3D打印的未来

3D 打印,区别不同的3D打印技术就只是弄清他们如何将三维数据转换成固体模型。

3D 打印技术常见的5种实现方式

目前,3D 打印作为一种新技术,还没有官方权威的分类方式。从技术实现上来讲,大致分为五类:

三维打印粘接成型技术

熔融沉积成型技术

光聚合成型技术

分层实体制造技术

激光粉末成型技术

1. 熔融沉积成型技术(英文:Fused Deposition Modeling,又叫 FDM)

与普通打印机相比,就是像把油墨换了一种材料,可以理解为一种塑料丝。这种塑料丝经过打印机喷头的时候会被加热,塑料丝就会化掉,变成液体,从喷头出来后遇到空气又凝固。喷头不停地移动到指定位置,喷出塑料液,等它凝固后,再移动到下一个位置,最终成型。打个比方的话,我觉得像蛋糕店做裱花蛋糕,把奶油挤在特别的位置,做出造型。

2. 光聚合成型技术(英文:Stereo Lithography Appearance,又叫 SLA)

这个有点黑科技的感觉。使用的材料一般是液体,叫光敏树脂,这种液体,一旦遇到特定的光线(一般是紫外光)就会凝固起来。利用这个特性,我们先在底座上倒上薄薄的一层液体,再用紫外光照射特定的位置,等它凝固后,把底座向下移动一点,上面倒第二层液体,照射第二层的指定位置,然后第三层……周而复始,最后从液体池子里捞出凝固的那部分就 OK 了。

3. 分层实体制造技术(英文: Laminated Object Manufacturing,又叫 LOM)

这种方式使用的原材料,可以把它想象成不干胶纸片,就是背后有可以黏在别的东西上的小薄片。第一片放平台上,用激光或者别的方式切成我们想要的样子,然后贴上第二片,切第二片,再贴上第三片……

4. 三维打印粘接成型技术(英文: 3D Printing,又叫 3DP)

这是最像打印机的一种技术,也是最简单粗暴的,有多粗暴呢?用胶水把粉末材料粘起来!具体来说就是在底座上铺上薄薄的一层粉末,然后有一个喷头在这一层的指定位置喷出特制的胶水,被喷了胶水的地方,粉末就会被粘住。比作普通打印机的话,就是把纸变成了一层粉末,墨水变成了胶水。一层粉末打印完成后,铺第二层在上面,然后打印第二层的图样,再铺第三层……周而复始,最后把粘住的整体从粉末堆里面拿出来,就是我们的零件了。

5. 激光粉末成型技术

这个的原材料也是粉末状,特点是高温可以使得这些粉末熔掉。那么铺一层粉末,用激光把指定位置的粉末融掉后,等它凝固起来,然后铺第二层,烧结第二层,然后第三层……就成一个整体了。这种技术有两个比较大的分支,一个是选择性激光烧结技术(英文:Selective Laser Sintering,又叫 SLS),另一个是选择性激光融化技术(英文:Selective Laser Melting,又叫 SLM)。

区别在于SLS 是融化塑料粉末,比如在打印金属件时,需要在金属粉末中混入塑料粉末, 让被激光融的塑料粉做为粘结剂。而SLM 则是黑科技般的存在,它直接将金属粉末融化,是目前技术含量最高(想想那瞬间融化金属的温度和需要的准确度),产品结构和力学性能最好(直接金属一体成型)的技术,当然,也是成本最高的技术。2017 年,西门子开始用选择性激光熔化(SLM)的增材制造技术打印燃气轮机的燃烧器。

3D打印的原理

简单来说,3D打印就是指通过可以“打印”出真实物体的3D打印机,采用分层加工、迭加成形的方式逐层增加材料来最终制造出立体实物。说的稍微专业点就是软件通过电脑辅助设计技术完成一系列数字切片,并将这些切片的信息传送到3D打印机上,而3D打印机会利用原材料将连续的薄型层面逐层堆叠起来,直到一个固态物体成型,所以工业上也叫快速成型,3D打印机也叫快速成型机。由于具体堆叠的形式有多种多样,因此产生了多种3D打印工艺,每种工艺能够打印的材料类型也不相同,如常见的有SLA(激光固化光敏树脂成型)、FDM(熔融挤压堆积成型)、3DP(三维喷涂粘结成型)、SLS(选择性激光烧结成型)、Ployjet(喷墨成型)等。“这五种主流的3D打印工艺我们这里都有设备”北京上拓科技有限公司市场营销总监邵先生指着一排排的机器如是说,“目前3D打印可打印的材料主要有石膏、尼龙、abs塑料、pc、树脂、金属、陶瓷等,3D打印所用的这些原材料都是专门针对3D打印而研发的一种新材料,并不是普通意义的石膏、塑料、树脂,而原材料的形态一般有粉末状、丝状、液体状。”

3D打印工艺详解

熔融挤压堆积成型FDMFused Deposition Modeling

FDM工艺的关键是保持半流动成型材料刚好在熔点之上(通常控制在比熔点高1℃左右)。FDM喷头受CAD分层数据控制使半流动状态的熔丝材料(丝材直径一般在1.5mm以上)从喷头中挤压出来,凝固形成轮廓形状的薄层。每层厚度范围在0.025~0.762mm,一层叠一层最后形成整个零件模型。

FDM工艺使用的原材料:热塑性材料,如ABS、PC、PLA等,以丝状供料

精度:0.025~0.762mm

特点:

系统构造原理和操作简单

维护成本低,系统运行安全

可以直接用于失蜡铸造

可以成型任意复杂程度的零件

支撑去除简单,无需化学清洗

激光固化光敏树脂成型(SLAStereo

Lithography Apparatus

该技术以光敏树脂为原料,将计算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的轮廓为轨迹对液态树脂逐点扫描,使被扫描区的树脂薄层产生光聚合反应,从而形成零件的一个薄层截面。当一层固化完毕,移动工作台,在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂以便进行下一层扫描固化。新固化的一层牢固地粘合在前一层上,如此重复直到整个零件原型制造完毕。

使用材料:透明色光敏树脂、乳白光敏树脂等。

精度:0.1~0.2mm

特点:

成型过程自动化程度高

尺寸精度高

优良的表面质量

使CAD数字模型直观化,降低错误修复的 成本

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

激光烧结(SLSSe1ected

Laser Sintering

该法采用CO2激光器作能源,目前使用的造型材料多为各种粉未材料。在工作台上均匀铺上一层很薄(100μ~200μ)的粉未,激光束在计算机控制下按照零件分层轮廓有选择性地进行烧结,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未,再进行打磨、烘干等处理便获得零件。目前,成熟的工艺材料为蜡粉及塑料粉、金属粉、陶瓷粉。

使用材料:如尼龙、ABS、树脂裹覆砂(覆膜砂)、

聚碳酸脂、金属和陶瓷粉末等。

特点:

可制作金属制品

可采用多种材料

制作工艺比较简单

无需支撑结构

材料利用率高

4.三维喷涂粘结成型(3DP—3Dimension Printer)

3DP技术是麻省理工学院发明并申请专利的,由ZCORP公司进行商业化。该项技术自1994年发明并逐步走向市场后,在近三四年时间呈飞速发展趋势。该种成型工艺的原理是将粉末由储存桶送出一定分量,再以滾筒将送出之粉末在加工平台上铺上一层很薄的原料,喷嘴依照3D电脑模型切片后获得的二维层片信喷出黏著剂,黏著粉末.做完一层,加工平台自动下降一点,储存桶上升一点,刮刀由升高了的储存桶把粉末推至工作平台並把粉末推平.再喷黏著剂,如此循环便可得到所要的形状,常用的ZCorp立体打印材料是石膏粉。该种工艺是目前唯一可打印全彩色样件的3D打印工艺。

使用材料:粉末材料,如石膏粉末。

精度:0.013~0.1mm

特点:

成形速度快,成形材料价格低

可以制作彩色原型

粉末在成形过程中起支撑作用,且成形结束后,比较容易去除

5.喷墨技术工艺(Ployjet

沿着X轴前后滑动,在成型室里铺上一层超薄的光敏树脂。每铺完一层后,喷头架边上的紫外光球立即发射紫外光,快速固化和硬化每层光敏树脂。这一步骤减少了使用其他技术所需的后处理过程。每打印完一层,机器内部的成型底盘就会极为精确地下沉,而喷头继续一层一层地工作,直到原型件完成。成型时使用了两种不同的光敏树脂材料:一种是用来成型实体部件的成型材料,另一种类胶体的用来支撑部件的支撑材料。

使用材料:光敏树脂聚合材料

精度:0.1mm

特点:

打印出高质量、高细节的3D模型

缩短设计周期和降低研发成本

材料选择范围广

简易的支撑移除

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