1 引言
快速成型是近年来迅速发展起来的一种先进制造技术。该技术可以在无需任何模具、刀具和工装的情况下，直接从CAD数据，快速制造出具有任意复杂形状的实体部件或模型，从而实现新产品开发的“无模制造”，大幅度缩短其开发周期、降低成本、提高质量。能够自动、快速地将没计思想物化为具有一定结构和功能的原型或直接制造零部件，从而可对产品设计进行陕速评价、修改、以响应市场需求，提高企业的竞争力。
2 快速成型技术原理
快速成型是一种基于离散堆积成形思想的数字化成形技术。它是利用离散/堆积原理(如凝固、胶接、焊接、烧结、聚合或其他化学反应)来制造零件的。其工作过程是通过离散获得堆积的路径、限制和方式，通过堆积将材料“叠加”起来形成三维实体。酋先在CAD软件系统中获得三维模型犁或通过测量仪器测取零件实体的表面数据，将其转化成三维模型；其次将模型进行数据处理，沿某一方向(通常为Z向)将CAD模型离散化，进行平面切片分层。
然后将离散得到的分层信息与成形工艺参数信息相结合，转换为控制成形机工作的数控代码，通过专用的CAM系统控制材料有规律地、精确地叠加起来而或一个三维实体制件。
3 典型快速成形工艺方法
目前快速成形技术的工艺打方法已有十几种，如光固化法、叠层制造法、激光烧结法、熔融沉积法、掩模固化法、三维印刷法、喷料法等。比较主流的成型方法分别是前述四种。
3.1 立体光固化
立体光固化(stereo lithography apparatus，简称SLA)，又称为立体光刻。SLA工艺是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的液态材料在特定波长和强度的紫外光照射下迅速发生光聚合反应，材料从液态转变成固态。SLA成型过程的原理图，如图1(a)所示。液槽中盛满液态光敏树脂，激光束在偏转镜作用下，能在液态表面上扫描，光点扫描到的地方，液体就固化。成型开始时，工作平台在液面下一个确定的深度，液面始终出于激光的聚焦平面，聚焦后的光斑在液面上接计算机的指令逐点扫描。即逐点固化。当一层扫描完成后，未被照射的地方仍是液态树脂。然后升降台带动平台下降一层高度，已成型的层面上又布满一层树脂，刮平器将粘度较大的树脂液面刮平，然后再进行下一层的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕，得到一个三维实体模型。
图1(a) 立体光固化
SLA方法是目前RP技术领域中研究得最多的方法，也是技术上最为成熟的方法。
一般层厚住(0.1～0.15)mm，成形的零件精度较高。多年的研究改进了截面扫描方式和树脂成形性能，使该工艺的加工精度能达到0.1mm，现在最高精度已能达到0.05mm。但这种方法也有自身的局限性，比如需要支撑、树脂收缩导致精度下降，光敏树脂有一定的毒性等。
3.2 分层实体制造
分层实体制造技术(laminated object manufacturing，简称LOM)是通过对簿形材料(如底面涂胶的纸)进行激光切割与粘合的方式来形成零件的，又称为叠层实体制造。
如图1(b)所示，其工艺是先将单面涂有热熔胶的纸通过加热辊加压粘结在一起，此时位于其上方的激光器按照分层CAD模型所获得的数据，将—层纸切割成零件的内外轮廊，然后新的一层纸再叠加在上面，通过热压装置，将下面已经切割的层粘合在一起，激光再次进行切割。
图1(b) 分层实体制造
切割时工作台连续下降，切割掉的纸片仍留在原处，起支撑和固化作用，纸片的一般厚度(0.07～0.1)mm。该方法特点是成型速率高，成本低廉。LOM工艺只须在片材上切割出零件截面的轮廓，而不用扫描整个截面。
因此成形厚璧零件的速度较快，易于制造大型零件。零件的精度较高(＜0.15mm)。工件外框与截面轮廓之间的多余材料在加工中起到了支撑作用，所有LOM工艺无需加支撑。
3.3 选择性激光烧结
选择性激光烧结(selective laser sintering，简称SLS)与SLA工艺在材料、激光器和材料进给方式上有较大的区别。SLS成型过程的原理图，如图1(c)所示。
图1(c) 选择性激光烧结
在层面制造与逐层堆积的过程中，用激光束有选择地将可熔化粘结的金属粉末或非金属粉末(如石蜡、塑料、树脂沙、尼龙等)一层层地扫描加热，使其达到烧结温度并烧结成形。当一层烧结完后，工件台降下一层的高度，铺下一层的粉末，再进行第二层的扫描，新烧结的一层牢固地粘结在前一层，如此重复，最后烧结出与CAD模型对应的三维实体。
这种工艺要对实心部分进行填充式扫描烧结，因此成形时间较长。可烧结覆膜陶瓷粉和覆膜金属粉，得到成形件后，将制件置于加热炉中，烧掉其中的粘结剂，并在孔隙中渗入填充物。它的最大优点在于适用材料很广，如尼龙、蜡、ABS、树脂覆膜砂、聚碳酸脂、金属和陶瓷粉末等都可以作为烧结对象。
3.4 熔融沉积成型
熔融沉积成型(fused deposition modeling，简称FDM)也称丝状材料选择性熔覆，基本原理是：加热喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息作XY平面运动和高度Z方向的运动。丝材(如塑料丝、石腊丝等)由供丝机构送至喷头，在喷头中加热、熔化，然后选择性地涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层截面轮廓，层层叠加最终成为快速原型，成型过程的原理，如图1(d)所示。用此法可以制作精密铸造用蜡模、铸造用母模等。
图1(d) 熔融沉积制造
在CAD设计中，可以设计出一个完整的器件，器件中的零件由不同材料组成，分层后的材料信息将在每个层面中体现出来。在每一层面上，根据各部分所需要的材料要求，分别喷上所需材料，这样逐层制造就可成形出—个多种材料的三维实体器件。这种技术可在一些小型复杂结构器件的一次整体制造中使用，而无需分件加工和装配，是一个材料与结构一体化的方法，是发展微机械制造的一条有效途径。
4 影响成型精度的工艺因素
目前典型的四种成型制造工艺，其加工精度一般在±(0.1～0.3)mm之间，只适合于要求不是很高的地方，如一般的铸件模型。这四种方法各有优点，针对不同材料，适应不同的加工条件，但也存在各自的缺陷。
SIA利用紫外激光束照射并固化光敏树脂液体。其缺点主要是：
加工中有物相变化，因而变形大；液体中成型零件需要支撑，使工艺过程复杂化；液态树脂成本较高。
LOM利用CO2激光束切割纸或其他箔材，这种工艺层间粘合速度慢，影响成型效率；切纸时容易产生燃烧，产生烟尘污染并影响加工精度；废料不易清除；材料损耗很大。
FDM是一种非激光成型技术，它用喷嘴喷出熔融状态材料充填平面而形成片层，因此喷嘴直径和喷射发散角直接影响加工精度，喷嘴容易堵塞报废。
SLS利用CO2激光束熔融有机粉末材料，冷却后固化成实体。它所适用的材料广而价低，正在受到人们越来越多的重视。但是目前国内外SLS都采用点扫描烧结方式，存在加工效率低；加工精度低、不能加工大尺寸工件等缺点。
工艺和设备两个方面是快速成型精度产生误差设备的主要来源，目前已经进行了对比研究，找到了影响成型精度的工艺及设备因素，如表1、表2所示。
表1 影响成型精度的工艺及设备因素
表2 四种常用快速成型工艺的比较
5 结论
首先介绍了快速成型领域四种主流的加工方案及其对应的加工原理，详细阐述了其加工过程中所具备的快速性和高度柔性等现代化制造特点。深入比较了四种典型成型工艺的适用领域、加工成本和技术参数等指标，找出影响成品精度的工艺及设备方面因素并分析各种成型技术的优点和缺点。
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本文标题：快速成型技术工艺特点及影响精度的因素
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