《产品模型制作》课件-3.3D打印技术认知-常见的3D打印技术

2021PRODUCTDESIGN产品模型制作3D打印技术认知——常见的3D打印技术FDM3D打印技术SLA3D打印技术12PrototypeConcept,Application&SkillSLS3D打印技术3SLM3D打印技术4其它3D打印技术5课程目标01知识目标1、了解不同3D打印技术的原理、特点2、了解不同3D打印技术的优缺点3、了解不同3D打印技术所使用的材料特点02技能目标1、能够根据打印要求选择合适的打印技术2、能够根据打印技术选择合适的打印材料03素养目标1、能够掌握不同打印技术的核心内容2、能够通过学习发挥创造性和创新性熔融沉积成型技术（FusedDepositionModeling），简称FDM技术。一、熔融沉积成型技术FDM技术是当前全世界应用最为广泛的一种3D打印技术，同时也是最早开源的3D打印技术之一。由于它的技术门槛和成型材料成本低，目前很多消费级的3D打印机都采用这种工艺。一、熔融沉积成型技术

利用加热头把热熔性材料加热到临界状态，使其呈现半流体状态，加热喷头受计算机控制，根据水平分层数据作二维几何轨迹运动。丝材送至喷头，经过加热、熔化，从喷头挤出粘结到工作台面，然后快速冷却并凝固。每一层截面完成后，工作台下降一层的高度，再继续进行下一层的造型。如此重复，直至完成整个实体的造型。成型原理一、熔融沉积成型技术双喷头熔融沉积工艺的基本原理熔融沉积成型工艺在原型制作时需要同时制作支撑，为了节省材料成本和提高沉积效率，新型FDM设备采用了双喷头或多喷头设计，一个喷头用于沉积模型材料，一个喷头用于沉积支撑材料。FDM技术作为3D打印技术的一种，其优点如下：一、熔融沉积成型技术3D打印机设备体积较小，而耗材也是成卷的丝材，便于搬运设备材料体积较小没有使用或者使用过程中废弃的成型材料和支撑材料可以进行回收，加工再利用原料利用率高采用的支撑材料多为水溶性材料，剥离较为简单，不需要进行固化处理后处理简单FDM技术不采用激光器，设备运营维护成本较低，而其成型材料也多为ABS、PC等产用工程塑料，成本同样较低成本低要有ABS、石蜡、人造橡胶、聚酯热塑性塑料等低熔点材料，以及低熔点金属、陶瓷等的丝料成型材料范围广在较为封闭的3D打印室内进行，且不涉及高温、高压，没有有毒有害物质排放环境污染小一、熔融沉积成型技术FDM技术的不足之处：成型时间较长需要支撑材料精度低一、熔融沉积成型技术成型材料成型材料要求黏度低、熔融温度低、粘结性好、收缩率小。一般为丝状的热塑性材料，如ABS、PLA、石蜡、尼龙等低熔点材料或低熔点金属、陶瓷等丝材。支撑材料支撑材料有两种类型：一种是剥离性支撑，需要手动剥离零件表面的支撑；另一种是水溶性支撑，它可以分解于碱性水溶液。FDM技术材料及支撑材料支撑材料一般要求耐高温、具有水溶性或者酸溶性、具有较低的熔融温度、流动性要好、与成型材料不浸润，便于后处理等特点。

光固化成型工艺（StereoLithographyApparatus）简称为SLA，是目前世界上研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的一种3D打印工艺方法。二、光固化成型工艺（SLA)

它以光敏树脂为原料，通过计算机控制紫外激光使其逐层凝固成型。这种方法能简捷、全自动地制造出表面质量和尺寸精度较高、几何形状较复杂的原型。通过使用光敏树脂来打印零件。系统控制激光光束在树脂液面上扫描，使树脂液面固化形成扫描的零件横截面层膜。固化一层后，在刚形成的层膜上再覆盖一层液态树脂，并继续扫描，新固化的一层牢固地粘结在前一层上。如此重复直至整个零件制造完毕，得到一个三维实体原型。二、光固化成型工艺（SLA)成型原理二、光固化成型工艺（SLA)成型原理SLA光敏树脂3D打印机器扫描过程SLA光敏树脂3D打印过程演示二、光固化成型工艺（SLA)光固化成型在当前应用较多的几种3D打印工艺方法中，其具体的优点如下：（1）成型过程自动化程度高（2）尺寸精度高，SLA原型的尺寸精度可以达到±0.1mm（3）可以制作结构十分复杂、尺寸比较精细的模型（4）制作的原型可以一定程度地替代塑料件SLA技术优缺点当然，和其他几种3D打印工艺方法相比，该方法也存在着许多缺点：二、光固化成型工艺（SLA)成型过程中伴随着物理和化学变化，制件较易弯曲，需要支撑，否则会引起制件变形。液态树脂固化后的性能尚不如常用的工业塑料，一般较脆，易断裂。设备运转及维护成本较高，液态树脂材料和激光器的费用也比较高使用的材料较少，可用的材料主要为感光性的液态树脂材料工作环境要求苛刻。液态树脂有一定的气味和毒性，并且需要避光保护，选择时有局限性。后处理相对繁琐。打印出的工件需用进行清洗，并进行二次固化。二、光固化成型工艺（SLA)液态光固化树脂（液态光敏树脂）SLA技术材料用于光固化成型的材料一般为液态光固化树脂，或称液态光敏树脂。二、光固化成型工艺（SLA)光固化成型材料根据工艺和原型使用要求，要求具有黏度低、流平快、固化速度快、固化收缩小、溶胀小、毒性小等性能特点。液态光固化树脂（液态光敏树脂）SLA技术材料

将一层粉末材料平铺在已成型零件的上表面，并加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度，控制系统控制激光束按照该层的截面轮廓在粉层上扫描，使粉末的温度升到熔化点，进行烧结并与下面已成型的部分实现粘结。一层完成后，工作台下降一层厚度，铺料辊在上面铺上一层均匀密实粉末，进行新一层截面的烧结，直至完成整个模型。选择性激光烧结（SelectiveLaserSintering）,简称SLS技术。三、选择性激光烧结（SLS）SLS成型系统的工作原理示意图三、选择性激光烧结（SLS）成型零件的复杂程度高适用于有悬臂结构、中空结构以及细管道结构的零件生产。成型材料广泛任何能够吸收激光能量而粘度降低的粉末材料都可以作为SLS的成型材料材料利用率高，成本低在SLS过程中，未被激光扫描到的粉末材料可以被重复利用无需支撑，容易清理由于未烧结的粉末可以对成型件的空腔和悬臂部分起支撑作用，不必专门设置支撑结构SLS技术优点三、选择性激光烧结（SLS）表面相对粗糙，需要作后期处理烧结过程挥发异味设备成本高SLS技术的缺点如下：三、选择性激光烧结（SLS）SLS技术是一种以激光为热源烧结粉末材料成型的快速成型技术。任何受热后能融化并粘结的粉末均可作其打印用料，包括高分子粉末材料、陶瓷粉、蜡粉、树脂砂、金属粉末及它们的复合粉末。高分子粉末材料应具有粉末熔融结块温度低、流动性好、收缩小、内应力小和强度高等特点。SLS技术材料四、激光选区熔化工艺（SLM)激光选区熔化（SelectiveLaserMelting），简称SLM）采用逐层叠加的方式，通过高功率密度的激光器选择性地熔化预置金属粉末的技术。打印时在基板上铺一层金属粉末，激光束将按零件各层截面轮廓选择性地熔化粉末，加工出当前层。一层烧结完成后，升降系统下降一个截面层的高度，铺粉辊在已成型好的截面层上再铺一层金属粉末，烧结下一层，如此层层加工，直到整个零件烧结完毕。SLM成型工艺基本原理四、激光选区熔化工艺（SLM)SLM技术的优点无模制造采用新的制造理念，无需制造模具，直接一次性成型，大大减少了开模制模所耗费的时间冷却凝固速度快具有微区熔融与凝固的特点，熔化的金属熔池小，冷却凝固速度极快，具有极大的过冷度高质量以高能量密度的激光器为热源，可以获得质量良好的表面和高致密度的零件自由成型不会受到零件复杂形貌的影响，具有高度的自由成型能力四、激光选区熔化工艺（SLM)设备成本相对较高材料没有统一的标准和工艺，粉末质量参差不齐，价格相对昂贵成型的金属零件存在一定缺陷需要加设支撑结构，增加成本，降低成型精度SLM技术的缺点如下：SLM使用的原材料为金属粉末，常见的材料包括不锈钢、钴铬合金、钛合金、铝合金等四、激光选区熔化工艺（SLM)SLM技术材料五、其它3D打印技术三维立体印刷工艺（3DP）PolyJet技术数字光处理技术……叠层实体成型技术（LOM)叠层实体成型技术（LOM)根据三维CAD模型每个截面的轮廓线，在计算机控制下，发出控制激光切割系统的指令，使切割头作X和Y方向的移动。供料机构将底面涂有热溶胶的箔材（如涂覆纸、涂覆陶瓷箔等）送至工作台的上方。激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓用二氧化碳激光束对箔材沿轮廓线将工作台上的纸割出轮廓线，并将纸的无轮廓区切割成小碎片。然后，由热压机构将一层层纸压紧并粘合在一起。可升降工作台支撑正在成型的工件，并在每层成型之后，降低一个纸厚，以便送进、粘合和切割新的一层纸。最后形成由许多小废料块包围的三维原型零件。五、其它3D打印技术在上一层粘结完毕后，成型缸下降一个距离，供粉缸上升一高度，推出若干粉末，并被铺粉辊推到成型缸，铺平并被压实。喷头在计算机控制下，按下一建造截面的成形数据有选择地喷射粘结剂建造层面。铺粉辊铺粉时多余的粉末被集粉装置收集