3D打印是制造業(yè)領(lǐng)域的一項新興技術(shù),被稱為“具有工業(yè)革命意義的制造技術(shù)”。近年來,隨著工業(yè)技術(shù)的進步,3D打印技術(shù)得到迅速發(fā)展并得到媒體的廣泛關(guān)注。本篇文章為大家整理十大3D打印技術(shù),用動圖的方式生動呈現(xiàn)出其原理,讓你快速了解3D打印是怎么回事。
文中給大家分享的是3D打印原理高分子篇和金屬篇,主要介紹SLA、CLIP、3DP、PolyJet、FDM五大技術(shù),以及NPJ、SLM、SLS、LMD和EBM五大金屬3D打印原理。
1、SLA(StereoLithography) SLA即光固化成形技術(shù),指利用紫外光照射液態(tài)光敏樹脂發(fā)生聚合反應(yīng),來逐層固化并生成三維實體的成形方式,SLA制備的工件尺度精度高,是商業(yè)化的最早3D打印技術(shù)。以下是SLA工藝工程:
紫外激光源 光固化反應(yīng) 逐層掃描成形
2、CLIP CLIP即連續(xù)液體界面提取技術(shù),是在Carbon 3D公司在SLA技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)的具有革命性的3D打印技術(shù),將3D打印的速度提高了100倍! CLIP從底部投影,使光敏樹脂固化,不需要固化的部分通過控制氧氣,形成死區(qū),抑制光固化反應(yīng)而保持穩(wěn)定的液態(tài)區(qū)域,這樣就保證了固化的連續(xù)性。
光固化反應(yīng) 氧氣抑制光固化過程 光固化死區(qū)演示 CLIP成形過程
3、3DP(Three-DimensionalPrinting) 3DP即三維打印快速成形技術(shù),其與傳統(tǒng)二維噴墨打印接近,從噴頭噴出粘結(jié)劑(彩色粘結(jié)劑可以打印出彩色制件),將平臺上的粉末粘結(jié)成形,通常用采用石膏粉作為成形材料。3DP技術(shù)目前主要應(yīng)用有兩個:全彩3D打印及砂模鑄造。以下是Exone公司用3DP技術(shù)進行砂模鑄造的過程:
粘結(jié)劑噴射 加熱固化 打印成形 鑄造成形
4、PolyJet PolyJet即聚合物噴射技術(shù),其成形原理類似3DP技術(shù),但噴射的不是粘合劑而是光固化樹脂,噴射完成后通過紫外光照射固化成形。
PolyJet成形原理
PolyJet采用陣列式噴頭,甚至可以同時噴射不同材料,實現(xiàn)多種材料、多色材料同時打印。
陣列噴頭工作過程 PolyJet打印過程
5、FDM(FusedDeposition Modeling) FDM即熔融層積技術(shù),利用高溫將材料熔化,通過打印頭擠出成細(xì)絲,在構(gòu)件平臺堆積成形。FDM是最簡單也是最常見的3D打印技術(shù),通常應(yīng)用于桌面級3D打印設(shè)備。以下是FDM技術(shù)的工作原理:
模型處理 耗材擠出成形 逐層打印過程 去除支撐 表面處理
金屬3D打印技術(shù)可以直接用于金屬零件的快速成形制造,具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景,是國內(nèi)外重點發(fā)展的3D打印技術(shù),下面跟大家分享NPJ、SLM、SLS、LMD和EBM五大金屬3D打印原理。
6.NPJ(Nano Particle Jetting) NPJ技術(shù)是以色列公司Xjet最新開發(fā)出的金屬3D打印成形技術(shù),與普通的激光3D打印成形相比,其使用的是納米液態(tài)金屬,以噴墨的方式沉積成形,打印速度比普通激光打印快5倍,且具有優(yōu)異的精度和表面粗糙度。以下是Xjet設(shè)備工作過程:
金屬顆粒細(xì)化 金屬顆粒分布在液滴中 液滴噴射成形過程 液相排出過程 燒結(jié)后的制件
7.SLM(Selective Laser Melting) SLM即激光選區(qū)熔化成形技術(shù),是目前金屬3D打印成形中最普遍的技術(shù),采用精細(xì)聚焦光斑快速熔化預(yù)置金屬粉末,直接獲得任意形狀以及具有完全冶金結(jié)合的零件,得到的制作致密度可達99%以上。激光振鏡系統(tǒng)是SLM的關(guān)鍵技術(shù)之一,以下是 SLM Solution公司的振鏡系統(tǒng)工作圖:
激光發(fā)射 激光傳輸 掃描振鏡 激光掃描熔化 金屬粉末熔化過程
金屬3D打印過程中,由于制件通常較復(fù)雜,需要打印支撐材料,制件完成后需要去除支撐,并對制件的表面進行處理。
取出制件 去除支撐 后處理
8.SLS(Selective Laser Sintering) SLS即選區(qū)激光燒結(jié)成形技術(shù),與SLM技術(shù)類似,區(qū)別是激光功率不同,通常用于高分子聚合物的3D打印成形。以下是SLS制備塑料制件的過程:
模型分層切片 制件的取出 后處理 SLS也可用于制造金屬或陶瓷零件,但所得到的制件致密度低,且需要經(jīng)過后期致密化處理才能使用。
SLS制造金屬零件
9.LMD(Laser Metal Deposition) LMD即激光熔覆成形技術(shù),該技術(shù)名稱繁多,不同的研究機構(gòu)獨立研究并獨立命名,常用的名稱包括:LENS, DMD, DLF, LRF等,與SLM最大不同在于,其粉末通過噴嘴聚集到工作臺面,與激光匯于一點,粉末熔化冷卻后獲得堆積的熔覆實體。以下是LENS技術(shù)的工作過程:
同軸送粉 構(gòu)建過程
10.EBM(Electron Beam Melting) EBM即電子束熔化技術(shù),其工藝過程與SLM非常相似,區(qū)別在于,EBM所使用的能量源為電子束。EBM的電子束輸出能量通常比SLM的激光輸出功率大一個數(shù)量級,掃描速度也遠(yuǎn)高于SLM,因此EBM在構(gòu)建過程中,需要對造型臺整體進行預(yù)熱,防止成形過程中溫度過大而帶來較大的殘余應(yīng)力。以下是EBM工作過程:
整體預(yù)熱 成形過程 熔化過程中粉末的變化 |
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