快速成型材料及設備第1頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四一、光固化快速成型制造設備

20世紀70年代末到80年代初期，美國3M公司的AlanJ.Hebert(1978)、日本的小玉秀男(1980)、美國UVP公司的CharlesW.Hull(1982)和日本的丸谷洋二(1983)，在不同的地點各自獨立地提出了RP的概念，即利用連續層的選區固化產生三維實體的新思想。CharlesHull在UVP的繼續支持下，完成了一個能自動建造零件的稱之為SLA-1的完整系統。同年，CharlesHull和UVP的股東們一起建立了3DSystems公司，并于1988年首次推出SLA-250機型，如圖所示。

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目前，研究光固化成型設備的單位有美國的3DSystems公司、Aaroflex公司，德國的EOS公司、F&S公司，日本的SONY/D-MEC公司、TeijinSeiki公司、DenkenEngieering公司、Meiko公司、Unipid公司、NTTDATA&CMET公司，以色列的Cubital公司以及國內的西安交通大學、上海聯泰科技有限公司等。

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快速成型材料及設備第2頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四

在上述研究SLA設備的眾多公司中，美國3DSystems公司的SLA技術在國際市場上占的比例最大。3DSystems公司在繼1988年推出第一臺商品化設備SLA250以來，又于1997年推出了SLA250HR、SLA3500、SLA5000三種機型，在光固化成型設備技術方面有了長足的進步。其中，SLA3500和SLA5000使用半導體激勵的固體激光器，掃描速度分別達到2.54m/sec和5m/sec，成層厚最小可達0.05mm。此外，還采用了一種稱之為Zephyerrecoatingsystem的新技術，該技術是在每一成層上，用一種真空吸附式刮板在該層上涂一層0.05~0.1mm的待固化樹脂，使成形時間平均縮短了20%。該公司于1999年推出SLA7000機型。SLA7000與SLA5000機型相比，成體積雖然大致相同，但其掃描速度卻達9.52m/sec，平均成型速度提高了4倍，成層厚最小可達0.025mm，精度提高了一倍。3DSystems公司最新推出的機型是Vipersi2SLA。

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快速成型材料及設備第3頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四

3DSystems公司的SLA-3500機型

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3DSystems公司的SLA-5000機型

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快速成型材料及設備第4頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四

3DSystems公司的SLA-7000機型

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3DSystems公司的Vipersi2SLA機型

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快速成型材料及設備第5頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四

國內西安交通大學在光固化成型技術、設備、材料等方面進行了大量的研究工作，推出了自行研制與開發的SPS、LPS、和CPS三種機型，每種機型有不同的規格系列，其工作原理都是光固化成型原理。其中SPS600和LPS600成型機如圖所示。模具工程技術研究中心METRC

西安交通大學SPS600成型機

西安交通大學LPS600成型機

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快速成型材料及設備第6頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四

西安交通大學光固化成型機主要性能指標與技術特征

模具工程技術研究中心METRC該成型機激光器、掃描與光聚焦系統兩關鍵部件從國外引進，掃描速度SPS最大可達7m/s、LPS可達2m/s，精度達±0.1mm；全范圍掃描分辨率達3.6μm，整機控制精度達50μm，高于國外同類機器水平，保證了可靠性；掃描光斑直徑=0.2mm，SPS激光壽命>5000h，LPS激光壽命>2000h，與國外水平相同。

采用了快速排序分層法，大大加快分層速度，且具有對分層數據自動診斷和修復功能。

國際上創新的YLSF成型工藝，大大減小了翹曲等變形誤差，提高了原型件制作質量。優于美國3DSystems公司的工藝方法；拐角誤差采用自適應延時控制，較少了輪廓誤差的影響，此為國際首創。

零件成型精度達±0.1mm(<100mm)或0.1%(>100mm)，與國外水平相同；樣件測試尺寸合格率達到美國3DSystems公司SLA系列機器的水平，高于日本CMET公司Soup型機器的水平。

不同材料與結構，可調整回流量，從而改善涂層質量，此為國際首創；且可以采用不同公司、不同牌號的樹脂，有良好的兼容性和開放性。優于美國3DSystems公司、日本CMET公司的同類產品。

零件模型管理和成型數據生成軟件在Windows95下自主開發、整機自制，用戶界面全部漢化，具有優異的交互性和易學性。而且三維STL模型的檢視、分層過程與編輯、支撐結構的設計全部實現了圖視化操作；而成型控制軟件是在DOS下開發，保證滿足了控制的實時性要求，操作界面全部漢化和圖視化。

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快速成型材料及設備第7頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四

上海聯泰科技有限公司開發的光固化成型設備主要有RS-350H、RS-350S、RS-600H和RS-600S等機型。模具工程技術研究中心METRC

上海聯泰公司開發的RS-600S光固化成型機

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快速成型材料及設備第8頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四模具工程技術研究中心METRCξ3

快速成型材料及設備第9頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四模具工程技術研究中心METRCξ3

快速成型材料及設備第10頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四二、疊層實體快速成型制造設備目前研究疊層實體制造成型（LOM）設備和工藝的單位有美國的Helisys公司、日本的Kira公司、Sparx公司、新加坡的Kinergy公司以及國內的華中科技大學和清華大學等。其中Helisys公司的技術在國際市場上所占的比例最大。1984年MichaelFeygin提出了分層實體制造（LOM）的方法，并于1985年組建Helisys公司，1992年推出第一臺商業機型LOM-1015（臺面380mm×250mm×350mm）后，又于1996年推出臺面達815mm×550mm×508mm的LOM-2030H機型，其成型時間比原來縮短了30%，如圖所示。模具工程技術研究中心METRCξ3

快速成型材料及設備第11頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四

Helisys公司除原有的LPH、LPS和LPF三個系列紙材品種以外，還開發了塑料和復合材料品種。Helisys公司在軟件方面開發了面向WindowsNT4.0的LOMSlice軟件包新版本，增加了STL可視化、糾錯、布爾操作等功能，故障報警更完善。

國內華中科技大學研制的HRP系列薄材疊層快速成形系統（如圖所示）無論在硬件還是在軟件方面都有自己獨特的特點。

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快速成型材料及設備第12頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四

華中科技大學LOM成型機主要性能指標與技術特征

模具工程技術研究中心METRCX-Y掃描單元采用交流伺服驅動和滾珠絲桿傳動，升降工作臺為4柱導向和雙滾珠絲桿傳動（專利），保證了系統的高精、高速和平穩傳動；

無拉力疊層材料送進系統（專利），送進可靠，速度高，材料利用率高；

抽風排煙裝置采用隨動式吹風和強力抽排煙裝置（專利），能及時充分地排出煙塵，防止煙塵污染；

采用國際著名的美國公司CO2激光器，穩定性好，可靠性高，模式好，壽命長，功率穩定，切割質量好，并且可更換氣體，具有較高的性能價格比，并配以全封閉恒溫水循環冷卻系統。

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快速成型材料及設備第13頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四

獨立開發的功能強大的HRP’2001軟件，具有易于操作的友好圖形用戶界面，開放式的模塊化結構，國際標準輸入輸出接口，具有以下功能：

模具工程技術研究中心METRCSTL文件識別及重新編碼；

獨有的容錯及數據過濾切片技術，大幅度提高工作效率；STL文件可視化，具有旋轉、平移、縮放等圖形變換功能；原型制作實時動態仿真；

獨有的變網格劃分技術；數據擬合，速度規劃，速度預測，高速插補控制，任意組合曲線的高速、高精連續加工，為該公司獨有的技術；激光能量隨切割速度適時控制，保證了切割深度和線度均勻，切割質量好；激光光斑直徑隨內外輪廓自動補償，提高了制件的精度；系統故障診斷，故障自動停機。ξ3

快速成型材料及設備第14頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四

清華大學也研究并推出了LOM快速成型設備SSM-500與SSM-1600。其中SSM-1600設備是世界上最大的快速成型設備，可成型零件的最大尺寸為1600mm×800mm×700mm，適用于制造大規模的快速原型。該設備具有大尺寸，高精度，高效率，高可靠性的顯著技術特點。該設備與精密鑄造等技術結合可用于制造大型的快速模具。其主要技術特點為：

模具工程技術研究中心METRC先進的分區并行加工方式（國家專利）；快速板式熱壓裝置（國家專利）；無張力快速供紙技術（國家專利）；機床式高穩定性鑄鐵床身；高精度、高可靠性的運動系統，控制系統；高性能激光系統及光學系統。ξ3

快速成型材料及設備第15頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四模具工程技術研究中心METRCξ3

快速成型材料及設備第16頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四三、選擇性激光燒結快速成型制造設備

研究選擇性激光燒結（SLS）設備工藝的單位有美國的DTM公司、3DSystems公司、德國的EOS公司以及國內的北京隆源公司和華中科技大學等。1986年，美國Texas大學的研究生C.Deckard提出了選擇性激光燒結（SLS）的思想，稍后組建了DTM公司，于1992年推出SLS成型機。DTM公司于1992年、1996年和1999年先后推出了Sinterstation2000、2500和2500Plus機型，如圖所示。其中2500Plus機型的成體積比過去增加了10%，同時通過對加熱系統的優化，減少了輔助時間，提高了成型速度。

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DTM公司的Sinterstation2500機型

DTM公司的Sinterstation2500Plus機型

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快速成型材料及設備第17頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四

華中科技大學的HRPS-III激光粉末燒結系統模具工程技術研究中心METRCξ3

快速成型材料及設備第18頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四

華中科技大學的HRPS-III激光粉末燒結系統的特點：

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掃描系統采用國際著名公司的振鏡式動態聚焦系統，具有高速度（最大掃描速度為4m/s）和高精度（激光定位精度小于50μm）的特點；激光器采用美國CO2激光器，具有穩定性好、可靠性高、模式好、壽命長、功率穩定、可更換氣體、性能價格比高等特點，并配以全封閉恒溫水循環冷卻系統；新型送粉系統（專利）可使燒結輔助時間大大減少；排煙除塵系統能及時充分地排除煙塵，防止煙塵對燒結過程和工作環境的影響；全封閉式的工作腔結構，可防止粉塵和高溫對設備關鍵元器件的影響。

獨自開發的功能強大的HRPS’2002軟件，具有易于操作的友好圖形用戶界面，開放式的模塊化結構，國際標準輸入輸出接口，具有以下功能：

切片模塊：具有HRPS-STL(基于STL文件)和HRPS-PDSLice（基于直接切片文件，由用戶選用）兩種模塊；數據處理：具有STL文件識別及重新編碼，容錯及數據過濾切片，STL文件可視化，原型制作實時動態仿真等功能；工藝規劃：具有多種材料燒結工藝模塊（包括燒結參數、掃描方式和成型方向等）；安全監控：設備和燒結過程故障自動診斷，故障自動停機保護。ξ3

快速成型材料及設備第19頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四模具工程技術研究中心METRCξ3

快速成型材料及設備第20頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四四、熔融沉積快速成型制造設備

研究熔融沉積制造（FDM）設備工藝的單位主要有美國的Stratasys公司、MedModeler公司以及國內的清華大學等。

Stratasys公司的SLS技術在國際市場上所占比例最大。ScottCrump在1988年提出了熔融沉積（FDM）的思想，并于1991年開發了第一臺商業機型。Stratasys公司于1993年開發出第一臺FDM1650（臺面為250mm×250mm×250mm）機型，如圖所示。

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Stratasys公司的FDM-1650機型

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快速成型材料及設備第21頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四

Stratasys公司又先后推出了FDM2000、FDM3000和FDM8000機型，其中FDM8000的臺面達457mm×457mm×610mm。引人注目的是1998年Stratasys公司推出的FDM-Quantum機型，最大成型體積為600mm×500mm×600mm，如圖所示。由于采用了擠出頭磁浮定位系統，可在同一時間獨立控制兩個擠出頭