3D打印技术:3种丝状材料、3种液状材料、7种粉末状材料原理解析

3D打印技术出现在20世纪90年代中期,实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。3D打印,即快速成型技术的一种,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

基本概念

3D打印(ThreeDimension Printing,简称3DP)技术,是指通过连续的物理层叠加,逐层增加材料来生成三维实体的技术,与传统的去除材料加工技术不同,因此又称为添加制造或增材制造(AdditiveManufacturing,简称AM)技术,以前称为快速成型(RapidPrototyping,简称RP)技术。

史上最全3d打印材料解析完整版(3D打印技术3种丝状材料)(1)

作为一种综合性应用技术,3D打印综合了数字建模技术、精密机械、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识,具有很高的科技含量。3D打印机是3D打印的核心装备,它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统,主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。

3D打印技术,从狭义上来说,主要是指增材成型技术;从成型工艺上看,3D打印技术突破了传统成型方法,它通过快速自动成型系统与计算机数据模型结合,无需任何附加的传统模具制造和机械加工,就能够制造出各种形状复杂的原型,这使得产品的设计生产周期大大缩短,生产成本大幅下降。

技术原理

3D打印有多种技术种类,每种打印技术的打印材料都是不一样的。

不同的材料按形状来分,主要有丝状、液状和粉末状三种。这三种类型的材料都有各自所对应的打印技术。

一、丝状材料

丝状材料主要有3种3D打印技术。

1、熔融沉积造型(简称FDM)Fused deposition modeling

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基本材料:热塑性材料,如PLA、蜡、ABS、尼龙等。

原理简介:

是一种不依靠激光作为成型能源、而将各种丝材(如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等)加热熔化进而堆积成型方法。

2、熔丝制造(简称FFF,类FDM)Fused Filament Fabrication

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基本材料:热塑性材料,如PLA、蜡、ABS、尼龙等。

原理简介:

与FDM原理相似,不同的是喷头处挤出的为较细的丝状。

3、融化压模式(简称MEM,类FDM)Melted and Extrusion Modeling

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基本材料:热塑性材料,如PLA、蜡、ABS、尼龙等。

原理简介:

工艺原理是材料先抽成丝状,通过送丝机构送进喷头,在喷头内被加热熔化,喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动,同时将熔化的材料挤出,材料迅速固化,并于周围的材料粘结,层层堆积成型。

二、液状材料

液状材料主要有3种3D打印技术。

1、光固化立体造型技术(简称SLA)Stereo Lithography Apperance

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基本材料:光敏树脂。

原理简介:

它用激光选择性地让需要成型的液态光敏树脂发生聚合反应变硬,从而造型。

2、数字光处理(简称DLP,类SLA)Digital Light Processing

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基本材料:光敏树脂。

原理简介:

这种技术要先把影像信号经过数字处理,然后再把光投影出来,与SLA原理极为相像,不过DLP成型一次能成型一个面,速度得到大大提升。

3、聚合物喷射技术(简称PolyJet,类SLA)PolyJet

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基本材料:光敏树脂。

原理简介:

利用液态光敏树脂在紫外光照射下会快速固化的特性,每一层感光聚合材料在被喷射后立即用紫外线光进行凝固,从而制作出完全凝固的模型。

三、粉状材料

粉状材料主要有7种3D打印技术。

1、电子束自由成形制造(简称EBF,类DMLS)Electron beam freeform fabrication

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基本材料:金属、合金。

原理简介:

是一种采用电子束作为热源,利用离轴金属丝建造零件的工艺。

2、电子束熔化技术(简称EBM,类SLM)Electron Beam Melting

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基本材料:金属、合金。

原理简介:

通过高真空中的电子束来熔化金属粉末层,从而制造产品。

3、直接金属激光烧结(简称DMLS)Direct metal laser sintering

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基本材料:金属、合金。

原理简介:

使用高能量的激光束再由3D模型数据控制来局部熔化金属基体,同时烧结固化粉末金属材料并自动地层层堆叠,以生成致密的几何形状的实体零件。

4、选择性激光熔化成型(简称SLM)Selective Laser Melting

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基本材料:金属及合金,如钛合金,钴铬合金,不锈钢,铝。

原理简介:

利用金属粉末在激光束的热作用下完全熔化、经冷却凝固而成型的一种技术。

5、选择性热烧结(简称SHS,类SLS)Selective heat sintering

基本材料:热塑性粉末(主要是纯粉料,区别于混合粉末)。

原理简介:

工作过程与SLS类似,不同的是,SHS使用的是热敏打印头,而非激光打印头。

6、选择性激光烧结(简称SLS)Selective laser sintering

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基本材料:热塑性材料、金属、陶瓷、石蜡、复合粉末材料。

原理简介:

SLS用的不是液态的光敏树脂,而是粉末。激光的能量让粉末产生高温和相邻的粉末发生烧结反应连接在一起。

7、粉末层喷头3D打印(简称PP、3DP)Powder bed and inkjet head 3d printin

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基本材料:石膏、热塑性塑料、陶瓷、金属。

原理简介:

与SLS工艺类似,采用粉末材料成形,不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来的,而是通过喷头用粘接剂(如硅胶)将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。

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