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摘要：快速成型技术的发展，使得产品设计、制造的周期大大缩短，提高了产品设计、制造的一次成品率，降低产品开发成本，从而给制造业带来了根本性的变化。本文就快速成型的方法经行了探讨和研究，对比了常见的快速成型方法的优缺点，并对快速成型技术的发展经行了预测。
关键词：快速成型； SLA； LOM； SLS； FDM
前言
快速成型技术是计算机辅助设计及制造技术、逆向工程技术、分层制造技术（SFF）材料去除成形（MPR）或材料增加成形（MAP）技术以及它们的集成。通俗地说，快速成形技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。目前，快速响应市场需求，己成为制造业发展的重要走向。为此，这些年来工业化国家一直在不遗余力地开发先进制造技术，以提高制造工业的发展水平，以便在激烈的全球竞争中占有一席之地。
1.快速成型技术方法
快速成型技术的成型方法多达十余种，目前应用较多的有立体光固化（SLA）、选择性激光烧结（SLS）、分层实体制造（LOM）、熔积成型（FDM）等。这些工艺方法都是在材料累加成型的原理基础上，结合材料的物理化学特性和先进的工艺方法而形成的，它与其他学科的发展密切相关。
1.1.立体光固化（SLA）
在当前应用较多的几种快速成型工艺方法中，光固化成型由于具有成型过程自动化程度高、制作原型表面质量好、尺寸精度高以及能够实现比较精细的尺寸成型等特点，使之得到最为广泛的应用。在概念设计的交流、单件小批量精密铸造、产品模型、快速工模具及直接面向产品的模具等诸多方面广泛应用于航空、汽车、电器、消费品以及医疗等行业。1 SLA 在航空航天领域的应用在航空航天领域，SLA 模型可直接用于风洞试验，进行可制造性、可装配性检验。航空航天零件往往是在有限空间内运行的复杂系统，在采用光固化成型技术以后，不但可以基于SLA 原型进行装配干涉检查，还可以进行可制造性讨论评估，确定最佳的合理制造工艺。
1.2.分层实体制造（LOM）
LOM——Laminated Object Manufacturing（分层实体制造法），LOM又称层叠法成形，它以片材（如纸片、塑料薄膜或复合材料）为原材料，其成形原理如图所示，激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线数据，将背面涂有热熔胶的纸用激光切割出工件的内外轮廓。切割完一层后，送料机构将新的一层纸叠加上去，利用热粘压装置将已切割层粘合在一起，然后再进行切割，这样一层层地切割、粘合，最终成为三维工件。
1.3.选择性激光烧结（SLS）
SLS工艺称为选择性激光烧结，由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R. Dechard于1989年研制成功。SLS工艺是利用粉末状材料成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部分粘接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，选择地烧结下层截面。 SLS工艺最大的优点在于选材较为广泛，如尼龙、蜡、ABS、树脂裹覆砂（覆膜砂）、聚碳酸脂（poly carbonates）、金属和陶瓷粉末等都可以作为烧结对象。
2.几种方法的比较
光固化工艺的设备做出的零件其优点是精度较高、表面效果好，零件制作完成后需要少量打磨，将层层的堆积痕迹去除。光固化工艺制作的零件打磨工作量相对其他工艺设备制作的零件的打磨量是最小的；其缺点是强度低无弹性，无法进行装配。光固化工艺设备的原材料很贵，种类不多。
分层实体成形工艺的设备优点：成形精度较高，适合做大型实体件，适合铸造行业；其缺点：材料品种单一，只有纸材。不适宜做薄壁原型，受湿度影响容易变形，强度差，运行成本较高，材料利用率很低，CO2激光器的使用寿命为1万小时，也有二次投入采购激光器的需要。零件同样需要后期打磨，工作量很大。
选择性激光烧结优点：材料利用率接近95%，造型速度较快，适合铸造行业；缺点：材料单一，原型强度差，无法装配，表面质量差，精度低，后处理工艺复杂，样件变型大。同样有激光器的损耗问题。国外设备可以做到装配，表面质量与精度都不错，材料品种多，但设备与材料价位高，使得运行成本太高。
熔融层积成形设备的优点是运行费用极低，此种工艺的设备无需激光器，省掉二次投入的大量费用；而且原材料的品种多，原材料的更换只需要将丝轮更换既可，操作方便，利于用户根据不同的零件选择不同的材料，如耐高温、可消失模铸造等。用ABS制造的原型因具有较高强度而在产品设计、测试与评估等方面得到广泛应用。
3.总结
快速成型技术经过十几年的发展，设备与材料两方面都有了长足的进步。目前由于该技术的成本高，加以制件的精度、强度和时久性能还不能满足用户的要求，暂时阻碍了快速成型技术的推广普及。但是，在成型复杂、中空的零件方面，切削机床是不能取代快速成型技术的。这种直接从概念设计迅速转为产品的设计一生产模式，必然是21世纪中制造技术的主流。随着技术的进步，快速成型技术还会大踏步地向前发展，并将成为许多设计公司、制造公司、研究机构和教育机构等的基本技术和装备。
参考文献：
[1]张永忠，石力开，章萍芝等.基于金属粉末的激光快速成型技术新进展[J].稀有金属材料与工程，2000，29（6）：361-365.DOI：10.3321/j.issn：1002-185X.2000.06.001.
[2]赵吉宾，刘伟军.快速成型技术中分层算法的研究与进展[J].计算机集成制造系统，2009，15（2）：209-221.
[3]万程辉，程效军，程小龙等.基于快速成型技术生成等高线的方法[J].同济大学学报（自然科学版），2013，41（6）：926-931.DOI：10.3969/j.issn.0253-374x.2013.06.021.
[4]杨家林，王洋，陈杨等.快速成型技术研究现状与发展趋势[J].新技术新工艺，2003，（1）：28-29.DOI：10.3969/j.issn.1003-5311.2003.01.012.
作者简介：尹灿辉 （1992-）男，汉族， 籍贯：湖南省湘潭县，郑州大学本科在读，研究方向：机械工程及自动化。
关键词：快速成型； SLA； LOM； SLS； FDM
前言
快速成型技术是计算机辅助设计及制造技术、逆向工程技术、分层制造技术（SFF）材料去除成形（MPR）或材料增加成形（MAP）技术以及它们的集成。通俗地说，快速成形技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。目前，快速响应市场需求，己成为制造业发展的重要走向。为此，这些年来工业化国家一直在不遗余力地开发先进制造技术，以提高制造工业的发展水平，以便在激烈的全球竞争中占有一席之地。
1.快速成型技术方法
快速成型技术的成型方法多达十余种，目前应用较多的有立体光固化（SLA）、选择性激光烧结（SLS）、分层实体制造（LOM）、熔积成型（FDM）等。这些工艺方法都是在材料累加成型的原理基础上，结合材料的物理化学特性和先进的工艺方法而形成的，它与其他学科的发展密切相关。
1.1.立体光固化（SLA）
在当前应用较多的几种快速成型工艺方法中，光固化成型由于具有成型过程自动化程度高、制作原型表面质量好、尺寸精度高以及能够实现比较精细的尺寸成型等特点，使之得到最为广泛的应用。在概念设计的交流、单件小批量精密铸造、产品模型、快速工模具及直接面向产品的模具等诸多方面广泛应用于航空、汽车、电器、消费品以及医疗等行业。1 SLA 在航空航天领域的应用在航空航天领域，SLA 模型可直接用于风洞试验，进行可制造性、可装配性检验。航空航天零件往往是在有限空间内运行的复杂系统，在采用光固化成型技术以后，不但可以基于SLA 原型进行装配干涉检查，还可以进行可制造性讨论评估，确定最佳的合理制造工艺。
1.2.分层实体制造（LOM）
LOM——Laminated Object Manufacturing（分层实体制造法），LOM又称层叠法成形，它以片材（如纸片、塑料薄膜或复合材料）为原材料，其成形原理如图所示，激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线数据，将背面涂有热熔胶的纸用激光切割出工件的内外轮廓。切割完一层后，送料机构将新的一层纸叠加上去，利用热粘压装置将已切割层粘合在一起，然后再进行切割，这样一层层地切割、粘合，最终成为三维工件。
1.3.选择性激光烧结（SLS）
SLS工艺称为选择性激光烧结，由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R. Dechard于1989年研制成功。SLS工艺是利用粉末状材料成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部分粘接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，选择地烧结下层截面。 SLS工艺最大的优点在于选材较为广泛，如尼龙、蜡、ABS、树脂裹覆砂（覆膜砂）、聚碳酸脂（poly carbonates）、金属和陶瓷粉末等都可以作为烧结对象。
2.几种方法的比较
光固化工艺的设备做出的零件其优点是精度较高、表面效果好，零件制作完成后需要少量打磨，将层层的堆积痕迹去除。光固化工艺制作的零件打磨工作量相对其他工艺设备制作的零件的打磨量是最小的；其缺点是强度低无弹性，无法进行装配。光固化工艺设备的原材料很贵，种类不多。
分层实体成形工艺的设备优点：成形精度较高，适合做大型实体件，适合铸造行业；其缺点：材料品种单一，只有纸材。不适宜做薄壁原型，受湿度影响容易变形，强度差，运行成本较高，材料利用率很低，CO2激光器的使用寿命为1万小时，也有二次投入采购激光器的需要。零件同样需要后期打磨，工作量很大。
选择性激光烧结优点：材料利用率接近95%，造型速度较快，适合铸造行业；缺点：材料单一，原型强度差，无法装配，表面质量差，精度低，后处理工艺复杂，样件变型大。同样有激光器的损耗问题。国外设备可以做到装配，表面质量与精度都不错，材料品种多，但设备与材料价位高，使得运行成本太高。
熔融层积成形设备的优点是运行费用极低，此种工艺的设备无需激光器，省掉二次投入的大量费用；而且原材料的品种多，原材料的更换只需要将丝轮更换既可，操作方便，利于用户根据不同的零件选择不同的材料，如耐高温、可消失模铸造等。用ABS制造的原型因具有较高强度而在产品设计、测试与评估等方面得到广泛应用。
3.总结
快速成型技术经过十几年的发展，设备与材料两方面都有了长足的进步。目前由于该技术的成本高，加以制件的精度、强度和时久性能还不能满足用户的要求，暂时阻碍了快速成型技术的推广普及。但是，在成型复杂、中空的零件方面，切削机床是不能取代快速成型技术的。这种直接从概念设计迅速转为产品的设计一生产模式，必然是21世纪中制造技术的主流。随着技术的进步，快速成型技术还会大踏步地向前发展，并将成为许多设计公司、制造公司、研究机构和教育机构等的基本技术和装备。
参考文献：
[1]张永忠，石力开，章萍芝等.基于金属粉末的激光快速成型技术新进展[J].稀有金属材料与工程，2000，29（6）：361-365.DOI：10.3321/j.issn：1002-185X.2000.06.001.
[2]赵吉宾，刘伟军.快速成型技术中分层算法的研究与进展[J].计算机集成制造系统，2009，15（2）：209-221.
[3]万程辉，程效军，程小龙等.基于快速成型技术生成等高线的方法[J].同济大学学报（自然科学版），2013，41（6）：926-931.DOI：10.3969/j.issn.0253-374x.2013.06.021.
[4]杨家林，王洋，陈杨等.快速成型技术研究现状与发展趋势[J].新技术新工艺，2003，（1）：28-29.DOI：10.3969/j.issn.1003-5311.2003.01.012.
作者简介：尹灿辉 （1992-）男，汉族， 籍贯：湖南省湘潭县，郑州大学本科在读，研究方向：机械工程及自动化。