Applications of Rapid Prototyping Technique in the Field of Ceramics
Abstract：Some rapid protoptyping mathods were introduced briefly with emphasis on applications of rapid prototyping technique in the field of ceramics.The problems and prospect of ceramics preparation with the technique were also discussed.
Key words：rapid prototyping；ceramics
快速成形(Rapid Prototyping and Manufacturing，简称RP或RP&M)或自由实体造型(Solid Freeform Fabrication，简称SFF)是80年代中期发展起来的一种造形新技术，它将传统的“去除”加工法改变为“增加”加工法。RP技术综合了计算机辅助设计、激光、光化学和高分子聚合物等多种技术，并且随着RP技术与其它材料加工技术的结合，其应用领域不断扩大。RP技术的基本原理是，首先根据产品设计图纸或“反求法”得到一系列横截面，数控激光束按每一层的轮廓线或内部网格线对材料逐层加工并叠加，直至完成整个制件。RP技术无需机械加工或任何模具，直接从CAD模型生成复杂形状的制件，因而产品研制周期缩短，生产率提高，生产成本降低。
1987年，美国3D Systems公司展出第一代商用RP系统SLA-1，之后RP技术迅速发展，在许多部门都得到应用。其用途主要包括，快速成形技术制作模型对产品进行设计验证、评价、性能测试等，制作注塑模、功能材料制件，与传统制造工艺相结合制造模具和金属零件等。
1 RP技术种类［1～4］
目前比较成熟的快速成形方法有SLA，LOM，SLS，FDM，3DP等。
立体光刻装置(Stereo-Lithography Apparatus, 简称SLA)是最早的RP技术实用化产品，SLA工艺如图1所示。其工艺过程是，首先通过CAD设计出三维实体模型，将模型转换为标准格式的STL文件，利用离散程序将模型进行切片处理，设计扫描路径，产生的数据将精确控制扫描器和升降台的运动；激光器产生的激光束经聚焦照射到容器的液态光敏树脂表面，使表面特定区域内的一层树脂固化后，升降台下降一定距离，这样SLA装置逐层地生产出制件。
图1 SLA工艺示意图
Fig.1 Schematic representation of SLA process
SLA技术的常用原料是热固性光敏树脂，主要用于制造多种模具、模型等，还可以通过加入其它成分用SLA原型模代替熔模精密铸造中的蜡模。SLA技术成形速度较快，精度较高，但由于树脂固化过程中产生收缩，不可避免地会产生应力或引起形变。开发收缩小、固化快、强度高的光敏材料是其发展趋势。
分层实体造型(Laminated Object Manufacturing，简称LOM)是将薄膜材料逐层激光切割成所需形状，然后叠加在一起的造形方法。LOM工艺与SLA工艺的区别在于将SLA中的光致固化的扫描运动变为LOM中的激光切割运动。
LOM技术常用材料是纸、金属箔、塑料膜、陶瓷膜等，除了可以制造模具、模型外，还可以直接制造结构件或功能件。LOM技术成形速度快，制造成本低，但由于材料薄膜厚度有限制，未经处理的表面不光洁，需要进行再处理。
选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称SLS)是将粉末材料用辊轮铺开成一定厚度薄层，激光扫描使一定区域的粉体烧结，再铺粉于烧结层上，如此逐层烧结得到实体零件。其技术关键是调整激光束进行粉末烧结。
SLS技术常用原料是塑料、蜡、陶瓷、金属，以及它们的复合物的粉体，用蜡可做精密铸造蜡模，用热塑性塑料可做消失模，用陶瓷可做铸造型壳、型芯和陶瓷件，用金属可做金属件。此技术成本较低，可制备复杂形状零件，但成形速度较慢，由于粉体铺层密度低导致精度较低和强度较低。
熔融沉积成形(Fused Deposition Modeling, 简称FDM)是将线材液化后通过喷嘴逐层沉积成复杂形状制件。FDM工艺用液化器代替了激光器，其技术关键是得到低粘度、易沉积、具有可控制的稳定“路”宽的熔体。
FDM技术所用线材包括石蜡、塑料、低熔点金属和陶瓷等，可直接制备金属件和多种模型。FDM技术成本较低，同时成形速度较慢，精度较低。
三维打印(Three-Dimensional Printing，简称3DP)的工作原理类似于喷墨打印机，利用喷嘴将液态粘结剂喷在预先铺好的粉层特定区域，再铺粉喷粘结剂，
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