作者:约翰·乔基，编辑主任
快速原型设计(RP)是当今快节奏设计周期中的一个关键环节，是一种快速原型设计
节约成本的方式缩短产品开发从概念到生产。RP过程构建概念模型，以验证新设计的形式、适合性和功能，这通常包括积极的测试。这种原型模型测试大大缩短了推向市场的时间，并消除了代价高昂的设计错误。两个制造商
RP设备和材料供应商正在不断升级他们的产品能力，为工程师提供更可靠的模型和新方法，以按时和按预算交付产品。
在RP工艺的两个主要成分——机器和材料中，材料可能是工程师和化学家开发的最具挑战性的领域。一个主要的材料限制在于原型部件的强度能够承受真实世界的载荷，就像在实际服役中一样。显然，这是一个需要不断研究和改进的领域。
的机器
立体光刻(SLA)、选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积建模(FDM)和3D打印是目前四大主要的快速成型技术。SLA是应用最广泛的工艺，使用激光束来固化液体树脂层。SLS工艺还使用激光烧结粉末层
材料。相比之下，FDM机器通过挤压生产层来构建模型
把材料叠在一起。3D打印机“打印”出一种水性粘合剂
由打印头上的层混合石膏和树脂，其中粘结
它们与CAD横截面图样一致。这四种技术都是
考虑添加，因为原型是通过添加材料构建的，而不是
减法加工，如去除材料的机械加工。
的材料
与SLS和FDM工艺相比，SLA具有最快的周转时间，生产的零件具有最高的精度和光滑的表面光洁度。另一方面，当原型需要具有类似生产部件的结构耐久性时，SLS和FDM工艺具有优势，因为它们使用的材料强度约为实际生产部件的80%。
由于立体平版印刷是一种非常精确、稳定和可重复的技术，SLA部件非常适合于形状和配合验证。然而，由于SLA部件相当脆弱，工程师往往不愿进行高冲击功能测试。但这种限制正变得越来越不重要。
现代化学和配方工艺的进步允许开发新的树脂，在业界被称为模仿品。这些SLA材料
严密模拟各种工程塑料的性能。例如，如果
生产部分将由ABS或聚丙烯制成，工程师可以选择由ABS类或聚丙烯类SLA树脂制成的原型。原型
机械性能是否与产品性能紧密匹配
注塑成型零件，可用于功能测试，包括高压和高温。因此，使用一个SLA原型就可以完成完整的表单、匹配和功能验证。
现代SLA机器可以加工立体光刻材料的完整组合，以满足工程师的各种需求。服务局大大增加了他们的
效率来自使用带有快速交付模块的新机器，
可以快速更换材料。缩短的设置时间降低了成本和整体周转时间。
原型模型
立体光刻机的类型在很大程度上决定了特征的分辨率
以及零件的最大尺寸。然而，SLA树脂的选择是基于原型将如何完成、使用、处理和测试来审查选项的决定因素。目前可用的SLA树脂模仿工程热塑性塑料的物理性能，如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯和聚丙烯。例如，在SLA技术中，类似ABS的树脂将生产出与生产ABS部件尽可能接近的产品。
在项目的概念开发、功能验证和批准阶段，通常非常需要半透明或透明的部分。以前，机械加工和抛光是传统的制造方法
由聚碳酸酯和丙烯酸制成的光学透明原型。后来,半透明的
树脂可以用于快速成型。但早期的部分很快就变成了半晴或多云。他们有一种绿色或蓝色的色调。完全透明的SLA树脂直到最近3年才上市。
如果长时间暴露在光线下，由清晰的SLA树脂制成的部件会受到影响
清晰度轻微下降。对于大多数部件来说，这种退化不会造成问题，因为这些部件通常在设计验证或概念演示后被丢弃。如果光学性质必须在较长时间内保持不变，则可以通过涂层或密封部件来最大限度地减少清晰度的损失。
光学透明部件为设计师提供了新的可能性。一些部分，如
镜片、透明护罩、零售包装和医疗器械都是由
透明的塑料生产，清晰的SLA部件允许构建原型，看起来完全像真正的产品。它们可以用于营销演示、焦点小组、展示和概念回顾。
建立清晰材料的建筑模型大大简化了架构师的工作
的工作。直到透明的外壳让机器设计师看到零件是如何
各种各样的机械装置在一个围栏内移动，它们必须打洞才能
peek在里面。
3D Systems首席执行官Abe Reichental举了一个例子，该公司的变速器外壳是用透明SLA树脂制成的。他们在里面装上齿轮传动系统和垫圈，装满传动液，然后运行原型机，研究各种模式下的流体动力学。另一个3D客户使用清晰的快速原型来测试发动机缸体。他们用电动马达转动曲轴，并进行了各种测试，以研究箱子内的运动和流体动力学。现在工程师们可以看到整个发动机的全貌了。
流分析的另一个例子是清晰的SLA部分允许可视化研究
泵。一个常见的泵设计问题被称为空化，即在液体中产生空隙或形成气泡。泵壳由透明材料制成
给工程师一个畅通无阻的泵内部视图，这样即使是最小的
可以发现空化区域。
建筑透光部件对清晰度提出了额外的要求
完成模型。清晰的SLAparts被成功地用于构建原型
用于汽车仪表显示器、透镜、头灯和尾灯。光
导轨，管道，指针和扩散器只是一些例子，加工丙烯酸或聚碳酸酯让位于清晰的SLA工艺。
透明材料通常适用于特定的快速成型技术。例如，可用于立体光刻系统的透明树脂与SLS或FDM设备不兼容。
目前有几种半透明的ABS树脂，如SLA树脂，还有几种透明的
树脂最近被添加到工程师的RP工具箱中。之前，透明树脂
通常涉及到耐久性的权衡。新的透明树脂不再有这些权衡。就在五年前，半透明材料还相当脆弱，不能用于高冲击、高压或高温试验。更新的,
更坚硬的树脂被开发出来解决这个问题。
新的半透明和透明的SL树脂，如亨斯曼公司生产的Ren-Shape®SL 7870, 3D Systems公司生产的Accura®60,WaterShed®XC，以及Somos公司生产的WaterClear®Ultra只是几个例子。
HuntsmanAdvancedMaterials北美自由贸易协定立体平版印刷商业销售经理Carl Holt解释说，他的公司专门从事即用SLA树脂的配方，并提供大约30种SLA树脂
适用于各种应用。亨茨曼透明材料为高清晰度光敏聚合物;
它们既不是聚碳酸酯也不是丙烯酸酯。
亨斯曼的RenShape SL7870是一种高清晰度树脂，也具有极高的
冲击强度。这种材料的另一个好处是它不会像其他早期透明树脂那样随着时间的推移而迅速老化。亨斯迈还生产一种防紫外线涂层(底漆)，以保护透明部分免受阳光伤害。
透明树脂制造商通常在他们的网站上发布标准的ASTM信息。因为新材料不断加入到作品集中
(虽然不是所有的服务局都将它们包括在他们的产品线中)，与树脂制造商检查，找出最近可用的新材料，以及哪些服务局能够处理它们，这总是一个好主意。
构建清晰部件的过程与使用其他部件时的步骤相同
SLA树脂，除非最后需要一些额外的步骤。3D CAD实体
模型，以生成SLA原型。所有三维建模软件包
能够导出称为“。”的文件。STL”文件(它代表标准
镶嵌语言)。对于标准的透明表面处理，支撑结构被移除，而支撑区域和外表面是湿的
用砂纸磨。打磨零件会降低透明度，所以要涂上一层透明涂层
光滑的，清晰的表面更高等级的透明表面需要更深的湿送，以消除建造层楼梯和创建光滑的表面。透明的外套是
也适用，可以在12小时内完全干燥。
SLA部件的成本取决于部件的高度、体积、总表面积和层分辨率。为零件选择的树脂的成本和所需的光洁度
也是很重要的因素。在透明部件的情况下，透明树脂相对昂贵，但最大的成本因素是生产无瑕疵透明部件所需的额外整理和干燥。
RP机器如何工作
在制作RP模型的典型过程中，CAD文件被加载到SLA中
这是一种计算机，由专有软件程序“切片”3D模型
成层间隔的距离等于树脂的厚度，将固化在一层的加工过程中(例如0.005“厚)。
液体透明的材料被放置在立体光刻机底部的一个大桶中，一个平台，在上面的部分将被构建，位于液体树脂表面的正下方。平台深度等于该层的厚度。机器引导激光沿着树脂表面，根据切片中的图案暴露液体。激光束固化了它所照射到的液体树脂。一旦第一层完成，平台就会降低，这样下一层就可以在第一层之上建造了。该过程重复进行，直到所有层都构建完成。之后，将部分取出并放置在紫外线下进行最终固化。
在SLA过程开始时建立一个桥式支撑结构，以保持部件的底部远离平台，并支撑部件的底部曲面。如果没有这些细柱，最初只有几千英寸厚的岩层就会塌陷，从而阻碍下一层的建造。支撑结构在零件完成固化后拆除。
SLA服务局通常提供几个精加工级别。最
基本的整理水平包括拆除支撑结构。接下来，标准层增加了支撑区域和外表面的轻砂和喷砂。对于表面平整度很重要的零件，将零件打磨光滑，以消除分层造成的建造层阶梯。当SLA部件用于模具制作或喷漆时，内墙也要打磨，并且该部件要上一层底漆。
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