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讲解八种3D打印技术介绍及工作原理

3D打印最常用于原型制作,其快速制作单个零件的能力可以能够让想法能到快速验证且能够节省成本。其3D打印技术最常见的就是SLA,DLP和FDM等,但并非只有这几种技术类型,下面将讲讲这些3D打印技术的介绍及工作原理。

立体光刻 (SLA)

立体光固化成型(SLA) 是原始的工业3D打印工艺。SLA打印机擅长生产具有高度细节、光滑表面光洁度和严格公差的零件。SLA 零件上的优质表面光洁度不仅看起来漂亮,而且有助于零件的功能——例如,测试装配的配合。它广泛应用于医疗行业,常见的应用包括解剖模型和微流体。

原理:立体光刻技术是由一台计算机控制激光光束,通过CAD系统提供的设计数据,利用光束逐层固化液态的光敏树脂,这种层层粘结的方法是将激光的平面运动与平台的竖直运动相结合,制造立体物件的。

选择性激光烧结 (SLS)

选择性激光烧结 (SLS) 将基于尼龙的粉末熔化成固体塑料。由于 SLS 部件由真正的热塑性材料制成,因此它们经久耐用,适用于功能测试,并且可以支持活动铰链和卡扣。与 SL 相比,零件更坚固,但表面光洁度更粗糙。SLS 不需要支撑结构,因此可以利用整个构建平台将多个零件嵌套到单个构建中——使其适用于比其他3D打印工艺更高的零件数量。许多 SLS 部件用于原型设计,有朝一日将被注塑成型。

原理:激光束在计算机控制下根据分层截面信息进行有选择地烧结,一层完成后再进行下一层烧结,全部烧结完后去掉多余的粉末,则就可以得到一烧结好的零件。

喷墨技术(PolyJet)

PolyJet是另一种塑料3D打印工艺,但有一个转折点。它可以制造具有多种属性的零件,例如颜色和材料。设计师可以利用该技术制作弹性体或包覆成型零件的原型。如果您的设计是单一的刚性塑料,我们建议您坚持使用 SL 或 SLS——这样更经济。但是,如果您正在制作包覆成型或硅橡胶设计的原型,PolyJet 可以使您无需在开发周期的早期投资工具。这可以帮助您更快地迭代和验证您的设计并节省您的资金。

原理:每一层感光聚合材料在被喷射后立即用紫外线光进行凝固,从而制作出完全凝固的模型,可以立即进行搬运与使用,而无需事后凝固。可以用手或者通过喷水的方式很容易地清除为支持复杂几何形状而特别设计的凝胶体状支持材料。

数字光处理 (DLP)

数字光处理类似于 SLA,因为它使用光来固化液态树脂。这两种技术的主要区别在于 DLP 使用数字光投影仪屏幕,而 SLA 使用紫外线激光器。这意味着 DLP 3D打印机可以一次对整个构建层进行成像,从而提高构建速度。虽然经常用于快速原型制作,但 DLP 打印的更高吞吐量使其适用于塑料零件的小批量生产。

原理:其原理是将灯光发射出的光源通过冷凝透镜,将光均匀化,然后通过一个色轮(Color Wheel),将光分成RGB三色(或者更多色),再将色彩由透镜投射在DND上,最后经过投影镜头投影成像。

多射流熔融 (MJF)

与 SLS 类似,Multi Jet Fusion也使用尼龙粉末制造功能部件。MJF 不是使用激光来烧结粉末,而是使用喷墨阵列将熔融剂施加到尼龙粉末床上。然后加热元件经过床层以融合每一层。与 SLS 相比,这导致更一致的机械性能以及改进的表面光洁度。MJF 工艺的另一个好处是加快了构建时间,从而降低了生产成本。

原理:该技术的工作方式很有趣:先铺一层粉末,然后喷射熔剂,与此同时还会喷射一种精细剂(detailing agent),以保证打印对象边缘的精细度,然后再在上面施加一次热源。这一层就算完成了。以此类推,直到3D对象完成。

熔融沉积成型 (FDM)

熔融沉积成型 (FDM) 是一种常见的塑料零件桌面3D打印技术。FDM打印机的功能是将塑料细丝逐层挤出到构建平台上。这是一种经济高效且快速的物理模型制作方法。在某些情况下,FDM 可用于功能测试,但由于零件表面光洁度相对粗糙且强度不足,因此该技术受到限制。

原理:FDM工艺通过高温喷嘴熔融并挤出塑料线材,线材在平台或者已加工产品上堆积、冷却、固化,逐层累计得到实体。

直接金属激光烧结 (DMLS)

金属3D打印为金属零件设计开辟了新的可能性。它通常用于将金属、多部件组件减少为具有内部通道或挖空特征的单个组件或轻量级部件。DMLS 可用于原型制作和生产,因为零件的密度与使用机械加工或铸造等传统金属制造方法生产的零件一样密集。创建具有复杂几何形状的金属部件也使其适用于零件设计必须模仿有机结构的医疗应用。

原理:通过使用高能量的激光束再由3D模型数据控制来局部熔化金属基体,同时烧结固化粉末金属材料并自动地层层堆叠,以生成致密的几何形状的实体零件。

电子束熔化 (EBM)

电子束熔化是另一种金属3D打印技术,它使用由电磁线圈控制的电子束熔化金属粉末。在构建过程中,打印床被加热并处于真空状态。材料加热到的温度由使用的材料决定。 

原理:是将零件的三维实体模型数据导入EBM设备,然后在EBM设备的工作舱内平铺一层微细金属粉末薄层,利用高能电子束经偏转聚焦后在焦点所产生的高密度能量使被扫描到的金属粉末层在局部微小区域产生高温,导致金属微粒熔融,电子束连续扫描将使一个个微小的金属熔池相互融合并凝固,连接形成线状和面状金属层。


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