3D打印技术的类型

一、立体光固化成型技术(Stereo Lithography Appearance,SLA)

代表公司:3D Systems(美国)、Envisiontec(德国)
使用材料:光敏聚合材料


    用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面,使之由点到线,由线到面顺序凝固,完成一个层面的绘图作业,然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度,再固化另一个层面,重复此操作形成了三维实体。

    SLA主要以液态光敏树脂为原料,SLA主要有以下优点:加工速度快,产品生产周期短,无需切削工具与模具;主要缺点:造价高昂,使用和维护成本过高等。

    光固化成型是目前应用最为广泛,也是打印精度和表面质量最高的3D打印方法,能快速提供高质量的树脂材质模型。该方法打印出来的模型机械性能和塑料类似,后处理打磨之后能呈现出最终产品级的表面质量。光固化方法打印的模型也可用于硅胶软膜的制作,复制数十件小批量产品模型。

(光固化成型打印案例)

二、选择性激光烧结(Selective Laser Sintering ,SLS)

代表公司:EOS(德国)、3D Systems(美国)、Arcam(瑞典)
使用材料:聚合材料、金属


    上世纪80年代中期,卡尔·戴克博士和德克萨斯州立大学博士生导师乔比曼共同发明了选择性激光烧结技术,并且申请了相关专利。选择性激光烧结是采用激光有选择地分层烧结固体粉末,并使烧结成型的固化层叠加生成所需形状的零件。其整个工艺过程包括CAD模型的建立及数据处理、铺粉、烧结以及后处理等。SLS技术的快速成型系统工作原理如图所示。 

   激光选区烧结技术是一种依靠激光选择性融化粉末材料从而堆积成型的3D打印方法。该方法可打印金属、尼龙等粉末材料,打印成品机械强度较高,可替代功能样件。


(激光选区烧结打印案例)

三、FDM—熔融堆积成型

代表公司:Stratasys(美国)
使用材料:聚合材料


  上世纪80年代,S.斯科特·克伦普发明了熔融沉积成型技术,这项技术按照增材制造原理,逐层堆积材料形成三维物体。FDM主要使用塑料纤维或者金属丝作为原材料,利用电加热将原材料加热至熔点以上一度,将熔融的材料涂覆在工作台上,冷却后形成工件的一层截面,重复此操作并制造三维物体,其工作原理如图。FDM的优点主要是污染小、材料可重复使用、操作简单。


1一送料喷嘴,2一沉积材料,3一可控性移动平台 

     熔融堆积方法是一种将产品级热塑性材料加热塑化堆积成型的3D打印方法。桌面级3D打印机多采用该方法,但制作精度和表面质量较低。工业级熔融堆积3D打印机能提供较高的打印精度,打印的模型具有较好的机械性能,可用于功能测试。


(熔融堆积打印案例)

四、3DP—彩色3D打印

代表公司:Objet(以色列)、3D Systems(美国)、Solidscape(美国)
使用材料:聚合材料、蜡


     采取粉末原料成形,如淀粉、石膏粉末、陶瓷粉末、金属粉末、复合材料粉末等,将三维软件绘制好的零件图形,通过软件进行切片分层并生成加工代码文件,将这些指令代码文件通过计算机导入打印机内,控制喷头用粘结剂将切片分层好的零件的每一层截面“印刷”在基体粉末原料之上,层层叠加,从下至上,直到把一个零件的所有层打印完毕得到打印坯,并经过一定的后处理(如烧结等)而得到最终的打印制件。3DP法设备的工作原理类似喷墨打印机,不过喷出的不是墨水,而是粘结剂。

   彩色3D打印能快速根据彩色数字模型打印同样真彩色的实物模型。该方法采用复合石膏粉末,结合特有的彩色粘合剂打印方法,最高能打印390000种颜色。不同于手工上色,彩色3D打印完全忠实于你的彩色设计模型。


(彩色3D打印案例)

五、分层实体成型(Laminated Object Manufacturing,LOM)

代表公司:Fabrisonic(美国)、Mcor(爱尔兰)
使用材料:纸、金属
    分层实体制造是由Helisys公司开发的快速原型系统,LOM主要使用纸,金属箔,塑料薄膜等材料。打印过程中,胶带纸、塑料薄膜,或金属层压板依次胶合在一起,并且通过刀或者激光切割器切割成形。这种技术制造的产品的分辨率取决于材料的分辨率。
    其成形过程如图所示,激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线数据,将背面涂有热熔胶的材料切割出工件的内外轮廓。切割完一层后,送料机将新的一层材料叠加上去,利用热粘压装置将已切割层粘合在一起,然后再进行切割,这样层层切割、粘合,最终成为三维工件。此方法除了可以制造模具外,还可以直接制造结构件或功能件。该方法的特点是原材料价格便宜、成本低。


1.金属箔供应仓. 2加热滚筒. 3.激光束. 4.扫描镜. 5.激光源. 6.层面板. 7.移动平台. 8.肥料仓

参考文献:

[1]额日登布鲁格.3D打印技术的理论与实践[D].中共中央党校,2015.

[2]3D打印编年史——从19世纪末说起.[EB/OL]. http://www.mongcz.com/archives/5904.

[3]云智网(http://www.yz3d.com.cn/)——关于3D打印.[EB/OL].http://www.yz3d.com.cn/Psn3DPrint/Psn3dPrintTechnology

[4]张迪湦,杨建明,黄大志,陈劲松,汤阳. 3DP法三维打印技术的发展与研究现状[J]. 制造技术与机床,2017,(03):38-43.

[5]SLS 选择性激光烧结:影响最为深远的3D打印技术.https://3dprint.ofweek.com/2017-04/ART-132107-11000-30123689.html

最后修改: 2019年03月4日 Monday 21:56