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}*6#KRG TYI7<-Mp:[ 1.任何……无论多复杂的形状都非常容易成形
C>[Uvc 2.任谁……因无机器各部动作干涉问题,对操作者无熟练要求
K}=|.sE9 3.即刻……因无需准备工具夹具等,可迅即开始加工
^<LY4^ 4.自动……加工过程完全自动化,可完全无人运转
~rjTF! 5.安静……无加工噪音,振动,无大量切屑
z,{<Nm7&F 6.短期……可在短时间内制作模型,交货快,费用省
XQ4G) CRbdAqofV RP种类 cUDoN`fSl, %Th>C2\ 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:
Yq(G;mjM 1.液态制程(Liquid Process)
~EK'&Y"1 2.粉末制程(Power Process)
u*qV[y5Bl 3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process)
0oEOre3^% 4.纸层积制程(Paper Lauination Process)
gocrjjAHk 5.面曝光制程(Solid Ground Curing)
%F kMv 6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing)
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pK `# sTmC) 1.液态制程(Liquid Process)
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&YDK (&> 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:
0euuT@_$ w,R[C\#J (I)具有相当良好之表面质量,可以做为RTV模之母型
!~Q2|r (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。
=TqQbadp (3)材料收缩量很小,故成品之弯曲程度亦最低。
?8W("W (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"。
9:I6( Zv0
^xPmlS;X 最佳应用范围:
p">EHWc}D "T H6o:x (1)以艺术用途为主要考虑之概念模型。
~q&pF"va8 (2)以复杂度、精度为主要考虑之成品。
QM?#{%31 (3)需后续制程(如RTV模具)之母型。
$<ld3[l i (4)某些快速仿制之应用。
]0L&v7[ udeoW-_ 2.粉末制程(PowerProcess)
&CwFdx:Ff 0j C3fT!n 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:
|AC1\)2tT )G7=G+e; (1)可快速交货(依成品大小区分,一般约在2一4天)
m~uOXb (2)不需支撑。
XNgDf3T (3)可直接制造出金属件,同应用于塑料射出成形之暂用模。
xnE|Umz (4)可于表面涂布一层树脂增加成品强度。
TNJG#8 n%Y g R
nOd 应用范围:
C;(t/zh @(C1_ (1)相当完美的概念模型且兼其部份功能性。
#Wu*3&a]yU (2)当表面粗度不是首要考置时可广泛被用于铸造之母型。
~n}k\s~|4 (3)吹气成型模产品原型(如瓶子)。
[%&ZPJT%i (4)功能测试用产品原型(如流场测试)。
67y Tvr@a fb da 3.塑料挤出制程(Polymer Extrusion Process)
-X+H2G ?aW^+3i 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~U'TE
@ X>?b#Eva (1)操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。
F ]O$(7* (2)时效及成本效益极佳。
$4MrP$4TI (3)材料之重量与感觉与ABS相近。
FYS/##r (4)材料缩小率低(约在0.005一0.008之间)。
/k"`7`! :R.&`4=X 应用范围:
sdCvG R e ;60.l! (1)小齿轮,尤其是具有小齿者。
z6py"J@ (2)小功能件。
lgpW@g (3)薄壁小件。
bqQq=SO (4)造模用缩小比例件。
yz2Ci0Dwy ^*~;k|;& 4.纸层积制程(Paper Lauination Process)
]59i> +y 87~]] 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:
X,8<oX1r /*Qq[C (1)系统购置成本低。
'Peni1_ (2)可在办公室环境下使用。
Dup;e&9g (3)时效佳。
@E.k/G!~Nb ~:km]?lz0 应用范围:
a?YCn! tRpEF2 (1)设计确认模型。
mJB2)^33a (2)翻砂铸造用母型。
&_5tqh 4 g.
bR 5.面曝光制程(Solid Ground Curing)
A8A~!2V y0~Ia:y 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:
#"fJa:IYG7 {G*A.$-d (1)不需另增支撑。
w;v7_ (2)整层一次成型,时效佳。
Q
!qrNa6 (3)精度佳,约在0.1%左右。
Il.Ed-&62 ;V<iL? 应用范围:
\Ep0J $ #o 7j7e61
Ax (1)最适需要多件原型之场合。
rwIeqV{: (2)可用于需翻制模具之母型。
+jC*'7p@ (3)部份功能性需求之产品开发原型。
H&b3{yOa (4)大型件。
4lKVY< 8vk..!7n} 6.3-D印刷制程(3-Dimensional Printing)
S]sk7 |+ge8uu?C 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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8L/[l (1)不须支撑者。
:ug4g6;#H0 (2)工作环境可适用于办公室。
p1c3Q$>i (3)时效佳。
FZiW|G ,%bhyww< 应用范围:
[~D|peM3 clI*7j.4E# (1)最适于设计确认。
7t9c7HLuj/ (2)加工性之评估件。
z=&z_}M8 .ut{,(5 RP应用实例 G= ^X1+_ 1p`+ 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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vhr+g 'tf RP 应用实例

RP未来发展方向
acd:r%y E99CmG|" 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:
"x'), /\mKY%kyh 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‥‥‥。
*s}|Hy ea=83 Zj 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。
CLKov\U\ 04!(okubyp 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。