柳州3D打印

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3D打印技术的分类及原理介绍

    

快速成型(Rapid Prototyping,RP)技术作为制造领域的一门新兴且创造性十足的技术,已经为不同领域的企业在产品创新、缩短产品开发周期等方向发挥了重要的作用。自问世以来,RP技术已经广泛的在航空、医疗、教育等各行各业内得到具体的应用。它集各种知识于一体,是一门新型且极具挑战你和创新性的学科。不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同,成形原理和系统特点也各有不同。但是,其基本原理都是一样的,那就是“分层制造,逐层叠加”,类似于数学上的积分过程。目前,快速成型技术已发展有多项关键的技术,由于打印材料的不同,成型原理和成型的系统也存在不同,其中应用比较广泛的包括:熔融挤出成型(Fused Deposition Modeling,FDM)、立体光固化成型法(Stereo lithography Appearance,SLA)、选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)和分层实体制造(Laminated Object Manufacturing,LOM)等。


熔融挤出成型(Fused Deposition Modeling,FDM)技术是一种高性能的快速成型工艺,其成型材料的选择宽泛,一般可为蜡、ABS、PC、PLA、尼龙等热塑性材料,并以丝状供料。它不以高能量密度的激光为热源,只需在喷头内以电加热的方式将丝材加热到熔融状态。该系统主要包含喷头系统、送丝机构、XYZ三轴运动机构、喷头加热系统和打印平台。材料首先在喷嘴内被加热至熔化状态,当喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动时,在一定的压力下材料沿喷头底部喷嘴挤出,并与之前打印材料粘结和迅速固化,如此反复后,可得到实体零件。不同于SLS等其他3D打印技术,FDM技术在打印悬臂件的时候需要适当的添加不同的支撑,同时支撑的角度和形式等均可以单独设置。FDM双喷头快速成形系统可分别单独加热两个喷头,一个用来加热打印模型的材料,另一个用来加热打印支撑的材料,由于采用水溶性的支撑材料,一般打印完成后容易去除支撑。

立体光固化成型法(Stereo lithography Appearance,SLA)通过特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面,通过点到线和线到面的打印顺序依次固化完成每一层的打印,通过打印平台在Z轴方向的上下移动完成各个层间的打印,最终层层叠加而形成三维实体。SLA技术使用液态光敏树脂作为打印的原料,其优点是成熟度高,可以加工结构外形复杂的原型和模具。目前基于该技术升级的数字光处理(DLP)技术能够将打印速度提高数倍,而最新的连续液面生产(CLIP)技术提高25-100倍,这将使得光固化成型技术的应用潜力大大增加,甚至可能达到颠覆性的程度。但是,SLA也存在自身的一些劣势,比如造价昂贵,使用和维护成本过高,成型材料多为光固化的树脂,其在拉伸强度、硬度、伸缩率等方面存在不足,也不利于长期保存。


选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)技术通过有选择性的利用激光层层烧结粉末而打印零件。与其它3D打印的方法相比,SLS技术最大的长处在于可打印成型的材料选择性广,可以是任何通过加热就能粘结在一起的粉末材料,例如石蜡、金属粉末、陶瓷粉末或它们的复合粉末材料等。由于SLS成型材料的技术优势和材料上的受限性小,其能够成型一些复杂的结构或需要打印支撑的系统。目前,SLS技术仍在快速的发张中,近期《科学》杂志上发布的聚合物陶瓷3D打印方法在基于SLS技术的基础上研究而成,其打印速度比普通打印机快100到1000倍,而打印的陶瓷强度也比目前商用泡沫陶瓷高10倍。


分层实体制造(Laminated Object Manufacturing,LOM)的基本原理是利用激光束对片状材料切割堆积而成。其材料是片状材料,如技术薄片、纸片以及塑料薄膜等,同时这些材料在成型的过程中一般背部会涂有溶胶。其成型过程,激光头根据上位机计算的路径,每次切割一个层面的轮廓,一个轮廓完成后,下一层材料再粘在上一层面上,激光头再继续切割直到完成零件。由于它每次成型都是一次成型一个横截面,所以其成型速度相比于SLS要快很多。



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2020-01-02 14:32:30