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FDM,SLA,3DP,SLS 3D打印機技術簡介及優(yōu)缺點
目前市面上有十幾種3D打印技術,而應用較廣泛的3D打印技術主要有4種,分別是熔融沉積快速成型(FDM)、光固化成型(SLA)、三維粉末粘結(3DP)、選擇性激光燒結(SLS)。
熔融沉積快速成型(FDM)
3D打印月球燈
FDM技術是一種將熱熔性材料加熱融化后,通過噴頭的噴嘴噴出,沉積在打印平臺上或前一層材料上,材料噴出后溫度降低,低于固化溫度后迅速固化,與周圍材料凝結,層一層堆疊形成立體模型。FDM工藝在1988年由一位美國工程師斯科特·克倫普研制,一直發(fā)展至今,是目前世界范圍內應用泛的3D打印技術之一。相比其他幾種主流技術,F(xiàn)DM技術有以下優(yōu)點。
1. 設計簡單
2. 機械結構簡單
3. 制造成本、維護成本以及材料成本也較低,在桌面級3D打印機中使用的最多。
FDM技術的不足:
1.耗材影響:桌面級3D打印機一般使用ABS或PLA為打印材料。使用ABS材料打印時應注意通風,ABS材料在高溫融化后會散發(fā)出有毒氣體,ABS材料強度高,但有一定的收縮性,影響打印成品的精確度;PLA材料是生物降解塑料,加熱融化后無氣味,安全而且環(huán)保,成品的變形較小,在桌面級的3D打印機里使用率比ABS材料要高。
2.成型效果不穩(wěn)定:因為其機械結構簡單,在精確度、出料形態(tài)以及成型效果方面難以控制,而且成型效果還受到溫度的影響,導致FDM技術不夠穩(wěn)定,所以在對成品精度要求高及對表面光潔度要求高的行業(yè)和領域較少采用FDM技術。
光固化成型技術(SLA)
威布三維SLA光固化3D打印機
光固化成型SLA技術使用的材料主要為光敏樹脂,通過激光束逐點照射液態(tài)的光敏樹脂,使之逐層固化,最后形成一個立體的模型。SLA技術室被提出并發(fā)展應用的快速成型技術,時至今日,經(jīng)過20多年的發(fā)展,已經(jīng)是目前研究最深入,技術,在世界范圍內應用泛的快速成型技術之一。
SLA技術具有以下優(yōu)點
1.成型速度快
2.表面光潔
3.具有柔韌性
4.材料利用率高
5.精度高:目前可達16微米,在對制品精度要求比較嚴格的行業(yè)和領域內使用廣泛
缺點:
1. 光敏樹脂有一定的毒性
2. 成型的成品強度較低:多數(shù)被應用在產(chǎn)品研發(fā)階段和制作原型等方面
3. 成本較高,與FDM的3D打印機相比,SLA技術的3D打印機在設備成本、維護成本以及材料成本都要遠高于FDM技術的3D打印機,多數(shù)應用在專業(yè)級的3D打印機中。采用SLA技術的桌面級3D打印機已經(jīng)面市,價格與的FDM桌面打印機相近。相信隨著3D打印技術和科學的發(fā)展,SLA技術的桌面級3D打印機不管是設備成本還是材料成本,都會大大降低。
三維粉末粘結技術(3DP)
三維粉末粘結3DP使用的原料是陶瓷粉末、金屬粉末和塑料粉末等粉末狀材料。3DP技術的原理是先在工作平臺上鋪一層粉末,再通過噴嘴噴出的粘合劑黏結區(qū)域的粉末材料,形成一個打印模型的截面,不停重復送粉、噴粉、噴粘合劑以及黏結的過程,逐層疊加,最后形成一個完整的模型。沒有被噴到粘合劑的粉末,在成型過程中起到支撐的作用,打印完成后,粉末很容易被清楚。
3DP技術有以下優(yōu)點,
1. 成型速度快,使用粉末材料價格便宜。
2. 打印無需設置支撐,很適合打印內部具有復雜結構的模型或零件
3. 實現(xiàn)多顏色打印,在黏合劑加入顏料可以打印出具有豐富色彩的模型,這一點是目前其他3D打印技術無法實現(xiàn)。
缺點:
1.成型的模型強度較低,需要后期處理增加強度
2.表面光潔度不夠,欠缺精確度
3.該技術的3D打印機設備制造技術比較復雜,成本較高,目前主要應用在專業(yè)領域
選擇性激光燒結(SLS)
選擇性激光燒結SLS技術能夠使用多種粉末材料,主要使用的材料是金屬粉末、尼龍、聚碳酸酯、工程塑料和聚苯乙烯等。技術原理與3DP技術不同,SLS技術通過激光照射來燒結粉末材料,并以逐層堆疊的方式形成一個完成的實體。
SLS的工藝流程為:在鋪一層粉末后,將材料加熱到接近熔點,再使激光按該層截面的輪廓進行掃描,使粉末材料溫度達到熔點,然后燒結,并與前一層截面黏結堆疊,重復鋪粉、激光照射以及燒結的過程,直到形成一個完整的模型。成型過程未被燒結融化的粉末材料會起到支撐作用,模型完成后,粉末也很容易清楚。該工藝在1989年,由美國得克薩斯大學分校的迪卡研制成功,經(jīng)過3年的發(fā)展,在1992年出現(xiàn)SLS技術商業(yè)成型機。
SLS技術的優(yōu)點:
1. 能使用很多種類的材料
2. 無需設計支撐:減少了支撐對表面光潔度的影響,適合打印內部結構復雜的零件或模型
3. 利用率高:因為無需支撐,與其他幾種快速成型相比,速度較快,且材料利用率。
4. 精度比大部分3D打印技術要高,當粉末粒徑為0.1mm以下時,成型后的原型精度可達正負1%
5. 強度較高、應用領域廣
缺點:1.燒結物體表面粗糙:由于材料是粉末,通過激光燒結后在逐層黏結,所以表面光潔度不夠,需要進行后期處理
2.使用高分子材料會有異味產(chǎn)生
3.成本高:使用的是大功率激光器,導致設備成本較高,同時輔助技術復雜,造成維護成本高,雖然使用的粉末材料價格較為便宜,但整套設備的成本很高,所以桌面級的3D打印機里,應用SLS技術的比較少,通常應用在專業(yè)級的制造領域中
SLS技術作為最古老的的3D打印技術之一,經(jīng)過多年的發(fā)展,目前已經(jīng)有桌面級SLS技術的3D打印機出現(xiàn),但與其他技術的3D打印機相比,價格還是高出好幾倍,相信在未來的幾年內,會出現(xiàn)低成本高質量的SLS技術的桌面級3D打印機
除了以上幾種3D打印技術外,還有擠出成型、粒狀物料成型、光聚合成型、層壓型等多種類型的3D打印技術。從目前各種3D技術的使用率來看,最主流的是FDM和SLS技術,而當前只有SLS技術能真正地制作精密金屬零件。由于3D打印技術近年來發(fā)展迅猛,未來將由哪項技術占據(jù)主導地位還有許多未知因素,但毫無疑問的是3D打印將會越來越普及,使用會更加方便。當其實用性和使用的便捷性都能讓人們普遍接受的時候,3D技術將成為打開第三次工業(yè)革命的鑰匙,屆時將會改變人們的生活。
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