常见3D打印技术一览

菠萝教师 / 原创 / 2016-08-03 16:10:02
微导读:
3D打印技术从狭义上来说主要是指增材成型技术,从成型工艺上看3D打印技术突破了传统成型方法通过快速自动成型系统与计算机数据模型结合,无需任何附加的传统模具制造和机械加工就能够制造出各种形状复杂的原型,这使得产品的设计生产周期大大缩短,生产成本大幅下降。


FDM打印技术

技术原理:

FDM(Fused DepositionModeling,熔融沉积)。
FDM熔融层积成型技术是将丝状的热熔性材料加热融化,同时三维喷头在计算机的控制下,根据截面轮廓信息,将材料选择性地涂敷在工作台上,快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后,机器工作台下降一个高度(即分层厚度)再成型下 一层,直至形成整个实体造型。


  • FDM技术的优点:
1) 操作环境干净、安全,材料无毒,可以在办公室、家庭环境下进行,没有产生毒气和化学污染的危险。
2) 无需激光器等贵重元器件,因此价格便宜。
3) 原材料为卷轴丝形式,节省空间,易于搬运和替换。
4) 材料利用率高,可备选材料很多,价格也相对便宜。

  • FDM技术的缺点:
1) 成形后表面粗糙,需后续抛光处理。最高精度只能为0.1mm。
2) 速度较慢,因为喷头做机械运动。
3) 需要材料作为支撑结构。
 
SLS打印技术

技术原理:
SLS(Selective LaserSintering,粉末材料选择性激光烧结)。
该技术采用铺粉将一层粉末材料平铺在已成型零件的上表面,并加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度,控制系统控制激光束按照该层的截面轮廓在粉层上扫描,使粉末的温度升到熔化点,进行烧结并与下面已成型的部分实现粘结。一层完成后,工作台下降一层厚度,铺料辊在上面铺上一层均匀密实粉末,进行新一层截面的烧结,直至完成整个模型。

 

  • SLS技术的优点:
1)可用多种材料。其可用材料包括高分子、金属、陶瓷、石膏、尼龙等多种粉末材料。特别是金属粉末材料,是目前3D打印技术中最热门的发展方向之一。
2)制造工艺简单。由于可用材料比较多,该工艺按材料的不同可以直接生产复杂形状的原型、型腔模三维构建或部件及工具。
3)高精度。一般能够达到工件整体范围内(0.05-2.5)mm的公差。
4)无需支撑结构。叠层过程出现的悬空层可直接由未烧结的粉末来支撑。
5)材料利用率高。由于不需要支撑,无需添加底座,为常见几种3D打印技术中材料利用率最高的,且价格相对便宜。
 
  • SLS技术的缺点:
1)表面粗糙。由于原材料是粉状的,原型建造是由材料粉层经过加热熔化实现逐层粘结的,因此,原型表面严格讲是粉粒状的,因而表面质量不高。 
2)烧结过程有异味。 SLS工艺中粉层需要激光使其加热达到熔化状态,高分子材料或者粉粒在激光烧结时会挥发异味气体。
3)无法直接成型高性能的金属盒陶瓷零件,成型大尺寸零件时容易发生翘曲变形。
4)加工时间长。加工前,要有2小时的预热时间;零件构建后,要花5~10小时时间冷却,才能从粉末缸中取出。
5)由于使用了大功率激光器,除了本身的设备成本,还需要很多辅助保护工艺,整体技术难度大,制造和维护成本非常高,普通用户无法承受


 
 
SLA打印技术

技术原理:
 

SLA(Stereo LithographyApparatus,光敏树脂选择性固化)。
在液槽中充满液态光敏树脂,其在激光器所发射的紫外激光束照射下,会快速固化(SLA与SLS所用的激光不同,SLA用的是紫外激光,而SLS用的是红外激光)。在成型开始时,可升降工作台处于液面以下,刚好一个截面层厚的高度。通过透镜聚焦后的激光束,按照机器指令将截面轮廓沿液面进行扫描。扫描区域的树脂快速固化,从而完成一层截面的加工过程,得到一层塑料薄片。然后,工作台下降一层截面层厚的高度,再固化另一层截面。这样层层叠加构成建构三维实体。
  • SLA技术的优点:
1) 发展时间最长,工艺最成熟,应用最广泛。在全世界安装的快速成型机中,光固化成型系统约占60%。
2) 成型速度较快,系统工作稳定。
3) 具有高度柔性。 
4) 精度很高,可以做到微米级别,比如0.025mm。
5) 表面质量好,比较光滑:适合做精细零件。
  • SLA技术的缺点:
1) 需要设计支撑结构。支撑结构需要未完全固化时去除,容易破坏成型件。
2) 设备造价高昂,而且使用和维护成本都不低。SLA系统需要对液体进行操作的精密设备,对工作环境要求苛刻。
3) 光敏树脂有轻微毒性,对环境有污染,对部分人体皮肤有过敏反应。
4) 树脂材料价格贵,但成型后强度、刚度、耐热性都有限,不利于长时间保存。
5) 由于材料是树脂,温度过高会熔化,工作温度不能超过100℃。且固化后较脆,易断裂,可加工性不好。成型件易吸湿膨胀,抗腐蚀能力不强。



 
3DP打印技术

技术原理:

3DP(Three DimensionPrinting,3D喷射打印)。
3D打印材料以超薄层被喷射到构建托盘上,用紫外线固化,并且可以同时喷射两种不同机械特性的材料。完成一层的喷射打印和固化后,设备内置的工作台会极其精准地下降一个成型层厚,喷头继续喷射光敏聚合材料进行下一层的打印和固化。就这样一层接一层,直到整个工件打印制作完成。



 
  • 3DP打印技术优点:
1)同时制作两种及以上材料组合件。
2)皮革纹理清晰,尤其适合内饰件试制(方向盘、扶手、排档等)。
3)密封条、密封圈试制。
4)一次性制作复杂分总成零件。
5)更细致表现细节,内外饰小模型制作。
  • 3DP打印技术缺点:
1)材料强度受限制。


 




 

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