 3.即刻……因无需准备工具夹具等,可迅即开始加工
==)q{e5 4.自动……加工过程完全自动化,可完全无人运转
n!$zO{P 5.安静……无加工噪音,振动,无大量切屑
C6{\^kG^j2 6.短期……可在短时间内制作模型,交货快,费用省
<P1yA>=3` 7F @#6 RP种类 }*9mNE K)[DA*W 自1987年美国3D Systems公司首先公开系统以来,各先进国家陆绩开发出各式各样的系统,大致可分成以下几大类:
DA wUG 1.液态制程(Liquid Process)
`4kVe= { 2.粉末制程(Power Process)
{IA3`y~ 3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process)
%UokR" 4.纸层积制程(Paper Lauination Process)
* faG0le 5.面曝光制程(Solid Ground Curing)
c$#7Kp4 6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing)
xfK@tLEZ-1 ?3=y]Vb+ 1.液态制程(Liquid Process)
N83c+vs%c Hx#1TqC/ 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:
%v)O!HC} xka&,`z (I)具有相当良好之表面质量,可以做为RTV模之母型
BOdd~f%&tn (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。
Zb}U 4 (3)材料收缩量很小,故成品之弯曲程度亦最低。
9mRP%c#( (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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NZC0& &.1qixXIr 最佳应用范围:
[2\jQv\Y )wyC8` &- (1)以艺术用途为主要考虑之概念模型。
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q:S]YB (2)以复杂度、精度为主要考虑之成品。
~KP@wD~ (3)需后续制程(如RTV模具)之母型。
q@[UeXu?pZ (4)某些快速仿制之应用。
o'J^kd` 92XG|CWX 2.粉末制程(PowerProcess)
@|'$k{i hAU@}"=G 此类制程系以雷射光照射烧结粉末状塑性材料或金属粉末,使其结合而成型,铺设粉未系以滚筒左、右滚动方式达成在工作平台上铺上一层、一层均匀的粉末。此类系统主要有美国DTM公司的SLS系统及德国EOS公司之Stereos系统等,其原理如图所示
优点:
45A|KaVpg v+(-\T\i (1)可快速交货(依成品大小区分,一般约在2一4天)
_Nacqa (2)不需支撑。
R1vuf*A5, (3)可直接制造出金属件,同应用于塑料射出成形之暂用模。
H[2W(q6 (4)可于表面涂布一层树脂增加成品强度。
.OcI.1H [ "DvhAEM 应用范围:
B]u !BBjC c"lblt5 (1)相当完美的概念模型且兼其部份功能性。
8/T[dn (2)当表面粗度不是首要考置时可广泛被用于铸造之母型。
sZPyEIXie (3)吹气成型模产品原型(如瓶子)。
/(8"9Sfm (4)功能测试用产品原型(如流场测试)。
W$xW9u8@+( U(/8dCyyY 3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process)
(tvfF0~ $O_{cSKg7 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:
Zk~~`h d.$0X/0 (1)操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。
d.yATP (2)时效及成本效益极佳。
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11<=3Yj (3)材料之重量与感觉与ABS相近。
L<k(stx~ (4)材料缩小率低(约在0.005一0.008之间)。
EGVS8YP>h Y1G/1Z# 2 应用范围:
B&m6N, ~s*kuj'%+ (1)小齿轮,尤其是具有小齿者。
ZRj/lQ2D (2)小功能件。
0K4A0s_R` (3)薄壁小件。
3b[.s9Q (4)造模用缩小比例件。
*i>hFNLdOM -QK- w> 4.纸层积制程(Paper Lauination Process)
P!dSJ1'oC MdhD "Q 此类系统系以薄片材料(纸为主),经由雷射切割出每一层的形状,并加热粘合而成型,主要的系统有美国Helisys公司的LOM系统及日本Kira公司的Solid Centel系统等,其中Kira公司的系统可采用普通纸,且以特殊刀片切割形状,使用上更为方便且价格低廉,其加工原理如图所示。
优点:
W.BX6 08+\fT [ (1)系统购置成本低。
uCoy~kt292 (2)可在办公室环境下使用。
>i"WKd= (3)时效佳。
f4Ob4ah!( +GncQs
y 应用范围:
-"rANP-UI nK}-^Ur (1)设计确认模型。
7%Ou6P$^fr (2)翻砂铸造用母型。
QXW>}GdKZ Jl<pWjkZZ 5.面曝光制程(Solid Ground Curing)
P9W?sPnC5 5mX^{V&^ 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:
WO6R04+WV E24j(> (1)不需另增支撑。
YJ|U|[ (2)整层一次成型,时效佳。
wLzV#8> (3)精度佳,约在0.1%左右。
86);0EBX !v8](UI8- 应用范围:
KL./ .F N
6/N\ (1)最适需要多件原型之场合。
=]S,p7* 7 (2)可用于需翻制模具之母型。
(/FG#D. (3)部份功能性需求之产品开发原型。
wI;sZJc (4)大型件。
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!= Rg^ps 6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing)
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{^= 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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(1)不须支撑者。
@_wJN Qo` (2)工作环境可适用于办公室。
djqw5kO:R (3)时效佳。
!#zO% 9Y@ eXP 应用范围:
= WHI/|& D8{,}@ (1)最适于设计确认。
\_YDSmjy (2)加工性之评估件。
^$X|Lq P| hwLM RP应用实例 |AT`(71 ~nb(e$?N 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。
v!$:t<-5N =sAU5Ag68 RP 应用实例
RP未来发展方向
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