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3D打印知识

了解不同3D打印机的成型原理

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    3D打印技术从狭义上来说主要是指增材成型技术,从成型工艺上看,3D打印技术突破了传统成型方法,通过快速自动成型系统与计算机数据模型结合,无需任何附加的传统模具制造和机械加工就能够制造出各种形状复杂的原型,这使得产品的设计生产周期大大缩短,生产成本大幅下降。3D打印,俗称“三维打印技术”或 “快速制造技术”,是对一系列“增材制造”技术的总称。 


 
    熔融沉积成型工艺(FDM)是继LOM工艺和SLA工艺之后发展起来的一种3D打印技术。该技术于1988年发明,随后Stratasys公司成立并在1992年推出了世界上第一台基于FDM技术的3D打印机——“3D造型者”,这也标志着FDM技术步入商用阶段。国内的清华大学、北京大学、北京殷华公司、中科院广州电子技术有限公司都是较早引进FDM技术并进行研究的科研单位。FDM工艺无需激光系统的支持,所用的成型材料也相对低廉,总体性价比高,这也是众多开源桌面3D打印机主要采用的技术方案。
 
    FDM成型原理:熔融沉积有时候又被称为熔丝沉积,它将丝状的热熔性材料进行加热融化,通过带有微细喷嘴的挤出机把材料挤出来。喷头可以沿X轴的方向进行移动,工作台则沿Y轴和Z轴方向移动(当然不同的设备其机械结构的设计也许不一样),熔融的丝材被挤出后随即会和前一层材料粘合在一起。一层材料沉积后工作台将按预定的增量下降一个厚度,然后重复以上的步骤直到工件完全成型。
 

 
    FDM成型技术的优点:
    1、成本低。熔融沉积造型技术用液化器代替了激光器,设备费用低;另外原材料的利用效率高且没有毒气或化学物质的污染,使得成型成本大大降低。
    2、原材料以材料卷得的形式提供,易于粉末材料搬运和储存以及快速更换; 
    3、原材料在成型过程中无化学变化,相对金属粉末,树脂固化制件成型的变形小。
 
    FDM成型技术的缺点:
    1、需要配合支撑结构打内腔模型时,支撑面效果欠佳。
    2、需要对整个截面进行逐步打印,成型时间较长,成型速度相对SLA 慢7%左右。
 
    SLA与DLP:立体光固化成型工艺  
    SLA立体光固化成型工艺又称立体光刻成型,该工艺最早于1984年提出并获得美国国家专利,是最早发展起来的3D打印技术之一。该专利申请两年后便成立了3D Systems公司,并于1988年发布了世界上第一台商用3D打印机SLA-250。SLA工艺以光敏树脂作为材料,
 
    在计算机的控制下紫外激光将对液态的光敏树脂进行扫描从而让其逐层凝固成型,SLA工艺能以简洁且全自动的方式制造出精度极高的几何立体模型;DLP 投影成型技术导引:为了提高光固化成型速度,由之前激光扫描固化提高到固化更快面积更大的投影固化技术;
 

    SLA激光光固化成型原理:
    液槽中会先盛满液态的光敏树脂,氦-镉激光器或氩离子激光器发射出的紫外激光束在计算机的操纵下按工件的分层截面数据在液态的光敏树脂表面进行逐行逐点扫描,这使扫描区域的树脂薄层产生聚合反应而固化形成工件的一个薄层。
 
    当一层树脂固化完毕后,工作台将下移一个层厚的距离以使在原先固化好的树脂表面上再覆盖一层新的液态树脂,刮板将黏度较大的树脂液面刮平然后再进行下一层的激光扫描固化。因为液态树脂具有高黏性而导致流动性较差,在每层固化之后液面很难在短时间内迅速抚平,这样将会影响到实体的成型精度。采用刮板刮平后,所需要的液态树脂将会均匀地涂在上一叠层上,这样经过激光固化后将可以得到较好的精度,也能使成型工件的表面更加光滑平整。新固化的一层将牢固地粘合在前一层上,如此重复直至整个工件层叠完毕,这样最后就能得到一个完整的立体模型。当工件完全成型后,首先需要把工件取出并把多余的树脂清理干净,接着还需要把支撑结构清除掉,最后还需要把工件放到紫外灯下进行二次固化。


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