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一表带你看懂3D打印技术

3D打印(3DP)是一系列快速成型技术的统称,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,由快速原型机在X-Y平面内通过扫描形式形成工件的截面形状,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。目前市场上常见的有FDM(熔融沉积)技术、SLS(粉末材料选择性激光烧结)技术、SLA(光敏树脂选择性固化,简称光固化)技术和与SLA相似的DLP(数字光投影)技术等,其中SLS和SLA与激光技术密不可分。

熔融技术

FDM技术是通过加热装置,将ABS、PLA等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。

这种技术不需要激光器等贵重元器件,因此价格便宜。同时其最大的优点在于加工过程中无毒无异味,对健康没有负面影响。但加工效率低,精度差,表面粗糙是他无法解决的问题。

粉末烧结技术

SLS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(一般采用红外激光)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。

这种技术可以采用多种材料,其中金属粉末材料加工是目前3D打印技术中最热门的发展方向之一,而且它的材料利用率是几种常见3D打印技术中最高的。但也存在成品表面粗糙、烧结过程有异味、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的优点。尤其是加工前需要2小时的预热时间;零件构建后更要花5至10小时时间冷却,才能从粉末缸中取出,这大大降低了加工效率。

光固化技术

SLA技术是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。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。

这一技术发展时间最长,工艺最成熟,应用最广泛,且加工精度最高,表面也比较光滑。但需要设计支撑结构,而支撑结构需要在未完全固化时去除,容易破坏成型件。同时,由于SLA系统是需要对液体进行操作的精密设备,因此对周围环境要求严苛。其加工的树脂材料存在价格贵,固化后较脆、易断裂,可加工性差、不利于长时间保存的缺陷。

DLP激光成型技术和SLA立体平版印刷技术相似,都是利用外部光源逐层固化液态的光聚合物,不过它使用的光源是高分辨率的数字光处理器(DLP)投影仪。由于DLP在每层固化时是整片固化,而SLA技术是利用激光从点到线,从线到面,因此DLP的速度比SLA技术速度快得多。该技术成型精度较高,在材料属性、细节和表面光洁度方面可匹敌注塑成型的耐用塑料部件。

DLP较其它类型的3D打印技术有其独特的优势。首先,没有移动光束,振动偏差小没有活动喷头,完全没有材料阻塞问题,没有加热部件,提高了电气安全性,打印准备时间短,节省能源,首次耗材添加量远少于其它设备,节省用户成本。其次,可制造较为精细的零部件,以珠宝为例,量产的打印戒指可在一定程度上降低生产成本,并且打印完成后可直接进行失蜡铸造,产品的生产周期相对于传统工艺,缩短了一倍以上的时间。受价格越来越低、打印成本越来越低、操作越来越简单等因素,基于DLP成型技术的3D打印机越来越被消费者所接受。目前,DLP 3D打印技术应用领域较多,医疗、建筑、运输、航天、考古、教育、工业制造、珠宝首饰、玩具等领域都有涉及。


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