快速成型

快速成型或快速成形（）是一种快速生成模型或者零件的制造技术。在计算机控制与管理下，依靠已有的CAD数据，采用材料精确堆积的方式，即由点堆积成面，由面堆积成三维，最终生成实体。依靠此技术可以生成非常复杂的实体，而且成型的过程中无需模具的辅助。

发展历史
对于快速成型技术的研究始于1970年代，但是直到1980年代末才逐渐出现了成熟的制造设备。美国3M公司的Alan J.Herbert（1982年）、日本名古屋市工业研究所的小玉秀男（1980年）、美国UVP公司的Charles W. Hull（1984年）、日本大阪工业技术研究所的丸谷洋二（1984年），各自独立地提出了快速成型的技术设想，实现的材料和方式有差异，但均以多层叠加并固化来产生实体。在1986年，Charles W. Hull在美国获得了光固化立体造型设备（SLA）的专利，标志着快速成型技术即开始进入实用阶段，在设计领域及汽车工业上有广泛应用。

技术原理
2.实体造型中的一层 3.通过聚合反应生成的一层实体 4.平台 5. 激光器]]

尽管快速成型有多种不同工艺技术，但基本原理都和3D列印相同，即将一定厚度的材料反复打印在平台上，循环往复，直到生成整个成型件。按照不同的实现工艺，材料可以是纸张、塑料、金属、陶瓷等各种材料。一个浅显的事例为，尽管纸张看似是二维的，但是由于具有一定厚度，将纸张一层层叠加起来，就能组成三维实体。

工艺过程
首先利用三维造型软件建立三维实体造型，再将设计出的实体造型通过快速成型设备的处理软件进行离散与分层，然后将处理过的数据输入设备进行制造，最后还需要进行一定的后处理以得到最终的成品。
*实体造型的构建：使用快速成型技术的前提是拥有相应模型的CAD数据，这可以利用计算机辅助设计软件如Creo Parametric（Pro/ENGINEER）、SolidWorks、Unigraphics、AutoCAD等创建，或者通过其他方式如激光扫描、电脑断层扫描，得到点云数据后，也得建立相应的三维实体造型。
*实体造型的离散处理：由于实体造型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，比如曲线是无法完全实现的，实际制造时需要近似为极细小的直线段来模拟，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最常用的文件标准，用以和设备进行对接。它将复杂的模型用一系列的微小三角形平面来近似模拟，每个小三角形用 3 个顶点坐标和一个法向量来描述，三角形的大小的选择则决定了这种模拟的精度。
*实体造型的分层处理：需要依据被加工模型的特征选择合适的加工方向，比如应当将较大面积的部分放在下方。随后成型高度方向上用一系列固定间隔的平面切割被离散过的模型，以便提取截面的轮廓信息。间隔可以小至亚毫米级，间隔越小，成型精度越高，但成型时间也越长。
*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（根据设备的不同，分别为激光头或喷头等）进行扫描，在工作台上一层一层地堆积材料，然后将各层粘结（根据工艺不同，有各自的物理或者化学过程），最终得到原型产品。
*成型零件的后处理：对于实体中上大下小的部分，一般会设计多余的部分去支撑，把这些废料去除是必须的。另外还可能需要进行打磨、抛光、涂上油漆，或在高温炉中烧结以提高强度。

工艺技术
目前已有十余种不同方法，如光固化立体造型（SLA）、层片叠加制造（LOM）、选择性激光烧结（SLS）、熔融沉积造型（FDM）、掩模固化法（SGC）、三维印刷法（3DP）、喷粒法（BPM）等。其中SLA是使用最早和最广泛的技术，约占全部快速成型设备的70％左右。
*便于修改，生产迅速。整个生产过程数字化，与CAD模型具有直接的关联，可随时修改数据后进行制造，尤其适用于产品设计阶段的模型制造]]
美国在自动成型技术的研究和使用上处于领先地位，一些著名的高校如麻省理工学院、得克萨斯大学从政府和企业获得了大量经费用以研究，诸多企业也纷纷将设备投入商用。此外，日本、德国、英国等国的高校和企业也在不断研究新的成型技术。现已有2500多套快速成型机分布在世界各地的不同领域，其中尤其广泛应用于汽车工业。

file:Audi study.JPG|电影《机械公敌》中的奧迪RSQ跑车使用快速成型技术制造。
File:Ted Noten Fashionista in green 2009.jpg|一条限量版项链，以加入了玻璃纤维的尼龙作为原材料。
File:Turbine (3D printing).jpg|使用3DP工艺制作的涡轮缩小模型

快速成型技术的主要应用可分为：
*新产品开发过程中的验证。设计师手中的CAD模型，可以通过快速成型技术转换成物理实物模型，方便对设计和功能进行验证，及时发现问题。如果用传统方法，需要经过绘图、工艺设计、模具制造等多个环节，花费较多的时间和较高的成本。对于一些复杂的系统，其可制造性和可装配性用快速成型技术进行检验和设计，可以此类系统的设计制造难度大大降低。对于暂时难以确定生产工艺的复杂零件，可以先行用快速成型技术进行试生产
*商业交流。通过快速成型设备制造的成品，可以在产品商品化的过程中作为产品向客户提供，或者进行市场宣传等。快速成型技术已成为并行工程和敏捷制造的一种技术途径，使用快速成型技术制造的一些样品经常在展览会上出现。
*小批量零件和特殊复杂零件的直接生产。对于小批量生产，采用快速成型技术可节约制作模具的时间和成本，或者制作一些复杂的零件。比如对于高分子材料的零部件，可用高强度的工程塑料直接快速成型。对于复杂金属零件，可通过快速铸造或直接金属件成型获得。同时现代生产有更新换代快、批量越来越小的发展趋势。运用快速制造技术生成的原型，可以通过其他设备转换成各种快速模具，如低熔点的合金模、硅胶模、金属冷喷模、陶瓷模具等，用以进行中小批量零件的生产。例如奧迪RSQ是为了电影而特制，其制造过程有别于传统批量生产方式，采用了快速成型技术制造，车身由德国库卡公司的工业机器人一次性完成。

参见
*实体造型
*计算机辅助设计（CAD）
*计算机辅助制造（CAM）
*机械加工

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