四種激光快速成型3D打印技術(shù)的原理及特點(diǎn)

　　3D打印(ThreeDimension Printing，簡稱3DP)技術(shù)，是指通過連續(xù)的物理層疊加，逐層增加材料來生成三維實(shí)體的技術(shù)，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)不同，因此又稱為添加制造或增材制造(AdditiveManufacturing，簡稱AM)技術(shù)，以前稱為快速成型(RapidPrototyping，簡稱RP)技術(shù)。


　　1.DLP工藝


　　一、DLP工藝的原理


　　數(shù)字光處理(Digital Light Processing，DLP)是近年出現(xiàn)的3D打印技術(shù)，與SLA的成型技術(shù)有著異曲同工之妙，它是SLA的變種形式。在加工產(chǎn)品時(shí)，利用數(shù)字微鏡元件 將產(chǎn)品截面圖形投影到液體光明樹脂表面，使照射的樹脂逐層進(jìn)行光固化。DLP 3D打印由于每層固化時(shí)通過幻燈片似的片狀固化，速度比同類型的SLA速度更快。這項(xiàng)技術(shù)非常適合高分辨率成型，代表是德國的Envisiontec公 司。


　　SLA工藝主要是將特定強(qiáng)度的激光聚焦到3D打印材料的表面，使其凝固成型。SLA成型主要是點(diǎn)到線、線到面逐漸成型的過程。與SLA不同，DLP技術(shù)主要利用DLP投影，投影過程中將整個(gè)面的激光聚焦到3D打印材料表面。所以DLP技術(shù)的機(jī)型打印速度更快。

3D打印汽車保險(xiǎn)杠.jpg

深圳3D打印服務(wù)公司-光速三維主要采用SLA光固化3D打印設(shè)備


　　二、DLP工藝的優(yōu)勢、劣勢


　　1)產(chǎn)品性能與SLA工藝相近，成型速度更塊。


　　2)受數(shù)字光鏡分辨率限制，只能打印尺寸較小產(chǎn)品。


　　DLP工藝在珠寶首飾領(lǐng)域的蠟?zāi)４蛴∫延休^長歷史，應(yīng)用比較成熟。隨著數(shù)字光鏡分辨率的提高，其在工業(yè)、文創(chuàng)等領(lǐng)域的應(yīng)用將快速普及。


　　2.LOM工藝


　　分層實(shí)體成型法(Laminated Object Manufacturing，LOM)也是出現(xiàn)較早的3D打印技術(shù)之一，由Helisys公司(現(xiàn)在的Cubic Technologies)發(fā)明。



　　LOM法以片材(如紙片、塑料薄膜或復(fù)合材料)為原材料，采用二氧化碳激光器切割系統(tǒng)按照計(jì)算機(jī)提取的橫截面輪廓線數(shù)據(jù)，將背面涂有熱熔 膠的紙片材用激光切割出工件的內(nèi)外輪廓，同時(shí)交叉切割非零件區(qū)域以便于廢料的去除。切割完一層后，送料機(jī)構(gòu)將新的一層紙片材疊加上去，工作臺帶動已成形的 工件下降(通常材料厚度為0.1-0.2mm)，與帶狀片材(料帶)分離;供料機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動收料軸和供料軸，帶動料帶移動，使新層移到加工區(qū)域;工作臺上升到 加工平面;鋪紙滾輪進(jìn)行熱壓，工件的層數(shù)增加一層，高度增加一個(gè)料厚;再在新層上切割截面輪廓，最終完成零件加工。


　　由于原材料易于獲取，LOM工藝成本較低。加工過程不涉及化學(xué)反應(yīng)，適合制作大尺寸產(chǎn)品。但由于傳統(tǒng)的LOM成型工藝CO2激光器成本高、原材料種類過少、紙張的強(qiáng)度偏弱且容易受潮等原因，現(xiàn)已經(jīng)逐漸退出3D打印的歷史舞臺。


　　3.SLM工藝


　　一、SLM工藝的原理


　　SLM是利用金屬粉末在激光束的熱作用下完全熔化、經(jīng)冷卻凝固而成型的一種技術(shù)。SLM與SLS制件過程非常相似，這里不再贅述。但 是，SLM工藝一般需要添加支撐結(jié)構(gòu)，其主要作用體現(xiàn)在：1)承接下一層未成型粉末層，防止激光掃描到過厚的金屬粉末層，發(fā)生塌陷;2)由于成型過程中粉 末受熱熔化冷卻后，內(nèi)部存在收縮應(yīng)力，導(dǎo)致零件發(fā)生翹曲等，支撐結(jié)構(gòu)連接已成型部分與未成形部分，可有效抑制這種收縮，能使成型件保持應(yīng)力平衡。                                    　　


　　二、SLM工藝的優(yōu)勢、劣勢


　　1)SLM工藝加工標(biāo)準(zhǔn)金屬的致密度超過99%，良好的力學(xué)性能與傳統(tǒng)工藝相當(dāng)。


　　2)可加工材料種類持續(xù)增加，所加工零件可后期焊接。


　　3)價(jià)格昂貴，速度偏低。


　　4)精度和表面質(zhì)量有限，可通過后期加工提高。


　　三、SLM工藝應(yīng)用范圍


　　1)加工標(biāo)準(zhǔn)金屬的外觀、裝配、功能原型。


　　2)支撐零件，如夾具、固定裝置等。


　　3)小批量零件生產(chǎn)。


　　4)注射模具。


　　4.SLS工藝


　　一、SLS工藝的原理


　　選擇性激光燒結(jié)成型法的原理如下圖所示：1)粉末顆粒存儲在左側(cè)的供料倉內(nèi)，打印時(shí)供粉倉升降平臺向上升起，將高于打印平面的粉末通過鋪 粉滾筒推壓至打印倉的打印平板上，形成一個(gè)很薄且平面的粉層;2)此時(shí)激光束掃描系統(tǒng)，會依據(jù)切片的二維CAD路徑在粉層上進(jìn)行選擇性掃描，被掃描到的粉 末顆粒會由于激光焦點(diǎn)的高溫而燒結(jié)在一起，而生成具有一定厚度的實(shí)體薄片，未掃描的區(qū)域仍然保持原來的松散粉末狀;3)一層燒結(jié)完成后，打印平臺根據(jù)切片 高度下降，水平滾筒再次將粉末鋪平，然后再開始新一層的燒結(jié)，此時(shí)層與層之間也同時(shí)燒結(jié)在一起;4)如此反復(fù)，直至燒結(jié)完所有層面。移除并回收未被燒結(jié)的 粉末，即可取出打印好的實(shí)體模型

金屬3D打印.png

　　二、SLS工藝的優(yōu)勢、劣勢


　　與其它3D打印方法相比，SLS工藝的優(yōu)點(diǎn)非常明顯：


　　1)成型材料十分廣泛。從理論上說，任何加熱后能夠形成原子間粘結(jié)的粉末材料都可以 作為SLS的成型材料;


　　2)可以打印任何復(fù)雜結(jié)構(gòu)，包括鏤空結(jié)構(gòu)，空心結(jié)構(gòu)等。過程與零件復(fù)雜程度無關(guān)，制件的強(qiáng)度高;


　　3)材料利用率高，未燒結(jié)的粉末可 重復(fù)使用，材料浪費(fèi)少;


　　4)無須支撐結(jié)構(gòu)，松散粉末起到支撐作用，降低打印前期模型處理難度;


　　5)SLS工藝可加工具有良好力學(xué)性能的標(biāo)準(zhǔn)塑料;


　　6)可加 工材料種類持續(xù)增加，在小批量生產(chǎn)中價(jià)格優(yōu)勢明顯。


　　與相應(yīng)的注塑件相比，SLS工藝產(chǎn)品的性能并不完全一致，尤其是產(chǎn)品表面較為粗糙。SLS工藝幾乎可以應(yīng)用于各行各業(yè)中，不僅是在研發(fā)設(shè)計(jì)階段的概念驗(yàn)證，同樣適用于功能性手板的制作，終端零部件的生產(chǎn)，以及直接或間接地利用于各種快速鑄造。目前該工藝在航空航天、家用電子、汽車制作、醫(yī)療輔助、工藝美術(shù)和燈飾等領(lǐng)域均有很廣泛的應(yīng)用。