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魔猴网3D打印工艺介绍

魔猴君  知识堂  1107天前

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魔猴网是中国最专业的3D打印云平台,目前的在线云服务包括的3D打印工艺包括,FDM塑料熔融沉积, SLA立体光刻和3DP三维印刷工艺,下面就对这几种工艺做个简单的介绍,以帮助客户选择合适的工艺。

3D打印是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维物理实体的技术总称,其基本过程是:首先设计出所需零件的计算机三维模型(数字模型、CAD模型),然后由计算机对模型进行切片处理,即按照一定的规律将该模型离散为一系列有序的单元,通常在Z向将其按一定厚度将原来的三维CAD模型变成一系列的层片;再根据每个层片的轮廓信息,输入加工参数,自动生成数控代码;最后由成形系统成形一系列层片并自动将它们联接起来,得到一个三维物理实体。 

FDM熔融挤出成型

 

熔融挤出成型(FDM)工艺的材料一般是热塑性材料,如蜡、ABS、PC、尼龙等,以丝状线材供料。材料在喷头内被加热熔化。喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动,同时将熔化的材料挤出,材料迅速固化,并与周围的材料粘结。每一个层片都是在上一层上堆积而成,上一层对当前层起到定位和支撑的作用。随着高度的增加,层片轮廓的面积和形状都会发生变化,当形状发生较大的变化时,上层轮廓就不能给当前层提供充分的定位和支撑作用,这就需要设计一些辅助结构-“支撑”,对后续层提供定位和支撑,以保证成形过程的顺利实现。 

 

FDM工艺原理,原型及支撑

FDM工艺原理,支撑和原件

这种工艺不用激光,使用、维护简单,成本较低。由于这种工艺具有一些显著优点,该工艺发展极为迅速,目前FDM系统在全球已安装快速成形系统中的份额大约为30% 

 

FDM打印的优势

成本低。不使用激光,维护简单,成本低:价格是成型工艺是否适于3D打印的一个重要因素。多用于概念设计的三维打印机对原型精度和物理化学特性要求不高,便宜的价格是其能否推广开来的决定性因素。 

塑料丝材,清洁,更换容易:与其他使用粉末和液态材料的工艺相比,丝材更加清洁,易于更换、保存,不会在设备中或附近形成粉末或液体污染。 

后处理简单:仅需要几分钟到一刻钟的时间剥离支撑后,原型即可使用。而现在应用较多的SL,SLS,3DP等工艺均存在清理残余液体和粉末的步骤,并且需要进行后固化处理,需要额外的辅助设备。这些额外的后处理工序一是容易造成粉末或液体污染,二是增加了几个小时的时间,不能在成型完成后立刻使用。 

成型速度较快:一般来讲,FDM工艺相对于SL,SLS,3DP工艺来说,速度是比较慢的。但针对三维打印应用,其也有一定的优势。首先,SL,SLS,3DP都有层间过程(铺粉/液,挂平),因而它们一次成型多个原型是速度很快,例如3DP可以做到一小时成型25mm左右高度的原型。三维打印机成型空间小,一次多成型1至2个原型,相对来讲,他们的速度优点就不甚明显了。其次三维打印机对原型强度要求不高,所以FDM工艺可通过减小原型密实程度的方法提高成型速度。通过试验,具有某些结构特点的模型,最高成型速度已经可以达到60立方厘米/小时。通过软件优化及技术进步,预计可以达到200立方厘米/小时的高速度。 

立体光刻工艺

SLA工艺,又叫立体光刻或光固化工艺,由美国人Charles Hull于1984年发明。1986年美国3D Systems公司推出世界上第一台立体光刻机SLA—1,此后,SLA系列成形机占据着3D打印设备市场的较大份额。

SLA工艺是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态材料在一定波长(325或355nm)和强度(w=10~400mw)的紫外光的照射下能迅速发生光聚合反应, 分子量急剧增大, 材料也就从液态转变成固态。液槽中盛满液态光固化树脂,激光束在偏转镜作用下, 能在液态表面上扫描, 扫描的轨迹及激光的有无均由计算机控制, 光点扫描到的地方, 液体就固化。成型开始时,工作平台在液面下一个确定的深度,液面始终处于激光的焦平面,聚焦后的光斑在液面上按计算机的指令逐点扫描,即逐点固化。当一层扫描完成后,未被照射的地方仍是液态树脂。然后升降台带动平台下降一层高度,已成型的层面上又布满一层树脂,刮平器将粘度较大的树脂液面刮平,然后再进行下一层的扫描,新固化的一层牢固地粘在前一层上,如此重复直到整个零件制造完毕, 得到一个三维实体模型。 
SLA工艺原理

SLA方法是3D打印领域中被研究得最多的方法,也是技术上最为成熟的方法。一般层厚在0.1到0.15mm,成形的零件精度较高。多年的研究改进了截面扫描方式和树脂成形性能,使该工艺的加工精度能达到0.05mm。但这种方法也有自身的局限性,比如需要支撑、树脂收缩导致精度下降、光固化树脂有一定的毒性等。 

 

三维印刷(3DP)工艺是美国麻省理工学院Emanual Sachs等人研制的。E.M.Sachs于1989年申请了3DP(Three-Dimensional Printing)专利,该专利是非成形材料微滴喷射成形范畴的核心专利之一。3DP工艺与SLS工艺类似,采用粉末材料成形,如陶瓷粉末,金属粉末。所不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来的,而是通过喷头用粘接剂(如硅胶)将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。用粘接剂粘接的零件强度较低,还须后处理。具体工艺过程如下:上一层粘结完毕后,成型缸下降一个距离(等于层厚:0.013~0.1mm),供粉缸上升一高度,推出若干粉末,并被铺粉辊推到成型缸,铺平并被压实。喷头在计算机控制下,按下一建造截面的成形数据有选择地喷射粘结剂建造层面。铺粉辊铺粉时多余的粉末被集粉装置收集。如此周而复始地送粉、铺粉和喷射粘结剂,最终完成一个三维粉体的粘结。未被喷射粘结剂的地方为干粉,在成形过程中起支撑作用,且成形结束后,比较容易去除。 

 

3DP工艺原理

3dp工艺

该工艺的特点是成形速度快,成形材料价格低,适合做桌面型的快速成形设备。并且可以在粘结剂中添加颜料,可以制作彩色原型,这是该工艺最具竞争力的特点之一,有限元分析模型和多部件装配体非常适合用该工艺制造。缺点是成形件的强度较低,只能做概念型使用,而不能做功能性试验。 

 

3D打印是一些工艺的统称,每种工艺都有自己的优缺点和适合的应用场景,了解3D打印工艺,有益于更好选择合适3D打印工艺来生产自己的样品。魔猴致力于做中国最专业的3D打印云平台,各种3D打印工艺也在不断增加中,以满足消费者更多的要求。

   
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