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    常見3D打印技術FDM、SLS、SLA原理及優缺點分析

    發表時間:2019-08-06?????責任編輯:極光爾沃

      FDM熔融層積成型技術是將絲狀的熱熔性材料加熱融化,同時三維噴頭在計算機的控制下,根據截面輪廓信息,將材料選擇性地涂敷在工作臺上,快速冷卻后形成一層截面。一層成型完成后,機器工作臺下降一個高度(即分層厚度)再成型下 一層,直至形成整個實體造型。

      FDM技術的優點:

      1)操作環境干凈、安全,材料無毒,可以在辦公室、家庭環境下進行,沒有產生毒氣和化學污染的危險。

      2) 無需激光器等貴重元器件,因此價格便宜。

      3) 原材料為卷軸絲形式,節省空間,易于搬運和替換。

      4) 材料利用率高,可備選材料很多,價格也相對便宜。

      FDM技術的缺點:

      1) 成形后表面粗糙,需后續拋光處理。最高精度只能為0.1mm。

      2) 速度較慢,因為噴頭做機械運動。

      3) 需要材料作為支撐結構。

      SLS打印技術采用鋪粉將一層粉末材料平鋪在已成型零件的上表面,并加熱至恰好低于該粉末燒結點的某一溫度,控制系統控制激光束按照該層的截面輪廓在粉層上掃描,使粉末的溫度升到熔化點,進行燒結并與下面已成型的部分實現粘結。一層完成后,工作臺下降一層厚度,鋪料輥在上面鋪上一層均勻密實粉末,進行新一層截面的燒結,直至完成整個模型。

      SLS技術的優點:

      1)可用多種材料。其可用材料包括高分子、金屬、陶瓷、石膏、尼龍等多種粉末材料。特別是金屬粉末材料,是目前3D打印技術中最熱門的發展方向之一。

      2)制造工藝簡單。由于可用材料比較多,該工藝按材料的不同可以直接生產復雜形狀的原型、型腔模三維構建或部件及工具。

      3)高精度。一般能夠達到工件整體范圍內(0.05-2.5)mm的公差。

      4)無需支撐結構。疊層過程出現的懸空層可直接由未燒結的粉末來支撐。

      5)材料利用率高。由于不需要支撐,無需添加底座,為常見幾種3D打印技術中材料利用率最高的,且價格相對便宜。

      SLS技術的缺點:

      1)表面粗糙。由于原材料是粉狀的,原型建造是由材料粉層經過加熱熔化實現逐層粘結的,因此,原型表面嚴格講是粉粒狀的,因而表面質量不高。

      2)燒結過程有異味。 SLS工藝中粉層需要激光使其加熱達到熔化狀態,高分子材料或者粉粒在激光燒結時會揮發異味氣體。

      3)無法直接成型高性能的金屬盒陶瓷零件,成型大尺寸零件時容易發生翹曲變形。

      4)加工時間長。加工前,要有2小時的預熱時間;零件構建后,要花5至10小時時間冷卻,才能從粉末缸中取出。

      5)由于使用了大功率激光器,除了本身的設備成本,還需要很多輔助保護工藝,整體技術難度大,制造和維護成本非常高,普通用戶無法承受

      SLA,光敏樹脂選擇性固化技術。在液槽中充滿液態光敏樹脂,其在激光器所發射的紫外激光束照射下,會快速固化(SLA與SLS所用的激光不同,SLA用的是紫外激光,而SLS用的是紅外激光)。在成型開始時,可升降工作臺處于液面以下,剛好一個截面層厚的高度。通過透鏡聚焦后的激光束,按照機器指令將截面輪廓沿液面進行掃描。掃描區域的樹脂快速固化,從而完成一層截面的加工過程,得到一層塑料薄片。然后,工作臺下降一層截面層厚的高度,再固化另一層截面。這樣層層疊加構成建構三維實體。

      SLA技術的優點:

      1)發展時間最長,工藝最成熟,應用最廣泛。在全世界安裝的快速成型機中,光固化成型系統約占60%。

      2)成型速度較快,系統工作穩定。

      3)具有高度柔性。

      4)精度很高,可以做到微米級別,比如0.025mm。

      5)表面質量好,比較光滑:適合做精細零件。

      SLA技術的缺點:

      1)需要設計支撐結構。支撐結構需要未完全固化時去除,容易破壞成型件。

      2)設備造價高昂,而且使用和維護成本都不低。SLA系統需要對液體進行操作的精密設備,對工作環境要求苛刻。

      3)光敏樹脂有輕微毒性,對環境有污染,對部分人體皮膚有過敏反應。

      4)樹脂材料價格貴,但成型后強度、剛度、耐熱性都有限,不利于長時間保存。

      5)由于材料是樹脂,溫度過高會熔化,工作溫度不能超過100℃。且固化后較脆,易斷裂,可加工性不好。成型件易吸濕膨脹,抗腐蝕能力不強。


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