02项目一 3D打印技术分类与原理

1.23D打印技术分类与原理项目一ClassificationandPrinciplesof3DPrintingTechnology3D打印技术分类与原理概述1.3D打印技术分类与原理《国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）》中根据所用耗材和成型原理的差异，将主流3D打印技术分为以下几类：3D打印技术分类表

1.3D打印技术分类与原理熔融沉积成型技术（FDM）

FDM技术具体原理是将丝状的热熔性材料加热融化，同时材料喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地挤出涂敷在成型平台上，挤出的材料快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后，机器成型平台下降一个分层厚度，继续成型下一层，直至完成整个实体模型。如图所示。FDM所用耗材比较廉价，不会产生毒气和化学污染的危险。但是FDM打印成型后表面较粗糙，需后续抛光处理。成型精度为±0.1mm。由于喷头做机械运动，成型速度较缓慢，而且同样需要支撑结构。很多人认为FDM价格低廉，因此在工业领域应用程度不高，并且相对初级，但是随着技术的不断提高，现在FDM技术不仅在工业领域有所应用而且能够制造出生产所需的金属零件。FDM成型原理立体光固化成型技术（SLA）

1.3D打印技术分类与原理

SLA的原理是选择性的使用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料（例如液态光敏树脂）表面，使之发生聚合反应，由点到线，再由线到面的顺序完成光敏树脂的固化，完成一个切片层的固化工作，然后成型平台在Z轴方向下降一个切片层厚度接着固化下一个切片层厚度。由此层层固化形成一个立体实体，如图所示。

SLA技术是最早出现的3D打印技术，成熟度高。其优点在于表面质量光洁度高、成型速度快、产品生产周期短、无需二次加工即可投入使用，可加工结构外形复杂或传统手段难以成型的原型和模具。但SLA系统造价高昂，使用和维护成本较高，使用环境要求较严格，对工艺人员以及操作人员技能要求较高，且制件多为树脂类，制件的强度、刚度、耐热性有局限。FDM成型原理

1.3D打印技术分类与原理光固化成型技术（DLP＆LCD）DLP与LCD技术采用相同的成型原理技术，都是采用投影技术将模型的切片图案投影到液态光敏树脂上固化截面图形范围内的光敏树脂，然后成型平台在Z轴方向上上升一个切片层厚度然后继续完成面固化以及粘接上一层已完成实体，由此层层面曝光固化光敏树脂形成三维实体，如图1-5所示。不同之处在于两种技术采用的光源技术不同，DLP采用数字光处理技术将图像进行投影；而LCD则是采用LCD显示屏将图像进行投影。而成型需使用较大功率紫外光会对光源造成损伤，所以相对于较便宜的DLP来说，LCD光源则属于易耗品。

光固化（DLP＆LCD）技术与SLA技术不同之处在于成型方式采用的面曝光技术，一次光源出光结束即固化一个切片层厚度。所以光固化（DLP＆LCD）技术在速度上远高于SLA技术。其次光固化（DLP＆LCD）设备光源固定稳定性高，可用于较为精细的零部件制造，如珠宝、齿科模具等。但由于光固化（DLP＆LCD）设备使用光源能源相较于SLA光源能源较低，所以光固化（DLP＆LCD）成型产品需要进行二次固化且强度低于SLA制件。且光固化（DLP＆LCD）设备成型尺寸较小无法成型尺寸较大的产品。光固化成型技术

1.3D打印技术分类与原理选择性激光烧结技术（SLS）

SLS技术大多采用λ（波长）为9.2μm至10μm的CO2激光器，是利用粉末状材料成型的，将粉末材料均匀地铺洒在成型平台上，并刮平；然后使用高强度的CO2激光器对每层预铺设的粉末材料进行烧结完成零件截面成型，并与已成型的部分进行粘接，完成当前切片层烧结后，成型平台在Z轴方向下降一个切片层厚度，铺粉系统进行烧结层粉末材料预铺设，激光器继续对未成型零件进行烧结。如图所示。SLS的优势在于可以采用多种材料，可成型造型复杂的零件，设计自由，材料利用率高，成型过程中无需支撑，与其他高分子成型技术相比成型件力学性能较好。但同样SLS技术的缺点也是明显的，例如制件结构疏松、多孔，具有内应力，成型过程中易变形。成型材料为陶瓷、金属粉末时后处理较为困难，同时SLS设备维护成本也较高。SLS成型原理

1.3D打印技术分类与原理选择性激光熔化技术（SLM）SLM技术原理与SLS技术相似，该技术大多采用λ（波长）为1.09μm的光纤维激光器。不过其采用的材料是金属粉末材料，将金属粉末均匀地铺洒在成型平台上，并刮平；然后使用高强度的CO2激光器对每层预铺设的金属粉末材料进行熔融完成零件截面成型，并与已成型的部分进行焊接，完成当前切片层熔化成型后，成型平台在Z轴方向下降一个切片层厚度，铺粉系统进行熔融层粉末材料预铺设，激光器继续对未成型零件进行熔融。如图所示。SLM成型金属件致密度可高达90%以上，各项机械性能指标优于铸件，甚至可达到锻件水平，相较于传统减材使用材料更少。而SLM技术成型速度较低，为了提高成型精度采用更薄的加工层厚，延长大量的成型时间，只适用于小批量生产，成型产品表面后处理较为繁琐复杂，SLM技术成型工艺也较为复杂，考虑因素较多，工件残余量较大，并且设备价格高昂。SLM成型原理

1.3D打印技术分类与原理三维立体打印（3DP）3DP技术与二维平面打印技术非常相似，打印喷头直接采用二维打印机喷头。3DP采用的成型材料也是粉末材料，和SLS不同的是，SLS是通过烧结将成型材料成型为一个实体，而3DP是通过喷头将粘接剂印刷到粉末材料上，从而一层一层将材料成型为一个实体。如图1-8所示。3DP主要优势是制造不可热熔材料3DP技术成型速度快，可成型尺寸较大、复杂结构的产品，使用材料广，无需支撑结构，且可以使用彩色粘合剂实现彩色打印成型。缺点在于成型制件需要进入烧结炉进行二次烧结，制件强度、韧性较差。3DP成型原理

1.3D打印技术分类与原理叠层实体制造技术（LOM）

叠层实体制造技术又称分层实体制造法，其原理是据零件分层几何信息切割耗材，将耗材通过粘接剂与上一层轮廓进行粘合，然后成型平台下降一个层厚高度，如此层层切割，层层粘接，最终形成实体零件。

LOM技术优点在于成型效率高、无需支撑、使用耗材成本较低，可制造较大的零件。但其成型方式相较于其他增材制造技术原材料浪费严重，对耗材存放要求较高，不能直接造塑料制件，工件在不做表面处理的情况下易吸水膨胀，成型制件表面具有较明显的台阶纹，