RP原理與粉末製程(SLS) 組員:林士豪、林郁修、陳胤達、陳崇文、葉謹誠 機械科學技術基礎高瞻計畫學習活動 RP原理與粉末製程(SLS) 組員:林士豪、林郁修、陳胤達、陳崇文、葉謹誠

1.何謂RP原理 將３D的立體影像分割成一層一層,再將資料透過雷射,將樹脂一層層硬化之積層造型設計

由CAD軟體設計產生3D實體模型

轉換成STL檔,系統再依使用者要求將實體模型分割成一層一層,再一層一層堆疊成形

以實體檔案為基礎,紫外線從樹脂槽表面描繪實體斷層,雷射透過升降平台一層一層照射使其硬化,昇降平台一層層下降,連續 積層後,漸漸形成3D形狀

連續相同動作,形成3D模型,升降平台往上將模型取出,再執行後處理

1-1.何謂快速原型（RP）技術？ 快速原型製造（ RAPID PROTOTYPING 以下簡稱 RP ）技術是九十年代發展起來的一項高新技術。基本原理乃是使用非傳統加工的方法，先由CAD軟體，如Pro/E, I-DEAS產生3-D實體模型（Solid model），再由電腦程式轉換成以三角網格面所組成之「 STL」格式檔案。接著利用快速成型系統將實體模型層層分割，再層層堆疊出所預想形狀。RP 技術在不需要任何刀具，模具及工裝卡具的情況下，可將任意復雜形狀的設計方案快速轉換為三維的實體模型或樣件，這就是 RP技術所具有的潛在的革命意義。 RP技術是在現代 CAD/CAM 技術、雷射技術、計算機數控技術、精密伺服驅動技術以及新材料技術的基礎上整合發展起來的。

1-2.RP技術的基本原理 將計算機內的三維實體模型進行分層切片得到各層截面的輪廓，計算機據此訊息控制雷射器（或噴嘴）有選擇性地切割一層又一層的片狀材料（或固化一層層的液態光敏樹脂，燒結一層層的粉末材料，或噴射一層層的熱熔材料或粘合劑等方法）形成一系列具有一個微小厚度的片狀實體，再採用粘接、聚合、熔結、銲接或化學反應等手段使其逐層堆積成一體製造出所設計的三維模型或樣件。

3D CAD→STL介面→前處理→RP成型→後處理 1-3.工作流程 3D CAD→STL介面→前處理→RP成型→後處理

3D CAD :須為一封閉之實體模型，可以是實體架構或是曲面架構。 STL介面:STL檔案內容為許多小三角形平面。它包含了每個三角形的單位法線向量及頂點座標。STL檔有好壞分別，好的STL檔所有法線向量須一致朝向空氣。相鄰三角形間須頂點接頂點。實體架構軟體產生的STL檔應是正確的，曲面架構軟體產生的STL檔大都有問題，要經STL修復軟體處理後才可使用。 前處理:主要目的是調整加工方位，建立支撐結構，設定加工參數。 RP成型:目前所有RP設備都是以固定厚度的物體斷面，堆疊成型。每個斷面有以向量式或點陣式成型。 後處理:主要工作是清理工件， 表面處理。

1-4.特 色 RP最吸引人的地方，在於其加工件在形狀幾乎沒有任何限制；各種在傳統雕刻或切削所無法完成的形狀，利用RP都能輕鬆達成，且大大縮短了開發時程。只要真實物件所需的專業工具和材料非常昂貴或者物件的製作時間太長時，就可以考慮快速原型技術。快速原型所製作之工件，可廣泛應用於設計結果的檢討、組裝干涉檢查、客戶樣品確認等方面，還可用於脫臘或精密鑄造的模型

1-5.RP技術的應用 工業造型、模具、家電、電子儀表、輕工、塑料、玩具、航空航天、軍工、機械、汽車、摩托車、內燃機、建築規劃及模型、科研、醫療等。

2.何謂粉末製程 粉末製程（Powder Process），此類製程是以雷射光照射燒結粉末狀塑性材料或金屬粉末，使其結合而成型，鋪設粉末係以滾筒左、右滾動方式達成在工作平台上舖上一層、一層均勻的粉末。(原理如圖1所示)

2-1其基本製程包含 粉末生產(製作)→粉末混合→壓縮成形→燒結→完工處理 舉例: 粉末生產:機械法,化學法,霧化法 粉末混合:滾筒法,雙錐體法,螺旋法,葉片法,旋轉立方體法,雙殼法 壓縮成形:冷壓縮,熱壓縮,非加壓,均壓,輥壓,擠壓,離心力加壓 燒結:固態燒結,液態燒結,活化燒結,火花燒結 完工處理:清潔,精整,壓印,表面處理,熱處理,機械加工,鍛造

2-2課外補充 射出成型製程有數種類型，包括塑膠、橡膠、陶瓷、反應、液態金屬、金屬粉末等。金屬粉末射出成型 ( Metal Powder Injection Molding，簡稱 MIM )，是一項結合塑膠射出成型、聚合物化學、粉末冶金與金屬材料科學等新製造技術。 MIM利用微細金屬粉末，與黏結劑透過混合、混煉、造粒射出成型原料，透過精密模具之射出成型為生胚，採用部分脫脂與真空脫脂燒結為粗胚，再經過熱處理、機械加工、表面處理等程序，達到高密度、高精度、複雜形狀之金屬結構零件，大部分零件都是避免機械加工，只做熱處理、拋光、電鍍等處理。MIM零件具備複雜、小零件、材質內部均勻、機械強度高、薄壁等優點。

MIM製程，可以採用以下材料： 鐵-鎳-碳合金：Fe-2%Ni, Fe-8%Ni 不銹鋼合金：316L, 304L, 630(17-4 PH), 440C, 420J2, 4140 特殊合金：M2, SKD11, Kovar(F150), Cu, SKH57 軟質磁性合金：Permalloy PB, Permalloy PC, 18 Si-Fe

圖1-粉末製程加工原理

3.心得 RP技術無疑的改善了我們諸多方面的困境,例如許多形狀較為複雜的成品,往往不能夠用傳統的技術來完成,而RP快速成形系統使用材料增補的層加工方式來進行,從2D的薄片一層一層的堆疊而成為3D的物體,使複雜的物件簡單完成,當然RP技術還是有許多待我們去改善的地方,使製造速度能夠在往前邁進。

The End