增材制造技术之二 3D打印技术分类

发表于 2017-2-24 08:36:39 显示全部楼层 2 7724

马上注册(开思网用户可以直接登录),结交更多好友,享用更多功能,让你轻松玩转3D打印社区。

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册享受会员折扣

x
增材制造3D打印技术分类

本部分帮助用户了解主流的增材制造技术并且详细介绍目前工业应用广泛的3D打印方法。

目录
  • 前沿
  • 光固化技术 (SLA, DLP, CDLP)
  • 粉末熔化技术 (SLS, SLM/DMLS, EBM,MJF)
  • 熔融挤压技术(FDM)
  • 材料喷射技术(MJ,NPI,DOD)
  • 粘结喷射技术
  • 直接能量沉积技术(LENS,EBAM)

前沿

为特定的设计选择最佳的增材制造方法往往非常困难,因为不同种类的打印方法和材料可能都适合于打印,但是每一种方法所能呈现的打印精度、表面光洁度以及所需的后处理却有很大不同。

本部分将对每种打印技术进行分类并分别解释各技术之间的区别,采用相同材料和成型原理的成型方法将被归于一类。

1.光固化技术

光敏树脂在特定波段的光照射下会发生化学反应变成固体,即光聚合作用,根据该现象实现固体层叠制造的方法出现了多种增材制造技术。

1.1SLA技术
立体光刻技术(SLA)将建造平台沉浸在装满树脂的半透明槽中,当建造平台恰好被树脂淹没时,激光器扫描图形界面实现树脂固化,当该层树脂被激光扫描结束并固化之后,建造平台下降一个高度使液体树脂覆盖在建造物体上面,通过逐层重复该步骤,零件被打印出来。通常打印完成之后会采用紫外灯照射来提高零件的机械性能。

1.2DLP技术
DLP技术跟SLA技术的打印方法几乎相同,主要区别在于DLP采用投影仪曝光整层树脂。由于投影仪是数字屏幕,每层的图像由正方形的像素组成,导致每一层由小矩形拼接而成。DLP技术无需像SLA技术那样通过激光诸点扫描成型,因此相比SLA技术打印速度更快。

1.3CDLP技术
连续光固化技术与DLP技术制造零件的方式相同,然而它依赖于建造平台在Z轴的连续运动,这使得打印机在工作过程中无需停止用于铺平树脂。

1.4光固化技术应用
光固化技术的优点在于能够打印精细细节的零件,并且表面质量优异,因此该技术是珠宝首饰、熔模铸造、牙科和医疗应用的理想选择,材料的改进还可以用于制作注塑模具。该技术的局限性主要是打印尺寸有限以及打印强度不够。

技术 主要厂家 材料
SLA Formlabs, 3D Systems, DWS 普通、高强、柔性、透明及铸造树脂
DLP B9 Creator, MoonRay 普通和铸造树脂
CDLP Carbon3D, EnvisionTEC 普通、高强、柔性、透明及铸造树脂

2.粉末熔化技术

粉末熔化技术利用热源诱导粉末在规定的区域熔化和凝固,从而实现层叠制造。多数粉末熔化设备都有粉末平移机构,因为零件的制造部分被填埋在粉末中,且粉末熔化技术之间的区别在于热源(激光波长与光斑尺寸)以及粉末材料的不同(塑料或金属)。
技术:

2.1SLS技术
选区激光烧结(SLS)采用激光烧结每一层的粉末材料,每烧结一层,构建平台下降一个高度,新的粉末被铺在表面,激光扫描零件的横截面,不断重复实现立体制造。最终零件加工完成之后被粉末包裹在里面,需要将其移除粉层并清理干净(通常采用压缩气体)。在工业上,SLS通常指的是烧结尼龙或者陶瓷。

2.2SLM/DMLS技术
选区激光熔化(SLM)和直接金属烧结技术(DMLS)与SLS制造零件的方式相同,主要区别在于这两种技术用于生产金属部件。SLM技术用来制造纯金属,DMLS用于打印合金零件。不同于SLS技术的是,这两种技术通常需要添加支撑用来抵抗制造过程中的残余应力以防止变形失真。DMLS技术是最成熟的金属原型制造工艺,安装条件容易达到。

2.3EBM技术
与其他粉末熔化技术相比,电子束熔化技术(EBM)采用高能电子束来熔化金属粉末而非激光,聚焦电子束在粉末床表面的特定区域扫描实现局部熔化和凝固实现打印。电子束熔化技术在打印件内部产生的残余应力较少,因此引起的变形和所需的支撑结构也较少。虽然EBM技术使用的能量较少,但是比SLS打印效率更高,其最小特征尺寸、粉末粒径、层厚以及表面光洁度都要更大些。EBM技术必须在真空环境下工作,其材料必须具有导电性。

2.4MJF技术
多射流熔融技术与其他粉末熔化技术类似,不过该技术增加了一个额外的步骤,即喷射一种用于细节处理的材料。首先铺设粉末,然后沿图形截面喷射溶剂,同时在细节部位喷射精细剂,内部粉末融合在一起,最后成型区域施加热源固化。精细剂降低了零件边沿的融合强度,可以保持零件锐利或者平滑的表面特征。以上步骤不断重复直至零件制造完成。

应用

粉末熔化技术为制作具有复杂结构的零件提供了便利,尤其是有的技术不需要添加支撑。所制作的零件往往具有很高的强度和刚度,并且有较多的后处理方法,使得该技术可以用于制作终端零件。粉末熔化技术的主要不足在于其表面质量(如表面粗糙度和孔隙)、收缩变形、粉末清理以及后处理方面。

技术 主要公司 材料
SLS EOS, Stratasys 尼龙,铝/尼龙,碳纤维尼龙,热塑性塑料,弹性尼龙
SLM/DMLS EOS, 3D Systems, Sinterit 铝合金、钛合金、不锈钢、镍基合金、钴铬合金
EBM         Arcam 钛合金,钴铬合金
Multi Jet FusionHP 尼龙

回复

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2017-2-27 19:39:01 | 显示全部楼层
3.材料挤出技术

类似于牙膏从管中挤出的方式,材料挤出技术将材料通过喷嘴挤出到建造平台上,按照一定的路径建造零件。

FDM技术

熔融沉积技术(FDM)将热塑性塑料在喷嘴中加热后熔化挤出,打印机连续移动喷嘴,使熔融的材料放置在精确的位置冷却固化,通过逐层建造来制作零件。该技术是使用最广泛的3D打印技术。

应用
该技术适用于快速生产非功能性的原型,且成本低廉,但尺寸精度较差。

技术 主要公司 材料
FDM Stratasys, Ultimaker, MakerBot, Markforged ABS, PLA, 尼龙, PC, 阻燃尼龙, 玛瑙, 填充丝材

4.材料喷射技术


材料喷射技术通常用来和2D喷墨打印进行比较,采用光聚合物、金属粉末或蜡进行光照或者升温固化的原理来一层层制造零件。材料喷射的过程允许在同一个零件上采用多种不同的材料,以此可以在建造支撑使选择不同的材料。

4.1材料喷射技术
材料喷射技术是从打印头的数百个微喷嘴中分配光敏树脂来逐层打印零件,与其他点沉积技术相比,喷射技术采用快速、线性轨迹沉积建造,当液滴沉积在建造平台上后,采用UV光固化。材料喷射过程需要添加支撑,在零件建造过程中被同时打印出来,在后处理过程中很容易被去除。

4.2纳米粒子喷射技术
纳米粒子喷射技术将包裹有纳米金属粒子或支撑粒子的液体装入打印机并喷射在建造平台上,通过高温使液体蒸发留下金属部分。

4.3按需喷墨技术
按需喷墨打印机有2个打印头, 一个沉积构建材料(通常是蜡状材料),另一个沉积可溶解的支撑材料。与传统的原型技术类似,DOD打印机遵循设定路径和喷射材料(以点的方式)来逐层生成部件的横截面积。这些机器还采用飞轮切割器,在制造每层之后切除构造区域,以在印刷下一层之前确保完全平整的表面。DOD技术通常用于失蜡铸造/熔模铸造和模具制造用的“蜡状”图案。

应用
材料喷射技术是制造原型的理想方式,可以呈现优良的细节、高精度以及光洁的表面质量。该技术允许设计人员在同一零件中设计多种颜色和材料,主要缺点是该技术成本较高而且光固化零件的机械性能会随时间变差。

技术生产厂家 材料
材料喷射技术 Stratasys (Polyjet), 3D Systems (MultiJet)刚性、透明、多色、橡胶、ABS耐热树脂
纳米粒子喷射技术 XJET 不锈钢、陶瓷
按需喷射技术 Solidscape

回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2017-2-28 09:57:24 | 显示全部楼层
5.粘结剂喷射技术

粘结剂喷射技术是通过向粉层零件横截面喷射粘结剂来粘接零件的技术。

该技术类似于SLS都需要初始粉层,打印头通过移动在零件横截面喷射胶水(喷头直径通常在80μm)来制造零件,一层打印完毕之后分成降低一个层厚重新铺粉再喷射胶水,重复该过程直到零件制作完毕。制作完毕之后零件在粉末中防止一点时间固化可提高强度,之后取出零件采用压缩空气去除未粘接的粉末。有时可加入浸渍剂来提高机械性能,该技术的主要优点是喷嘴可以通过混合多种颜色来打印出具有复杂颜色特点的几何形状。

应用

该技术适合于展示美学和外观设计(建筑模型,包装,人体工程学验证)的应用,因为胶水粘接使零件脆性较大,因此不能用作功能件使用。

技术 常见制造商 材料
粘结剂喷射 3D Systems,Voxeljet 硅砂,PMMA颗粒材料,石膏
粘结剂喷射 ExOne 不锈钢,陶瓷,钴铬,碳化钨

6.直接能量沉积技术

直接能量沉积通过在材料沉积时熔化材料来制造零件,主要用于金属粉末或金属丝,因此也称为金属沉积。

6.1LENS技术
LENS技术通采用由激光光学部分、粉末喷嘴以及惰性气体装置构成的沉积头喷出粉末,在惰性气体保护下被激光熔化,在建造平台上制造零件。建造平台通常是金属基板,零件就在该基板上生长出来。激光熔化金属粉末形成熔池,粉末不断被喷射到熔池中实现熔化和凝固。

6.2EBAM技术
电子束增材制造采用电子束熔化金属粉末或者焊丝来制造零件,与LENS技术加工零件的方式相似,电子束比激光更有效率,且在真空下工作,最初用来服务于空间技术。

应用

直接能量沉积技术专用于金属增材制造,该技术的实质意味着它们适于修复现有零件(如涡轮叶片),由于该技术需要大量的支撑使其不适合用于从零开始制造零件。

技术 常见制造商 材料
LENS Optomec 钛,不锈钢,铝,铜,工具钢
EBAM Sciaky 钛,不锈钢,铝,铜镍,4340钢

回复 支持 反对

使用道具 举报

本版积分规则

主题

帖子

3

积分
Ta的主页 发消息

热帖更多>

网友分享更多 >

  • 【5月6日】中国-西安第一场Women in 3D
  • Women in 3D Printing--中国(西安)第
  • PTC Creo 和 3D打印增材制造:您的所见
  • 【2月22日】诚邀您参加2019 ANSYS 增材
  • 影为医疗与上海探真达成战略合作 联手
3D打印咨询
   
手机版|联系我们| |网站地图
GMT+8, 2019-9-16 17:05 , Processed in 0.057450 second(s), 9 queries , Gzip On, Redis On.
快速回复 返回顶部 返回列表