快速成型技术是快速制造的核心，能在几小时或几十小时内直接从CAD三维实体模型制作出原型，比图纸和计算机屏幕提供了一个信息更丰富、更直观的实体。快速原型制造是一种离散/堆积的加工技术，其基本过程是首先将零件的三维实体沿某一坐标轴进行分层处理，得到每层截面的一系列二维截面数据，按特定的成型方法（LOM、SLS、FDM、SLA等）每次只加工一个截面，然后自动叠加一层成形材料，这一过程反复进行直到所有的截面加工完毕生成三维实体原型。 快速自动成型(Rapid Prototyping)技术是近年来发展起来的直接根据CAD模型快速生产样件或零件的成组技术总称，它集成了CAD技术、数控技术。激光技术和材料技术等现代科技成果:是先进制造技术的重要组成部分。与传统制造方法不同，快速成型从零件的CAD几何模型出发，通过软件分层离散和数控成型系统，用激光束或其他方法将材料堆积而形成实体零件。由于它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。
快速自动成型技术问世不到十年，已实现了相当大的市场，发展非常迅速。与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段一起，快速自动成型已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段，在航空航天、汽车摩托车、家电等领域得到了广泛应用。
快速成型的过程是首先生成一个产品的三维CAD实体模型或曲面模型文件，将其转换成STL文件格式，再用一软件从STL文件 "切激光快速成型机"(Slice)出设定厚度的一系列的片层，或者直接从CAD文件切出一系列的片层，这些片层按次序累积起来仍是所设计零件的形状。然后，将上述每一片层的资料传到快速自动成型机中去，类似于计算机向打印机传递打印信息，用材料添加法依次将每一层做出来并同时连结各层，直到完成整个零件。因此，快速自动成型可定义为一种将计算机中储存的任意三维型体信息通过材料逐层添加法直接制造出来。
二、成型方法
1.光固化立体造型（SL—Stereo lithography）
该技术以光敏树脂为原料，将计算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的轮廓为轨迹对液态树脂逐点扫描，使被扫描区的树脂薄层产生光聚合反应，从而形成零件的一个薄层截面。当一层固化完毕，移动工作台，在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树
脂以便进行下一层扫描固化。新固化的一层牢固地粘合在前一层上，如此重复直到整个零件原型制造完毕。
SL法是第一个投入商业应用的RP技术。目前全球销售的SL设备约占RP设备总数的70％左右。 这种方法的特点是精度高、表面质量好。原材料利用率将近100％，能制造形状特别复杂（如空心零件）、特别精细（如手饰、工艺品等）的零件。其基本结构如图15-12所示。
图15-12 光固化立体造型原理图
2.分层物件制造(LOM—Laminated Object Manufacturing)
LOM工艺将单面涂有热溶胶的纸片通过加热辊加热粘接在一起，位于上方的激光器按照C
AD分层模型所获数据，用激光束将纸切割成所制零件的内外轮廓，然后新的一层纸再叠加在上面，通过热压装置和下面已切割层粘合在一起，激光束再次切割，这样反复逐层切割一粘合一切割……直至整个零件模型制作完成。其基本结构如图15-13所示。
图15-13 分层物件制造原理图
3.选择性激光烧结(SLS—Se1ected Laser Sintering)
该法采用CO2激光器作能源，目前使用的造型材料多为各种粉未材料。在工作台上均匀铺上一层很薄（100μ～200μ）的粉未，激光束在计算机控制下按照零件分层轮廓有选择性地进行烧结，一层完成后再进行下一层烧结。全部烧结完后去掉多余的粉未，再进行打磨、烘干等处理便获得零件。目前，成熟的工艺材料为蜡粉及塑料粉，用金属粉或陶瓷粉进行
粘接或烧结的工艺还正在实验研究阶段。其基本结构如图15-14所示。
图15-14 选择性激光烧结原理图
4.熔融沉积造型(FDM—Fused Deposition Modeling)
FDM工艺的关键是保持半流动成型材料刚好在熔点之上（通常控制在比熔点高1℃左右）。FDM喷头受CAD分层数据控制使半流动状态的熔丝材料（丝材直径一般在1.5mm以上）从喷头中挤压出来，凝固形成轮廓形状的薄层。每层厚度范围在0．025～0．762mm，一层叠一层最后形成整个零件模型。其基本结构如图15-15所示。
图15-15 熔融沉积造型原理图
快速成型属于离散／堆积成型。它从成型原理上提出一个全新的思维模式维模型，即将计算机上制作的零件三维模型，进行网格化处理并存储，对其进行分层处理，得到各层截面的二维轮廓信息，按照这些轮廓信息自动生成加工路径，由成型头在控制系统的控制下，选择性地固化或切割一层层的成型材料，形成各个截面轮廓薄片，并逐步顺序叠加成三维坯件，然后进行坯件的后处理，形成零件。
三、快速成型的工艺过程
快速成型的工艺过程具体如下：
l. 产品三维模型的构建。由于 RP 系统是由三维 CAD 模型直接驱动，因此首先要构建所加工工件的三维CAD 模型。该三维CAD模型可以利用计算机辅助设计软件（如Pro/E , I-DEAS , Solidwork , UG 等）直接构建，也可以将已有产品的二维图样进行转换而形成三维模型，或对产品实体进行激光扫描、 CT 断层扫描，得到点云数据，然后利用反求工程的方法来构造三维模型。
2. 三维模型的近似处理。由于产品往往有一些不规则的自由曲面，加工前要对模型进行近似处理，以方便后续的数据处理工作。由于STL格式文件格式简单、实用，目前已经成为快速成型领域的准标准接口文件。它是用一系列的小三角形平面来逼近原来的模型，每个小三角形用 3 个顶点坐标和一个法向量来描述，三角形的大小可以根据精度要求进行选择。 STL 文件有二进制码和 ASCll 码两种输出形式，二进制码输出形式所占的空间比 ASCII 码输出形式的文件所占用的空间小得多，但ASCII码输出形式可以用来阅读和查阅。典型的CAD软件都带有转换和输出STL 格式文件的功能。
3. 三维模型的切片处理。根据被加工模型的特征选择合适的加工方向，在成型高度方向上用一系列一定间隔的平面切割近似后的模型，以便提取截面的轮廓信息。间隔一般0.05mm
～0.5mm，常用 0.1mm 。间隔越小，成型精度越高，但成型时间也越长，效率就越低，反之则精度低，但效率高。
4. 成型加工。根据切片处理的截面轮廓，在计算机控制下，相应的成型头（激光头或喷头）按各截面轮廓信息做扫描运动，在工作台上一层一层地堆积材料，然后将各层相粘结，最终得到原型产品。
5. 成型零件的后处理。从成型系统里取出成型件，进行打磨、抛光、涂挂，或放在高温炉中进行后烧结，进一步提高其强度。
四、快速成型技术的特点
快速成型特术具有以下几个重要特征：
l. 可以制造任意复杂的三维几何实体。
2. 快速性。
3. 高度柔性。
4. 快速成型技术实现了机械工程学科多年来追求的两大先进目标．即材料的提取（气、液固相）过程与制造过程一体化和设计（CAD ）与制造（ CAM ）一体化。
5. 与反求工程、CAD 技术、网络技术、虚拟现实等相结合，成为产品决速开发的有力工具。
五、Z Corp 三维打印成型机介绍
Z Corp 三维打印成型机使用标准喷墨打印技术，通过将液态连结体铺放在粉末薄层上，逐层创建各部件。与二维打印机在打印头下送纸不同，三维打印成型机是在一层粉末的上方移动打印头，打印由Z Corp 软件传送的横截面数据。Z Corp 系统要求将粉末精确且均匀地分布在制作平台上。三维打印成型机通过逐层升高的供给活塞和平台来完成这项工作。墨辊装置将供给活塞送出的粉末在制作平台上铺开，并特意在每层多铺大约 30% 的粉末，以确保制作平台的整个层面都被粉末密实地覆盖。多余的粉末会掉到溢流槽中，然后流入一个容器，以备下次制作时重新使用。
1. Z Corp工艺的优点：
（1）经济实惠的三维打印成型机
（2）简单易用性能可靠
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