3D打印介绍及四种快速成型技术在CMF设计中的运用

当前位置:首页 - 资讯 - 设计理论      2018-07-19 15:50:57     
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3D打印介绍及四种快速成型技术在CMF设计中的运用

作为产品设计师,工艺是必须要去了解的内容,最新工艺3D打印,快速成型工艺过来了解一下。相信不少设计师对于快速成型工艺不陌生,因为不少手板模型制作都采用了这样的工艺,那么你知道它有多少种工艺呢?以及作为工业设计师的我们应该如何利用好它,换言之它在cmf设计中应该如何利用呢?下面优概念工业设计就为大家解析3D打印介绍及四种快速成型技术在CMF设计中的运用。

CMF设计师在工作时候,免不了做想法的快速验证,通常会做出手板验证设计理念、结构、装配、色彩和纹理效果,分析ID设计与CMF设计的落地工艺与最终效果。

通常在设计中,制作手板会用到真空灌注、低压浇注、CNC等传统成型方式,以及新型的3D打印等工艺,快速准确地将设计构思转化为有一定结构和功能的实体原型产品,为产品投产提供快速、准确的实体评价信息,优化提高产品质量,并且能缩短产品设计开发周期。

优质的手板,可谓是CMF设计过程中的必备神器。

本次带大家了解制作手板中的一类方法——快速原型制造技术(或快速成型技术,Rapid Prototype, RP),又称增材制造技术,很多时候,大家更喜欢用3D打印技术来模糊地统称这类工艺。

所以理解了3D打印的过程,就理解了快速成型工艺的核心原理——增材成型:分层制造,逐层累加。


熔融堆积成型FDM的路径轨迹


SLA工艺示意


快速成型(RP)原理

分解过程

模型信息

Z向离散化(分层)

信息层面处理

组合过程

层面加工粘结

层层堆积

后处理

从上面快速成型工艺原理可以看到,快速成型工艺从技术上摆脱了传统制造工艺上的“减法成型”,采用“加法成型”将复杂的三维加工分解成简单的二维加工组合,从有模具到无模具生产的加工方式为设计的验证降低了大量成本。


01.立体光刻成型——SLA成型工艺

立体光刻成型SLA,属于光固化成型一种。说到光固化,可能大家更多会想到UV光固化。从机理上说,SLA成型和UV固化有相似的地方:通过特定波长的光源引发光敏树脂聚合,将单体和低聚物等固化形互连成高分子聚合物。例如SLA采用的多为激光,而UV本身的就是ultraviolet,紫外线英文的缩写。当然,UV光固化和光固化成型在应用上是完全不一样的,这里只是对比下原理。

SLA成型过程与大家经常看到的FDM成型(后面会介绍)也非常类似。这是因为快速成型的种种工艺,多为采用堆叠方法来成型,在成型原理角度来说,下面介绍的几种快速成型工艺原理均类似。


采用FDM工艺的3D打印机

SLA成型与FMD成型的区别通俗点说,就是FDM成型类似挤牙膏,把“牙膏”挤出来堆叠,自然冷却固化,形成立体模型。

而SLA成型工艺类似于传统激光打印机,不过纸张变成了液态光敏树脂,激光通过在液体光敏树脂上扫过,使得部分区域光敏树脂固化,完成表面这一层的打印后,浸没在树脂液中的平台会下降一层,固化成上又被周围的树脂液淹没,激光再在新的“纸面”上扫描“打印”,这个过程会一直循环,直到最终形成三维实体原型。


SLA工艺过程,来自《设计材料及加工工艺》


SLA光刻成型后的产品

02.选择性激光烧结成型——SLS成型工艺

SLS成型工艺与上面的SLA成型工艺的成型原理相似,只是将液态光敏树脂换成在激光束照射下,可烧结成型的各种固态烧结粉末。比如:覆膜金属粉末,覆膜陶瓷粉末,塑料粉末等。

工艺流程是用计算机控制激光束,投射到覆盖一层烧结粉末的工作面上,按照分解过程得到的零件截面信息对粉末层进行有选择的逐点扫描,受到激光照射的粉末层熔化烧结,粉末之间互相粘结形成实体。同样,每一层烧结完成后,工作平台下降一层,作业面重新铺上一层粉末,反复进行,形成立体零件。


SLS工艺过程,来自《设计材料及加工工艺》

SLS制件的精度、表面效果与外观品质比SLA制件低,这是因为SLS是烧结过程,通过高温熔化粉末来形成制件,高温区域控制的精度不如光固化的光斑控制准确。但SLS可以间接快速成型金属件,且总体成本相对其他金属成型非常低。


03.熔融堆积成型——FDM成型工艺

这个成型技术是现有多数民用3D打印机采用的工艺,使用的是使用的是线材(石蜡、塑料、含有金属粉末的塑料线材等等),通过电加热等方式将丝材在喷头中加热至略高于融化温度,使材料呈熔融状态,在计算机控制下,喷头做X-Y平面扫描运动,将熔融材料送出喷头,涂覆在工作台上,冷却后形成一层截面。之后,喷头上移一个高度,进行下一层涂覆,逐层堆积成三维实体。


FDM工艺过程,来自《设计材料及加工工艺》

FDM成型工艺适合体量较小的塑料件,制件体积越大,时间成本就越高。此外FDM成型工艺的原材料价格较高,精度通常在±0.1mm到±0.25mm,精度越高,设备越贵,但总体来说,FDM精度不会达到SLA那么高。





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