從傢具模型製作看四種快速成型技術的差異！

快速成型技術作為一種迅猛發展的先進技術，在多個領域的生產環節具有廣泛應用，而這種技術在傢具生產中最為人樂道的成果莫過於3D列印傢具了。為了讓大家更好的了解快速成型的種類和原理，我們以古典傢具模型製作為例，看一看它的技術特點，並以此展望下未來的傢具生產。

快速成型的工藝分類

根據成型原理和成型材料的不同，目前在傢具設計與製造過程中使用的快速成型工藝可以分為以下4 種類型：

熔融沉積工藝

熔融沉積（FDM）工藝是將絲狀的熱塑性材料按特定溫度融化，使材料始終保持液體狀態，通過擠出頭勻速擠出。在成型數據的控制下，有選擇的沉積在工作平台上，沉積後立即冷卻並固化成型。

立體光固化工藝

立體光固化（SLA）工藝利用了光敏樹脂的材料特性，即在一定波長和強度的紫外光束照射下可以實現從液態到固態的相變。紫外光束的運動軌跡通過成型數據來控制，在光敏樹脂表面進行選擇性的掃描，實現逐點固化成型。

三維印刷工藝

三維印刷（3DP）工藝的原理為粉末狀材料在黏合劑的作用下的黏結成型。在工作平台上先鋪一層粉末狀材料，再使用噴嘴將黏合劑分布於需要成型的粉末區域，實現了粉末的黏合成型。

選擇性激光燒結工藝

選擇性激光燒結（SLS）工藝的原理為粉末狀材料在激光燒結下的熔化結合。在工作平台上先鋪一層接近熔點的粉末狀材料，再使用激光在該層粉末上選擇性的掃描，被掃描區域的粉末溫度升高， 熔化後燒結成型。

古典傢具模型製作工藝篩選

工藝要求

中國古典傢具模型由於需要呈現經典傢具器型的形態，有大量的曲面或者異形構件。因此，模型的製作對於整體形態的呈現要力求精確。同時，模型表面要盡量光滑，體現製作工藝的美感。

中國古典傢具模型的展示不光是「形態美」，更有其「結構美」。作為中國古典傢具精髓的榫卯結構需要特別展示，模型設計要求為包含榫卯結構的可拆裝形式。可拆裝的榫卯結構對構件的機械性能提出較高的要求。

四種快速成型工藝的對比

根據中國古典傢具模型的製作工藝要求，對4 種主要快速成型工藝進行試製試驗，初步篩選適合本次模型製作的快速成型工藝。

選取明式圈椅模型中的背板作為試件，通過對背板的試製，對比製作效果、製作時間、製作成本、表面質量和機械性能等5 個要素，對比結果如下圖所示。

觀察過程中發現，SLA 工藝製作的試件表面光滑，FDM 工藝製作的試件表面有台階效應，3DP工藝製作的試件表面有顆粒狀的感覺，SLS 工藝製作的試件表面有分層狀感覺。

手掰過程中發現， 3DP 工藝製作的試件輕輕用力就被掰斷，且有粉末狀碎屑。加大力量後，SLA 工藝和SLS 工藝製作的試件相繼出現斷裂，而FDM 工藝製作的試件最不容易掰斷。因此，FDM 快速成型工藝在機械性能表現方面最優。而且後續的拉伸試驗分析，FDM 工藝製作的試件機械性能也更好。

熔融沉積工藝(FDM)製作傢具模型

通過篩選，選取FDM 工藝製作中國古典傢具模型。本次模型製作使用的是Stratasys Fotus 450 快速成型機，選取的模型為明式圈椅模型，製作過程如下：

使用UG 軟體建立明式圈椅模型，通過測繪及參考二維尺寸圖等手段進行建模。模型一共32個零件，各零件分開建立，通過裝配模塊進行裝配。零件與零件間的連接方式均為榫卯結合，明式圈椅模型的整體效果和炸裂圖如圖所示。

將圈椅模型的STL 文件導入Fotus 450 快速成型設備中，對模型大小進行設置。本次製作過程中明式圈椅模型與實物的比例設置為1∶9，該比例下模型尺寸剛好適宜。

設置Fotus 450 快速成型設備的參數，設置加工層厚為0.1 mm，材料擠出速度為50 mm/min，其餘參數一般默認由系統進行設置。

參數設置完成後，快速成型控制軟體自動切片，生成機代碼，並開始加工過程。

模型加工完成後，進行後處理工藝。後處理工藝的第一步是去除支撐材料，通過手工剝離的方法。支撐剝離過程中產生的毛刺和凹槽，通過打磨拋光去除。主要使用的工具為砂紙、紗綢布、羊絨輪等。進行後續處理後，完成古典傢具模型的製作。

得益於先進位造技術的發展，通過快速成型技術製作中國古典傢具模型，不僅能提高製作效率、降低製作成本，而且實現了科技和文化的融合，凝聚了深刻而豐富的內涵，具有較高的市場推廣價值，同時也促進了文化的傳播。

我們以此來展望未來的傢具生產，快速成型技術早日能夠實現工業化生產。

本文參考：王琛，於嘉浩，《基於快速成型技術的中國古典傢具模型製作工藝》。

*本文來源：魯班園

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