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常見的5種3D打印技術及優缺點比較

2019-10-23

3D打印技術從狹義上來說主要是指增材成型技術,從成型工藝上看3D打印技術突破了傳統成型方法通過快速自動成型係統與計算機數據模型結合,無需任何附加的傳統模具製造和機械加工就能夠製造出各種形狀複雜的原型,這使得產品的設計生產周期大大縮短,生產成本大幅下降。

常用3D打印技術

1.SLA(光固化技術 )

立體光固化成型工藝(Stereolithography Apparatus,SLA),又稱立體光刻成型。該工藝最早由Charles W.Hull於1984年提出並獲得美國國家專利,是最早發展起來的3D打印技術之一。Charles W.Hull在獲得該專利後兩年便成立了3D Systems公司並於1988年發布了世界上第一台商用3D打印機SLA-250。SLA工藝也成為了目前世界上研究最為深入、技術最為成熟、應用最為廣泛的一種3D打印技術。

圖:SLA(光固化技術)原理圖

原理:液槽中會先盛滿液態的光敏樹脂,氦—鎘激光器或氬離子激光器發射出的紫外激光束在計算機的操縱下按工件的分層截麵數據在液態的光敏樹脂表麵進行逐行逐點掃描,這使掃描區域的樹脂薄層產生聚合反應而固化從形成工件的一個薄層。

當一層樹脂固化完畢後,工作台將下移一個層厚的距離以使在原先固化好的樹脂表麵上再覆蓋一層新的液態樹脂,刮板將粘度較大的樹脂液麵刮平然後再進行下一層的激光掃描固化。

SLA(光固化技術 )的優缺點

優點:1.成型過程自動化程度高。2.尺寸精度高。SLA原型的尺寸精度可以達到±0.1mm。3.表麵質量優良。4.係統分辨率較高,可以製作結構比較複雜的模型或零件。

缺點:1.零件較易彎曲和變形,需要支撐。2.設備運轉及維護成本較高。3.可使用的材料種類較少。4.液態樹脂具有氣味和毒性,並且需要避光保護。5.液態樹脂固化後的零件較脆、易斷裂。

2.SLS ( 粉末燒結技術 )

選擇性激光燒結工藝(Selective Laser Sintering,SLS),該工藝最早是由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的C.R.Dechard於1989年在其碩士論文中提出的,隨後C.R.Dechard創立了DTM公司並於1992年發布了基於SLS技術的工業級商用3D打印機Sinterstation。

圖:粉末燒結技術原理圖

原理:先采用壓輥將一層粉末平鋪到已成型工件的上表麵,數控係統操控激光束按照該層截麵輪廓在粉層上進行掃描照射而使粉末的溫度升至熔化點,從而進行燒結並於下麵已成型的部分實現粘合。當一層截麵燒結完後工作台將下降一個層厚,這時壓輥又會均勻地在上麵鋪上一層粉末並開始新一層截麵的燒結,如此反複操作直接工件完全成型。

SLS ( 粉末燒結技術 )的優缺點

優點:可直接製作金屬製件(獨有)。材料選擇廣泛。可製造複雜構件或模具。不需要增加基座支撐。材料利用率

缺點:樣件表麵粗糙,呈現顆粒狀。加工過程會產生有害氣體

3.FDM (熔融沉積技術 )

熔融沉積成型工藝(Fused Deposition Modeling,FDM)是繼LOM工藝和SLA工藝之後發展起來的一種3D打印技術。該技術由Scott Crump於1988年發明,隨後Scott Crump創立了Stratasys公司。1992年,Stratasys公司推出了世界上第一台基於FDM技術的3D打印機——“3D造型者(3D Modeler)”,這也標誌著FDM技術步入商用階段。

圖:FDM(熔融沉積技術)原理圖

原理:將絲狀的熱熔性材料進行加熱融化,通過帶有微細噴嘴的擠出機把材料擠出來。噴頭可以沿X軸的方向進行移動,工作台則沿Y軸和Z軸方向移動(當然不同的設備其機械結構的設計也許不一樣),熔融的絲材被擠出後隨即會和前一層材料粘合在一起。一層材料沉積後工作台將按預定的增量下降一個厚度,然後重複以上的步驟直到工件完全成型。

FDM(熔融沉積)的優缺點

優點:整個係統構造原理和操作簡單,維護成本低,係統運行安全。可以使用無毒的原材料,設備係統可在辦公環境中安裝使用。工藝幹淨、簡單、易於操作且不產生垃圾。獨有的水溶性支撐技術,使得去除支撐結構簡單易行,可快速構建瓶狀或中空零件以及一次成型的裝配結構件。原材料以材料卷的形式提供,易於搬運和快速更換。可選用多種材料,如各種色彩的工程塑料ABS、PC、PPSF以及醫用ABS等。

缺點:成型精度相對SLA工藝較低,精度0.178mm。成型表麵光潔度不如SLA工藝。成型速度相對較慢。

4.3DP( 3D 噴射打印技術 )

聚合物噴射技術是以色列Objet公司於2000年初推出的專利技術,PolyJet技術也是當前最為先進的3D打印技術之一,它的成型原理與3DP有點類似,不過噴射的不是粘合劑而是聚合成型材料,如圖所示為PolyJet聚合物噴射係統的結構:

圖:3DP(3D噴射打印技術)原理圖

原理:3D打印材料以超薄層被噴射到構建托盤上,用紫外線固化,並且可以同時噴射兩種不同機械特性的材料。完成一層的噴射打印和固化後,設備內置的工作台會極其精準地下降一個成型層厚,噴頭繼續噴射光敏聚合材料進行下一層的打印和固化。就這樣一層接一層,直到整個工件打印製作完成。

3DP(3D噴射打印技術)的優缺點

優點:同時製作兩種及以上材料組合件。皮革紋理清晰,尤其適合內飾件試製(方向盤、扶手、排檔等)。密封條、密封圈試製。一次性製作複雜分總成零件。更細致表現細節。內外飾小模型製作。

缺點:材料強度受限製

5.PUG (真空注型技術 )

真空注型技術基於矽膠模而翻製樣件的技術,矽膠模製造工藝是一種比較普及的快速模具製造方法。由於矽膠模具有良好的柔性和彈性,能夠製作結構複雜、花紋精細、無拔模斜度甚至具有倒拔模斜度以及具有深凹槽類的零件,製作周期短,製件質量高。

PUG工藝流程圖

優點:小批量生產。工藝相對簡單,易操作。隻需簡易矽膠模,製作時間短。可選擇多種材料。缺點:類批量材料在性能上受限製。易發生起泡、缺料等表麵缺陷。

總結:五種3D打印技術對比



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