3D打印主要的工藝成型原理有哪些?

laiyuan   2016-09-02 15:47:17

3D打印按材料及成型方式不同3D有很多不同類型:

1. 激光光固化(SLA——Stereolithography)


該技術(shù)以光敏樹脂為原料,將計(jì)算機(jī)控制下的紫外激光按預(yù)定零件各分層截面的輪廓為軌跡對液態(tài)樹脂連點(diǎn)掃描,便被掃描區(qū)的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng),從而形成零件的一個(gè)薄層截面。當(dāng)層固化完畢,移動(dòng)工作臺,在原先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂以便進(jìn)行下一層掃描固化。新固化的一層牢固地粘合在前一層上,如此重復(fù)直到整個(gè)零件原型制造完畢。美國3DSYSTEMS 公司是最早推出這種工藝的公司。該項(xiàng)技術(shù)特點(diǎn)是精度和光潔度高,但是材料比較脆,運(yùn)行成本太高,后處理復(fù)雜,對操作人員要求較高。適合驗(yàn)證裝配設(shè)計(jì)過程中用。


2. 三維打印成型(3DP——3Dimension Printer)


其最大特點(diǎn)是小型化和易操作,多用于商業(yè)、辦公、科研和個(gè)人工作室等環(huán)境。而根據(jù)打印方式的不同,3DP三維打印技術(shù)又可以分為熱爆式三維打印(代表:美國3D Systems公司的 Zprinter系列——原屬ZCorporation公司,已被3D Systems公司收購)、壓電式三維打印(代表:美國3D Systems公司的ProJet系列和前不久被Stratasys公司收購的以色列Objet公司的三維打印設(shè)備)、DLP投影式三維打印(代表:德國Envisiontec公司的Ultra、Perfactory系列)等。


熱爆式三維打印工藝的原理是將粉末由儲存桶送出一定分量,再以滾筒將送出之粉末在加工平臺上鋪上一層很薄的原料,打印頭依照3D 電腦模型切片后獲得的二維層片信息噴出站著劑,粘住粉末。做完一層,加工平臺自動(dòng)下降一點(diǎn),儲存桶上升一點(diǎn),刮刀由升高了的儲存桶把粉末推至工作平臺并把粉末推平,如此循環(huán)便可得到所要的形狀。該項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)是速度快(是其他工藝的6倍),成本低(是其它工藝的1/6)。缺點(diǎn)是精度和表面光潔度較低。Zprinter系列是全球唯一能夠打印全彩色零件的三維打印設(shè)備。


壓電式三維打印,類似于傳統(tǒng)的二維噴墨打印,可以打印超高精細(xì)度的樣件,適用于小型精細(xì)零件的快速成型。相對SLA,設(shè)備維護(hù)更加簡單;表面質(zhì)量好,Z軸精度高。


DLP投影式三維打印工藝的成型原理是利用直接照燈成型技術(shù)(DLPR)把感光樹脂成型,CAD的數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行分層及建立支撐,再輸出黑白色的Bitmap檔。每一層的Bitmap檔會由DLPR投影機(jī)投射到工作臺上的感光樹脂,使其固化成型。DLP投影式三維打印的優(yōu)點(diǎn): 利用機(jī)器出廠時(shí)配備的軟件,可以自動(dòng)生成支撐結(jié)構(gòu)并打印出完美的三維部件。相比于快速成型領(lǐng)域其他的設(shè)備,獨(dú)有的voxelisation專利技術(shù)保證了成型產(chǎn)品的精度與表面光潔度。


3. 熔融沉積造型(FDM——Fused Deposition Modeling)


FDM工藝,也叫擠出成型,關(guān)鍵是保持半流動(dòng)成型材料剛好在熔點(diǎn)之上(通??刂圃诒热埸c(diǎn)高1 0C左右)。 FDM噴頭受CAD分層數(shù)據(jù)控制使半流動(dòng)狀態(tài)的熔絲材料(絲材直徑般在1.5mm 以上)從嘖頭中擠壓出來,凝固形成輪廓形狀的薄層,一層疊一層最后形成整個(gè)零件模型。美國3DSYSTEMS 公司的BFB系列和Rapman系列產(chǎn)品全部采用了FDM技術(shù),其工藝特點(diǎn)是直接采用工程材料ABS 、PC等材料進(jìn)行制作,適合設(shè)計(jì)的不同階段。缺點(diǎn)是表面光潔度較差。


4. 造擇性激光燒結(jié)(SLS——Se1ected Laser Sintering)


該法采用C02激光器作能源,目前使用的造型材料多為各種粉未材料。在工作臺上均勻鋪上一層很薄的(100μ-200μ) 粉未,激光束在計(jì)算機(jī)控制下按照零件分層輪廓有選擇性地進(jìn)行燒結(jié),一層完成后再進(jìn)行下一層燒結(jié)。全部燒結(jié)完后去掉多余的粉未,再進(jìn)行打磨、烘干等處理便獲得零件。目前,工藝材料為尼龍粉及塑料粉,還有使用金屬粉進(jìn)行燒結(jié)的。德國EOS公司的P系列塑料成型機(jī)和M系列金屬成型機(jī)產(chǎn)品,是全球最好的SLS技術(shù)設(shè)備。


SLS技術(shù)既可以歸入快速成型的范疇,也可以歸入快速制造的范疇,因?yàn)槭褂肧LS技術(shù)可以直接快速制造最終產(chǎn)品。


5.多層激光熔覆(DED,Direct Metal Deposition)


相當(dāng)于多層激光熔覆,利用激光或其它能源在材料從噴嘴輸出時(shí)同步熔化材料,凝固后形成實(shí)體層,逐層疊加,最終形成三維實(shí)體零件。DED的成型精度較低,但是成型空間不受限制,因而常用于制作大型金屬零件的毛坯。


6.薄板層壓成型(LOM,Layered Object Manufacturing)


基本原理:利用激光等工具逐層切割、堆積薄板材料,最終形成三維實(shí)體。利用紙板、塑料板和金屬板可分別制造出木紋狀零件、塑料零件和金屬零件。各層紙板或塑料板之間的結(jié)合常用粘接劑實(shí)現(xiàn),而各層金屬板直接的結(jié)合常用焊接(如熱釬焊、熔化焊或超聲焊接)和螺栓連接來實(shí)現(xiàn)。最大缺點(diǎn):做不了太復(fù)雜的零件,材料范圍很窄,每層厚度不可調(diào)整,精度有限。

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