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【扒一扒】3D打印的原理大解剖

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这是讯点三维(XD)的第876篇文章

3D打印是快速成形技术的一种,它运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过一层又一层的多层打印方式,来构造零物件。模具制造、工业设计常将此技术用于建造模型,现在正向产品制造的方向发展,形成“直接数字化制造”。在一些高价值应用中(比如髋关节或牙齿,或一些飞机零部件)也已经有打印而成的零部件出现。下面我们就来看一下3D打印的主要技术和原理图。


激光烧结是一项分层加工制造技术 ,这项技术的前提是物件的三维数据可用。而后三维的描述被转化为一整套切片,每个切片描述了确定高度的零件横截面。激光烧结机器通过把这些切片一层一层的累积起来,从而得到所要求的物件。在每一层,激光能量被用于将粉末熔化。借助于扫描装置,激光能量被“打印”到粉末层上,这样就产生了一个固化的层,该层随后成为完工物件的一部分。下一层又在第一层上面继续被加工,一直到整个加工过程完成。

SLS
选择性激光烧结

选择性激光烧结(selectivelaser sintering,SLS)




适用材料:热塑性塑料、金属粉末、陶瓷粉末




DMLS
直接金属激光烧结

直接金属激光烧结(Direct metallaser sintering,DMLS)




适用材料:几乎任何合金


DMLS成型的可植入钛钉,具有封闭粗糙表面,用于接骨。




FDM
熔融沉积式

熔融沉积式(Fused depositionmodeling,FDM)


熔融沉积有时候又被称为熔丝沉积,它将丝状的热熔性材料进行加热融化,通过带有微细喷嘴的挤出机把材料挤出来。喷头可以沿X轴的方向进行移动,工作台则沿Y轴和Z轴方向移动(当然不同的设备其机械结构的设计也许不一样),熔融的丝材被挤出后随即会和前一层材料粘合在一起。一层材料沉积后工作台将按预定的增量下降一个厚度,然后重复以上的步骤直到工件完全成型。




适用材料:热塑性塑料,共晶系统金属、可食用材料


SLA
立体平版印刷

立体平版印刷(Stereolithography,SLA)


SLA技术是用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面,使之由点到线,由线到面顺序凝固,完成一个层面的绘图作业,然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度,再固化另一个层面。这样层层叠加构成一个三维实体。




适用材料:光硬化树脂(photopolymer)





DLP
数字光处理

数字光处理(Digital LightProcessing,DLP)


光源通过色轮后折射在DMD芯片上,DMD芯片在接受到控制板的控制信号后将光线发射到投影屏幕上。DMD芯片外观看起来只是一小片镜子,被封装在金属与玻璃组成的密闭空间内,事实上,这面镜子是由数十万乃至上百万个微镜所组成的。以XGA解析度的DMD芯片为例,在宽1cm,长1.4cm的面积里有1024×768=786432个微镜单元,每一个微镜代表一个像素,图像就由这些像素所构成。由于像素与芯片本身都相当微小,因此业界也称这些采用微型显示装置的产品为微显示器。




适用材料:液态树脂


FFF
熔丝制造

熔丝制造(Fused FilamentFabrication,FFF)




适用材料:聚乳酸、ABS树脂




MEM
融化压模式

融化压模式(Melted andExtrusion Modeling,MEM)




适用材料:金属线、塑料线


LOM
分层实体制造

分层实体制造(Laminatedobject manufacturing,LOM)


分层实体制造是根据三维CAD模型每个截面的轮廓线,在计算机控制下,发出控制激光切割系统的指令,使切割头作X和Y方向的移动。供料机构将地面涂有热溶胶的箔材(如涂覆纸、涂覆陶瓷箔、金属箔、塑料箔材)一段段的送至工作台的上方。激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓用二氧化碳激光束对箔材沿轮廓线将工作台上的纸割出轮廓线,并将纸的无轮廓区切割成小碎片。


然后,由热压机构将一层层纸压紧并粘合在一起。可升降工作台支撑正在成型的工件,并在每层成型之后,降低一个纸厚,以便送进、粘合和切割新的一层纸。最后形成由许多小废料块包围的三维原型零件。然后取出,将多余的废料小块剔除,最终获得三维产品。




(1 Foilsupply. 2 Heated roller. 3 Laser beam. 4 Scanning prism.

5 Laser unit. 6 Layers. 7 Moving platform. 8 Waste)


适用材料电:纸、金属膜、塑料薄膜


EBM
电子束熔化成型

电子束熔化成型(Electron beammelting,EBM)


电子束加工作为一种高能束加工手段,它是采用高能电子束作为加工热源,成型可通过操纵磁偏转线圈进行。




适用材料:钛合金


材料为Ti-6Al-4V,EBM成型,用于医疗。



LENS
激光近净成形

激光近净成形,laserengineered netshaping (LENS)与SLS类似


激光近净成形技术将选择性激光烧结技术和激光熔覆技术相结合,既保持了选择性激光烧结技术成形零件的优点,又克服了其成形零件密度低、性能差的缺点。它最大的特点是制作的零件密度高、性能好,可作为结构零件使用。




适用材料:不锈钢,镍基合金,铜,铝等,尤其适用于钛




SHS

选择性热烧结



3DP
粉末层和喷头3D打印



Time
3D打印编年史




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