3D打印工艺分析

1 3D 打印技术概述打印技术概述 3D 打印 3D Printing 是快速成型技术的一种 也称为增材制造技术 Additive Manufacturing AM 是一种以数字模型文件为基础 以材料 逐层累加的方式制造实体零件的技术 3D 打印技术概念起源于 19 世纪 从上世纪 80 年代末正式应用到现在已经有 30 多年历史 3D 打印通常是采 用 3D 打印机来实现 常在模具制造 工业设计等领域被用于制造模型 后逐渐用于一些产品的直接制造 SLA 快速成型技术快速成型技术 激光光固化技术 Stereolithography Apparatus SLA 特定波长与强度的激 光聚焦到光固化材料表面使其逐层凝固叠加构成三维实体 又称立体光刻 成型 该工艺最早由 Charles W Hull 于 1984 年提出并获得美国国家专利 是最早发展起来的 3D 打印技术之一 SLA 工艺也成为了目前世界上研究最 为深入 技术最为成熟 应用最为广泛的一种 3D 打印技术 SLA 快速成型工艺的优势主要有以下几点 快速成型工艺的优势主要有以下几点 紫外激光通过聚焦 光斑直径 0 15mm 成型精度高 可成型精细结构 如戒指等 制作任意复杂结构零件 如空心零件 表面光洁度高 表面 Ra 0 1 m 成型过程高度自动化 后处理简单 点支撑 易去除 材料利用率接近 100 2 SLA 工艺成型效率高 系统运行相对稳定 成型工件表面光滑精度也有保 证 适合制作结构异常复杂的模型 能够直接制作面向熔模精密铸造的中 间模 其工艺过程如下图所示 FDM 快速成型技术快速成型技术 2 1 FDM 快速成型的原理快速成型的原理 熔融沉积制造法 FDM 快速成型技术的软件系统由几何建模和信息处 理组成 1 几何建模单元是设计人员借助三维软件 如 Pro E UG 等 来 完成实体模型的构造 并以 STL 格式输出模型的几何信息 2 信息处理单元主要完成 STL 文件处理 截面层文件生成 填充 计算 数控代码生成和对成形系统的控制 如果根据 STL 文件判断出成形过程需要支撑的话 先由计算机设计出 支撑结构并生成支撑 然后对 STL 格式文件分层切片 最后根据每一层 SLA 工艺原理图工艺原理图 3 的填充路径 将信息输给成形系统完成模型的成形 最后对其进行表面处 理 FDM 的成型流程图如图 2 1 所示 3 FDM 快速成型工艺的特点快速成型工艺的特点 3 1 FDM 成型材料的选择成型材料的选择 熔融沉积工艺使用的材料分为两部分 一类是成型材料 另一类是支 撑材料 FDM 工艺对成型材料的要求是熔融温度低 粘度低 粘结性好 收缩 率小 FDM 工艺对支撑材料的要求是能承受一定高温 与成型材料不浸润 具有水溶性或者酸溶性 熔融温度较低 流动性好 图图 2 2 FDM 系统模型图系统模型图 图 2 1 FDM 成型流程图 STL 文件数据转换 熔融沉积成型 表面处理 三维模型 分层切片 加入支撑 建立三维实体模型 4 3 2 FDM 工艺的优缺点工艺的优缺点 FDM 快速成型工艺的优点快速成型工艺的优点 1 成本低 熔融沉积造型技术用液化器代替了激光器 设备费用 低 另外原材料的利用效率高且没有毒气或化学物质的污染 使得成型成 本大大降低 2 采用水溶性支撑材料 使得去除支架结构简单易行 可快速构 建复杂的内腔 中空零件以 及一次成型的装配结构件 3 原材料以卷轴丝的形式提供 易于搬运和快速更换 4 可选用多种材料 如各种色彩的工程塑料 ABS PC PPS 以及 医用 ABS 等 5 原材料在成型过程中无化学变化 制件的翘曲变形小 6 用蜡成型的原型零件 可以直接用于熔模铸造 7 FDM 系统无毒性且不产生异味 粉尘 噪音等污染 不用花钱 建立与维护专用场地 适合于办公室设计环境使用 8 材料强度 韧性优良 可以装配进行功能测试 FDM 成型工艺与其它快速成型工艺相比 也存在着许多缺点 成型工艺与其它快速成型工艺相比 也存在着许多缺点 1 原型的表面有较明显的条纹 2 与截面垂直的方向强度小 3 需要设计和制作支撑结构 4 成型速度相对较慢 不适合构建大型零件 5 原材料价格昂贵 5 6 喷头容易发生堵塞 不便维护 3 3 FDM 与其它工艺的比较与其它工艺的比较 将 FDM 与 SLA LOM SLS FDM 快速成型工艺的指标如成型速度 精度 制 造成本 复杂程度 零件大小等方面的比较情况如表 3 1 所示 将 FDM 与 SLA SLS 设备 成本 操作难易 材料种类 性能及生产应用等特性的比较如表 3 2 所示 表表 3 1 FDM 工艺与其它几种快速成型工艺方法的比较工艺与其它几种快速成型工艺方法的比较 表表 3 2 FDM 工艺方法与其工艺方法与其 SLA SLS 若干特性的比较若干特性的比较 比较项FDMSLASLS 设备价格 操作成本 维修成本 设备操作难易程度 后处理 占地空间 电力需求 电力环 境等 材料种类 材料实用性 指标SLALOMSLSFDM 成型速度较快快较慢较慢 原型精度高较高较低较低 制造成本较高低较低较低 复杂程度复杂简单复杂中等 零件大小中小件中大件中小件中小件 常用材料热固性光敏 树脂等 纸 金属箔 塑料薄膜等 石蜡 塑料 金属 陶瓷等 粉末 石蜡 尼龙 ABS 低熔点金 属等 6 材料弹性 材料强度 材料抗剪性 材料抗拉性 建造速度 生产能力 零件精度及表面粗糙度 生产应用 以上就是以上就是 3D 打印比较常用的两种 熔融