3D打印工艺分析

1、3D打印技术概述3D打印（3DPrinting）是快速成型技术的一种，也称为增材制造技术（AdditiveManufacturing,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快速成型技术激光光固化技术（StereolithographyApparatusSLA）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C

2、harlesW.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：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<0.1m）；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%。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

3、工艺过程如下图所示:SLA工艺原理图FDM快速成型技术2.1FDM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。

4、3. FDM快速成型工艺的特点3.1 FDM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。3.2 FDM工艺的优缺点FDM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

5、)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：(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。

6、(6)喷头容易发生堵塞，不便维护。3.3FDM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3-1FDM工艺与其它几种快速成型工艺方法的比较SLALOMSLSFDM成型速度较快快较慢较慢原型精度高较局较低较低制造成本较局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纸、金属箔、石蜡、塑料、石蜡、尼龙、ABS、树脂等塑料薄膜等金属、陶瓷等低熔点金属等表3-2FDM工艺方法与其SLA、SLS若干特性的比较比较项FDMSLASLS占地空间、电力需求、电力环境设备价格操作成本维修成本设备操作难易程度后处理材料种类材料实用性材料弹性材料强度材料抗剪性材