3D打印技术简介

3D打印技术的主要特点是增材制造。不管什么增材技术都是以3D数字模型为基础的逐层叠加成型的，就目前市场上的快速成型技术分为FDM熔融层积成型技术、3DP技术、SLS选区激光烧结技术和以光敏树脂为主要材料的SLA立体平版印刷技术、DLP激光成型技术和UV紫外线成型技术等。1、FDM熔融层积成型技术：FDM（英文FusedDepositionModeling的缩写）工艺熔融叠积制造（FDM）工艺由美国学者ScottCrump于1988年研制成功。FDM的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、尼龙等。以丝状供料。FDM熔融层积成型技术原理是将丝状的热熔性材料加热融化，同时三维喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，将熔化的材料挤出选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面，并与周围的材料凝结。一层成型完成后，机器工作台下降一个高度（即分层厚度）再成型下一层，直至形成整个实体造型。其成型材料种类多，成型件强度高、精度较高，主要适用于成型小塑料件。其优点主要表现在热融挤压头系统构造原理和操作简单，维护成本低，系统运行安全；成型速度快，用熔融沉积方法生产出来的产品，不需要SLA中的刮板再加工这一道工序；用蜡成型的零件原型，可以直接用于熔模铸造；可以成型任意复杂程度的零件，常用于成型具有很复杂的内腔、孔等零件；原材料在成型过程中无化学变化，制件的翘曲变形小：原材料利用率高，且材料寿命长；支撑去除简单，无需化学清洗，分离容易。缺点：主要在由于根据计算切片的轨迹运行，在成型件的表面有较明显的叠层条纹，沿成型轴垂直方向的强度比较弱容易沿叠成断裂裂，需要设计与制作支撑结构（可自动生成？），需要对整个截面进行扫描填覆，成型时间相对较长。FDM熔融层积成型3D打印机2、3DP技术：3DPrinting（3DP）技术（粉末粘合）最早是美国麻省理工学院（MIT）在1993年开发的。不像基于FDM原理的3D打印机（比如MakerBot和的RepRap）通过熔融塑料线材来制作产品，3DP技术的工作原理就像一台过去的桌面2D打印机。其过程与选择性激光烧结（SLS）技术有点类似，但是它并不用激光来烧结材料，而是使用一个喷墨打印头在石膏粉末上面喷射液体粘合剂。喷一层，然后再铺上一层薄薄的石膏粉末，如此反复，直到产品制作完成。采用3DP技术的3D打印机使用标准喷墨打印技术，通过将液态连结体铺放在粉末薄层上，以打印横截面数据的方式逐层创建各部件，创建三维实体模型，采用这种技术打印成型的模型可与实际产品具有同样的色彩，还可以将彩色分析结果直接描绘在模型上，打印模型样品所传递的信息很大。3DP技术打印机3、SLS选区激光烧结技术：SLS选区激光烧结成型技术是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R.Dechard于1989年研制成功.SLS选区激光烧结技术是通过预先在工作台上铺一层粉末材料（金属粉末或非金属粉末如尼龙、尼龙+玻纤等粉末材料），然后让高强度的CO2激光器在计算机控制下按照界面轮廓信息对实心部分粉末进行烧结，随后将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平后用高强度的CO2激光器不断循环，层层堆积成型。该方法制造工艺简单，材料选择范围广(如尼龙、蜡、ABS、树脂裹覆砂（覆膜砂）、聚碳酸脂（polycarbonates）、金属和陶瓷粉末等都可以作为烧结对象)，材料成本较低、使用率高，速度快，但基本为大型工业级，机器昂贵，主要应用于铸造业直接制作快速模具。SLS选区激光烧结技术原理4、SLA立体平版印刷技术(光固化成型技术)：SLA立体平版印刷技术以光敏树脂为原料，通过计算机控制激光按零件的各分层截面信息在液态的光敏树脂表面进行逐点扫描，被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。一层固化完成后，工作台下移一个层厚的距离，然后在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，直至得到三维实体模型。该方法成型速度快，自动化程度高，可成形任意复杂形状，尺寸精度高，主要应用于复杂、高精度的精细工件快速成型。SLA主要特点是：1.复杂性可以制造任意复杂的三维几何实体。由于采用离散/堆积成型的原理，它将一个十分复杂的三维制造过程简化为二维过程的叠加，可实现对任意复杂形状零件的加工。越是复杂的零件越能显示出RP技术的优越性。此外，RP技术特别适合复杂型腔、复杂型面等传统方法难以制造甚至无法制造的零件。2.快速性通过对一个CAD模型的修改或重组就可获得一个新零件的设计和加工信息，从几个小时到几十个小时就可制造出零件，高效快速。3.高度柔性不需相关辅助工具即可完成复杂的制造过程，快速制造工模型、原型或零件。SLA主要的缺点是:局限于光固化的树脂材料,成品的耐用度不够,比较脆.如果要换材料的话要全部取出液相树脂,酒精清洗后再换,而且材料如果长时间不用会表面凝固,整个料池都要放满5-6层的树脂材料才能打印,对工作环境的温度湿度要求很高,否则会立即停止工作.5、DLP激光成型技术：学名数字光处理（DigitalLightProcessing，缩写：DLP）是一项使用在投影仪和背投电视中的显像技术。DLP技术最早是由德州仪器开发的,现在，DLP技术被应用到3D打印行业。DLP激光成型技术和SLA立体平版印刷技术比较相似。不同之处在于SLA是成型以多点成面；而DLP成型一次能成型一个面，它是使用高分辨率的数字光处理器(DLP)投影仪来固化液态光聚合物，逐层的进行光固化，由于每层固化时通过幻灯片似的片状固化，因此速度比同类型的SLA立体平版印刷技术速度更快。该技术成型精度高，在材料属性、细节和表面光洁度方面可媲美注塑成型的耐用塑料部件。DLP激光成型原理图6、UV紫外线成型技术:UV紫外线成型技术是在SLA光固化成型技术的基础上发展起来的技术原理类似，利用UV紫外线照射液态光敏树脂，一层一层由下而上堆栈成型，简易的操作接口,每个人都可轻易的上手。代表作有3DSystem公司使用UV紫外线照射液态光敏树脂成型技术开发了ProJet产品系列，适用于更高精度要求的3D打印产品。主要特点是ProJet系统不需要特别的温湿度控制，成型的过程中也不会有噪音的产生，最适合办公室环境摆放，简单的操作接口，易上手。同类型产品中拥有最好的精度表现，无人化自动成型，24小时不间断生产，高精度堆栈成型，无几何形状限制，降低大量的研发成本，缩短产品开发的时间。比较适合精度要求高的珠宝和手机外壳等行业