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簡述3d打印的工藝過程

3D打印的主流工藝流程。

1、熔融沈積造型(Fused deposition modeling,FDM)

FDM 可能是目前應用最廣泛的壹種工藝,很多消費級3D 打印機都是采用的這種工藝,因為它實現起來相對容易:

FDM加熱頭把熱熔性材料(ABS樹脂、尼龍、蠟等)加熱到臨界狀態,使其呈現半流體狀態,然後加熱頭會在軟件控制下沿CAD 確定的二維幾何軌跡運動,同時噴頭將半流動狀態的材料擠壓出來,材料瞬時凝固形成有輪廓形狀的薄層。

 

 這個過程與二維打印機的打印過程很相似,只不過從打印頭出來的不是油墨,而是ABS樹脂等材料的熔融物。同時由於3D

打印機的打印頭或底座能夠在垂直方向移動,所以它能讓材料逐層進行快速累積,並且每層都是CAD

模型確定的軌跡打印出確定的形狀,所以最終能夠打印出設計好的三維物體。

2、光固化立體造型(Stereolithography,SLA)

據維基百科記載,1984年的第壹臺快速成形設備采用的就是光固化立體造型工藝,現在的快速成型設備中,以SLA的研究最為深入,運用也最為廣泛。平時我們通常將這種工藝簡稱“光固化”,該工藝的基礎是能在紫外光照射下產生聚合反應的光敏樹脂。

 與其它3D 打印工藝壹樣,SLA 光固化設備也會在開始“打印”物體前,將物體的三維數字模型切片。然後電腦控制下,紫外激光會沿著零件各分層截面輪廓,對液態樹脂進行逐點掃描。被掃描到的樹脂薄層會產生聚合反應,由點逐漸形成線,最終形成零件的壹個薄層的固化截面,而未被掃描到的樹脂保持原來的液態。

當壹層固化完畢,升降工作臺移動壹個層片厚度的距離,在上壹層已經固化的樹脂表面再覆蓋壹層新的液態樹脂,用以進行再壹次的掃描固化。新固化的壹層牢固地粘合在前壹層上,如此循環往復,直到整個零件原型制造完畢。

SLA 工藝的特點是,能夠呈現較高的精度和較好的表面質量,並能制造形狀特別復雜(如空心零件)和特別精細(如工藝品、首飾等)的零件。

3、選擇性激光燒結(SLS)

 

 數字模型分層切割與逐層制造是3D 打印工藝的基礎,這裏往後就不再贅述了。除此之外,SLS 工藝與SLA

光固化工藝還有相似之處,即都需要借助激光將物質固化為整體。不同的是,SLS

工藝使用的是紅外激光束,材料則由光敏樹脂變成了塑料、蠟、陶瓷、金屬或其復合物的粉末。

先將壹層很薄(亞毫米級)的原料粉未鋪在工作臺上,接著在電腦控制下的激光束通過掃描器以壹定的速度和能量密度,按分層面的二維數據掃描。激光掃描過的粉末就燒結成壹定厚度的實體片層,未掃描的地方仍然保持松散的粉末狀。

壹層掃描完畢,隨後對下壹層進行掃描。先根據物體截層厚度升降工作臺,鋪粉滾筒再次將粉末鋪平,然後再開始新壹層的掃描。如此反復,直至掃描完所有層面。去掉多余粉末,再經過打磨、烘幹等適當的後處理,即可獲得零件。

目前應用此工藝時,以蠟粉末及塑料粉末作為原料較多,而用金屬粉或陶瓷粉進行粘接或燒結的工藝尚未實際應用。

 4、層片疊加制造(Laminated object manufacturing,LOM)

在層片疊加制造工藝中,機器會將單面塗有熱溶膠的箔材通過熱輥加熱,熱溶膠在加熱狀態下可產生粘性,所以由紙、陶瓷箔、金屬箔等構成的材料就會粘接在壹起。接著,上方的激光器按照CAD 模型分層數據,用激光束將箔材切割成所制零件的內外輪廓。然後再鋪上新的壹層箔材,通過熱壓裝置將其與下面已切割層粘合在壹起,激光束再次切割。然後重復這個過程,直至整個零部件打印完成。

不難發現,LOM 工藝還是有傳統切削的影子。只不過它不是用大塊原材料進行整體切削,而是將原來的零部件模型分割為多層,然後進行逐層切削。

5、三維印刷工藝(3D printing,3DP)

三維印刷,也稱三維打印。維基百科顯示,1989年,麻省理工的Emanuel M. Sachs和John S.

Haggerty等在美國申請了三維印刷技術的專利,之後Emanuel M. Sachs和John S.

Haggerty又多次對該技術進行完善,並最終形成了今天的三維印刷工藝。

從工作方式來看,三維印刷與傳統二維噴墨打印最接近。與SLS 工藝壹樣,3DP 也是通過將粉末粘結成整體來制作零部件,不同之處在於,它不是通過激光熔融的方式粘結,而是通過噴頭噴出的粘結劑。

噴頭在電腦控制下,按照模型截面的二維數據運行,選擇性地在相應位置噴射粘結劑,最終構成層。在每壹層粘結完畢後,成型缸下降壹個等於層厚度的距離,供粉缸上升壹段高度,推出多余粉末,並由鋪粉輥推到成型缸,鋪平再被壓實。如此循環,直至完成整個物體的粘結

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