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3D打印技术的分类—主流的四大3D打印技术

最常见的3D打印技术——熔融沉积技术(FDM)


一、熔融沉积技术(FDM)的制作工艺

       快速成型机的加热喷头受计算机控制,根据水平分层数据作x - y 平面运动。丝材由构送至喷头,经过加热、熔化,从喷头挤出粘结到工作台面,然后快速冷却并凝固。每一层截面完工作台下降一层的高度,再继续进行下一层的造型。如此重复,直至完成整个实体的造型。每层的根据喷头挤丝的直径大小确定。 

       FDM 工艺关键是保持熔融的成型材料刚好在凝固点之上,通常控制在比凝固点高1 ℃左右。最常用的熔丝线材主要是ABS、人造橡胶、铸蜡和聚酯热塑性塑料等。 

       FDM 快速成型的过程包括:设计三维CAD 模型、CAD 模型的近似处理、对STL 文件进行分层处造型、后处理。

二、熔融沉积技术(FDM)的使用材料

       FDM打印材料一般是热塑性材料,如蜡、ABS、PC、尼龙等,以丝状供料(卷轴丝),材料成本低。与其他使用粉末和液态材料的工艺相比,丝材更干净,易于更换、保存,不会形成粉末或液体污染。 

三、熔融沉积技术(FDM)的优缺点

熔融沉积技术(FDM)的优势:

1). 成形材料广泛,一般的热塑性材料如石蜡、塑料、尼龙丝等,适当改性后都可以用于熔融沉积制造。

2).使用无毒的原材料,成形过程对环境无污染,设备系统可在办公环境中安装使用  。 

3).可以成形任意复杂程度的零件,常用于成形具有很复杂的内腔、孔等零件 。 

4).原材料在成形中无化学变化,制件的翘曲变形小 。  

5).原材料利用率高,且材料寿命长。   

6).支撑去除容易,无需化学清洗,分离容易 。 

7).用蜡成型烦人原型零件,可直接用于熔模铸造。 

  

熔融沉积技术(FDM)的不足:

1).只适合成形中、小型的塑料件。 

2).成形件表面有较明显的条纹,表面精度不高。

3). 沿成形轴垂直支撑结构。 

4).需对整个截面方向的强度比较弱。 

5).需设计、制作进行扫描涂覆,因此成形时间较长。 

6).原材料价格昂贵。


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可打印金属的3D打印技术——选择性激光烧结(SLS)


一、选择性激光烧结(SLS)制作工艺

SLS工艺因为材料不同,具体的烧结工艺也是不同的。

1.高分子粉末材料烧结工艺 

       高分子粉末材料为例,此材料的烧结工艺过程可以分为前处理、粉层烧结叠加和后处理三个阶段:  

①前处理主要是利用设计软件设计出三维CAD造型,静STL数据转换后输入到粉末激光烧结快速成型系统中。  

②第二阶段就是粉层激光烧结叠加:设备根据原型的结构特点,设定具体的制造参数,设备自动完成原型的逐层粉末烧结叠加过程。当所有叠层自动烧结叠加完成之后就需要把制造的原型在成型缸中冷却至40℃一下,把原型捞出进行后期处理。  

③后期处理:因为制造出的模型强度很弱,所以在整个后期处理过程中需要进行渗蜡或者渗树脂进行补强处理。

2.金属零件间接烧结工艺  

       金属零件间接烧结工艺分为三个阶段:SLS原型件的制作、粉末烧结件的制作、金属熔渗后处理。  

SLS原型件的制作包括CAD建模、分层切片、激光烧结、原型。此阶段的关键在于,如何选用合理的粉末配比和加工工艺参数实现原型件的制作。 “褐件”制作阶段过程为二次烧结(800℃)——三次烧结(1080℃),此阶段的关键在于,烧失原型件中的有机杂质获得具有相对准确形状和强度的金属结构体。金属熔渗阶段过程为二次烧结(800℃)——三次烧结(1080℃)——金属熔渗——金属件。此阶段的关键在于,选用合适的熔渗材料及工艺,以获得较致密的金属零件。

3.SLS工艺的金属零件直接制造工艺  

        SLS工艺的金属零件直接制造工艺流程为:CAD模型——分层切片——激光烧结(SLS)——RP原型零件——金属件。

二、选择性激光烧结(SLS)材料

       SLS技术目前可以使用的打印耗材有尼龙粉末、PS粉末、PP粉末、金属粉末、陶瓷粉末、树脂砂和覆膜砂。

 

三、选择性激光烧结(SLS)优缺点

选择性激光烧结(SLS)优势:

•(1)可以采用多种材料。从理论上说,任何加热后能够形成原子间粘结的粉末材料都可以作为SLS的成型材料。  

•(2)过程与零件复杂程度无关,制件的强度高。  

•(3)材料利用率高,为烧结的粉末可重复使用,材料无浪费。

•(4)无须支撑结构。  

•(5)与其他成型方法相比,能生产较硬的模具。

 

选择性激光烧结(SLS)的不足:

•(1)原型结构疏松、多孔,且有内应力,制作易变性。

•(2)生成陶瓷、金属制件的后处理较难。

•(3)需要预热和冷却。  

•(4)成型表面粗糙多孔,并受粉末颗粒大小及激光光斑的限制。

•(5)成型过程产生有毒气体及粉尘,污染环境。



最成熟的3D打印技术——立体光固化技术(SLA)


一、立体光固化技术(SLA) 成型工艺

      首先,通过CAD设计出三维实体模型,利用离散程序将模型进行切片处理,设计扫描路径,产生的数据将精确控制激光扫描器和升降台的运动; 

       其次,激光光束通过数控装置控制的扫描器,按设计的扫描路径 照射到液态光敏树脂表面 , 使表面特定区域内的一层树脂固化后, 当一层加工完毕后,就生成零件的一个截面; 

       然后, 升降台下降一定距离, 固化层上覆盖另一层液态树脂,再进行第二层扫描,第二固化层牢固地粘结在前一固化层上,这样一层层叠加而成三维工件原型, 

       最后,将原型从树脂中取出后,进行最终固化,再经打光、电镀、喷漆或着色处理即得到要求的产品。 

 

 二、立体光固化技术(SLA)材料

目前只能用液态光敏树脂

三、立体光固化成型技术(SLA)优缺点

立体光固化成型技术(SLA)的优势:

1).光固化成型法是最早出现的快速原型制造工艺,成熟度高,经过时间的检验。 

2).由CAD数字模型直接制成原型,加工速度快,产品生产周期短,无需切削工具与模具。 

3).可以加工结构外形复杂或使用传统手段难于成型的原型和模具。 4.使CAD数字模型直观化,降低错误修复的成本。 

4).为实验提供试样,可以对计算机仿真计算的结果进行验证与校核。 6.可联机操作,可远程控制,利于生产的自动化。 


立体光固化成型技术(SLA)的不足: 

1).SLA系统造价高昂,使用和维护成本过高。 

2).SLA系统是要对液体进行操作的精密设备,对工作环境要求苛刻。 

3).成型件多为树脂类,强度,刚度,耐热性有限,不利于长时间保存。

4).预处理软件与驱动软件运算量大,与加工效果关联性太高。 

5).软件系统操作复杂,入门困难;使用的文件格式不为广大设计人员熟悉。




4/可打印彩色的3D打印技术——三维印刷(3DP)


一、三维印刷(3DP)的制作工艺

3DP技术的制造过程分为三个步骤:即模型设计、打印、后处理。

      首先,工作人员利用CAD等制作软件设计出所需要打印的模型,将设计的模型格式转换为STL格式,然后切片,把数据输入打印机中,进行打印。

      其次,在打印开始时,在成型室工作台上,均匀的铺上一层粉末材料,然后喷头按照原型截面形状,将粘结材料有选择性的打印到已铺好的粉末上,使原型截面有实体区域内的粉末粘结在一起,形成截面轮廓,一层打印完后,工作台下降到一个截面的高度,然后重复上面的步骤,直至原型打印完成。

      最后,在原型打印完毕后,工作人员把原型从工作台上拿出,并经过高温烧结、热等静压等工艺,进行后处理。

二、三维印刷(3DP)所使用的材料

3DP技术目前可以使用的打印耗材有石膏粉末、陶瓷粉末、金属粉末等

胶黏剂有单色和彩色,可以像彩色打印机一样打印出全彩色产品。

三、三维印刷(3DP)的优缺点

三维印刷(3DP)优势:  

(1)成型速度快,成型材料价格低,适合做桌面型的快速成型设备。  

(2)在粘结剂中添加颜料,可以制作彩色原型,这是该工艺最具竞争力的特点之一。  

(3)成型过程不需要支撑,多余粉末的去除比较方便,特别适合于做内腔复杂的原型。  

 

3DP的不足:

强度较低,只能做概念型模型,而不能做功能性试验


      3D打印带来了世界性制造业革命,以前是部件设计完全依赖于生产工艺能否实现,而3D打印机的出现,将会颠覆这一生产思路,这使得企业在生产部件的时候不再考虑生产工艺问题,任何复杂形状的设计均可以通过3D打印机来实现。我们可以想象一下未来我们的世界又会变成怎样?当然,或许我们以后使用的就不仅仅是3D,甚至是4D、5D......ND啦!



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