最新，至今为止最好的快速原型的常识介绍

選擇性激光燒結站SLS制作過程
  
1,輸入三維STL格式的電腦數據
2,STL數據被系統應用軟件分層
3,部件橫切面被CO2激光掃描和燒結
4,新一層被激光掃描和熔接至前一層
5,移離完成部件
6,未燒結的粉末可循還再用
  
燒結站系統特點
  
1,工件不需支撐結構
2,工件可多層擺放或互套互疊
3,工件脫離和清掃方便
4,應用廣泛，原型可作加熱，裝配，撞擊等功能測試
5,所有材料可在單一系統上加工
6,新材料可在所有現存系統運用
7,未燒結的粉末可再巡環使用
8,高生產力，可一次過造出大量首辦  
  
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RP工件在逆向工程中之功能  
    RP系統可在未實際生產製造產品之前，製作出與實際產品相同之模型，分送各個部門做正確的評估。RP工件在逆向工程中之功能包括：
  
A.設計評估( Design Review )
    RP原型可當做正常設計過程所用的概念模型(Concept Model )，即使是3D模型，仍然侷限在螢幕上的顯示，不夠真實。實際的模型才是確認設計的最佳方式。它比圖面或電腦圖形更能表達設計者的概念。特別是它更能讓非專業人員一目了然地評估產品。
  
B.設計確認( Design Verification )
    RP原型是依據CAD模型製造出來。任何複雜的機構或形狀的工件都可以不須經過任何機械加工，由RP系統製造，進而設計或組裝測試。傳統手工製作的模型，並非能完整地表達設計者所想表現的概念，反而相當費時，不夠精確。因為設計的修改，必須重新再製作模型，來來往往相當費時。CAD正可提供迅速修改設計的能力，再搭配RP系統電腦化模型製作，節省加工程式設計之花費，避免設計錯誤或修改所造成的成本浪費。
  
C.評估加工製造特性( Manufacturability )
　  製造部門可依據RP工件，模擬加工方法及流程。在末實際加工前，如能找出加工限制，提供設計者做為修改設計之依據，必可降低製造成本，加強產品品質。
  
D.可為各式模具之樣模( Patterns for Mould )
    RP原型對模具業所造成之最大衝擊是它可為翻砂鑄造、脫腊鑄造、壓鑄、射出模，真空成型或矽膠模原型。由RP原型翻製模具只須幾天的時間，而不必像傳統模具製造須耗上數週或數月的時間。
  
E.產品展示( Presentation )
    RP工件可提供客戶在買賣前對產品進行深入的評估。若客戶認為產品做某些程度的修正。RP系也可在短時間內，依據修改後之資料，重新製作客戶所希望之產品模型，滿足客戶的需求，提高購案成交率。
  

快速成形系統的發展趨勢  
    RP系統正式於開上市後，短短數年間，各式各樣的新系統，紛紛被開發上市、且發展呈相當多樣化，更由於各種RP系統使用材料的不同、製程的不同、機體構造的不同等……．，導致各種RP系統各具特色。況且，使用者在選購RP系統時，亦有各種不同的用途及功能需求。因此，RP系統雖然各有優缺點，但卻沒有一套RP系統可以滿足使用者的所有需求。一套RP系統對使用者是否適合，端視使用者的主要應用範疇是否切合該套系統的功能特性而定。使用者在購買前應從多方面考量 (使用材料特性、精度、生產速度、應用面等……)審慎評估，才能找出最適合自己的系統。RP系統可趨向於二大類型式：
  
高價型RP系統：具高精度，但價格昂貴，適合高應用之RP系統，如SOUP、SLA等‥‥‥。
  
廉價型RP系統：精度較差但價格低廉，可置在辦公之桌上型3D Printer，主要用來做設計確認輔助之用。據指出，福特汽車公司已準備採用這類系統將設計原型傳送至其位於世界各地的工廠。如Sanders Prototype公司之3D Plotting系統即為一例。
  
      在1997 RP Conference中，多位發表人一再強調"Don’t stop after prototype"，意即強調後續RT製程之重要性，千萬別將RP應用侷限於RP原型製作。證諸RP應用現況，由於RP系統使用材料的限制常常無法直接以RP系統來製作出最終產品，這就需要透過各種不同的RT製程來實現。也因此，RT應用的效益往往比只用RP原型來進行設計確認等大得多，尤其是對少量多樣產品來說，RT技術的導入，將可為企業界帶來極大的利益。

快速原型系統
       逆向工程系統配合快速原型RP (Rapid Prototyping)系統是未來製造業的趨勢，快速原型顧名思義是一種在短時間內即能製作出所需要雛型的技術。快速原型的技術改善了傳統式製程並節省昂貴的模具製作費用，快速原型系統可製作出任意複雜形狀或是細微機構之雛型，完全擺脫切削加工的限制，克服手工模型易失真的缺失這對於製造加工而言是一項重大的突破。其原型可用來確認設計、功能測試、組裝測試了解零件間的干涉情況，能及時在設計上作適當的調整。所以說妥善運用RP的技術，結合逆向工程可以獲致縮短開發期、降低開發成本等效率，企業的競爭力將大為提升。  
1.RP (Rapid Prototyping)系統簡介
       RP中文譯為快速原型、快速造型，主要是指運用某些特殊設計，能夠快速製作雛型。此種技術可以將設計與原型加以連結，也就是可以將設計者的概念在電腦中建立模型，並利用RP機器以層層堆疊的方式迅速製作出雛型。RP系統必須與3D CAD結合，由3D CAD經過切片(slicing)，編譯RP機器辨識之機械碼，將2D堆疊至3D，快速製造雛型。
  
2.RP系統的優點   
1任何……無論多複雒的形狀都非常容易成型。
2任誰……因無機器各部動作干涉問題，對操作者無熟練要求。
3即刻……因無需準備工具夾具等，可立即開始加工。
4自動……加工過程完全自動化，可完全無人運轉。
5安靜……無加工噪音，振動，無大量切屑。
6.短期……可在短時間內製作模型，交貨快，費用省。

RT製程介紹
  
      目前RP應用的觀念已由RP原型取代母型，而進一步提升到以RP原型直接翻製原型模成暫用模，為達到此一目的，各RP系統廠正努力投入人力、物力進行研發以3D Systems公司為例，它目前正與15個來自工業界、學術界、政府、研究機等單位進行各種RT製程之合作研發。在各種RT製程中較常運用的有如下幾種：   
  
一、軟式模( SOFT TOOLING )  
矽膠模( SILICONE RTV MOLD )
鋁填充樹脂模( ALUMINUM FILLED EPOXY MOLD )
ACES蠟模( ACES DIES FOR WAX PATTERN )
  
二、硬式模( HARD TOOLING )  
KELTOOL TOOLING
QUICKCAST TOOLING
電鍍鎳模( NICKEL ELECTROPLATING )
噴塗鎳模( SPRAY NICKEL TOOLING )
以下我們針對RT常見製程做一簡單的介紹。   
  
1.矽膠模
       矽膠模的製程是以RP母原型在外包覆矽膠，等到矽膠固化後再以刀子切開矽膠並將RP原型取出，並以此矽膠做少量之工件。此一製程可澆注蠟模型、塑膠或其他低熔點金屬，也因此僅能澆注低熔點之材料為其缺點，但若需要以作如沖壓模具這種需要耐衝擊及耐磨耗工作場所工作之零件，則需再將矽膠模所製作出之蠟原型進行脫蠟鑄造，翻製成金屬材料。在此製桯中應用RP原型要有提高母型精度、表面品質及縮短製時間等具體效益。   
  
2.陶模精密鑄造
       其作法是將RP原型直接取代蠟型，也就是直接以RP原型沾漿，再予快速燒失而成為精密鑄造用的陶模。在採用這種製程時，所製作之RP原型必須採用中空力式(蜂巢式)構建，在完成RP製作後，必須將其中液態部份倒出，如此一來僅留下約20%之固化樹脂，在後續的樹脂燒失過程中，才能使殘餘灰燼(Ash)減至最低，提高鑄件品質。使用此種製程較適合少量精密產品(鑄件)之場合，其最大好處則是可以省去製作射蠟金屬模之時間及成本，也因此，大幅降低整體鑄件成本及開發時間。   
  
3.壓出成型(Squeze Moldin)  
    壓出成型是相當適合原型製作。因為它是一種冷澆注鑄造程 序，不需預熱及高速射出，所以程序及成型設備較簡便。其製程大致如下：
1.將原型放在平板上。
2.依原型上噴上，PVA ( Polyvinyl celae )當離模劑 。
3.在原型上圍一個木箱。
4.石膏混合物倒入木箱中，使其凝固硬化。
5.將原型自石膏模穴取下。
6.塗一層與工件厚相當之蠟在石膏模穴上。
7.在石膏模穴上圍一木箱。
8.將石膏倒入木箱內， 則上、下模即可完成。
9.將Urethane液態混合物倒入模穴並抽真空減少氣泡。
10.分模後即可取下工件， 此程序約每3個小時可做出一個工件。
       在原型製作上，須有相當的經驗選擇適當的成型方式，工件大小、工件形狀、成型週期、成型工件數量都是選擇成型方式須考慮的因素。以工件大小而言，壓出成型適合6in深24in長與寬之原型製造。   
  
4.電弧噴銲造模
(1)製模方法：
   (a)原型準備：
       先以木模或光罩型製作出原模型，選定好適當的分模線，加工出木型，在將表面油脂、污垢洗淨，噴銲雕型劑後，完成噴銲前之準備。
   (b)鋅合金噴銲：
        針對不同的模具要求，於原型表面噴銲不同的金屬殼層，一般最常用的鋅合金，噴銲的厚度約1～2mm，注意角隅要均勻的噴銲，保持噴銲方向和噴銲面垂直，並設定適當的噴銲參數，以期得到最佳的噴銲層。
   (c)填充材料：
        依模具需要的強度裝置鋁合金或鐵製框架，配置好冷卻水管，如有需要可加上強化支架，再灌注調配好的填充材料。
   (d)製作另一半模：
        以完成的半模為基礎原型，依前述方法製作另一半模，然後取出原型，則模具已初步完成。
   (e)細加工：
           金屬模殼可以加以拋光得到更細緻的表面，框架及硬化後的填充材料可以再加工，如此可以得到品質良好的模具。
  
(2)應用領域
        目前電弧噴銲快速造模技術主要用於塑膠模具上，少量應用於粉末射出成型模具及鑄造用射蠟模具。

快速成型系統之製程  
   在各種RP系統中，3D Systems公司之SLA是最早上市的，也是最成熟的系統。目前世界上已有超過350部SLA在使用，所以它可說是RP系統之先驅及代表。在此我們以SLA為例來探討RP系統之製程。
  
(一)CAD製程   
　 SLA之CAD製作過程包括CAD模型之建立，方位調整( Orientation )，支撐結構( Support )之建立。
A.CAD模型之建立
　RP系統是電腦化產品開發過程之一環。不只是SLA，無論使用何種RP系統都須先建立工件之CAD實體模型。這裡所謂之實體模型，並非一定得以實體CAD系統才能建立，曲面CAD系統亦可建立RP系統之CAD模型，其建立方式是以許多曲面包圍成封閉體積。使用實體CAD系統建立RP系統之CAD模型，較快速且方便，但是要建立複雜曲面工件模型則相當困難，但可以曲面CAD系統建立。
  B.方位調整
　目前所有的RP系統都是沿著固定方向，以2D成型方式製作固定厚度之工件截面模型，每層截面模型再以不同方式結合為3D模型，因物體外表形狀及截面厚度之不同，加工出來的模型表面平滑度則不同，近水平的曲面呈現較明顯的階梯狀紋路，近垂直曲面之階梯狀斷差較小，加工面較平滑。所以在加工前應針對工件形狀特性，調整物體方位，以求得最佳外形之工件。
C.支撐結構之建立
     SLA是以液態樹脂為材料，為了加強工件成型時之強度，彌補加工平台之水平度，或使工件能方便地從平台上取下而不致於破壞工件，有必要設計支撐結構並與物體一起成型。物體若有懸臂突出物，跨幅較大或細長的平面，或在成型過程底部可能懸浮液面之島狀物，就須設計支撐結構加以定位或補強。加工平台在擺置時，不特別調整水平位置，在平台上先做7到8mm高度之支撐結構，使物體能在水平支撐面上成型，物體與平台間以支撐結構隔開，避免物體直接在平台上成型，支撐結構是以薄片結構組成，很容易清除，不會影響物體。支撐結構的設計可以CAD系統或專用軟體Bridgework。
  
   
支撐圖的例子
  
(二)介面轉換(Interface)
      RP系統可搭配任何CAD系統使用，但無法直接讀取CAD圖檔，要經過轉換介面處理，STL是以STL介面與CAD系統轉換資料。STL資料格式是由3D Systems公司首先推出的，它的內容包括許多三角形平面之頂點座標及法線向量，CAD資料須設定適當容差，經STL介面將不規則曲面轉為許多小三角形平面。
　STL格式已廣為RP系統使用，許多CAD系統都將它納入成為系統的一部份，介面的好壞與雷射掃瞄路徑製作是否良好，有密切的關係。軟體運算雷射掃瞄路徑前，需求出物體每一層之輪廓，輪廓必須是連續的，不能有破洞或空隙，才能判別輪廓內外何者為須掃瞄的區域。所以STL資料要符合三角形平面之頂點，點對點相接，且所有三角形法線朝同一方向兩個原則。
  
(三)準備工件( Part Preparation )
A.分層( Slice )  
　 分層處理軟體是讀取STL資料，設定分層厚度約0.125 - 0.25 mm )及截面路徑( Hatch )間距後，就可算出邊界路徑( Border )與截面路徑( X，Y Hatch )。
B. 加工參數
　 加工參數設定( PrePare，Merge )SLA之加工參數包括樹脂硬化深度( Cure Depth )，液面水平調整參數( Recoating Parameter )，樹脂硬化深度比分層厚度大，這樣各層間才會相互重疊，結合為一體，液面水平之調整是靠上下移動之浮筒( Plunger )調整液面高度，以前後移動之刮板(Recoater )抹平液面。
  
(四)加工( build )  
　   物體的加工程序有液面水平調整及雷射掃瞄。雷射掃瞄速度是根據樹脂硬化深度自動算出，雷射光直徑約為0.25mm，掃瞄間距約為0.25mm，所以整個工件幾乎是以雷射成型。
  
(五)後處理( PostProcess )
      加工完成之工件從SLA取出後，工件表面仍附著少許樹脂，須以酒精類溶劑清洗乾淨，清洗後之工件在經過紫外線烘乾機(PCA)烘乾，內部樹脂就可完全硬化，工件則全部完成，完成之工件視應用之不同，可以進行表面拋光、塗漆，或細加工。

快速成型與快速模具在塑膠射出模具之應用實例
  
001.建立公、母模之CAD資料