3D打印技術出現在20世紀90年代中期,實際上是利用光固化和紙層疊等技術的最新快速成型裝置。3D打印,即快速成型技術的一種,它是一種以數字模型文件為基礎,運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層打印的方式來構造物體的技術。
基本概念3D打印(ThreeDimension Printing,簡稱3DP)技術,是指通過連續的物理層疊加,逐層增加材料來生成三維實體的技術,與傳統的去除材料加工技術不同,因此又稱為添加制造或增材制造(AdditiveManufacturing,簡稱AM)技術,以前稱為快速成型(RapidPrototyping,簡稱RP)技術。
作為一種綜合性應用技術,3D打印綜合了數字建模技術、精密機械、機電控制技術、信息技術、材料科學與化學等諸多方面的前沿技術知識,具有很高的科技含量。3D打印機是3D打印的核心裝備,它是集機械、控制及計算機技術等為一體的複雜機電一體化系統,主要由高精度機械系統、數控系統、噴射系統和成型環境等子系統組成。
3D打印技術,從狹義上來說,主要是指增材成型技術;從成型工藝上看,3D打印技術突破了傳統成型方法,它通過快速自動成型系統與計算機數據模型結合,無需任何附加的傳統模具制造和機械加工,就能夠制造出各種形狀複雜的原型,這使得産品的設計生産周期大大縮短,生産成本大幅下降。
技術原理3D打印有多種技術種類,每種打印技術的打印材料都是不一樣的。
不同的材料按形狀來分,主要有絲狀、液狀和粉末狀三種。這三種類型的材料都有各自所對應的打印技術。
一、絲狀材料絲狀材料主要有3種3D打印技術。
1、熔融沉積造型(簡稱FDM)Fused deposition modeling
基本材料:熱塑性材料,如PLA、蠟、ABS、尼龍等。
原理簡介:
是一種不依靠激光作為成型能源、而将各種絲材(如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等)加熱熔化進而堆積成型方法。
2、熔絲制造(簡稱FFF,類FDM)Fused Filament Fabrication
基本材料:熱塑性材料,如PLA、蠟、ABS、尼龍等。
原理簡介:
與FDM原理相似,不同的是噴頭處擠出的為較細的絲狀。
3、融化壓模式(簡稱MEM,類FDM)Melted and Extrusion Modeling
基本材料:熱塑性材料,如PLA、蠟、ABS、尼龍等。
原理簡介:
工藝原理是材料先抽成絲狀,通過送絲機構送進噴頭,在噴頭内被加熱熔化,噴頭沿零件截面輪廓和填充軌迹運動,同時将熔化的材料擠出,材料迅速固化,并于周圍的材料粘結,層層堆積成型。
二、液狀材料液狀材料主要有3種3D打印技術。
1、光固化立體造型技術(簡稱SLA)Stereo Lithography Apperance
基本材料:光敏樹脂。
原理簡介:
它用激光選擇性地讓需要成型的液态光敏樹脂發生聚合反應變硬,從而造型。
2、數字光處理(簡稱DLP,類SLA)Digital Light Processing
基本材料:光敏樹脂。
原理簡介:
這種技術要先把影像信号經過數字處理,然後再把光投影出來,與SLA原理極為相像,不過DLP成型一次能成型一個面,速度得到大大提升。
3、聚合物噴射技術(簡稱PolyJet,類SLA)PolyJet
基本材料:光敏樹脂。
原理簡介:
利用液态光敏樹脂在紫外光照射下會快速固化的特性,每一層感光聚合材料在被噴射後立即用紫外線光進行凝固,從而制作出完全凝固的模型。
三、粉狀材料粉狀材料主要有7種3D打印技術。
1、電子束自由成形制造(簡稱EBF,類DMLS)Electron beam freeform fabrication
基本材料:金屬、合金。
原理簡介:
是一種采用電子束作為熱源,利用離軸金屬絲建造零件的工藝。
2、電子束熔化技術(簡稱EBM,類SLM)Electron Beam Melting
基本材料:金屬、合金。
原理簡介:
通過高真空中的電子束來熔化金屬粉末層,從而制造産品。
3、直接金屬激光燒結(簡稱DMLS)Direct metal laser sintering
基本材料:金屬、合金。
原理簡介:
使用高能量的激光束再由3D模型數據控制來局部熔化金屬基體,同時燒結固化粉末金屬材料并自動地層層堆疊,以生成緻密的幾何形狀的實體零件。
4、選擇性激光熔化成型(簡稱SLM)Selective Laser Melting
基本材料:金屬及合金,如钛合金,钴鉻合金,不鏽鋼,鋁。
原理簡介:
利用金屬粉末在激光束的熱作用下完全熔化、經冷卻凝固而成型的一種技術。
5、選擇性熱燒結(簡稱SHS,類SLS)Selective heat sintering基本材料:熱塑性粉末(主要是純粉料,區别于混合粉末)。
原理簡介:
工作過程與SLS類似,不同的是,SHS使用的是熱敏打印頭,而非激光打印頭。
6、選擇性激光燒結(簡稱SLS)Selective laser sintering
基本材料:熱塑性材料、金屬、陶瓷、石蠟、複合粉末材料。
原理簡介:
SLS用的不是液态的光敏樹脂,而是粉末。激光的能量讓粉末産生高溫和相鄰的粉末發生燒結反應連接在一起。
7、粉末層噴頭3D打印(簡稱PP、3DP)Powder bed and inkjet head 3d printin
基本材料:石膏、熱塑性塑料、陶瓷、金屬。
原理簡介:
與SLS工藝類似,采用粉末材料成形,不同的是材料粉末不是通過燒結連接起來的,而是通過噴頭用粘接劑(如矽膠)将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。
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