3类3D打印机的技术原理

2020-10-14 14:22:53 anet 8

3D打印是什么

  我们首先来简单地介绍一下3D打印技术。3D打印是一种制造三维结构实体的技术。这是一种制造增材的工艺。何谓增材?即通过将原料层层累积,使不断添加的原料最终完成成品的工艺。这一概念与某些传统工艺相对应,例如,传统工艺中雕塑的制作,是通过对整块材料的连续裁剪,最终完成成品,而非增材制造技术。工作中的3D打印机需要与软件相匹配,常用的3D建模文件通常采用STL格式。根据设计者在文档中的模型,3D打印机采用了不同的技术,将3D打印材料层层叠加。由于材料层很薄,固化速度很快,最终形成三维实体。

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  现在的商用和早期的发展阶段,出现了许多3D打印技术。印刷材料因工艺不同而有差异。下面把这些技术大致分成三类:

3D打印机分类

  1. 挤出成型(FDM,FFF)

  2. 树脂打印(SLA,DLP)

  3. 粉体打印(SLS,SLM,DMLS…)

FDM(熔融层积成型技术)和 FFF (熔丝制造)

  挤出制造过程包括FDM(熔融层积成型技术)和FFF(熔丝制造),正如其名称所示,FFF制造过程是将打印材料从喷头中一点点挤压出来。塑料热熔性线材(PLA或ABS)经常被用作打印材料。

PLA 3D打印机耗材

PLA 3D打印机耗材

  3D打印机工作原理是将打印材料加热,由于是热熔材料,因此加热后即在喷头上熔化,然后喷出。喷头在打印过程中水平移动,下面的托盘用作底座。熔融的材料从喷头挤压出一层后,托盘略向下,喷头继续向前一层上方喷出另一层材料。堆积层迅速固化,并相互结合,最终形成3D实体。

  这种技术最常见于桌面式3D打印机,操作简单,使用方便,但打印精度不高,表面有纹理。

FDM 3D打印机

FDM 3D打印机原理

树脂3D打印机原理

  立体光固化3D打印(SLA)和DLP(数码光处理)

  这种类型的打印技术是采用树脂材料,它是基于光固化原理。何谓光固化?简而言之,就是采用一种特殊的感光树脂,使其暴露于特殊光束中而硬化。这样的打印机将有一个光源,通过光源照射感光树脂,感光树脂将被固化,最后层层积累形成3D实体。


光固化3D打印机树脂槽

  在光固化下,将会有一个材料槽(上图中的),其中装有液体感光树脂材料,作为基板浸入材料槽。由光源发出的光束可以对液体感光树脂进行点对点固化(SLA)或全层固化(DLP)。如果一个图层完成了,托盘稍微向上移动,(如果有光源),重复操作形成一个新图层。最后,每一层都结合在一起,形成一个三维的实体。

  DLP技术适用于要求高精度、表面光滑的印刷。某些材料可以直接用来铸造。因此这种技术在珠宝和牙科行业得到了广泛的应用。

光固化3D打印机

 光固化3D打印机原理

粉体熔融工艺

  SLS 3D打印(选择性激光烧结),SLM 3D打印(选择性激光熔化),EBM 3D打印(电子束熔化)

  该类3D打印机使用粉末(如塑料,陶瓷,金属粉末等)。其关键技术有SLS(选择性激光烧结)和SLM(选择性激光熔化)。这种列式打印机主要应用于多种工业应用的金属等材料的打印,其设备复杂,操作技术要求高。本文不再详细讨论,简单介绍一下SLS(选择性激光烧结)技术的应用情况。激光喷涂技术就是利用激光束烧结粉末材料,利用激光束的能量将喷涂粉末材料(塑料、陶瓷、金属等)组合起来形成实体结构。在SLS技术打印机中,有一个类似沙盒的打印盘,在软件监控下,激光根据3D模型逐层将粉末组合起来,实现最终实体。在单层打印完成后,打印托盘垂直下移,使新形成的层在前一层以上累积。

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SLS技术3D打印机原理

  看到上面这些,有没有感觉到3D打印技术其实并不那么高冷?各种3D打印机原理不同,所用的打印材料也就不同。从最终产品的质量要求、使用情况、以及打印机的操作技术要求和成本等方面考虑,各行业都有自己最适用的技术。


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