【正文】 Printing) 1989年，美國麻省理工學(xué)院的Emanuel M. Sachs和John S. Haggerty等申請了三維印刷技術(shù)的專利，這也成為日后該領(lǐng)域的核心專利之一。圖6為3DP工藝的原理簡圖。但最大的不同在于3DP無需將粉末材料熔融，而是通過噴咀噴出的黏合劑使其黏合在一起。噴頭（圖中15）在計算機(jī)控制下，按下一個建造截面的成型數(shù)據(jù)有選擇地噴射粘結(jié)劑建造層面。圖6 3DP工藝原理簡圖如此周而復(fù)始地送粉、鋪粉和噴射黏結(jié)劑，最終完成一個三維粉體的黏結(jié)，從而生產(chǎn)制品。 (Fused Deposition Modeling) 如圖7所示，在熔積成型法( FDM)的過程中，龍門架式的機(jī)械控制噴頭可以在工作臺的兩個主要方向移動，工作臺可以根據(jù)需要向上或向下移動。最初的一層是按照預(yù)定的軌跡以固定的速率將熔絲擠出在泡沫塑料基體上形成的。FDM工藝的關(guān)鍵是保持半流動成型材料剛好在熔點(diǎn)之上，通常控制在比熔點(diǎn)高1℃左右。如圖7(a)的高度，下一層熔絲將鋪在沒有材料支撐的空間。 在FDA4機(jī)器中層的厚度由擠出絲的直徑?jīng)Q定，. 25mm(從0. 02in到0. 01 in)這個值代表了在垂直方向所能達(dá)到的最好的公差范圍。 FDM的優(yōu)點(diǎn)是材料的利用率高，材料的成本低，可選用的材料種類多，工藝干凈、簡單、易于操作且對環(huán)境的影響小。該工藝適合于產(chǎn)品的概念建模以及它的形狀和功能測試，中等復(fù)雜程度的中小成型，由于甲基丙烯酸ABS材料具有較好的化學(xué)穩(wěn)定型，可采用伽馬射線消毒，特別適于醫(yī)用。NumericalNumerical工件經(jīng)一次裝夾后，數(shù)字控制系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同工序，自動選擇和更換刀具，自動改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對工件的運(yùn)動軌跡及其他輔助機(jī)能，依次完成工件幾個面上多工序的加工，整個加工過程由程序自動控制，不受操作者人為因素的影響。圖8 數(shù)控機(jī)床 主流快速成型工藝（含CNC）比較表1 主流快速成型工藝的比較SL激光光固化SLS激光粉末燒結(jié)3DP三維打印FDM熔融沉積CNC數(shù)控機(jī)床成形速度較快較慢較慢較慢快成形精度較高較低較低較低較高制造成本較高較低低較低較低復(fù)雜程度中等復(fù)雜中等中等中等、復(fù)雜（并聯(lián)多軸）零件大小中小件中小件中小件中小件中大件常用材料熱固性光敏樹脂石蠟、塑料、金屬、陶瓷粉末等ABC塑料，其中還混合了鋁和玻璃石蠟、尼龍、ABS、低熔點(diǎn)金屬等ABS，POM（賽鋼），亞克力，尼龍，PC，PP，電木。SLM技術(shù)克服了選擇性激光燒結(jié)（SLS）技術(shù)制造金屬零件工藝過程復(fù)雜的困擾。VCM：silicone mold，真空澆注硅膠模，亦稱作為矽膠模。 快速成型技術(shù)的發(fā)展 快速成型技術(shù)的發(fā)展歷史快速成型技術(shù)誕生于20世紀(jì)80年代后期，是基于材料堆積法的一種高新制造技術(shù)，被認(rèn)為是近20年來制造領(lǐng)域的一個重大成果。表2 全球主流快速成型技術(shù)的發(fā)展沿革名稱簡稱發(fā)展時期發(fā)起公司立體光固成型SL19861988由美國3D System公司1988年開發(fā)商業(yè)化。熔絲沉積造型FDM19881991由美國 S. Scott Crump公司1990年開發(fā)出來。目前的知名公司是美國的Z Corporation以及以色列的Objet公司。快速成型發(fā)展目前最大的難題是材料的物理與化學(xué)性能制約了工藝實(shí)現(xiàn)。在成形材料上，發(fā)展方向是研究陶瓷材料和復(fù)合材料的快速成型制造?？焖俪尚图夹g(shù)在工業(yè)造型、產(chǎn)品創(chuàng)意、工藝美術(shù)等方面有著廣泛的應(yīng)用前景和巨大的商業(yè)價值。例如三維打印技術(shù)，使快速成型走向信息市場；金屬直接成形技術(shù)使結(jié)構(gòu)功能零件可直接制造。（2） 快速成型應(yīng)用領(lǐng)域的拓展?？焖俪尚驮谏锛袤w與組織工程上的應(yīng)用，為人工定制假體制造、三維組織支架制造提供了有效的技術(shù)手段。（3） 快速成型學(xué)術(shù)思想的發(fā)展。力圖實(shí)現(xiàn)從微觀組織到宏觀結(jié)構(gòu)的可控制造。這樣從更廣泛的意義上實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)體的“設(shè)計—材料—制造”一體化。2)直接快速成型的金屬模具制造技術(shù)。4)與生物技術(shù)相結(jié)合。 2 快速成型技術(shù)行業(yè)及產(chǎn)業(yè) 快速成型技術(shù)的行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀快速成型技術(shù)問世以來，經(jīng)過二十多年的發(fā)展，該技術(shù)在各個環(huán)節(jié)都取得了長足進(jìn)步，已實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)大的市場，發(fā)展非常迅速。該技術(shù)通過與數(shù)控加工、鑄造、金屬冷噴涂、硅膠模等制造手段結(jié)合，已成為現(xiàn)代模型、模具和零件制造的強(qiáng)有力手段，在航空航天、汽車摩托車、家電、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，對改善制造業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計和制造水平起到了巨大作用，在工程和教學(xué)研究等應(yīng)用領(lǐng)域也占有了獨(dú)特地位。快速成型技術(shù)獨(dú)特的制造方法和個人定制等特性，使其在醫(yī)學(xué)上找到用武之地，比如牙齒、骨骼、醫(yī)學(xué)器械和植入管的定制等。 制造領(lǐng)域快速成型技術(shù)在制造領(lǐng)域的應(yīng)用在其總體應(yīng)用中占比最大，高達(dá)67%（見圖9）這顯示出RP技術(shù)在生產(chǎn)制造業(yè)中的獨(dú)特優(yōu)勢，也體現(xiàn)了生產(chǎn)制造對新技術(shù)、新工藝的需求。通常應(yīng)用在產(chǎn)品試制和試驗階段，比如功能檢測和裝配檢測等。比如，波音公司建立了一整套“定制生產(chǎn)（Production On DemandPOD）”生產(chǎn)流程，可以在很短時間內(nèi)制造傳統(tǒng)加工方法很難加工的航空航天工業(yè)中的導(dǎo)風(fēng)管道。圖9 快速成型市場的行業(yè)應(yīng)用份額（維基百科最新資料） 快速成型技術(shù)的行業(yè)市場主體分析如圖10所示，快速成型技術(shù)體系涉及到三維數(shù)字化技術(shù)、三維模型設(shè)計技術(shù)、快速成型軟件及成套設(shè)備、成型材料等，因此按照快速成型技術(shù)按產(chǎn)業(yè)鏈的分布及技術(shù)的主流應(yīng)用領(lǐng)域，主要存在以下市場主體形態(tài)（參考美國Utah州立大學(xué)歸納辦法）：Rapid Prototyping Systems（快速成型系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)機(jī)構(gòu)）Direct Manufacturing Systems（快速制造系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)機(jī)構(gòu)）Open Source Systems（開源快速成型系統(tǒng)的研發(fā)機(jī)構(gòu)，主要面向快速成型系統(tǒng)制造者提供開源的軟件系統(tǒng)）CONCEPT MODELING SYSTEMS（主要生產(chǎn)三維打印機(jī)方面的研發(fā)、生產(chǎn)機(jī)構(gòu)）SOFTWARE FOR THE RAPID PROTOTYPING MARKET（快速成型市場應(yīng)用的商業(yè)軟件開發(fā)機(jī)構(gòu)）COMMERCIAL SERVICE PROVIDERS （快速成型商業(yè)服務(wù)提供者）（1）Concept Modelers（制作概念模型的機(jī)構(gòu)，主要面向產(chǎn)品設(shè)計階段的產(chǎn)品樣件模型制作、模具原型制作、小批量個性化概念模型制作等）（2）Biomedical uses of Rapid Prototyping（從事快速原型或者快速制造的機(jī)構(gòu)，主要面向生物醫(yī)學(xué)方面的快速成型用戶）（3）Art via Rapid Prototyping（從事快速原型或者快速制造的機(jī)構(gòu)，主要面向藝術(shù)品設(shè)計快速成型或小批量的快速制造）Equipment Resellers（主要從事快速成型系統(tǒng)的經(jīng)銷商）Academia and Research（主要從事快速成型技術(shù)研究的機(jī)構(gòu)）圖10 快速成型的技術(shù)體系 快速成型技術(shù)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 快速成型技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r 快速成型設(shè)備發(fā)展?fàn)顩r從全球角度來看，快速成型市場每一年至少是25%的增長率，市場規(guī)模有幾十億美金。％。快速成型市場中，美國和歐洲占據(jù)了70%多的裝機(jī)量，中國占7%。在2005年和2006年，%%。產(chǎn)品包括快速成型設(shè)備、設(shè)備升級、原料和修理零件、第三方的軟件和激光器。設(shè)備和材料的研發(fā)費(fèi)在2006年、2005年和2004年分別增長20%、10%%。2007年快速成型制造設(shè)備的平均銷售價格是79040美元。服務(wù)收入在2006年、%，%和17.%。 服務(wù)與材料銷售狀況產(chǎn)品服務(wù)創(chuàng)造的收入是可觀的，在全球范圍內(nèi)有不計其數(shù)的設(shè)計和制造組織正在加入服務(wù)業(yè)。另一個叫Rockwell Collins的公司，僅用一個快速成型制造系統(tǒng)和一個工人，在4個月內(nèi)制造了6 000個零件。以上的例子表明，快速成型制造技術(shù)對經(jīng)濟(jì)的影響是巨大的。預(yù)計快速制造業(yè)的銷售額在未來的幾年里將得到大幅度增長。Wohlers Associates相信2015年全年的產(chǎn)值會達(dá)到350億美元。這一數(shù)字比2006年的18 %。2007年大約有1 026萬美元被用在光敏樹脂上，%。2007年全球范圍內(nèi)服務(wù)商通過銷售快速成型生產(chǎn)的零件和模型創(chuàng)造了大約4 070萬美元的收入（其中僅包含由快速成型制造的零件所帶來的收入，不包括模具、由模具制造的零件、鑄件、手工模型加工技術(shù)、CNC機(jī)器加工件、CAD/CAM/CAE以及其他服務(wù)所帶來的收入），比2006年的3 %。第一梯隊：美國、德國等；第二梯隊：以色列、瑞典、英國等。在以前，同樣一個產(chǎn)品在市場上的選擇并不多，但是現(xiàn)在有太多的選擇，特別是消費(fèi)類電子產(chǎn)品。客戶的選擇也越來越挑剔，市場的競爭程度也越來越激烈。對產(chǎn)品設(shè)計、創(chuàng)新的要求就必須要比以前提高很多，從成本上來講，產(chǎn)品開發(fā)的工具，包括軟件、硬件都會相應(yīng)的增多。形成這種現(xiàn)象主要有這樣幾方面原因：第一，在亞洲人工成本較低；第二，在亞洲有很多價格低廉的數(shù)控機(jī)床、CNC；由于這兩方面原因，企業(yè)通過對技工進(jìn)行一定的培訓(xùn)，就可以利用相對低廉的模型加工成本，替代相當(dāng)一部分測試和設(shè)計過程中的樣品模型，使快速成型技術(shù)的應(yīng)用受到一定影響。當(dāng)然，這些現(xiàn)象已經(jīng)逐步改變，隨著中國自主創(chuàng)新企業(yè)的增多，中國在制造業(yè)的競爭力已逐步凸現(xiàn)。例如ABB、西門子、波音、摩托羅拉等這些大廠商的研發(fā)中心以前都是在本土，現(xiàn)在逐步想中國轉(zhuǎn)移，從而使中國對于快速成型技術(shù)的需求也在逐步增長。亞太地區(qū)中日本、以色列為第一梯隊；澳大利亞、印度、中國為第二梯隊。s anatomy to assist in the preoperative planning and the actual surgery.（BIOMEDICAL USES OF RAPID PROTOTYPING） India（印度，研發(fā)快速成型軟件，提供SLS、SLA、 FDM服務(wù)）Central Tool Room operates a Vanguard SLS machine in Ludhiana, India. (COMMERCIAL SERVICE PROVIDERS)Craftech Group Pvt. Ltd. operates an SLA 7000 in Utter Pradesh, India. ( COMMERCIAL SERVICE PROVIDERS)Protosys Technologies Limited operates an FDM 1650 in Mumbai (Bombay), India.( COMMERCIAL SERVICE PROVIDERS)3D Product Development Pvt. Ltd. operates 1 FDM 3000, 1 SLA Viper and 1 SLS Sinterstation 2000 in Bangalore, India. (COMMERCIAL SERVICE PROVIDERS)OpenRP a nonprofit initiative of Floating Point Solutions Pvt. Ltd. of Goa, India offers free STL viewers and translators... (SOFTWARE FOR THE RAPID PROTOTYPING MARKET)The Rapid Prototyping Society of India. ( PROFESSIONAL ASSOCIATIONS)Russia(俄羅斯，提供SL