3D打印是什么原理?
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2024-04-26
3D打印的主流工艺流程:
1、熔融沉积造型(Fused deposition modeling,FDM)
FDM 可能是目前应用最广泛的一种工艺,很多消费级3D 打印机都是采用的这种工艺,因为它实现起来相对容易:
FDM加热头把热熔性材料(ABS树脂、尼龙、蜡等)加热到临界状态,使其呈现半流体状态,然后加热头会在软件控制下沿CAD 确定的二维几何轨迹运动,同时喷头将半流动状态的材料挤压出来,材料瞬时凝固形成有轮廓形状的薄层。
这个过程与二维打印机的打印过程很相似,只不过从打印头出来的不是油墨,而是ABS树脂等材料的熔融物。同时由于3D
打印机的打印头或底座能够在垂直方向移动,所以它能让材料逐层进行快速累积,并且每层都是CAD
模型确定的轨迹打印出确定的形状,所以最终能够打印出设计好的三维物体。
2、光固化立体造型(Stereolithography,SLA)
据维基百科记载,1984年的第一台快速成形设备采用的就是光固化立体造型工艺,现在的快速成型设备中,以SLA的研究最为深入,运用也最为广泛。平时我们通常将这种工艺简称“光固化”,该工艺的基础是能在紫外光照射下产生聚合反应的光敏树脂。
与其它3D 打印工艺一样,SLA 光固化设备也会在开始“打印”物体前,将物体的三维数字模型切片。然后电脑控制下,紫外激光会沿着零件各分层截面轮廓,对液态树脂进行逐点扫描。被扫描到的树脂薄层会产生聚合反应,由点逐渐形成线,最终形成零件的一个薄层的固化截面,而未被扫描到的树脂保持原来的液态。
当一层固化完毕,升降工作台移动一个层片厚度的距离,在上一层已经固化的树脂表面再覆盖一层新的液态树脂,用以进行再一次的扫描固化。新固化的一层牢固地粘合在前一层上,如此循环往复,直到整个零件原型制造完毕。
SLA 工艺的特点是,能够呈现较高的精度和较好的表面质量,并能制造形状特别复杂(如空心零件)和特别精细(如工艺品、首饰等)的零件。
3、选择性激光烧结(SLS)
数字模型分层切割与逐层制造是3D 打印工艺的基础,这里往后就不再赘述了。除此之外,SLS 工艺与SLA
光固化工艺还有相似之处,即都需要借助激光将物质固化为整体。不同的是,SLS
工艺使用的是红外激光束,材料则由光敏树脂变成了塑料、蜡、陶瓷、金属或其复合物的粉末。
先将一层很薄(亚毫米级)的原料粉未铺在工作台上,接着在电脑控制下的激光束通过扫描器以一定的速度和能量密度,按分层面的二维数据扫描。激光扫描过的粉末就烧结成一定厚度的实体片层,未扫描的地方仍然保持松散的粉末状。
一层扫描完毕,随后对下一层进行扫描。先根据物体截层厚度升降工作台,铺粉滚筒再次将粉末铺平,然后再开始新一层的扫描。如此反复,直至扫描完所有层面。去掉多余粉末,再经过打磨、烘干等适当的后处理,即可获得零件。
目前应用此工艺时,以蜡粉末及塑料粉末作为原料较多,而用金属粉或陶瓷粉进行粘接或烧结的工艺尚未实际应用。
4、层片叠加制造(Laminated object manufacturing,LOM)
在层片叠加制造工艺中,机器会将单面涂有热溶胶的箔材通过热辊加热,热溶胶在加热状态下可产生粘性,所以由纸、陶瓷箔、金属箔等构成的材料就会粘接在一起。接着,上方的激光器按照CAD 模型分层数据,用激光束将箔材切割成所制零件的内外轮廓。然后再铺上新的一层箔材,通过热压装置将其与下面已切割层粘合在一起,激光束再次切割。然后重复这个过程,直至整个零部件打印完成。
不难发现,LOM 工艺还是有传统切削的影子。只不过它不是用大块原材料进行整体切削,而是将原来的零部件模型分割为多层,然后进行逐层切削。
5、三维印刷工艺(3D printing,3DP)
三维印刷,也称三维打印。维基百科显示,1989年,麻省理工的Emanuel M. Sachs和John S.
Haggerty等在美国申请了三维印刷技术的专利,之后Emanuel M. Sachs和John S.
Haggerty又多次对该技术进行完善,并最终形成了今天的三维印刷工艺。
从工作方式来看,三维印刷与传统二维喷墨打印最接近。与SLS 工艺一样,3DP 也是通过将粉末粘结成整体来制作零部件,不同之处在于,它不是通过激光熔融的方式粘结,而是通过喷头喷出的粘结剂。
喷头在电脑控制下,按照模型截面的二维数据运行,选择性地在相应位置喷射粘结剂,最终构成层。在每一层粘结完毕后,成型缸下降一个等于层厚度的距离,供粉缸上升一段高度,推出多余粉末,并由铺粉辊推到成型缸,铺平再被压实。如此循环,直至完成整个物体的粘结。
四种3D打印技术,有FDM、SLA、SLS和3DP他们的成型技术过程。
1. 熔融沉积成型(Fused deposition modeling FMD)
FMD可能是目前应用最广泛的一种工艺,很多消费级的3D打印机都是采用的这种工艺,因为它实现起来相对容易。FMD加热头把热熔性材料(ABS,PA,POM)加热到临界状态,使其呈现半流体状态,然后加热头会在软件控制下沿CAD确认的二维几何轨迹运动,同时喷头将半流动状态的材料挤压出来,材料瞬时凝固形成有轮廓形状的薄层.
这个过程与二维打印机的打印过程很相似,只不过从打印头出来的不是油墨,而是ABS树脂等材料的熔融物,同时由于3D打印机的打印头或底座能够在垂直方向移动,所以它能让材料逐层进行快速堆积,并每层都是CAD模型确定的轨迹打印出形状,所以最终能够打印出设计好的三维物体。
2.光固化立体成型(Stereolithography,SLA)
据维基百科记载,1984年的第一台快速成形设备采用的就是光固化立体造型工艺,现在的快速成型设备中,以SLA的研究最为深入运用也最为广泛。平时我们通常将这种工艺简称“光固化”,该工艺的基础是能在紫外光照射下产生聚合反应的光敏树脂
与其它3D 打印工艺一样,SLA 光固化设备也会在开始“打印”物体前,将物体的三维数字模型切片。然后在电脑控制下,紫外激光会沿着零件各分层截面轮廓,对液态树脂进行逐点扫描。被扫描到的树脂薄层会产生聚合反应,由点逐渐形成线,最终形成零件的一个薄层的固化截面,而未被扫描到的树脂保持原来的液态。
当一层固化完毕,升降工作台移动一个层片厚度的距离,在上一层已经固化的树脂表面再覆盖一层新的液态树脂,用以进行再一次的扫描固化。新固化的一层牢固地粘合在前一层上,如此循环往复,直到整个零件原型制造完毕。
SLA 工艺的特点是,能够呈现较高的精度和较好的表面质量,并能制造形状特别复杂(如空心零件)和特别精细(如工艺品、首饰等)的零件。
3、选择性激光烧结(SLS)
数字模型分层切割与逐层制造是3D 打印工艺的基础,这里往后就不再赘述了。除此之外,SLS 工艺与SLA 光固化工艺还有相似之处。即都需要借助激光将物质固化为整体。不同的是,SLS工艺使用的是红外激光束,材料则由光敏树脂变成了塑料、蜡、陶瓷、金属或其复合物的粉末.
先将一层很薄(亚毫米级)的原料粉未铺在工作台上,接着在电脑控制下的激光束通过扫描器以一定的速度和能量密度,按分层面的二维数据扫描。激光扫描过的粉末就烧结成一定厚度的实体片层,未扫描的地方仍然保持松散的粉末状。 一层扫描完毕,随后对下一层进行扫描。先根据物体截层厚度升降工作台,铺粉滚筒再次将粉末铺平,然后再开始新一层的扫描。如此反复,直至扫描完所有层面。去掉多余粉末,再经过打磨、烘干等适当的后处理,即可获得零件。
4、三维印刷工艺(3D printing,3DP)3DP
也被称为粘合喷射、喷墨粉末打印。这种3D打印技术的工作方式和传统的二维喷墨打印最为接近。和SLS工艺相同,3DP技术也是通过将粉末粘结成整体来制作零部件,但是它不是通过激光熔融的方式粘结,而是通过喷头喷出的粘结剂来完成粘结工作。
喷头在电脑控制下,按照模型截面的二维数据运行,选择性地在相应位置喷射粘结剂,最终构成层。在每一层粘结完毕后,成型缸下降一个等于层厚度的距离,供粉缸上升一段高度,推出多余粉末,并由铺粉辊推到成型缸,铺平再被压实。如此循环,直至完成整个物体的粘结。
3DP技术作为3D打印技术之一,是继SLS、FDM等应用最为广泛的快速成型工艺技术后发展前景最为看好的一项快速成型技术。凭借快捷、适用范围广、精细度高等独特的优势,3DP技术得到很多优秀的3D打印行业公司的关注。
3D打印的主流工艺流程:
1、熔融沉积造型(Fused deposition modeling,FDM)
FDM 可能是目前应用最广泛的一种工艺,很多消费级3D 打印机都是采用的这种工艺,因为它实现起来相对容易:
FDM加热头把热熔性材料(ABS树脂、尼龙、蜡等)加热到临界状态,使其呈现半流体状态,然后加热头会在软件控制下沿CAD 确定的二维几何轨迹运动,同时喷头将半流动状态的材料挤压出来,材料瞬时凝固形成有轮廓形状的薄层。
这个过程与二维打印机的打印过程很相似,只不过从打印头出来的不是油墨,而是ABS树脂等材料的熔融物。同时由于3D
打印机的打印头或底座能够在垂直方向移动,所以它能让材料逐层进行快速累积,并且每层都是CAD
模型确定的轨迹打印出确定的形状,所以最终能够打印出设计好的三维物体。
2、光固化立体造型(Stereolithography,SLA)
据维基百科记载,1984年的第一台快速成形设备采用的就是光固化立体造型工艺,现在的快速成型设备中,以SLA的研究最为深入,运用也最为广泛。平时我们通常将这种工艺简称“光固化”,该工艺的基础是能在紫外光照射下产生聚合反应的光敏树脂。
与其它3D 打印工艺一样,SLA 光固化设备也会在开始“打印”物体前,将物体的三维数字模型切片。然后电脑控制下,紫外激光会沿着零件各分层截面轮廓,对液态树脂进行逐点扫描。被扫描到的树脂薄层会产生聚合反应,由点逐渐形成线,最终形成零件的一个薄层的固化截面,而未被扫描到的树脂保持原来的液态。
当一层固化完毕,升降工作台移动一个层片厚度的距离,在上一层已经固化的树脂表面再覆盖一层新的液态树脂,用以进行再一次的扫描固化。新固化的一层牢固地粘合在前一层上,如此循环往复,直到整个零件原型制造完毕。
SLA 工艺的特点是,能够呈现较高的精度和较好的表面质量,并能制造形状特别复杂(如空心零件)和特别精细(如工艺品、首饰等)的零件。
3、选择性激光烧结(SLS)
数字模型分层切割与逐层制造是3D 打印工艺的基础,这里往后就不再赘述了。除此之外,SLS 工艺与SLA
光固化工艺还有相似之处,即都需要借助激光将物质固化为整体。不同的是,SLS
工艺使用的是红外激光束,材料则由光敏树脂变成了塑料、蜡、陶瓷、金属或其复合物的粉末。
先将一层很薄(亚毫米级)的原料粉未铺在工作台上,接着在电脑控制下的激光束通过扫描器以一定的速度和能量密度,按分层面的二维数据扫描。激光扫描过的粉末就烧结成一定厚度的实体片层,未扫描的地方仍然保持松散的粉末状。
一层扫描完毕,随后对下一层进行扫描。先根据物体截层厚度升降工作台,铺粉滚筒再次将粉末铺平,然后再开始新一层的扫描。如此反复,直至扫描完所有层面。去掉多余粉末,再经过打磨、烘干等适当的后处理,即可获得零件。
目前应用此工艺时,以蜡粉末及塑料粉末作为原料较多,而用金属粉或陶瓷粉进行粘接或烧结的工艺尚未实际应用。
4、层片叠加制造(Laminated object manufacturing,LOM)
在层片叠加制造工艺中,机器会将单面涂有热溶胶的箔材通过热辊加热,热溶胶在加热状态下可产生粘性,所以由纸、陶瓷箔、金属箔等构成的材料就会粘接在一起。接着,上方的激光器按照CAD 模型分层数据,用激光束将箔材切割成所制零件的内外轮廓。然后再铺上新的一层箔材,通过热压装置将其与下面已切割层粘合在一起,激光束再次切割。然后重复这个过程,直至整个零部件打印完成。
不难发现,LOM 工艺还是有传统切削的影子。只不过它不是用大块原材料进行整体切削,而是将原来的零部件模型分割为多层,然后进行逐层切削。
5、三维印刷工艺(3D printing,3DP)
三维印刷,也称三维打印。维基百科显示,1989年,麻省理工的Emanuel M. Sachs和John S.
Haggerty等在美国申请了三维印刷技术的专利,之后Emanuel M. Sachs和John S.
Haggerty又多次对该技术进行完善,并最终形成了今天的三维印刷工艺。
从工作方式来看,三维印刷与传统二维喷墨打印最接近。与SLS 工艺一样,3DP 也是通过将粉末粘结成整体来制作零部件,不同之处在于,它不是通过激光熔融的方式粘结,而是通过喷头喷出的粘结剂。
喷头在电脑控制下,按照模型截面的二维数据运行,选择性地在相应位置喷射粘结剂,最终构成层。在每一层粘结完毕后,成型缸下降一个等于层厚度的距离,供粉缸上升一段高度,推出多余粉末,并由铺粉辊推到成型缸,铺平再被压实。如此循环,直至完成整个物体的粘结
3d打印的主流工艺主要有:
1、FDM熔融沉积成型3D打印技术
2、SLA光固化快速成型3D打印技术
3、DLP数码影像投射3D打印技术
4、SLS选择性激光烧结3D打印技术
5、DMLS直接金属激光烧结3D打印技术
6、PolyJet 紫外光固化喷射的液体感光树脂3D打印技术
7、MJP多喷嘴喷墨高分辨率逐层堆叠3D打印技术
8、CJP彩色喷墨打印技术
9、3DP三维打印3D打印技术
10、DED多层激光熔覆3D打印技术
11、LOM薄板层压成型3D打印技术
1.先通过计算机建模软件建模,然后通过SD卡或者USB优盘把它拷贝到3D打印机中,进行打印设置后,打印机就可以把它们打印出来。
2.三维打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的,使用3D打印机的流程是:
轻点电脑屏幕上的“打印”按钮,一份数字文件便被传送到一台喷墨打印机上,它将一层墨水喷到纸的表面以形成一副二维图像。
3.在3D打印时,软件通过电脑辅助设计技术(CAD)完成一系列数字切片,并将这些切片的信息传送到3D打印机上,后者会将连续的薄型层面堆叠起来,直到一个固态物体成型。
拓展内容
3D打印即快速成型技术的一种,又称增材制造 ,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,后逐渐用于一些产品的直接制造,已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车,航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。
3D打印常用的制作工艺
1、FDM熔融沉积成型3D打印技术
熔融沉积成型(FDM)是一种增材制造技术,是软件数学分层的定位模型构建,通过加热层挤出热塑性纤维。适用于几乎任何形状和尺寸的复杂几何建筑耐用部件,FDM是唯一的3D打印过程中使用的材料如ABS、聚碳酸酯和pc材料的。
2、SLA光固化快速成型3D打印技术
sla光固化快速成型是一种增材制造过程中,通过紫外线(UV)激光在一大桶光致聚合物树脂。借助计算机辅助制造、计算机辅助设计软件(CAD/CAM),紫外激光用于绘制一个预编程的设计或形状上的光致还原表面。
3、SlS选择性激光烧结3D打印技术;
SLS选择性激光烧结采用高功率CO2激光熔化或烧结粉末热塑性塑料增材制造层技术,激光选择性地将粉末材料通过扫描截面的三维数字描述的部分产生的在粉床表面。在每个横截面扫描,粉末床是由一层厚度降低,一层新材料的应用上,并重复该过程,直到部分完成。
3D打印机由电子部分、机械部分和软件部分三个部分组成。
分别介绍如下:
软件部分:简单来说3D打印机是通过软件对3D模型分割成无数个层,这个层的厚度基本等于3D打印机的精度,然后生成无数个打印的坐标命令供机械部分执行。
机械部分:机械部分是执行打印命令的定位部分,由电机、支架、同步轮、传送带等组成的XYZ空间轴,软件部分生成的打印坐标就由此定位。
电子部分:电子部分可以理解为软件和机械部分的桥梁,主要对软件生成的指令和数据缓存,对电机的控制、温度的控制等等,软件生成的坐标指令就由电子部分控制机械部分执行,以达到精准打印的目的。
①使用高分比率的3d蜡打印机见设计模型打印成蜡模。这种蜡模有这饱和蓝色,其密度和表面特征与传统铸造蜡相似,使用多喷射设计建模打印出来的。它工作原理是通过几个喷嘴将融化的蜡扫过结构建区域逐层沉积在铝制平台上,当加热的3d打印材料时喷射在构建板上,蜡就会凝固。另一个熔融稳定较低的蜡则沉积在设计模型的悬垂端下,作为支撑材料。打印完成后,将模型从拖盘中取出来,放在热水中, 将支撑材料融化。
②将模型放进装有液体石膏的容器中。石膏固化,蜡将在熔炉中融化,最终得到石膏的模具。
③将融化的金属液经由浇注入模具,并举行硬化。
④将石膏的模具打碎,一件新的首饰就诞生了
⑤将首饰进行简单抛光,最后再仔细清洗并手工抛光。