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3D打印知识

常见3D打印技术FDM、SLS、SLA原理及优缺点分析

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     FDM熔融层积成型技术是将丝状的热熔性材料加热融化,同时三维喷头在计算机的控制下,根据截面轮廓信息,将材料选择性地涂敷在工作台上,快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后,机器工作台下降一个高度(即分层厚度)再成型下 一层,直至形成整个实体造型。


 
     FDM技术的优点:
     1)操作环境干净、安全,材料无毒,可以在办公室、家庭环境下进行,没有产生毒气和化学污染的危险。
     2) 无需激光器等贵重元器件,因此价格便宜。
     3) 原材料为卷轴丝形式,节省空间,易于搬运和替换。
     4) 材料利用率高,可备选材料很多,价格也相对便宜。
     FDM技术的缺点:
     1) 成形后表面粗糙,需后续抛光处理。最高精度只能为0.1mm。
     2) 速度较慢,因为喷头做机械运动。
     3) 需要材料作为支撑结构。 

     SLS打印技术采用铺粉将一层粉末材料平铺在已成型零件的上表面,并加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度,控制系统控制激光束按照该层的截面轮廓在粉层上扫描,使粉末的温度升到熔化点,进行烧结并与下面已成型的部分实现粘结。一层完成后,工作台下降一层厚度,铺料辊在上面铺上一层均匀密实粉末,进行新一层截面的烧结,直至完成整个模型。


 
     SLS技术的优点:
     1)可用多种材料。其可用材料包括高分子、金属、陶瓷、石膏、尼龙等多种粉末材料。特别是金属粉末材料,是目前3D打印技术中最热门的发展方向之一。
     2)制造工艺简单。由于可用材料比较多,该工艺按材料的不同可以直接生产复杂形状的原型、型腔模三维构建或部件及工具。
     3)高精度。一般能够达到工件整体范围内(0.05-2.5)mm的公差。
     4)无需支撑结构。叠层过程出现的悬空层可直接由未烧结的粉末来支撑。
     5)材料利用率高。由于不需要支撑,无需添加底座,为常见几种3D打印技术中材料利用率最高的,且价格相对便宜。 
     SLS技术的缺点:
     1)表面粗糙。由于原材料是粉状的,原型建造是由材料粉层经过加热熔化实现逐层粘结的,因此,原型表面严格讲是粉粒状的,因而表面质量不高。 
     2)烧结过程有异味。 SLS工艺中粉层需要激光使其加热达到熔化状态,高分子材料或者粉粒在激光烧结时会挥发异味气体。
     3)无法直接成型高性能的金属盒陶瓷零件,成型大尺寸零件时容易发生翘曲变形。
     4)加工时间长。加工前,要有2小时的预热时间;零件构建后,要花5至10小时时间冷却,才能从粉末缸中取出。
     5)由于使用了大功率激光器,除了本身的设备成本,还需要很多辅助保护工艺,整体技术难度大,制造和维护成本非常高,普通用户无法承受
 
     SLA,光敏树脂选择性固化技术。在液槽中充满液态光敏树脂,其在激光器所发射的紫外激光束照射下,会快速固化(SLA与SLS所用的激光不同,SLA用的是紫外激光,而SLS用的是红外激光)。在成型开始时,可升降工作台处于液面以下,刚好一个截面层厚的高度。通过透镜聚焦后的激光束,按照机器指令将截面轮廓沿液面进行扫描。扫描区域的树脂快速固化,从而完成一层截面的加工过程,得到一层塑料薄片。然后,工作台下降一层截面层厚的高度,再固化另一层截面。这样层层叠加构成建构三维实体。


 
     SLA技术的优点:
     1)发展时间最长,工艺最成熟,应用最广泛。在全世界安装的快速成型机中,光固化成型系统约占60%。
     2)成型速度较快,系统工作稳定。
     3)具有高度柔性。 
     4)精度很高,可以做到微米级别,比如0.025mm。
     5)表面质量好,比较光滑:适合做精细零件。
     SLA技术的缺点:
     1)需要设计支撑结构。支撑结构需要未完全固化时去除,容易破坏成型件。
     2)设备造价高昂,而且使用和维护成本都不低。SLA系统需要对液体进行操作的精密设备,对工作环境要求苛刻。
     3)光敏树脂有轻微毒性,对环境有污染,对部分人体皮肤有过敏反应。
     4)树脂材料价格贵,但成型后强度、刚度、耐热性都有限,不利于长时间保存。
     5)由于材料是树脂,温度过高会熔化,工作温度不能超过100℃。且固化后较脆,易断裂,可加工性不好。成型件易吸湿膨胀,抗腐蚀能力不强。
 



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