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一文帶你了解3D打印原理

專欄：行業(yè)資訊

發(fā)布日期：2021-07-08

閱讀量：1535

作者：新材料在線

3D打印是制造業(yè)領(lǐng)域的一項新興技術(shù)，被稱為“具有工業(yè)革命意義的制造技術(shù)”。近年來，隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，3D打印技術(shù)得到迅速發(fā)展并得到媒體的廣泛關(guān)注，各類3D打印技術(shù)被紛紛報道。

下面，給大家分享的是3D打印原理高分子篇和金屬篇，主要介紹SLA、CLIP、3DP、PolyJet、FDM五大高分子技術(shù)，以及NPJ、SLM、SLS、LMD和EBM五大金屬3D打印原理

1、SLA（StereoLithography）

SLA即光固化成型技術(shù)，指利用紫外光照射液態(tài)光敏樹脂發(fā)生聚合反應(yīng)，來逐層固化并生成三維實體的成型方式，SLA制備的工件尺度精度高，是商業(yè)化的最早3D打印技術(shù)。

以下是SLA工藝工程：

紫外激光源

光固化反應(yīng)

逐層掃描成型

2、CLIP（ContinuousLiquid Interface Production technology）

CLIP即連續(xù)液體界面提取技術(shù)，是在Carbon 3D公司在SLA技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)的具有革命性的3D打印技術(shù)，將3D打印的速度提高了100倍！

CLIP從底部投影，使光敏樹脂固化，不需要固化的部分通過控制氧氣，形成死區(qū)，抑制光固化反應(yīng)而保持穩(wěn)定的液態(tài)區(qū)域，這樣就保證了固化的連續(xù)性。

光固化反應(yīng)

氧氣抑制光固化過程

光固化死區(qū)演示

CLIP成型過程

3、3DP（Three-DimensionalPrinting）

3DP即三維打印快速成型技術(shù)，其與傳統(tǒng)二維噴墨打印接近，從噴頭噴出粘結(jié)劑（彩色粘結(jié)劑可以打印出彩色制件），將平臺上的粉末粘結(jié)成型，通常用采用石膏粉作為成型材料。3DP技術(shù)目前主要應(yīng)用有兩個：全彩3D打印及砂模鑄造。

以下是Exone公司用3DP技術(shù)進(jìn)行砂模鑄造的過程：

粘結(jié)劑噴射

加熱固化

打印成型

鑄造成型

4、PolyJet

PolyJet即聚合物噴射技術(shù)，其成型原理類似3DP技術(shù)，但噴射的不是粘合劑而是光固化樹脂，噴射完成后通過紫外光照射固化成型。

PolyJet成型原理

PolyJet采用陣列式噴頭，甚至可以同時噴射不同材料，實現(xiàn)多種材料、多色材料同時打印。

陣列噴頭工作過程

PolyJet打印過程

5、FDM（FusedDeposition Modeling）

FDM即熔融層積技術(shù)，利用高溫將材料熔化，通過打印頭擠出成細(xì)絲，在構(gòu)件平臺堆積成型。FDM是最簡單也是最常見的3D打印技術(shù)，通常應(yīng)用于桌面級3D打印設(shè)備。

以下是FDM技術(shù)的工作原理：

模型處理

耗材擠出成型

逐層打印過程

去除支撐

表面處理

金屬3D打印技術(shù)可以直接用于金屬零件的快速成型制造，具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景，是國內(nèi)外重點發(fā)展的3D打印技術(shù)，下面跟大家分享NPJ、SLM、SLS、LMD和EBM五大金屬3D打印原理。

6.NPJ（Nano Particle Jetting）

NPJ技術(shù)是以色列公司Xjet最新開發(fā)出的金屬3D打印成型技術(shù)，與普通的激光3D打印成型相比，其使用的是納米液態(tài)金屬，以噴墨的方式沉積成型，打印速度比普通激光打印快5倍，且具有優(yōu)異的精度和表面粗糙度。

以下是Xjet設(shè)備工作過程：

金屬顆粒細(xì)化

金屬顆粒分布在液滴中

液滴噴射成型過程

液相排出過程

燒結(jié)后的制件

2.SLM（Selective Laser Melting）

SLM即選區(qū)激光熔化成型技術(shù)，是目前金屬3D打印成型中最普遍的技術(shù)，采用精細(xì)聚焦光斑快速熔化預(yù)置金屬粉末，直接獲得任意形狀以及具有完全冶金結(jié)合的零件，得到的制作致密度可達(dá)99%以上。

激光振鏡系統(tǒng)是SLM的關(guān)鍵技術(shù)之一，以下是SLM Solution公司的振鏡系統(tǒng)工作圖：

激光發(fā)射

激光傳輸

掃描振鏡

激光掃描熔化

金屬粉末熔化過程

金屬3D打印過程中，由于制件通常較復(fù)雜，需要打印支撐材料，制件完成后需要去除支撐，并對制件的表面進(jìn)行處理。

取出制件

去除支撐

后處理

3.SLS（Selective Laser Sintering）

SLS即選區(qū)激光燒結(jié)成型技術(shù)，與SLM技術(shù)類似，區(qū)別是激光功率不同，通常用于高分子聚合物的3D打印成型。

以下是SLS制備塑料制件的過程：

模型分層切片

激光燒結(jié)過程

制件的取出

后處理

SLS也可用于制造金屬或陶瓷零件，但所得到的制件致密度低，且需要經(jīng)過后期致密化處理才能使用。

SLS制造金屬零件

4.LMD（Laser Metal Deposition）

LMD即激光熔覆成型技術(shù)，該技術(shù)名稱繁多，不同的研究機(jī)構(gòu)獨立研究并獨立命名，常用的名稱包括：LENS, DMD, DLF, LRF等，與SLM最大不同在于，其粉末通過噴嘴聚集到工作臺面，與激光匯于一點，粉末熔化冷卻后獲得堆積的熔覆實體。

以下是LENS技術(shù)的工作過程：

同軸送粉

構(gòu)建過程

5.EBM（Electron Beam Melting）

EBM即電子束熔化技術(shù)，其工藝過程與SLM非常相似，區(qū)別在于，EBM所使用的能量源為電子束。EBM的電子束輸出能量通常比SLM的激光輸出功率大一個數(shù)量級，掃描速度也遠(yuǎn)高于SLM，因此EBM在構(gòu)建過程中，需要對造型臺整體進(jìn)行預(yù)熱，防止成型過程中溫度過大而帶來較大的殘余應(yīng)力。

以下是EBM工作過程：