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主流3D打印技術(shù)_3d打印機(jī)的工作原理類似于春蠶

作者:佚名    文章來源:網(wǎng)絡(luò)整理    點(diǎn)擊數(shù):    更新時間:2024/12/8

熔融沉積快速成型(Fused Deposition Modeling,F(xiàn)DM)

熔融沉積又叫熔絲沉積,它是將絲狀熱熔性材料加熱融化,通過帶有一個微細(xì)噴嘴的噴頭擠噴出來。熱熔材料融化后從噴嘴噴出,沉積在制作面板或者前一層已固化的材料上,溫度低于固化溫度后開始固化,通過材料的層層堆積形成最終成品。基本原理是通過加熱裝置將ABS、PLA等絲材加熱融化,然后通過擠出頭擠出來,一層一層堆積上去,最后成形。類似于春蠶吐絲,蠶體內(nèi)含有絹絲蛋白質(zhì)的絹絲液,蠶用嘴擠壓吐出,一層一層環(huán)繞,這種液體凝固后就成了絲繭。

3D打印 

在3D打印技術(shù)中,F(xiàn)DM的機(jī)械結(jié)構(gòu)最簡單,設(shè)計(jì)也最容易,制造成本、維護(hù)成本和材料成本也最低,因此也是在家用的桌面級3D打印機(jī)中使用得最多的技術(shù),而工業(yè)級FDM機(jī)器,主要以Stratasys公司產(chǎn)品為代表。
FDM技術(shù)的桌面級3D打印機(jī)主要以ABS和PLA為材料,ABS強(qiáng)度較高,但是有毒性,制作時臭味嚴(yán)重,必須擁有良好通風(fēng)環(huán)境,此外熱收縮性較大,影響成品精度;PLA是一種生物可分解塑料,無毒性,環(huán)保,制作時幾乎無味,成品形變也較小,所以目前國外主流桌面級3D打印機(jī)均以轉(zhuǎn)為使用PLA作為材料。
FDM技術(shù)的優(yōu)勢在于制造簡單,成本低廉,但是桌面級的FDM打印機(jī),由于出料結(jié)構(gòu)簡單,難以精確控制出料形態(tài)與成型效果,同時溫度對于FDM成型效果影響非常大,而桌面級FDM 3D打印機(jī)通常都缺乏恒溫設(shè)備,因此基于FDM的桌面級3D打印機(jī)的成品精度通常為0.3mm-0.2mm,少數(shù)高端機(jī)型能夠支持0.1mm層厚,但是受溫度影響非常大,成品效果依然不夠穩(wěn)定。此外,大部分FDM機(jī)型制作的產(chǎn)品邊緣都有分層沉積產(chǎn)生的“臺階效應(yīng)”,較難達(dá)到所見即所得的3D打印效果,所以在對精度要求較高的快速成型領(lǐng)域較少采用FDM。

光固化成型(Stereolithigraphy Apparatus,SLA)

光固化技術(shù)是最早發(fā)展起來的快速成型技術(shù),也是目前研究最深入、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的快速成型技術(shù)之一。光固化技術(shù),主要使用光敏樹脂為材料,通過紫外光或者其他光源照射凝固成型,逐層固化,最終得到完整的產(chǎn)品。
光固化技術(shù)優(yōu)勢在于成型速度快、原型精度高,非常適合制作精度要求高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜的原型。使用光固化技術(shù)的工業(yè)級3D打印機(jī),最著名的是objet,該制造商的3D打印機(jī)提供超過123種感光材料,是目前支持材料最多的3D打印設(shè)備。
光固化快速成型應(yīng)該是目前3D打印技術(shù)中精度最高,表面也最光滑的,objet系列最低材料層厚可以達(dá)到16微米(0.016毫米)。但是光固化快速成型技術(shù)也有兩個不足,首先光敏樹脂原料有一定毒性,操作人員使用時需要注意防護(hù),其次光固化成型的原型在外觀方面非常好,但是強(qiáng)度方面尚不能與真正的制成品相比,一般主要用于原型設(shè)計(jì)驗(yàn)證方面,然后通過一系列后續(xù)處理工序?qū)⒖焖僭娃D(zhuǎn)化為工業(yè)級產(chǎn)品。此外,SLA技術(shù)的設(shè)備成本、維護(hù)成本和材料成本都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于FDM,因此,目前基于光固化技術(shù)的3D打印機(jī)主要應(yīng)用在專業(yè)領(lǐng)域,桌面領(lǐng)域目前已有兩個桌面級別SLA技術(shù)3D打印機(jī)項(xiàng)目啟動,一個是Form1,一個是B9,相信不久的將來會有更多低成本的SLA桌面3D打印機(jī)面世。
全稱叫“立體光固化成型”,基本原理是激光束在液態(tài)樹脂表面勾畫出物體的第一層形狀,然后制作平臺下降一定的距離(0.05-0.025mm之間),再讓固化層浸入液態(tài)樹脂中,如此反復(fù)。使用的樹脂是光敏樹脂,激光束照射后會形成固態(tài)。
DLP:全稱叫“數(shù)字光投影”技術(shù)。使用的耗材和SLA一樣,都是光固化樹脂。那和SLA有什么區(qū)別呢?為什么叫數(shù)字光投影呢?其實(shí)在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面,DLP與SLA最大的不同在于,DLP用的是投影儀的數(shù)字光源(沒用用過投影儀?買一個試試,哈哈),SLA用的是激光頭。正因?yàn)槿绱,DLP一掃就是一片,SLA成形只能靠一個激光點(diǎn)。一些DLP機(jī)器還可以打多種材料,例如DLP200臺面可以打印多種材料,樹脂ABS亞克力。

三維粉末粘接(Three Dimensional Printing and Gluing,3DP)

3DP技術(shù)由美國麻省理工大學(xué)開發(fā)成功,原料使用粉末材料,如陶瓷粉末、金屬粉末、塑料粉末等,3DP技術(shù)工作原理是,先鋪一層粉末,然后使用噴嘴將粘合劑噴在需要成型的區(qū)域,讓材料粉末粘接,形成零件截面,然后不斷重復(fù)鋪粉、噴涂、粘接的過程,層層疊加,獲得最終打印出來的零件。
3DP技術(shù)的優(yōu)勢在于成型速度快、無需支撐結(jié)構(gòu),而且能夠輸出彩色打印產(chǎn)品,這是目前其他技術(shù)都比較難以實(shí)現(xiàn)的。3DP技術(shù)的典型設(shè)備,是3DS旗下zcorp的zprinter系列,也是3D照相館使用的設(shè)備,zprinter的z650打印出來的產(chǎn)品最大可以輸出39萬色,色彩方面非常豐富,也是在色彩外觀方面,打印產(chǎn)品最接近于成品的3D打印技術(shù)。
但是3DP技術(shù)也有不足,首先粉末粘接的直接成品強(qiáng)度并不高,只能作為測試原型,其次由于粉末粘接的工作原理,成品表面不如SLA光潔,精細(xì)度也有劣勢,所以一般為了產(chǎn)生擁有足夠強(qiáng)度的產(chǎn)品,還需要一系列的后續(xù)處理工序。此外,由于制造相關(guān)材料粉末的技術(shù)比較復(fù)雜,成本較高,所以目前3DP技術(shù)主要應(yīng)用在專業(yè)領(lǐng)域,桌面級別目前僅有一個PWDR項(xiàng)目在啟動,但仍然處于0.1狀態(tài),尚需觀察后續(xù)進(jìn)展。

選擇性激光燒結(jié)(Selecting Laser Sintering,SLS)
該工藝由美國德克薩斯大學(xué)提出,于1992年開發(fā)了商業(yè)成型機(jī)。SLS利用粉末材料在激光照射下燒結(jié)的原理,由計(jì)算機(jī)控制層層堆結(jié)成型。SLS技術(shù)同樣是使用層疊堆積成型,所不同的是,它首先鋪一層粉末材料,將材料預(yù)熱到接近熔化點(diǎn),再使用激光在該層截面上掃描,使粉末溫度升至熔化點(diǎn),然后燒結(jié)形成粘接,接著不斷重復(fù)鋪粉、燒結(jié)的過程,直至完成整個模型成型。
激光燒結(jié)技術(shù)可以使用非常多的粉末材料,并制成相應(yīng)材質(zhì)的成品,激光燒結(jié)的成品精度好、強(qiáng)度高,但是最主要的優(yōu)勢還是在于金屬成品的制作。激光燒結(jié)可以直接燒結(jié)金屬零件,也可以間接燒結(jié)金屬零件,最終成品的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他3D打印技術(shù)。SLS家族最知名的是德國EOS的M系列。
激光燒結(jié)技術(shù)雖然優(yōu)勢非常明顯,但是也同樣存在缺陷,首先粉末燒結(jié)的表面粗糙,需要后期處理,其次使用大功率激光器,除了本身的設(shè)備成本,還需要很多輔助保護(hù)工藝,整體技術(shù)難度較大,制造和維護(hù)成本非常高,普通用戶無法承受,所以目前應(yīng)用范圍主要集中在高端制造領(lǐng)域,而目前尚未有桌面級SLS 3D打印機(jī)開發(fā)的消息,要進(jìn)入普通民用領(lǐng)域,可能還需要一段時間。

Tags:3D打印,工作原理  
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