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Ch11. 11-1 緒 論. 依據 CAD 上的三維圖形，並依據機器的控制精密度，對其進行分層切片，以得到 二維的平面切層平面圖 。並依機器所使用疊層材料選擇黏著劑，或將金屬融解及固化聯結，以形成各截面形狀，並依順序 逐漸堆疊成為三維 的工件。 不需要採用傳統加工機械，並不需要特別的治具與夾具，故加工時間只需傳統的 10% ～ 30% ，而材料成本只需要傳統加工的 20% ～ 35% 。. 11-2 快速原型技術.
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11-1 緒 論 依據CAD上的三維圖形，並依據機器的控制精密度，對其進行分層切片，以得到二維的平面切層平面圖。並依機器所使用疊層材料選擇黏著劑，或將金屬融解及固化聯結，以形成各截面形狀，並依順序逐漸堆疊成為三維的工件。 不需要採用傳統加工機械，並不需要特別的治具與夾具，故加工時間只需傳統的10%～30%，而材料成本只需要傳統加工的20% ～35%。
11-2 快速原型技術 快速原型技術(rapid prototyping technology)的發展：1940年，Perear首先提出在硬紙板上切割輪廓線，然後將這些紙板黏結成三維地形圖形。Zang(1964年)、Richard Meyer(1970年)和Gaskin(1973)等沿襲Perear理論提出另外一系列利用三維輪廓概念成形。
1976年Paul L Dimatteo明確提出利用仿傚機器，將三維物體轉換成許多二維輪廓薄片，然後利用雷射光切割使這些薄片成形，再利用銷子或螺絲將一系列之薄片連接成為一個三維的成品。1979年，日本東京大學的Nakagawa教授開始利用疊層技術製造實際的模具。在1982年，Carlo Baese 在他的美國專利(#774 549)中，提出第一代快速成形技術，“立體平板成形印刷術”。3D System 公司1988年生產了第一台快速成機。
11-3 快速原型加工原理 機械基本製造程序 • 除料方式加工：如車削、銑削、刨削、 EDM……等。 • 增料方式加工：快速原型加工、電鑄成 型……等。 • 成型方式加工：彎曲、鍛造、電磁成 型、射出……等。
快速原型加工 快速原型系統可製作出任意複雜形狀或具細微結構原型，完全擺脫切削加工的限制，並克服模型易失真的缺陷。 快速原型的原理是利用層加工概念，將電腦設計的3D物體，沿著某一軸將其切成一片片的薄片，有如2D的物體；反過來說，若能製造出此2D物體，將其堆疊起來就可產生3D的實體。
11-4-1 快速原型系統簡介 • 液態法 此方法是以液態光硬化樹脂(photocurable resin)為基本材料，藉由雷射光或紫外光的照射使樹脂材料硬化。商業化的產品以3D System的stereo lithography apparatus(SLA)、Cubital的solid ground curing(SGC)系統為代表。
SLA快速原型系統加工原理，以He-Cd或Argon紫外線(UV)雷射光掃瞄(scan)光硬化樹脂液面，使欲成型位置的樹脂硬化成薄薄一層(約0.025-0.1mm，最新報告可達0.025mm)，然後升降台先降再上升，使欲加工位置的表面上再覆蓋一層樹脂，接著以刮板(recoater blade)將液面刮平後等待其呈水平，再以雷射光掃瞄，並使此層與上一層能緊密結合，如此步驟一直循環直到完成三維工件，其完成的工件完全浸在樹脂中，使
升降台升上後再取出工件，因為樹脂略有化學性，需在酒精或有機溶劑中清洗，然後再放到處理箱中加熱，使其完全硬化。升降台升上後再取出工件，因為樹脂略有化學性，需在酒精或有機溶劑中清洗，然後再放到處理箱中加熱，使其完全硬化。
半液態法 其工作原理十分類似擠牙膏的方式，以加熱頭熔化線狀(直徑約1.25mm)熱塑性材料，將其加熱至熔點溫度上方約1℃，當材料熔化被擠出後，立刻凝固並黏結在所要處，如此一層一層地堆疊直到整個工件完成。
粉末法 以雷射照射於粉末，被雷射照射處粉末與粉末黏結成型，一層完成後再照射下一層直到工件完成，粉末的種類有熱塑性粉末、陶瓷粉末與金屬粉末。
固態法 以雷射或切割刀切割工件外輪廓於被覆有熱熔性黏結劑(heat-activated adhesive)薄片材料上，外輪廓切好後，經熱壓黏結於上一層已切割好薄片上，如此循環直到工件完成。
桌上型快速原型機 使用兩組可於X-Y軸上移動的噴嘴進行加工，一個噴嘴供給較高熔點熱塑性材料製作原型，另一噴嘴供給較低熔點臘製作支撐；每加工一層後，銑刀銑平工件最上層表面，工作平台再往下移一層的厚度，進行下一層加工；當整個工件完成後，必需將支撐溶除，才能得到所需要原型。
11-4-2 快速模具技術 狹義快速模具是指藉由快速原型機直接製作模具或藉由快速原型系統製作模具原型所翻製出的模具，但就廣義的快速模具而言，舉凡所有較傳統製模速度快的製模方法或製程，皆可稱為快速模具。
直接成型快速模具製程 多由粉末類快速原型系統直接製出公、母模具，其成形特性為利用掃瞄式CO2雷射，掃瞄欲成形部分的粉末，使其互相結合，利用積層造形的方法製造模具或原型。其中以DTM公司的SLS製程最具代表，其原理為利用特製金屬粉末，由SLS快速原型系統直接將公、母模個別製造出來，成品稱為“green part (粗胚)”，然後將green part
放入furnace(火爐)將binder(黏結劑)融出，所得到的成品稱為“brown part”，最後將brown part在高溫爐中滲銅，待其冷卻凝固後，即可得高密度模具。
間接成型快速模具製程 (1)矽膠模與真空注型 適合少量生產或樣品製作製程技術，以矽膠樹脂為材料的暫待模具，每組模具約可生產15-30個工件，產品平均誤差約為5%，真空注型作業流程包括矽膠暫待模具製作及樹脂真空脫泡、混合、注入模具兩階段，由於整個作業過程均在真空室中完成，可得到品質良好且無氣泡的產品。
(2)精密鑄造模具 製模快速且成本低廉優點，但高溫鑄造造成嚴重變形及收縮，尺寸掌控不易，加上石膏或陶模導熱率差，灌注的金屬結晶顆粒大、強度較差。
(3)金屬樹脂模具 將RP件經表面處理取出分模線後，置入模框內後倒入摻有金屬粉末耐溫樹脂，待其硬化後得到上模，然後翻面再繼續製作下模，最後取出RP件，重新組合後即可用於射出成型機或射臘機。
(4)精密電鑄電鑄模具 以電解析出的金屬作成其他物品的仿造品，用於製成活字的鑄模(字母)時特別稱為電模(electrotyping)，其電解操作方法與電鍍法相似，但電鑄法則常在物體上施行厚層電鍍，然後剝離，以複製物體表面的凹凸模樣，所以底面與電著層不需結著力。
電鑄加工是把電著層增厚某種程度，作成與原膜或母膜相反形狀的製品，在母膜表面析出所要厚度的金屬層，從母膜剝離此電著層，可得與母膜完全相反形狀的電鑄品。電鑄加工是把電著層增厚某種程度，作成與原膜或母膜相反形狀的製品，在母膜表面析出所要厚度的金屬層，從母膜剝離此電著層，可得與母膜完全相反形狀的電鑄品。
電鑄優點： • 可以製造出表面粗糙度、低高精確的零 件。 • 能夠使較難實現的內型面加工轉變成較易 實現的外型面加工。 • 易複製，能很準確的複製出表面形貌。 • 容易得到由不同材料組成的多層結構零 件。 • 可用電鑄法連接某一些不能銲接的特殊材 料。 • 電鑄層的厚度，原則上沒有限制。
11-4-3 快速成型技術應用實例 • 真空注型技術應用於塑膠零件快速開發 製模時間短(12小時)、成本低廉(約金屬模具20%)、產品品質優良(收縮率約0.1-0.6%)並可製作仿各種塑膠材質如ABS、Nylon、橡膠、PP、壓克力等塑膠零件，缺點方面則包括每一組模具僅能生產約30件產品、單一零件製作時間長(1-2小時)及生產零件並非量產時的射出材質，有時無法滿足需要材質認證檢驗。
真空注型技術應用於金屬零件快速開發 廣用於塑膠零件開發，藉由真空注型機設備改良亦可應用於製作精密蠟型再配合精密脫蠟製程完成金屬零件快速開發，應用此一製程技術須考慮因素包括CAD設計之初即需考慮蠟型收縮量。
模具反向原型製作技術應用 產品設計確認後先應用模具設計原理，完成公母模具設計並加入模具反向處理，直接製作反向公母模具原型並複製矽膠暫代模具可有效解決毛邊及合模瑕疵問題，更可延伸應用於金屬樹脂模具及電鑄模具製作。
應用產品原型製作金屬樹脂模具 先以瑞士CIBA公司6414樹脂與Al2O3陶瓷粉末混合製作反向公母模，再進行金屬樹脂模具複製，包括產品具有倒勾特徵及脫模問題皆可完全解決且PU基與環氧樹脂基樹脂結合性不高，離型劑使用量可降至最低，模具表面品質更加提昇，模具製作時間。
