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魔猴網(wǎng)3D打印工藝介紹

魔猴君  知識堂   3361天前

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魔猴網(wǎng)是中國最專(zhuān)業(yè)的3D打印云平臺,目前的在線(xiàn)云服務(wù)包括的3D打印工藝包括,FDM塑料熔融沉積, SLA立體光刻和3DP三維印刷工藝,下面就對這幾種工藝做個(gè)簡(jiǎn)單的介紹,以幫助客戶(hù)選擇合適的工藝。

3D打印是由CAD模型直接驅動(dòng)的快速制造任意復雜形狀三維物理實(shí)體的技術(shù)總稱(chēng),其基本過(guò)程是:首先設計出所需零件的計算機三維模型(數字模型、CAD模型),然后由計算機對模型進(jìn)行切片處理,即按照一定的規律將該模型離散為一系列有序的單元,通常在Z向將其按一定厚度將原來(lái)的三維CAD模型變成一系列的層片;再根據每個(gè)層片的輪廓信息,輸入加工參數,自動(dòng)生成數控代碼;最后由成形系統成形一系列層片并自動(dòng)將它們聯(lián)接起來(lái),得到一個(gè)三維物理實(shí)體。 

FDM熔融擠出成型

 

熔融擠出成型(FDM)工藝的材料一般是熱塑性材料,如蠟、ABS、PC、尼龍等,以絲狀線(xiàn)材供料。材料在噴頭內被加熱熔化。噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運動(dòng),同時(shí)將熔化的材料擠出,材料迅速固化,并與周?chē)牟牧险辰Y。每一個(gè)層片都是在上一層上堆積而成,上一層對當前層起到定位和支撐的作用。隨著(zhù)高度的增加,層片輪廓的面積和形狀都會(huì )發(fā)生變化,當形狀發(fā)生較大的變化時(shí),上層輪廓就不能給當前層提供充分的定位和支撐作用,這就需要設計一些輔助結構-“支撐”,對后續層提供定位和支撐,以保證成形過(guò)程的順利實(shí)現。 

 

FDM工藝原理,原型及支撐

FDM工藝原理,支撐和原件

這種工藝不用激光,使用、維護簡(jiǎn)單,成本較低。由于這種工藝具有一些顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn),該工藝發(fā)展極為迅速,目前FDM系統在全球已安裝快速成形系統中的份額大約為30% 

 

FDM打印的優(yōu)勢

成本低。不使用激光,維護簡(jiǎn)單,成本低:價(jià)格是成型工藝是否適于3D打印的一個(gè)重要因素。多用于概念設計的三維打印機對原型精度和物理化學(xué)特性要求不高,便宜的價(jià)格是其能否推廣開(kāi)來(lái)的決定性因素。 

塑料絲材,清潔,更換容易:與其他使用粉末和液態(tài)材料的工藝相比,絲材更加清潔,易于更換、保存,不會(huì )在設備中或附近形成粉末或液體污染。 

后處理簡(jiǎn)單:僅需要幾分鐘到一刻鐘的時(shí)間剝離支撐后,原型即可使用。而現在應用較多的SL,SLS,3DP等工藝均存在清理殘余液體和粉末的步驟,并且需要進(jìn)行后固化處理,需要額外的輔助設備。這些額外的后處理工序一是容易造成粉末或液體污染,二是增加了幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間,不能在成型完成后立刻使用。 

成型速度較快:一般來(lái)講,FDM工藝相對于SL,SLS,3DP工藝來(lái)說(shuō),速度是比較慢的。但針對三維打印應用,其也有一定的優(yōu)勢。首先,SL,SLS,3DP都有層間過(guò)程(鋪粉/液,掛平),因而它們一次成型多個(gè)原型是速度很快,例如3DP可以做到一小時(shí)成型25mm左右高度的原型。三維打印機成型空間小,一次多成型1至2個(gè)原型,相對來(lái)講,他們的速度優(yōu)點(diǎn)就不甚明顯了。其次三維打印機對原型強度要求不高,所以FDM工藝可通過(guò)減小原型密實(shí)程度的方法提高成型速度。通過(guò)試驗,具有某些結構特點(diǎn)的模型,最高成型速度已經(jīng)可以達到60立方厘米/小時(shí)。通過(guò)軟件優(yōu)化及技術(shù)進(jìn)步,預計可以達到200立方厘米/小時(shí)的高速度。 

立體光刻工藝

SLA工藝,又叫立體光刻或光固化工藝,由美國人Charles Hull于1984年發(fā)明。1986年美國3D Systems公司推出世界上第一臺立體光刻機SLA—1,此后,SLA系列成形機占據著(zhù)3D打印設備市場(chǎng)的較大份額。

SLA工藝是基于液態(tài)光敏樹(shù)脂的光聚合原理工作的。這種液態(tài)材料在一定波長(cháng)(325或355nm)和強度(w=10~400mw)的紫外光的照射下能迅速發(fā)生光聚合反應, 分子量急劇增大, 材料也就從液態(tài)轉變成固態(tài)。液槽中盛滿(mǎn)液態(tài)光固化樹(shù)脂,激光束在偏轉鏡作用下, 能在液態(tài)表面上掃描, 掃描的軌跡及激光的有無(wú)均由計算機控制, 光點(diǎn)掃描到的地方, 液體就固化。成型開(kāi)始時(shí),工作平臺在液面下一個(gè)確定的深度,液面始終處于激光的焦平面,聚焦后的光斑在液面上按計算機的指令逐點(diǎn)掃描,即逐點(diǎn)固化。當一層掃描完成后,未被照射的地方仍是液態(tài)樹(shù)脂。然后升降臺帶動(dòng)平臺下降一層高度,已成型的層面上又布滿(mǎn)一層樹(shù)脂,刮平器將粘度較大的樹(shù)脂液面刮平,然后再進(jìn)行下一層的掃描,新固化的一層牢固地粘在前一層上,如此重復直到整個(gè)零件制造完畢, 得到一個(gè)三維實(shí)體模型。 
SLA工藝原理

SLA方法是3D打印領(lǐng)域中被研究得最多的方法,也是技術(shù)上最為成熟的方法。一般層厚在0.1到0.15mm,成形的零件精度較高。多年的研究改進(jìn)了截面掃描方式和樹(shù)脂成形性能,使該工藝的加工精度能達到0.05mm。但這種方法也有自身的局限性,比如需要支撐、樹(shù)脂收縮導致精度下降、光固化樹(shù)脂有一定的毒性等。 

 

三維印刷(3DP)工藝是美國麻省理工學(xué)院Emanual Sachs等人研制的。E.M.Sachs于1989年申請了3DP(Three-Dimensional Printing)專(zhuān)利,該專(zhuān)利是非成形材料微滴噴射成形范疇的核心專(zhuān)利之一。3DP工藝與SLS工藝類(lèi)似,采用粉末材料成形,如陶瓷粉末,金屬粉末。所不同的是材料粉末不是通過(guò)燒結連接起來(lái)的,而是通過(guò)噴頭用粘接劑(如硅膠)將零件的截面“印刷”在材料粉末上面。用粘接劑粘接的零件強度較低,還須后處理。具體工藝過(guò)程如下:上一層粘結完畢后,成型缸下降一個(gè)距離(等于層厚:0.013~0.1mm),供粉缸上升一高度,推出若干粉末,并被鋪粉輥推到成型缸,鋪平并被壓實(shí)。噴頭在計算機控制下,按下一建造截面的成形數據有選擇地噴射粘結劑建造層面。鋪粉輥鋪粉時(shí)多余的粉末被集粉裝置收集。如此周而復始地送粉、鋪粉和噴射粘結劑,最終完成一個(gè)三維粉體的粘結。未被噴射粘結劑的地方為干粉,在成形過(guò)程中起支撐作用,且成形結束后,比較容易去除。 

 

3DP工藝原理

3dp工藝

該工藝的特點(diǎn)是成形速度快,成形材料價(jià)格低,適合做桌面型的快速成形設備。并且可以在粘結劑中添加顏料,可以制作彩色原型,這是該工藝最具競爭力的特點(diǎn)之一,有限元分析模型和多部件裝配體非常適合用該工藝制造。缺點(diǎn)是成形件的強度較低,只能做概念型使用,而不能做功能性試驗。 

 

3D打印是一些工藝的統稱(chēng),每種工藝都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)和適合的應用場(chǎng)景,了解3D打印工藝,有益于更好選擇合適3D打印工藝來(lái)生產(chǎn)自己的樣品。魔猴致力于做中國最專(zhuān)業(yè)的3D打印云平臺,各種3D打印工藝也在不斷增加中,以滿(mǎn)足消費者更多的要求。

   

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