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          3D打印机技术简介
          来源:东莞文一快修 编辑:  时间:2013/7/18 11:29:25
          熔融沉积快速成型(Fused Deposition Modeling,FDM)
          熔融沉积又叫熔丝沉积,它是将丝状热熔性材料加热融化,通过带有一个微细喷嘴的喷头挤喷出来。热熔材料融化后从喷嘴喷出,沉积在制作面板或者前一层已固化的材料上,温度低于固化温度后开始固化,通过材料的层层堆积形成最终成品。
          在3D打印技术中,FDM的机械结构最简单,设计也最容易,制造成本、维护成本和材料成本也最低,因此也是在家用的桌面级3D打印机中使用得最多的技术,而工业级FDM机器,主要以Stratasys公司产品为代表。
          FDM技术的桌面级3D打印机主要以ABS和PLA为材料,ABS强度较高,但是有毒性,制作时臭味严重,必须拥有良好通风环境,此外热收缩性较大,影响成品精度;PLA是一种生物可分解塑料,无毒性,环保,制作时几乎无味,成品形变也较小,所以国外主流桌面级3D打印机均以转为使用PLA作为材料。
          FDM技术的优势在于制造简单,成本低廉,但是桌面级的FDM打印机,由于出料结构简单,难以精确控制出料形态与成型效果,同时温度对于FDM成型效果影响非常大,而桌面级FDM 3D打印机通常都缺乏恒温设备,因此基于FDM的桌面级3D打印机的成品精度通常为0.3mm-0.2mm,少数高端机型能够支持0.1mm层厚,但是受温度影响非常大,成品效果依然不够稳定。此外,大部分FDM机型制作的产品边缘都有分层沉积产生的“台阶效应”,较难达到所见即所得的3D打印效果,所以在对精度要求较高的快速成型领域较少采用FDM。
          光固化成型(Stereolithigraphy Apparatus,SLA)
          光固化技术是最早发展起来的快速成型技术,也是研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的快速成型技术之一。光固化技术,主要使用光敏树脂为材料,通过紫外光或者其他光源照射凝固成型,逐层固化,最终得到完整的产品。
          光固化技术优势在于成型速度快、原型精度高,非常适合制作精度要求高,结构复杂的原型。使用光固化技术的工业级3D打印机,最著名的是objet,该制造商的3D打印机提供超过123种感光材料,是目前支持材料最多的3D打印设备。
          光固化快速成型应该是3D打印技术中精度最高,表面也最光滑的,objet系列最低材料层厚可以达到16微米(0.016毫米)。但是光固化快速成型技术也有两个不足,首先光敏树脂原料有一定毒性,操作人员使用时需要注意防护,其次光固化成型的原型在外观方面非常好,但是强度方面尚不能与真正的制成品相比,一般主要用于原型设计验证方面,然后通过一系列后续处理工序将快速原型转化为工业级产品。此外,SLA技术的设备成本、维护成本和材料成本都远远高于FDM,因此,基于光固化技术的3D打印机主要应用在专业领域,桌面领域已有两个桌面级别SLA技术3D打印机项目启动,一个是Form1,一个是B9,相信不久的将来会有更多低成本的SLA桌面3D打印机面世。
          三维粉末粘接(Three Dimensional Printing and Gluing,3DP)
          3DP技术由美国麻省理工大学开发成功,原料使用粉末材料,如陶瓷粉末、金属粉末、塑料粉末等,3DP技术工作原理是,先铺一层粉末,然后使用喷嘴将粘合剂喷在需要成型的区域,让材料粉末粘接,形成零件截面,然后不断重复铺粉、喷涂、粘接的过程,层层叠加,获得最终打印出来的零件。
          3DP技术的优势在于成型速度快、无需支撑结构,而且能够输出彩色打印产品,这是其他技术都比较难以实现的。3DP技术的典型设备,是3DS旗下zcorp的zprinter系列,也是3D照相馆使用的设备,zprinter的z650打印出来的产品最大可以输出39万色,色彩方面非常丰富,也是在色彩外观方面,打印产品最接近于成品的3D打印技术。
          但是3DP技术也有不足,首先粉末粘接的直接成品强度并不高,只能作为测试原型,其次由于粉末粘接的工作原理,成品表面不如SLA光洁,精细度也有劣势,所以一般为了产生拥有足够强度的产品,还需要一系列的后续处理工序。此外,由于制造相关材料粉末的技术比较复杂,成本较高,所以3DP技术主要应用在专业领域,桌面级别仅有一个PWDR项目在启动,但仍然处于0.1状态,尚需观察后续进展。
          选择性激光烧结(Selecting Laser Sintering,SLS)
          该工艺由美国德克萨斯大学提出,于1992年开发了商业成型机。SLS利用粉末材料在激光照射下烧结的原理,由计算机控制层层堆结成型。SLS技术同样是使用层叠堆积成型,所不同的是,它首先铺一层粉末材料,将材料预热到接近熔化点,再使用激光在该层截面上扫描,使粉末温度升至熔化点,然后烧结形成粘接,接着不断重复铺粉、烧结的过程,直至完成整个模型成型。
          激光烧结技术可以使用非常多的粉末材料,并制成相应材质的成品,激光烧结的成品精度好、强度高,但是最主要的优势还是在于金属成品的制作。激光烧结可以直接烧结金属零件,也可以间接烧结金属零件,最终成品的强度远远优于其他3D打印技术。SLS家族最知名的是德国EOS的M系列。
          激光烧结技术虽然优势非常明显,但是也同样存在缺陷,首先粉末烧结的表面粗糙,需要后期处理,其次使用大功率激光器,除了本身的设备成本,还需要很多辅助保护工艺,整体技术难度较大,制造和维护成本非常高,普通用户无法承受,所以应用范围主要集中在高端制造领域,而尚未有桌面级SLS 3D打印机开发的消息,要进入普通民用领域,可能还需要一段时间。
          3D打印领域发展迅猛,从巨型的房屋打印机到微型的纳米级细胞打印机,各种新技术层出不穷,但是主要还是集中在专业领域,民用市场还是以简单架构的FDM为主,无论效果还是精度都差强人意,我们期待着随着技术发展和成本降低,桌面级3D打印机也能够真正实现所见即所得的打印效果,那时候3D打印改变世界将不再是一个梦想。

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