详解3D打印机5种成型原理

2020-10-10 17:50:16 anet 4

  我们在市场上看到的即使是所谓的3D打印机,其原理也不一样。热熔层压(FDM)是个人3D打印机的主要成型方法。这是一种在固化过程中堆树脂的方法。当选择3D打印机时,有必要了解打印机所采用的成型原理,而不仅仅是从“针对个人”到“针对企业”进行选择。

  下面是5种常用3D打印机的成型原理:

  热熔层压,光固化法,喷墨,粉石膏成型,粉烧成型。

  每一种3D打印机原理使用不同的材料,其模拟精度(光洁度)也不一样。

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以下再次一一详述各种3D打印机成型原理。

热熔覆层方法:

  层压法是目前个人3D打印机的主流技术。又名FDM方法,是在1980年末由Stratesys公司申请专利的。这款3D打印机的价格在2009年专利期满后就被打破了。

  卷曲成型的树脂是通过在喷嘴顶端的加热器“加热”,“熔化”和“挤压”而形成的。所用树脂为“热塑性树脂”,加热后如ABS或PLA就会熔化。丙烯三烯(A)-丁二烯(B)-苯乙烯(S)ABS树脂的首字母缩写,是一种常用的树脂材料。由于其具有一定的强度,可用于耐高温树脂。

  有些情况下,需要用“支撑材料”来防止成型时发生坍塌。支撑材料包括PLA和PVA(PVA)。因为PVA是一种水溶性物质,所以成型后很容易分解。

  热熔覆法有多种类型,可以采用多种材料,在这种情况下,喷嘴可以多个。

  多重喷嘴允许用两种或更多的材料和颜色制作成型材料,并且用“辅助材料”制作成型材料。

  从喷嘴尖端挤压树脂和支撑材料,如下图所示。热水器可溶解树脂,使其挤压成层。如能塑造第一层,表格就会下移一层。这个距离叫做分层间隔。

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  因为无法得到比层压板间距更精细的形状,所以如果需要高精度,可以使用层压板间距精细的3D打印机,或者使用3D打印机进行光学建模等操作。

光固化法的原理是:

  光固化法是最古老的建模方法,也是3D打印技术的起源。受紫外线照射时,紫外线激光固化一种液体环氧树脂,受紫外线照射时,环氧树脂硬化。液态光固化树脂作为材料放置于罐内,先固化第一层。随后,固化层压表面向下移动一步,使下一层得到类似的固化。所以我们将多个层叠来完成所需的成型产品。

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  模拟步骤:1.在成型阶段,向X和Y方向施加紫外线激光,同时将树脂固定在表面。2.完成第一层后,将分层间隔分样阶段沿Z方向降至第二层。3.成型产品时,应同时重复同一操作。

  所用材料:用于光学成型的材料有环氧树脂和丙烯酸树脂。环氧树脂经日晒变质,不宜长期使用,也不宜施加外力。丙烯酸类树脂易碎,因此不适用于要求强度和耐久性的环氧树脂。

  特性:与传统的成型方法相比,该方法生产中经常使用,其精度适用于复杂形状,用于演示和设计验证模型等,也可作为真空铸造和树脂型主模型。

喷墨法:

  喷墨法是一种注射打印液体树脂的方法,就像喷墨印表机在纸上打印的那样。

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  模型程序:1.当喷墨头沿X和Y方向运动时,注入树脂和支撑材料。注入树脂后,将表面切成规定厚度的辊式切割器。完成第一层后,将分层间隔的分样段降至Z方向,以便固化第二层。四、完成成型产品时重复同样的动作。

  所用材料:用于喷墨的材料有ABS树脂近似ABS,PP,橡胶等。若有多个喷嘴,就可以组合使用这些材料。

  特性:可快速制作复杂精密的成型产品。这个模型的表面很光滑。用溶液可以轻易地除去支撑材料。

粉体石膏成型:

  粉状石膏成型是利用激光或粘结剂将粉末作为材料放置在成型台上。

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  使用3D打印机,成型速度最快,能制作出精细成型产品。另外,由于其可加墨着色,是一种常用的人物造型方法,它可创造全彩造型。

  模型制作过程:1.在模型制作阶段用粉状材料覆盖。从喷墨头喷入粘合材料使其硬化。当第一层完成后,沿Z方向减少层压间距,分样。四、完成成型产品时重复同样的动作。

  所用材料:粉状石膏成型所用材料为石膏。石膏具有材料成本低、强度弱、脆性强等优点。

  特性:可快速制作复杂精密的成型产品。无需辅助材料。色彩打印支持。灰泥使强度减弱。

粉体烧结成型:

  粉体烧结成型是将金属粉末和树脂粉末铺放于成型台面,用激光熔融、烧结(固化)而成。因为材料为粉末,可以形成复杂的形状,但是表面会比较粗糙。

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  建模过程:1. 使用辊子在成型阶段放置一层粉末。2. 用紫外线激光固定第一层。3.完成第一层后,沿 Z 方向降低层压间距分样阶段。4. 完成成型产品,同时重复相同的操作。

  使用的材料:粉末烧结成型中使用的材料是尼龙、铜、钛和陶瓷等粉末材料。

  特点:各种材料,如金属和树脂,可以使用。不需要支持材料。


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