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11-1 緒 論
11-3 快速原型加工原理
11-2 快速原型技術
11-4 快速原型加工程序
11-1 緒 論
依據CAD上的三維圖形，並依據機器的控制
精密度，對其進行分層切片，以得到二維的平面
切層平面圖。並依機器所使用疊層材料選擇黏著
劑，或將金屬融解及固化聯結，以形成各截面形
狀，並依順序逐漸堆疊成為三維的工件。
不需要採用傳統加工機械，並不需要特別的
治具與夾具，故加工時間只需傳統的10%～30%，
而材料成本只需要傳統加工的20% ～35%。
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11-2 快速原型技術
快速原型技術(rapid prototyping technology)
的發展：1940年，Perear首先提出在硬紙板上切
割輪廓線，然後將這些紙板黏結成三維地形圖
形 。 Zang(1964 年 ) 、 Richard Meyer(1970 年 ) 和
Gaskin(1973)等沿襲Perear理論提出另外一系列利
用三維輪廓概念成形。
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1976年Paul L Dimatteo明確提出利用仿傚機
器，將三維物體轉換成許多二維輪廓薄片，然後
利用雷射光切割使這些薄片成形，再利用銷子或
螺絲將一系列之薄片連接成為一個三維的成品。
1979年，日本東京大學的Nakagawa教授開始利用
疊 層 技 術 製 造 實 際 的 模 具 。 在 1982 年 ， Carlo
Baese 在他的美國專利(#774 549)中，提出第一代
快速成形技術，“立體平板成形印刷術”。3D
System 公司1988年生產了第一台快速成機。
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11-3 快速原型加工原理
機械基本製造程序
1.
2.
3.
除料方式加工：如車削、銑削、刨削、
EDM……等。
增料方式加工：快速原型加工、電鑄成
型……等。
成型方式加工：彎曲、鍛造、電磁成
型、射出……等。
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快速原型加工
快速原型系統可製作出任意複雜形狀或具細
微結構原型，完全擺脫切削加工的限制，並克服
模型易失真的缺陷。
快速原型的原理是利用層加工概念，將電腦
設計的3D物體，沿著某一軸將其切成一片片的薄
片，有如2D的物體；反過來說，若能製造出此2D
物體，將其堆疊起來就可產生3D的實體。
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11-4 快速原型加工程序
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11-4-1 快速原型系統簡介
液態法
此方法是以液態光硬化樹脂
(photocurable resin)為基本材料，藉由
雷射光或紫外光的照射使樹脂材料硬
化 。 商 業 化 的 產 品 以 3D System 的
stereo lithography apparatus(SLA) 、
Cubital的solid ground curing(SGC)系
統為代表。
1.
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SLA快速原型系統加工原理，以He-Cd或
Argon紫外線(UV)雷射光掃瞄(scan)光硬化樹脂
液面，使欲成型位置的樹脂硬化成薄薄一層(約
0.025-0.1mm，最新報告可達0.025mm)，然後升
降台先降再上升，使欲加工位置的表面上再覆蓋
一層樹脂，接著以刮板(recoater blade)將液面刮
平後等待其呈水平，再以雷射光掃瞄，並使此層
與上一層能緊密結合，如此步驟一直循環直到完
成三維工件，其完成的工件完全浸在樹脂中，使
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升降台升上後再取出工件 ，因為樹脂略有化學
性，需在酒精或有機溶劑中清洗，然後再放到處
理箱中加熱，使其完全硬化。
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2. 半液態法
其工作原理十分類似擠牙膏的方式，以
加熱頭熔化線狀(直徑約1.25mm)熱塑性材
料，將其加熱至熔點溫度上方約1℃，當材
料熔化被擠出後，立刻凝固並黏結在所要
處，如此一層一層地堆疊直到整個工件完
成。
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3. 粉末法
以雷射照射於粉末，被雷射照射處粉末
與粉末黏結成型，一層完成後再照射下一層
直到工件完成，粉末的種類有熱塑性粉末、
陶瓷粉末與金屬粉末。
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4. 固態法
以雷射或切割刀切割工件外輪廓於被覆
有熱熔性黏結劑(heat-activated adhesive)薄
片材料上，外輪廓切好後，經熱壓黏結於上
一層已切割好薄片上，如此循環直到工件完
成。
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5. 桌上型快速原型機
使用兩組可於X-Y軸上移動的噴嘴進行
加工，一個噴嘴供給較高熔點熱塑性材料製
作原型，另一噴嘴供給較低熔點臘製作支
撐；每加工一層後，銑刀銑平工件最上層表
面，工作平台再往下移一層的厚度，進行下
一層加工；當整個工件完成後，必需將支撐
溶除，才能得到所需要原型。
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11-4-2 快速模具技術
狹義快速模具是指藉由快速原型機直接
製作模具或藉由快速原型系統製作模具原型
所翻製出的模具，但就廣義的快速模具而
言，舉凡所有較傳統製模速度快的製模方法
或製程，皆可稱為快速模具。
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1. 直接成型快速模具製程
多由粉末類快速原型系統直接製出公、
母模具，其成形特性為利用掃瞄式CO 2 雷
射，掃瞄欲成形部分的粉末，使其互相結
合，利用積層造形的方法製造模具或原型。
其中以DTM公司的SLS製程最具代表，其
原理為利用特製金屬粉末，由SLS快速原型
系統直接將公、母模個別製造出來，成品稱
為“green part (粗胚)”，然後將green part
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放入furnace(火爐)將binder(黏結劑)融出，所得到
的成品稱為“brown part”，最後將brown part在
高溫爐中滲銅，待其冷卻凝固後，即可得高密度
模具。
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2. 間接成型快速模具製程
(1)矽膠模與真空注型
適合少量生產或樣品製作製程技術，以
矽膠樹脂為材料的暫待模具，每組模具約可
生產15-30個工件，產品平均誤差約為5%，
真空注型作業流程包括矽膠暫待模具製作及
樹脂真空脫泡、混合、注入模具兩階段，由
於整個作業過程均在真空室中完成，可得到
品質良好且無氣泡的產品。
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(2)精密鑄造模具
製模快速且成本低廉優點，但高溫鑄造
造成嚴重變形及收縮，尺寸掌控不易，加上
石膏或陶模導熱率差，灌注的金屬結晶顆粒
大、強度較差。
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(3)金屬樹脂模具
將RP件經表面處理取出分模線後，置
入模框內後倒入摻有金屬粉末耐溫樹脂，待
其硬化後得到上模，然後翻面再繼續製作下
模，最後取出RP件，重新組合後即可用於
射出成型機或射臘機。
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(4)精密電鑄電鑄模具
以電解析出的金屬作成其他物品的仿造
品，用於製成活字的鑄模(字母)時特別稱為
電模(electrotyping)，其電解操作方法與電
鍍法相似，但電鑄法則常在物體上施行厚層
電鍍，然後剝離，以複製物體表面的凹凸模
樣，所以底面與電著層不需結著力。
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電鑄加工是把電著層增厚某種程度，作成與
原膜或母膜相反形狀的製品，在母膜表面析出所
要厚度的金屬層，從母膜剝離此電著層，可得與
母膜完全相反形狀的電鑄品。
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電鑄優點：
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

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可以製造出表面粗糙度、低高精確的零
件。
能夠使較難實現的內型面加工轉變成較易
實現的外型面加工。
易複製，能很準確的複製出表面形貌。
容易得到由不同材料組成的多層結構零
件。
可用電鑄法連接某一些不能銲接的特殊材
料。
電鑄層的厚度，原則上沒有限制。
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11-4-3 快速成型技術應用實例
1. 真空注型技術應用於塑膠零件快速開發
製模時間短(12小時)、成本低廉(約金屬模具
20%)、產品品質優良(收縮率約0.1-0.6%)並可製作
仿各種塑膠材質如ABS、Nylon、橡膠、PP、壓克
力等塑膠零件，缺點方面則包括每一組模具僅能生
產約30件產品、單一零件製作時間長(1-2小時)及生
產零件並非量產時的射出材質，有時無法滿足需要
材質認證檢驗。
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2. 真空注型技術應用於金屬零件快速開發
廣用於塑膠零件開發，藉由真空注型機
設備改良亦可應用於製作精密蠟型再配合精
密脫蠟製程完成金屬零件快速開發，應用此
一製程技術須考慮因素包括CAD設計之初
即需考慮蠟型收縮量。
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3. 模具反向原型製作技術應用
產品設計確認後先應用模具設計原理，
完成公母模具設計並加入模具反向處理，直
接製作反向公母模具原型並複製矽膠暫代模
具可有效解決毛邊及合模瑕疵問題，更可延
伸應用於金屬樹脂模具及電鑄模具製作。
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4. 應用產品原型製作金屬樹脂模具
先以瑞士CIBA公司6414樹脂與Al2O3陶
瓷粉末混合製作反向公母模，再進行金屬樹
脂模具複製，包括產品具有倒勾特徵及脫模
問題皆可完全解決且PU基與環氧樹脂基樹
脂結合性不高，離型劑使用量可降至最低，
模具表面品質更加提昇，模具製作時間。
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5. 應用模具原型複製金屬樹脂模具
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6. 電鑄技術應用於模具快速製作
(1)實驗使用器材
電鑄機(如圖11-41)、光著劑、硫酸、銅
粉、松香水、蒸餾水、比重計、銅線、銅
塊。
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(2)銅電鑄製程
將完成的矽膠模(如圖11-42所示)，加入
洗潔劑，並用牙刷清洗模表面的油質，並置
於烤箱中15分鐘後，取出並漆銅粉溶液，均
勻塗抹後將鞋模用清水沖洗使得多餘銅粉脫
落(如圖11-43)，並利用噴槍將清洗乾淨過後
的矽膠模具噴乾。
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檢查模面的銅粉是否均勻塗抹並挑選不
影響電鑄成品模面，穿上銅線(如圖11-44所
示)。在置入電鑄前，檢查硫酸銅溶液的比
重，後交由電鑄機加工，等約一星期時間拿
出成品之前二小時加入光著劑，於兩小時後
從電鑄機中拿出銅極成品。
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(3)電鑄失敗的原因與預防對策
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(4)電鑄加工時應注意事項
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用銅線穿過母模時必須牢固。
電鑄槽的體積必須是模型的體積2～3倍
以上。
放母模到電鑄槽不要刮傷表面的導電
層。
表面不要接觸到陽極袋，以免母模因電
鑄而黏附在陽極袋上。
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不可以用太細的銅線，以免銅線因電流
太大而被燒斷。
若是用漆包銅線時，與母模接觸的地方
和陰極連接的地方皆要把漆刮掉。
定電壓或定電流時，不能將開關轉到最
大。
黏在母模的銅線不可太長，以免和陽極
接觸，造成短路。
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7. 電極快速製作研究
(1)製作RP原型過程
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(2)製作矽膠模




取出實體RP原型。
經計算結果得所需矽膠模具容量。
將A、B混合並攪拌均勻。
將攪拌完成的矽膠置入真空注型機進行
真空脫泡。
 破真空並取出矽膠容器。
 將矽膠緩緩倒入模框中，以避免產生氣
泡。
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 將整個矽膠暫代模置入真空注型機內進
行第二次真空脫泡。
 破真空並取出矽膠暫代模。
 將矽膠暫代模置於長溫下硬化。
 拆除模框取出矽膠模具。
 以奇異筆劃出適當分模線後，持手術刀
沿分模線切開。
 將原型取出，即可得到所需要的模穴。
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(3)製作電鑄銅極
將完成之矽膠模，加入洗潔劑，且用牙
刷清洗模表面的油質，並置於烤箱中15分
鐘，後取出並漆銅粉溶液，且均勻塗抹後將
鞋模用清水沖洗使得多餘的銅粉脫落，並利
用空氣噴槍將清洗乾淨過後的矽膠模具噴
乾。噴乾後，開始塗抹銅粉溶液，塗抹過後
在將多餘的銅粉利用清水清洗乾淨(如圖1149所示)。
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