3D打印成型工艺ppt课件.pptx
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1、,3D打印成型工艺,项目3,3D打印成型原理,3D打印的基本原理是“分层制造,逐层叠加”,即根据数据模型制造出一层物体,然后逐层叠加,直至制造出整个三维物理实体。然而“分层制造,逐层叠加”的成型原理则有很多种类型,如典型的成型原理有:“沉积型”和“黏合叠层”。,3D打印成型原理,沉积型“沉积型”是指原材料自身沉积固化后叠层。其特点在于任何可由喷嘴挤压的原材料都可以进行3D打印。带有可沉积材料的喷嘴根据物体的截面信息在工作台上勾勒出物体的截面轮廓,原材料通过注射、喷洒或挤压的方式一层层地沉积固化,喷嘴沿着一系列水平或垂直轨道移动运行,逐层填充物体轮廓,最终完成实体制造,这实际上就是FDM成型方式
2、。这类方式所用的原材料可以是遇到工作台就会固化的软塑料、原始的饼干面团或者特殊医疗凝胶里的活细胞。,1,3D打印成型原理,沉积型 这种方法的优点在于:,1,其打印技术可以简化为技术含量相对较低的版本;简化版本的成本低,可使用的材料范围广,任何可以通过喷嘴挤压的原材料都可以进行3D打印。运行安静,并使用相对低温打印头,操作较为安全,是家庭、学校或者办公室使用的理想选择。,3D打印成型原理,沉积型“沉积型”的主要缺点,也正来源于这种只能通过喷嘴挤出或挤压材料的成型方式,它只能打印可以通过打印头挤出或挤压的材料,所使用的打印材料有局限性。目前市场上大部分选择性沉积成型设备使用的材料是为其特制的一种塑
3、料,做成卷筒状,将末端直接连接打印设备,在打印设备中融化并挤出。,1,3D打印成型原理,黏合叠层“黏合叠层”是利用施加外部条件如激光和黏合剂等来黏合原材料,使其固化叠层。“黏合叠层”的典型工艺有:立体光刻(SL)和激光选区烧结(SLS)。立体光刻(SL)即利用激光将热/光固化粉末和光敏聚合物等材料融化或凝固,或者在原材料中加入某种黏合剂来实现成型。激光束在液体聚合物表面沿着物体轮廓扫描,这些特殊的聚合物是光敏材料,当其暴露于UV光线下,就会固化。,2,3D打印成型原理,黏合叠层激光扫描遵循所打印物体的轮廓和截面逐层进行,一层固化成型完毕,可移动工作台下沉将已成型部分下沉一定的厚度,新一层的原材
4、料覆盖在已成型部分的顶部,继续扫描固化,部件就会一层层地逐渐叠加成型。这种成型方式需要进行后处理,包括多余材料的去除、表面处理甚至进一步固化等。,2,3D打印成型原理,黏合叠层这种方法的优势在于激光作业迅速、精确,多束激光可并行工作,分辨率比挤压式3D打印头更高。随着光敏聚合物原材料质量的提升,其应用范围也在不断地扩大。缺点在于光敏聚合物产品的耐用性并不好,且价格昂贵,再者这类成型设备的成本也较高。,2,3D打印成型原理,黏合叠层激光选区烧结(SLS)与立体光刻(SL)类似,所不同的是其成型材料并非液态光敏聚合物而是粉末材料。这种方法的优势在于未熔化的粉末可作为产品的内部支撑,在某些情况下,未
5、使用的松散粉末还可以回收再利用。,2,3D打印成型原理,黏合叠层另一个优点是,很多原材料都可以制成粉末的形态,比如尼龙、钢、青铜和钛等,因此粉末材料应用的范围也更加广泛。但这种方法制造的物体表面往往不光滑、多孔,也不能同时打印不同类型的粉末,粉末处理不当,还有爆炸的危险。SLS成型是高温过程,产品“打印”完成后需要冷却,视打印层的尺寸和厚度不同,有的物体甚至需要一整天的冷却时间。,2,3D打印成型工艺详解,根据3D打印的成型工艺类型,3D打印技术可以分为很多种,现在比较成熟的主流快速成型技术有SLA、SLS、FDM、3DP、LOM等。,根据3D打印的成型工艺类型,3D打印技术可以分为很多种,现
6、在比较成熟的主流快速成型技术有SLA、SLS、FDM、3DP、LOM等。,3D打印成型工艺详解,激光立体光固化技术(SLA),SLA是最早实用化的快速成型技术。它用特定波长与强度的激光在计算机的控制下,由预先得到的零件分层截面信息以分层截面轮廓为轨迹连点扫描液态光敏树脂,被扫描区域的树脂薄层发生光聚合反应,从而形成零件的一个薄层截面实体,然后移动工作台,在已固化好的树脂表面在敷上一层新的液态树脂,进行下一层扫描固化,如此重复直至整个零件原型制造完毕。,3D打印成型工艺详解,激光立体光固化技术(SLA),SLA技术主要用于制造多种模具、模型等,还可以在原料中加入其他成分,用SLA原型模代替熔模精
7、密铸造中的蜡模。美国3D Systems公司最早推出这种工艺及其相关设备系统。这项技术的特点是成型速度快,精度和光洁度高,但是由于树脂固化过程中产生收缩,不可避免地会产生应力或形变,运行成本太高,后处理比较复杂,对操作人员的要求也较高,更适合用于验证装配设计过程。,3D打印成型工艺详解,熔融沉积造型技术(FDM),FDM是一种挤出成型方式。将FDM设备的打印头加热,使用电加热的方式将丝状材料,诸如石蜡、金属、塑料和低熔点合金丝等加热至略高于熔点之上(通常控制在比熔点高1左右),打印头受分层数据控制,使半流动状态的熔丝材料(丝材直径一般在1.5mm以上)从喷头中挤压出来,凝固成轮廓形状的薄层,一
8、层层叠加后形成整个零件模型。,3D打印成型工艺详解,熔融沉积造型技术(FDM),FDM是现在使用最为广泛的3D打印方式,采用这种方式的设备既可用于工业生产也面向个人用户。所用的材料除了白色外还有其他颜色,可在成型阶段就可以给成品做出带颜色的效果。这种成型方式每一叠加层的厚度相比其他方式较厚,所以多数情况下分层清晰可见,处理也相对简单。,3D打印成型工艺详解,熔融沉积造型技术(FDM),FDM技术是由Stratasys创始人Scott Crump发明。FDM 采用标准、工程等级和高性能热塑性构建概念模型、功能性原型以及最终零件,因为它是唯一使用生产级别热塑性塑料的专业 3D 打印技术,所以这些零
9、件具有很好的机械、热和化学强度。该技术通常应用于塑型,装配,功能性测试以及概念设计。此外,FDM技术可以应用于打样与快速制造。但缺点是表面光洁度较差,综合来说这种方式不可能做出像饰品那样的精细造型和光泽效果。,3D打印成型工艺详解,选择性激光烧结快速成型技术(SLS),SLS采用CO2激光器作为能源,根据原型的切片模型利用计算机控制激光束进行扫描,有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个薄层。一层完成后工作台下降一个层厚,铺粉系统铺上一层新粉,再进行一下层的烧结,层层叠加,全部烧结完成后去掉多余的粉末,再进行打磨、烘干等处理便可得到最终的零件。,3D打印成型工艺详解,选择性激光烧结快速成型技术
10、(SLS),需要注意的是,在烧结前,工作台要先进行预热,这样可以减少成型中的热变形,也有利于叠加层之间的结合,具体过程如图所示。与其他快速成型方式相比,SLS最突出的优点是其可使用的成型材料十分广泛,理论上讲,任何加热后能够形成原子间黏结的粉末材料都可以作为其成型材料。,3D打印成型工艺详解,选择性激光烧结快速成型技术(SLS),目前,可进行SLS成型加工的材料有石蜡、高分子材料、金属、陶瓷粉末和它们的复合粉末材料,成型材料的多样化使得其应用范围也越来越广泛。SLS技术另一个特点是能够制造可直接使用的最终产品,因此SLS技术既可归入快速成型的范畴,也可以归入快速制造的范畴。但是,这种方式的成品
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