3D打印技术原理揭晓,十大3D打印原理动图解析

当前位置:首页 - 资讯 - 设计理论      2019-05-14 17:01:00     

3D打印技术原理揭晓,十大3D打印原理动图解析

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。面对众多的3D打印技术,各位小伙伴是不是有点hold不住了?没关系,下面优概念工业设计为大家整理十大3D打印技术,用动图的方式生动呈现出其原理,把高大上的3D打印技术拉下神坛!


3D打印原理高分子部分:主要介绍SLA、CLIP、3DP、PolyJet和FDM五大技术。

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:

紫外激光源


光固化反应


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。

光固化反应


氧气抑制光固化过程


光固化死区演示 


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:

粘结剂喷射


加热固化


打印成型


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。

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。

阵列喷头工作过程


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:

模型处理


耗材挤出成型


逐层打印过程


去除支撑


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,本期继3D打印原理高分子篇再次推出金属篇,带大家分享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


属颗粒分布在液滴中


液滴喷射成型过程


液相排出过程


烧结后的制件


7、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,得到的之间致密度可达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:

激光发射


激光传输


扫描振镜


激光扫描融化


金属粉末融化过程


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。

取出制件


去除支撑


打磨后处理


8、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:

模型分层切片


激光烧结过程


制件的取出


后期处理


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。

SLS制造金属零件


9、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:

同轴送粉


构建过程


10、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:

整体预热


EBM成型过程


熔化过程中粉末的变化



动图来源:Carbon3D、Exone、YouTube等公开网站视频

编辑整理来源:新材料在线




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