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
'WH@Zk/l =Mc]FCV 1.任何……无论多复杂的形状都非常容易成形
AuZ?~I1 2.任谁……因无机器各部动作干涉问题,对操作者无熟练要求
,nO:Pxn| 3.即刻……因无需准备工具夹具等,可迅即开始加工
22?9KZ`Z= 4.自动……加工过程完全自动化,可完全无人运转
d OY+| P\ 5.安静……无加工噪音,振动,无大量切屑
],%}}UN 6.短期……可在短时间内制作模型,交货快,费用省
!Xt=+aKN h~$Q\WCm# RP种类
mea]m)P ^=)? a;V 自1987年美国3D Systems公司首先公开系统以来,各先进国家陆绩开发出各式各样的系统,大致可分成以下几大类:
}-{l(8- 1.液态制程(Liquid Process)
&Vi"m!Bf 2.粉末制程(Power Process)
[ @>8Qhw 3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process)
Py(l+Ik`> 4.纸层积制程(Paper Lauination Process)
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ED 5.面曝光制程(Solid Ground Curing)
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p$ 6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing)
O2{_:B>K[ :SSlUl4sU$ 1.液态制程(Liquid Process)
&,':@OQ F]Zg9c{# 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:
Q!>8E4Z _:om(gL (I)具有相当良好之表面质量,可以做为RTV模之母型
XQ:HH 8 (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。
~..h= (3)材料收缩量很小,故成品之弯曲程度亦最低。
BzH7E[R49 (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"。
]4@z.1Mr -W>zON|l 最佳应用范围:
N i^pP@(' _-g:T (1)以艺术用途为主要考虑之概念模型。
`xbk)oW# (2)以复杂度、精度为主要考虑之成品。
aisX56Lc (3)需后续制程(如RTV模具)之母型。
ee&QZVL> (4)某些快速仿制之应用。
Y VTY{>Q h Mw}[6m 2.粉末制程(PowerProcess)
z'r .LBnh 2q# t/oN3T 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:
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3 Yl[J;i (1)可快速交货(依成品大小区分,一般约在2一4天)
NVFAmX.Z: (2)不需支撑。
T$%u=$E%F (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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(4)可于表面涂布一层树脂增加成品强度。
K@*m6) w`1qx;/! 应用范围:
-GP+e`d ?MeP<5\A (1)相当完美的概念模型且兼其部份功能性。
2!dIW5I (2)当表面粗度不是首要考置时可广泛被用于铸造之母型。
c[ff|-<g (3)吹气成型模产品原型(如瓶子)。
UeE& 8{=d (4)功能测试用产品原型(如流场测试)。
=]7|*- ~;m~)D 3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process)
0*:]eM};P #eE:hiu<v 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:
4$.UVW\ )." zBc# (1)操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。
..;LU:F (2)时效及成本效益极佳。
$if(`8 (3)材料之重量与感觉与ABS相近。
/]]\jj#^ (4)材料缩小率低(约在0.005一0.008之间)。
Q8Usyc'3 hUGIy( 应用范围:
?vf{v r~nrP=-% (1)小齿轮,尤其是具有小齿者。
h.'h L (2)小功能件。
J+?xfg (3)薄壁小件。
;?inf`t (4)造模用缩小比例件。
jopC\Z P9`i6H'~ 4.纸层积制程(Paper Lauination Process)
RW>Z~Nj !^q<)!9<EO 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:
B5B'H3@ "hog A5= (1)系统购置成本低。
`-ENKr] (2)可在办公室环境下使用。
R52q6y:<x (3)时效佳。
:g<dwuVO @ n;WVG 应用范围:
0e vxRcrzz h"%6tpV- (1)设计确认模型。
`p1`Sxz? (2)翻砂铸造用母型。
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BAJWU 5.面曝光制程(Solid Ground Curing)
~,':PUkiV ^r;}6 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:
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E >wcsJ{I (1)不需另增支撑。
<#|3z8N2 (2)整层一次成型,时效佳。
Hg(\EEe (3)精度佳,约在0.1%左右。
MzK&Jh 2b|vb}|t{ 应用范围:
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4+I 8n~@Rj5 (1)最适需要多件原型之场合。
zi*D8!_C (2)可用于需翻制模具之母型。
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eIBB (3)部份功能性需求之产品开发原型。
=Z-.4\ 3 (4)大型件。
nsgNIE{>gO ,st4K;- 6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing)
zP=J5qOZ8 vgE5(fJh 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:
PVEEKKJP]J $ a5K (1)不须支撑者。
~q|^z[7 (2)工作环境可适用于办公室。
$$qhX]^~ (3)时效佳。
h r6f}2 M5) 6|T 应用范围:
Nt/*VYUn Ti' GSL (1)最适于设计确认。
:syR4A WM (2)加工性之评估件。
b: %>TPT nh9K( RP应用实例 C5sV-UMR Ld`~^<