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一文带你了解3D打印原理
专栏:行业资讯
发布日期:2021-07-08
阅读量:171
作者:新材料在线
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3D打印是制造业领域的一项新兴技术,被称为“具有工业革命意义的制造技术”。近年来,随着工业技术的进步,3D打印技术得到迅速发展并得到媒体的广泛关注,各类3D打印技术被纷纷报道。


下面,给大家分享的是3D打印原理高分子篇和金属篇,主要介绍SLA、CLIP、3DP、PolyJet、FDM五大高分子技术,以及NPJ、SLM、SLS、LMD和EBM五大金属3D打印原理



1、SLA(StereoLithography)


SLA即光固化成型技术,指利用紫外光照射液态光敏树脂发生聚合反应,来逐层固化并生成三维实体的成型方式,SLA制备的工件尺度精度高,是商业化的最早3D打印技术。


以下是SLA工艺工程:


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紫外激光源


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光固化反应


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逐层扫描成型



2、CLIP(ContinuousLiquid Interface Production technology)


CLIP即连续液体界面提取技术,是在Carbon 3D公司在SLA技术的基础上开发的具有革命性的3D打印技术,将3D打印的速度提高了100倍!


CLIP从底部投影,使光敏树脂固化,不需要固化的部分通过控制氧气,形成死区,抑制光固化反应而保持稳定的液态区域,这样就保证了固化的连续性。


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光固化反应


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氧气抑制光固化过程


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光固化死区演示


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CLIP成型过程


3、3DP(Three-DimensionalPrinting)


3DP即三维打印快速成型技术,其与传统二维喷墨打印接近,从喷头喷出粘结剂(彩色粘结剂可以打印出彩色制件),将平台上的粉末粘结成型,通常用采用石膏粉作为成型材料。3DP技术目前主要应用有两个:全彩3D打印及砂模铸造。


以下是Exone公司用3DP技术进行砂模铸造的过程:


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粘结剂喷射


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加热固化


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打印成型


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铸造成型



4、PolyJet


PolyJet即聚合物喷射技术,其成型原理类似3DP技术,但喷射的不是粘合剂而是光固化树脂,喷射完成后通过紫外光照射固化成型。


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PolyJet成型原理


PolyJet采用阵列式喷头,甚至可以同时喷射不同材料,实现多种材料、多色材料同时打印。


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阵列喷头工作过程


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PolyJet打印过程



5、FDM(FusedDeposition Modeling)


FDM即熔融层积技术,利用高温将材料熔化,通过打印头挤出成细丝,在构件平台堆积成型。FDM是最简单也是最常见的3D打印技术,通常应用于桌面级3D打印设备。


以下是FDM技术的工作原理:


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模型处理


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耗材挤出成型


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逐层打印过程


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去除支撑


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表面处理


金属3D打印技术可以直接用于金属零件的快速成型制造,具有广阔的工业应用前景,是国内外重点发展的3D打印技术,下面跟大家分享NPJ、SLM、SLS、LMD和EBM五大金属3D打印原理。

6.NPJ(Nano Particle Jetting)


NPJ技术是以色列公司Xjet最新开发出的金属3D打印成型技术,与普通的激光3D打印成型相比,其使用的是纳米液态金属,以喷墨的方式沉积成型,打印速度比普通激光打印快5倍,且具有优异的精度和表面粗糙度。


以下是Xjet设备工作过程:


金属颗粒细化


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金属颗粒分布在液滴中


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液滴喷射成型过程


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液相排出过程


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烧结后的制件


 2.SLM(Selective Laser Melting)

SLM即选区激光熔化成型技术,是目前金属3D打印成型中最普遍的技术,采用精细聚焦光斑快速熔化预置金属粉末,直接获得任意形状以及具有完全冶金结合的零件,得到的制作致密度可达99%以上。


激光振镜系统是SLM的关键技术之一,以下是SLM Solution公司的振镜系统工作图:


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激光发射


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激光传输


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扫描振镜


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激光扫描熔化


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金属粉末熔化过程


金属3D打印过程中,由于制件通常较复杂,需要打印支撑材料,制件完成后需要去除支撑,并对制件的表面进行处理。


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取出制件


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去除支撑


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后处理



 3.SLS(Selective Laser Sintering)


SLS即选区激光烧结成型技术,与SLM技术类似,区别是激光功率不同,通常用于高分子聚合物的3D打印成型。


以下是SLS制备塑料制件的过程:


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模型分层切片


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激光烧结过程


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制件的取出


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后处理


SLS也可用于制造金属或陶瓷零件,但所得到的制件致密度低,且需要经过后期致密化处理才能使用。


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SLS制造金属零件

4.LMD(Laser Metal Deposition)


LMD即激光熔覆成型技术,该技术名称繁多,不同的研究机构独立研究并独立命名,常用的名称包括:LENS, DMD, DLF, LRF等,与SLM最大不同在于,其粉末通过喷嘴聚集到工作台面,与激光汇于一点,粉末熔化冷却后获得堆积的熔覆实体。


以下是LENS技术的工作过程:


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同轴送粉


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构建过程


  5.EBM(Electron Beam Melting)

EBM即电子束熔化技术,其工艺过程与SLM非常相似,区别在于,EBM所使用的能量源为电子束。EBM的电子束输出能量通常比SLM的激光输出功率大一个数量级,扫描速度也远高于SLM,因此EBM在构建过程中,需要对造型台整体进行预热,防止成型过程中温度过大而带来较大的残余应力。


以下是EBM工作过程:


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整体预热


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成型过程


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熔化过程中粉末的变化



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