内容提要
快速成型用材料是快速成型技术发展的核心和关键部分，它直接影响所加工原型制件的成型速度、精度以及物理和化学等性能，同时也影响原型制件的二次应用，以及用户对快速成型技术与设备的选择，因此一种新型材料的出现，往往会使相应的快速成型技术及其设备的结构、成型制件的品质和成型效益等产生巨大的进步。
1988年第一台商品化的快速成型设备问世，它所采用的成型材料为液态光敏树脂。针对这种材料，分层叠加快速成型的加工制作方法是激光选择固化，出现了SLA型快速成型设备，能制作出类似塑料的成型制件。随着RP技术的飞速发展，成型用材料逐渐增多，出现了纸、蜡、塑料丝、塑料粉、金属复合粉、陶瓷复合粉等各种各样的成型材料，以及与之对应的RP设备，例如LOM、FDM、SLS和3DP等快速成型技术及相关设备，可加工出ABS、陶瓷、金属等材料的高性能样件或模具，成型效率也大有提高。
快速成型材料及设备的研发始终是RP技术的核心内容，每一种RP技术的研发及推出都与新型RP材料及其相关设备的研发密切相关。RP材料根据原型制件的加工制造原理、技术和方法的不同，分为粉状材料、丝材、薄层材料、液态材料等。不同的RP技术对应着不同的成型材料与相应的成型设备。随着快速成型技术的飞速发展和广泛应用，许多材料和相关设备的研发正在不断地进行，RP材料及相关设备正向着高性能、系列化的方向快速发展。
<blod>一、快速成型用材料种类</blod>
每种快速成型技术都要求使用与其相适应的材料与成型设备。RP材料的分类与其快速成型工艺及材料的物理状态、化学性能密切相关。
1.按材料成型工艺分类 可分为：SLA、LOM、SLS、FDM等材料。
2.按材料成型步骤分类 可分为：直接成型用材料，例如反应型聚合物、非反应型聚合物、纸、金属、砂、陶瓷等；间接成型用材料，例如硅橡胶、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、反应成型塑料等。
3.按材料的物理状态分类 可分为：粉末材料、丝状材料、液体材料、薄片材料等。
4.按材料的化学性能分类 可分为：金属材料、陶瓷材料、树脂类材料、石蜡材料以及各种复合材料等。
表3-1列出了常用的快速成型用材料。
表3-1 常用的快速成型用材料
<blod>二、快速成型技术对材料性能的要求</blod>
(一)快速成型技术对材料的特殊要求
快速成型技术的核心问题是将成型材料一层层覆盖到待成型的原型制件表面，并用特定的方法对其进行粘结与固化，最终得到一个具有一定外形尺寸和功能结构的三维实体原型。快速成型用材料可呈现的物质形态主要是液态和粉末态，RP材料进行粘结与固化的主要工艺是借助粘结剂，将片型材料、树脂或塑料粘结与固化，每次粘结与固化的形式可分为点、线、面三种形式。
表3-2列出了目前各种RP材料的成型工艺、厂家及产品名称。
表3-2 各种RP材料的成型工艺、厂家及产品名称(https://www.daowen.com)
(续)
1.与快速成型过程有关的材料问题 RP技术用材料选择的恰当与否，将影响RP技术能否顺利成型，以及成型后的原型制件的形状及尺寸。为了保证RP技术能顺利成型制件，成型用材料必须容易固化与粘结，并且成型后还需具有一定的强度等特性。此外，有些固化粘结工艺除采用激光光源外，还要求成型用材料自身的热影响区小、烧结或化学反应产生的应力小、成型边界清晰等特性。同时，有些成型用材料还应能被激光穿透，以保证快速成型制件的深度。
此外，对液态光敏树脂成型材料的要求较高，其黏度不应太高，以保证铺层平整，并减少Z轴向成型的等待时间，固态粉末的颗粒度和自由度大小需适中，不能太大或太小，要求材料各方面性能要均匀稳定。若颗粒太大，则原型制件的精度差且不易烧结；若颗粒太小，则烧结深度浅且粉末容易飞扬。
2.与成型制件性能有关的材料问题 成型制件在成型过程中收缩变形要小，以便实现较小层厚来保证制件表面质量。成型制件除了需具备足够的强度和韧性外，还要具有耐潮湿和外力冲击等特性，若将其用作模具时，还要具备一定的热物理性能，成型制件要相对稳定，并且对人体没有任何的毒副作用等。
(二)快速成型技术对材料性能的总体要求
(1)有利于精确地、快速地加工原型制件或模型。
(2)保证原型制件具有一定的力学性能及稳定性。采用RP系统直接加工制造出的功能制件，原材料的各方面性能最好能接近原型制件，即强度、耐湿性、热稳定性等要基本符合实际产品的需求。
(3)制作的原型制件具有一定的尺寸精度和稳定性。
(4)各种快速成型工艺都应能快速地实现一层层的加工、层与层之间的粘结。
(5)RP技术成型制件应具备概念型、测试型、模具型、功能零件型四个功能，所用成型材料要与之相适应。
概念型原型制件对成型材料的主要要求是成型速度快，对成型精度和物理化学特性要求不高，如对光敏树脂，只要求其具有较大的穿透深度和较低的黏度，以及较低的临界曝光功率。对于测试型原型制件，为满足其测试要求，对其材料成型后的刚度、强度、耐蚀性、耐温性等都有一定要求。对于装配测试用原型制件，对其材料成型的精度还应有一定要求。对于模具型原型制件，要求其材料要适应具体模具制造的基本要求。对于消失模铸造用原型，要求其材料较容易去除。对于功能零件用原型制件，则要求其材料具有较好的力学和化学性能。
(6)对RP技术常用材料的要求。由于RP技术的特殊性，对其成型材料有一定的特殊要求，如LOM技术要求选用易切割的片材，SLS技术要求选用颗粒度较小的粉末，SLA技术要求选用可光固化的液态树脂，FDM技术要求选用可熔融的线材，3DP技术要求选用非金属颗粒度较小的粉末材料。
对各种RP技术，材料性能的总体要求是：快速、精确地进行原型制件的加工制作，成型后的制件具有一定的强度和硬度等特性，以便后续的工艺处理。对于直接用作功能原型制件用材料应具有相应的特点。
总之，RP用材料的研发是和RP技术的应用紧密联系的，目前RP技术与应用正朝着直接生产功能性零部件的方向发展，所以成型材料的研发也在向着这方向发展。