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3d打印的原理和過程

生活 更新时间:2025-02-06 03:12:58

3D打印是制造業領域的一項新興技術,被稱為“具有工業革命意義的制造技術”。今天小編為大家整理十大3D打印技術,用動圖的方式生動呈現出其原理。主要介紹SLA、CLIP、3DP、PolyJet、FDM五大技術,以及NPJ、SLM、SLS、LMD和EBM五大金屬3D打印原理。

1.SLA(StereoLithography)


SLA即光固化成型技術,指利用紫外光照射液态光敏樹脂發生聚合反應,來逐層固化并生成三維實體的成型方式,SLA制備的工件尺度精度高,是商業化的最早3D打印技術。


以下是SLA工藝工程。


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紫外激光源


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光固化反應



逐層掃描成型


2.CLIP


CLIP即連續液體界面提取技術,是在Carbon 3D公司在SLA技術的基礎上開發的具有革命性的3D打印技術,将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,抑制光固化反應而保持穩定的液态區域,這樣就保證了固化的連續性。



光固化反應


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氧氣抑制光固化過程


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光固化死區演示


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CLIP成型過程


3.3DP(Three-DimensionalPrinting)


3DP即三維打印快速成型技術,其與傳統二維噴墨打印接近,從噴頭噴出粘結劑(彩色粘結劑可以打印出彩色制件),将平台上的粉末粘結成型,通常用采用石膏粉作為成型材料。3DP技術目前主要應用有兩個:全彩3D打印及砂模鑄造。


以下是Exone公司用3DP技術進行砂模鑄造的過程。



粘結劑噴射



加熱固化



打印成型


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鑄造成型


4.PolyJet


PolyJet即聚合物噴射技術,其成型原理類似3DP技術,但噴射的不是粘合劑而是光固化樹脂,噴射完成後通過紫外光照射固化成型。


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PolyJet成型原理


PolyJet采用陣列式噴頭,甚至可以同時噴射不同材料,實現多種材料、多色材料同時打印。


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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,利用高溫将材料熔化,通過打印頭擠出成細絲,在構件平台堆積成型。FDM是最簡單也是最常見的3D打印技術,通常應用于桌面級3D打印設備。


以下是FDM技術的工作原理。


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模型處理


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耗材擠出成型


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逐層打印過程


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去除支撐



表面處理


金屬3D打印技術可以直接用于金屬零件的快速成型制造,具有廣闊的工業應用前景,是國内外重點發展的3D打印技術,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技術是以色列公司Xjet最新開發出的金屬3D打印成型技術,與普通的激光3D打印成型相比,其使用的是納米液态金屬,以噴墨的方式沉積成型,打印速度比普通激光打印快5倍,且具有優異的精度和表面粗糙度。


以下是Xjet設備工作過程。



金屬顆粒細化


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金屬顆粒分布在液滴中


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液滴噴射成型過程


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液相排出過程


燒結後的制件


7.SLM(Selective Laser Melting)


SLM即選區激光熔化成型技術,是目前金屬3D打印成型中最普遍的技術,采用精細聚焦光斑快速熔化預置金屬粉末,直接獲得任意形狀以及具有完全冶金結合的零件,得到的制作緻密度可達99%以上。


激光振鏡系統是SLM的關鍵技術之一,以下是SLM Solution公司的振鏡系統工作圖。


激光發射


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激光傳輸


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掃描振鏡


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激光掃描熔化


金屬粉末熔化過程


金屬3D打印過程中,由于制件通常較複雜,需要打印支撐材料,制件完成後需要去除支撐,并對制件的表面進行處理。


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取出制件


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去除支撐


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後處理


8.SLS(Selective Laser Sintering)


SLS即選區激光燒結成型技術,與SLM技術類似,區别是激光功率不同,通常用于高分子聚合物的3D打印成型。


以下是SLS制備塑料制件的過程。


模型分層切片



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制件的取出


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後處理


SLS也可用于制造金屬或陶瓷零件,但所得到的制件緻密度低,且需要經過後期緻密化處理才能使用。


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SLS制造金屬零件

9.LMD(Laser Metal Deposition)

LMD即激光熔覆成型技術,該技術名稱繁多,不同的研究機構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台面,與激光彙于一點,粉末熔化冷卻後獲得堆積的熔覆實體。

以下是LENS技術的工作過程。



同軸送粉


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構建過程


10.EBM(Electron Beam Melting)


EBM即電子束熔化技術,其工藝過程與SLM非常相似,區别在于,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量級,掃描速度也遠高于SLM,因此EBM在構建過程中,需要對造型台整體進行預熱,防止成型過程中溫度過大而帶來較大的殘餘應力。

以下是EBM工作過程。


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整體預熱

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成型過程

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熔化過程中粉末的變化


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