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3D打印机的起源和技术类型

3D打印机是在最近几年才走进大众视野的,但是3D打印并不是新技术,事实上它诞生于1986年,已经有30多年的历史。它将数字化的3D图形转化成为物理实物,这一想法最早是由美国人查尔斯.豪尔申请的专利(Charles W. Hull)申请的专利,其原理为立体光刻造型,豪尔先生推出了第一款工业化的3D打印设备。

       

      

八十年代末期,出现了另外两种可以3D成型的技术:熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)与选择性激光烧结(Selective Laser Sintering ,SLS)。FDM技术与1988年由斯科特克鲁姆普发明(Scott Crump),Stratasys在次年商业化这一技术,并与1992年售出了第一台基于熔融沉积成型技术的3D打印产品。

同在1992年DTM公司也把基于选择性激光烧蚀技术的产品推向市场。在1993年,美国麻省理工学院申请了一种新的3D打印技术,名字就叫做“三维打印技术”(3 Dimensional Printing techniques),这是一种依赖已有喷墨技术的3D成型技术,Z Corporation取得了麻省理工学院的专利授权,并在1995年推出了第一款产品。

3D打印机原理

三维打印的设计过程是:先通过计算机辅助设计(CAD)或计算机动画建模软件建模,再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面,从而指导打印机逐层打印。

设计软件和打印机之间协作的标准文件格式是STL文件格式。一个STL文件使用三角面来近似模拟物体的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一种通过扫描产生的三维文件的扫描器,其生成的VRML或者WRL文件经常被用作全彩打印的输入文件。

3D打印机类型

1、FDM(熔融沉积快速成型):主要材料ABS和PLA等

熔融挤出成型(FDM)工艺的材料一般是热塑性材料,如PLA、ABS、尼龙等,以丝状供料,材料在喷头内被加热熔化。喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动,同时将熔化的材料挤出,材料迅速固化,并与周围的材料粘结。每一个层片都是在上一层基础上堆积而成,上一层对当前层起到定位和支撑的作用。

       

      

2、SLA(光固化成型):主要材料光敏树脂

光固化成型是最早出现的快速成型工艺,其原理是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作。这种液态材料在一定波长和强度的紫外光照射下能迅速发生光聚合反应, 分子量急剧增大, 材料也就从液态转变成固态。光固化成型是目前研究最多的方法,也是技术上最为成熟的方法。一般层厚在0.1到0.15mm,成型的零件精度较高。

       

      

3、DLP(光固化成型):主要材料光敏树脂

DLP成型技术和SLA成型技术比较相似,不过它是使用高分辨率的数字光处理器(DLP)投影仪来固化液态光聚合物,逐层的进行光固化,由于每层固化时通过幻灯片似的片状固化,因此速度比同类型的SLA立体打印技术速度更快。该技术成型精度高,在材料属性、细节和表面光洁度方面可匹敌注塑成型的耐用塑料部件。

       

      

4、SLS(选择性激光烧结):主要材料粉末材料

SLS工艺又称为选择性激光烧结,SLS工艺是利用粉末状材料成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面,并刮平;用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面;材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起,得到零件的截面,并与下面已成形的部分粘接;当一层截面烧结完后,铺上新的一层材料粉末,选择地烧结下层截面。

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