主流的3D打印技术有哪些?
3D打印技术于20世纪90年代中期崭露头角,它融合了光固化、纸层叠等前沿技术,成为一种新型的快速成型手段。其工作机制与常规打印颇为相似,打印机内部配备有液体或粉末状的“打印材料”,在与电脑连接后,能依据电脑指令,将这些“打印材料”逐层堆叠,最终将计算机中的设计蓝图转化为实物模型。这项技术被冠名为3D立体打印技术。
历经近三十载的持续演进,3D打印技术已日臻成熟,其产品及服务的销售额也持续攀升。今日,我将为大家揭晓当前市场上主流的3D打印技术都有哪些。
- FDM熔融沉积成型3D打印技术
熔融沉积成型(FDM)作为一种增材制造技术,通过软件对数学模型进行分层处理,并精确定位以构建模型。它利用加热装置将热塑性纤维挤出,适用于制造几乎任何形状和尺寸的复杂几何结构的高强度部件。FDM是唯一一种能够使用如ABS、聚碳酸酯以及pc-iso、ULTEM 9085等材料的3D打印工艺,这使得FDM打印出的部件具备出色的热稳定性和耐化学性,同时拥有良好的强度重量比。在必要时,还能生成支撑结构。该技术还能灵活运用多种材料以实现不同目标:例如,可采用一种材料构建模型,同时使用另一种可溶性材料作为支撑结构;或者在同一热塑性材料上实现多色打印。
我们常见的小型桌面级3D打印机,便采用了FDM技术原理,只是其别称为融长丝制造(fused filament fabrication, FFF)。FDM技术提供了丰富多样的耐用热塑性塑料选择,这些材料因其独特性能而成为众多行业的理想之选。
- 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,它利用紫外线(UV)激光在盛有光致聚合物树脂的大桶中进行操作。借助计算机辅助制造和计算机辅助设计软件(CAD/CAM),紫外激光按照预编程的设计或形状在光致聚合物表面进行绘制。由于光聚合物在紫外线照射下会发生感光固化,因此树脂逐层固化,最终形成所需的3D对象。这一过程逐层重复,直至3D对象完全成型。
SLA无疑是当前最受欢迎的打印方式之一,其工艺所使用的光敏树脂应用广泛。光敏树脂具有较高的性价比,目前云工厂的大部分客户都选择这种材料进行打印。SLA光敏树脂既可用于打印手板以验证功能和外观,也可用于打印动漫手办,上色后可直接作为收藏品。
- DLP数码影像投射3D打印技术
DLP是一种以“光”为驱动力的3D打印技术,当光照射到液态的光敏树脂(一种对光极为敏感的液态材料)上时,光敏树脂便会固化成型。DLP利用高分辨率的数字光处理器投影仪,将具有轮廓的光投射到光敏树脂表面,使表面特定区域内的一层树脂固化。当一层加工完成后,便生成物体的一个截面;随后平台移动一层,固化层上再覆盖一层液态树脂,进行第二层投影,第二固化层会牢固地粘结在前一固化层上。如此层层叠加,最终形成三维工件原型。
DLP与SLA光固化成型技术颇为相似,均利用感光聚合材料(主要是光敏树脂)在紫外光照射下快速凝固的特性。然而,DLP技术采用高分辨率的数字光处理器投影仪来投射紫外光,每次投射可成型一个截面,因此理论上其速度比同类的SLA技术更快。
- SLS选择性激光烧结3D打印技术
SLS选择性激光烧结技术能够制造出坚韧且几何形状复杂的部件。它采用高功率CO2激光来熔化或烧结粉末状的热塑性塑料,实现增材制造。SLS技术涉及使用高功率激光(如二氧化碳激光器)将小颗粒的塑料或金属粉融合成一个整体,以形成理想的三维形状。激光会选择性地将粉末材料通过扫描三维数字描述的部分截面(如来自计算机辅助设计文件或扫描数据)在粉床表面进行熔化。在每个横截面扫描完成后,粉床会降低一层厚度,并铺上一层新材料,然后重复该过程,直至部件完成。
SLS技术的一个关键优势在于,部件在制造过程中被粉末包裹,这消除了对支撑结构的需求,并允许制造复杂的几何形状。SLS生产的零件具有良好的强度、水和气密性以及耐热性,还可以添加特殊材料如铝填充和玻纤填充尼龙PA12系列。
- DMLS直接金属激光烧结3D打印技术
直接金属激光烧结(DMLS)是一种增材制造技术,它采用高达200瓦的Yb精密、高功率激光来微焊接20或30微米的薄层金属粉末和合金粉末。一层完成后,烧结部分会下降到粉床平台。在构建室内,有料平台、搭建平台以及用于移动的新粉会共同作用,这样一层又一层地直接从三维CAD数据全自动创建出全功能的金属部件。
除了DMLS外,金属3D打印技术还包括EBM电子束3D打印技术。
- PolyJet紫外(UV)光固化喷射液体感光树脂3D打印技术
PolyJet 3D打印技术通过紫外(UV)光固化喷射液体感光树脂,形成厚度为16微米的薄层,并逐层堆叠以建立模型。该技术能够制造出具有极复杂几何形状、逼真细节和光滑表面的部件。你甚至可以在同一个成型零件和模型中一次性打印多种材料、多种颜色和不同硬度的部分。PolyJet快速成型工艺采用高分辨率喷墨技术,生产的零件经济高效,是演示模型的极佳选择。
- MJP多喷嘴喷墨高解析度逐层堆叠3D打印技术
MJP多喷嘴喷墨3D打印技术采用压电喷射打印方式,以高解析度逐层堆叠或光固化塑料树脂或蜡铸造材料层。该技术提供最高的Z轴分辨率,层厚度可达16微米,能够打印出高精准度的精细零件。
- CJP彩色喷墨打印技术
CJP彩色喷墨3D打印技术利用滚筒将复合粉推送到建模平台上,并均匀铺上一层薄粉。同时,打印头喷射透明液体粘合剂以固化复合粉。彩色喷墨打印头则有选择地将彩色粘合剂喷射在铺好的粉材上。然后建模平台逐层降低,并重复这一动作,直至模型完成。
- 3DP三维打印3D打印技术
3DP三维打印技术与平面打印极为相似,甚至打印头都直接采用平面打印机的。与SLS技术类似,3DP的原料也是粉末状的。典型的3DP打印机配备有两个箱体:左边为储粉缸,右边为成型缸。打印时,左边储粉缸会上升一层(一般为0.1mm),右边成型缸会下降一层,滚粉辊将粉末从储粉缸带到成型缸,并铺上厚度为0.1mm的粉末。打印机头根据电脑数据将液体打印到粉末上(平面打印机的Y轴是纸张在移动,而3DP的Y轴是打印头在移动)。这些液体可以是粘合剂或水(用于激活粉末中的粉状粘合剂)。
- DED多层激光熔覆3D打印技术
DED多层激光熔覆技术相当于多层激光熔覆过程,它利用激光或其他能源在材料从喷嘴输出时同步熔化材料,凝固后形成实体层,并逐层叠加,最终形成三维实体零件。DED技术的成型精度相对较低,但其成型空间不受限制,因此常用于制作大型金属零件的毛坯。
- LOM薄板层压成型3D打印技术
LOM薄板层压成型技术的基本原理是利用激光等工具逐层面切割、堆积薄板材料,最终形成三维实体。通过利用纸板、塑料板和金属板,可以分别制造出木纹状零件、塑料零件和金属零件。各层纸板或塑料板之间的结合通常采用粘接剂实现,而各层金属板之间的结合则常用焊接(如热钎焊、熔化焊或超声焊接)和螺栓连接来实现。然而,该技术的最大缺点是无法制造过于复杂的零件,材料范围有限,每层厚度不可调整,且精度有限。