现有3D打印技术的成型原理

1. 激光光固化(SLA——Stereolithography)

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连点扫描,便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。美国3DSYSTEMS 公司是最早推出这种工艺的公司。该项技术特点是精度和光洁度高,但是材料比较脆,运行成本太高,后处理复杂,对操作人员要求较高。适合验证装配设计过程中用。

  2. 三维打印成型(3DP——3Dimension Printer)

其最大特点是小型化和易操作,多用于商业、办公、科研和个人工作室等环境。而根据打印方式的不同,3DP三维打印技术又可以分为热爆式三维打印(代表:美国3D Systems公司的 Zprinter系列——原属ZCorporation公司,已被3D Systems公司收购)、压电式三维打印(代表:美国3D Systems公司的ProJet系列和前不久被Stratasys公司收购的以色列Objet公司的三维打印设备)、DLP投影式三维打印(代表:德国Envisiontec公司的Ultra、Perfactory系列)等。

热爆式三维打印工艺的原理是将粉末由储存桶送出一定分量,再以滚筒将送出之粉末在加工平台上铺上一层很薄的原料,打印头依照3D 电脑模型切片后获得的二维层片信息喷出站着剂,粘住粉末。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并把粉末推平,如此循环便可得到所要的形状。该项技术的特点是速度快(是其他工艺的6倍),成本低(是其它工艺的1/6)。缺点是精度和表面光洁度较低。Zprinter系列是全球唯一能够打印全彩色零件的三维打印设备。

压电式三维打印,类似于传统的二维喷墨打印,可以打印超高精细度的样件,适用于小型精细零件的快速成型。相对SLA,设备维护更加简单;表面质量好,Z轴精度高。

DLP投影式三维打印工艺的成型原理是利用直接照灯成型技术(DLPR)把感光树脂成型,CAD的数据由计算机软件进行分层及建立支撑,再输出黑白色的Bitmap档。每一层的Bitmap档会由DLPR投影机投射到工作台上的感光树脂,使其固化成型。DLP投影式三维打印的优点: 利用机器出厂时配备的软件,可以自动生成支撑结构并打印出完美的三维部件。相比于快速成型领域其他的设备,独有的voxelisation专利技术保证了成型产品的精度与表面光洁度。

       3. 熔融沉积造型(FDM——Fused Deposition Modeling)

FDM工艺,也叫挤出成型,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 0C左右)。 FDM喷头受CAD分层数据控制使半流动状态的熔丝材料(丝材直径般在1.5mm 以上)从啧头中挤压出来,凝固形成轮廓形状的薄层,一层叠一层最后形成整个零件模型。美国3DSYSTEMS 公司的BFB系列和Rapman系列产品全部采用了FDM技术,其工艺特点是直接采用工程材料ABS 、PC等材料进行制作,适合设计的不同阶段。缺点是表面光洁度较差。

 4. 造择性激光烧结(SLS——Se1ected Laser Sintering)

该法采用C02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的(100μ-200μ) 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,工艺材料为尼龙粉及塑料粉,还有使用金属粉进行烧结的。德国EOS公司的P系列塑料成型机和M系列金属成型机产品,是全球最好的SLS技术设备。

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