以分層堆積工藝製造模具
20世紀80年代末便已建立起了開發快速成型工藝的技術基礎。當時，在市場上出現了最早的3D CAD應用技術，採用這種CAD系統已可以進行三維結構設計和完成虛擬構件。這種從空間表示結構的優點在當時只能局限應用於設計部門。而結構資料的傳輸，仍然只能通過二維的生產圖紙來實現。
在 1984年，Chuck Hull 開發出了一種終於可以以物理模型來傳送結構資料的工藝，通過立體印刷術首次成功實現了分層堆積原理，隨之出現了建造可在工業上應用的設備。接著很快又出現 了另一些工藝，以至於現在我們已經有了多種選擇。隨著時間的推移，基於這種工藝的原理也不過只有很少的變化。構件由平板材、箔材、粉末狀或液態的原材料來 製造。在製造時，首先把材料層塗在相應的製造平臺上，接著將這種材料層，通過燒結等方式固化成構件實際的橫斷面輪廓，並同位於其下面的材料層進行結合。通 過重複進行這兩步工序，逐漸地製造出所要求的構件。基於這一原理的工藝被稱作材料堆積成型製造工藝，並歸類於快速成型製造技術。而快速成型製造技術這一概 念，概括了可以快速製造複雜構件、模具或小批量構件的所有生產工藝。
圖1 越來越好：通過快速成型技術在很廣的範圍內替代了樣品或原型的手工製作。
附帶的效果：製造費用與構件的複雜程度無關。好久以來，採用這種設備不僅可以
製造原型或整個的注塑模，而且還可以製造塑膠或金屬材質的完好的最終產品。
這種產品與原材料相比，在材料性能上很大程度是相同的
不用刀具的生產
通 過分層堆積製造原理，在一定程度上把三維生產任務簡化成多個二維生產工序。這種不用刀具的生產工藝，有利於以十分精確的物理模型複製成具有複雜的幾何形狀 的構件。在複製時，製造費用和製造時間與構件的複雜程度無關。在快速成型製造中，這種工藝用於快速和低成本製造樣件和原型，應用這種工藝的前提條件是要有 三維CAD數 據。對於大多數快速成型技術，這些資料是以專門的STL檔*（Standard Transformation Language——標準轉換代碼）的資料格式來傳輸的。然後確定諸如雷射器功率、掃描頻率和堆積材料層厚度等工藝參數。接著在構件準備中以虛擬的方式對 構件進行塗層覆蓋，可以啟動生產過程。對於這種生產過程，如需要製造多個構件，也可同時在一個生產過程中來進行製造。這種構件的堆積成型過程是自動進行 的。根據塗層材料的厚度和構件大小的不同，該成型過程可延續幾小時到數天的時間。(STL文件是專門應用於CAD模型與快速成型製造設備之間進行資料轉換的一種檔案格式——譯注)
直 觀模型的製造，由於這種工藝技術而發生了根本性的變革。以目前已安裝幾千台這樣的設備表明，快速成型製造技術是代表了當前技術的發展水準。通過快速成型制 造，實際上已在很大的範圍內替代了用手工製造樣品或樣件。即使在今天，這種仍是新的製造技術，而對它的開發也從未停止。某些工藝已有能力來製造金屬構件， 對於這種工藝顯然可以應用於工具和模具製造中。
圖2 以二維方式進行加工：（幾乎）對於所有快速成型製造技術來說，將三維製造
任務簡化成了多個二維的生產工序。在生產時，首先把材料薄層塗在相應的製造平臺上，
接著，以這材料層通過例如這裡所述的燒結、固化成構件實際的橫斷面輪廓，並同位於其
下面的材料層進行結合
品質和成本之間的協調
加 工金屬的快速成型製造工藝，通常是建立在金屬粉末層局部固化原理的基礎之上的。目前，如下八家公司可提供按這種原理來生成構件的設備，即Eos，3D- Systems，MCP-HEK，Phenix Systems，Concept Laser，Trumpf，Prometal，Arcam。儘管設備以不同的工藝名稱進行標誌（例如，鐳射快速製造工藝，鐳射熔融沉積快速成型工藝，鐳射 快速成型製造工藝或鐳射燒結工藝），然而，所有設備在工作原理上都是相同的。設備在可達到的構件品質或製造速度等工藝特性方面也是相近的。
對 這些工藝特性起決定性影響的參數是可能達到的最小材料層厚度，這種可能小的材料層，取決於粉末材料的顆粒直徑和塗層機構的精度，並由此決定了物理極限。所 以，例如目前所採用的粉末顆粒大小，從幾個μm到200μm。由此可以達到的構件表面粗糙度可控制在RZ=10μm（RZ表示不平度平均高度）範圍內。另 外，構件的表面品質還決定於構件在製造腔裡的位置。相對于製造平面成尖角的構件範圍存在著與工藝有關的階梯效果。
這種階梯效果會降低 構件的表面品質，只有當減薄材料塗層時才能減小這種階梯效果。然而，由此會增加塗層的數量，當然，這樣就會大大延長生產時間。所以，必須要在必需的構件表 面品質和生產成本之間尋找一種妥協。今後所採用的製造材料是區分各個工藝的一個很好的特徵。大多數加工的物件是專門針對設備和製造廠家的材料合金。迄今， 標準的粉末材料品種（例如工具鋼1.2343）幾乎是不採用的，因為這種材料的融化溫度需要一個很強的光束能。因此，可以看出，對於大多數工藝來說，採用 高效率能源是一個明顯的發展趨勢。所以，許多設備製造廠家採用了大功率雷射器。利用這樣的雷射器不僅能夠燒結專門的金屬混合材料，而且也可以燒結像鈦或工 具鋼材料。由於粉末顆粒的不斷優化，目前實際上已可以堆積成型無孔隙的構件（可滲透性＜1%）。由此用原材料塗層堆積成型的構件已可以達到類似於採用常規 加工製作的構件的強度性能。
圖3 問題：對於與製造平面成尖角的構件部分，存在與工藝有關的階梯效果，在進行堆積
成型工藝時，只有減薄塗層的厚度，才能減小這種階梯效果，然而隨之卻
增加了塗層數量
