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40张动图!秒懂3D打印原理!

发布时间:2019-09-17


3D打印是制造业领域的一项新兴技术,被称为“具有工业革命意义的制造技术”。近年来,随着工业技术的进步,3D打印技术得到迅速发展并得到媒体的广泛关注。面对众多的3D打印技术,各位小伙伴是不是有点hold不住了?
没关系,本篇文章为大家整理十大3D打印技术,用动图的方式生动呈现出其原理,把高大上的3D打印技术拉下神坛!
文中,给大家分享的是3D打印原理高分子篇和金属篇,主要介绍SLA、CLIP、3DP、PolyJet、FDM五大技术,以及NPJ、SLM、SLS、LMD和EBM五大金属3D打印原理。

1、SLA(StereoLithography)

SLA即光固化成型技术,指利用紫外光照射液态光敏树脂发生聚合反应,来逐层固化并生成三维实体的成型方式,SLA制备的工件尺度精度高,是商业化的最早3D打印技术。

以下是SLA工艺工程:

紫外激光源

光固化反应

逐层扫描成型

2、CLIP

CLIP即连续液体界面提取技术,是在Carbon 3D公司在SLA技术的基础上开发的具有革命性的3D打印技术,将3D打印的速度提高了100倍!
CLIP从底部投影,使光敏树脂固化,不需要固化的部分通过控制氧气,形成死区,抑制光固化反应而保持稳定的液态区域,这样就保证了固化的连续性。

光固化反应

氧气抑制光固化过程

光固化死区演示

CLIP成型过程

3、3DP(Three-DimensionalPrinting)

3DP即三维打印快速成型技术,其与传统二维喷墨打印接近,从喷头喷出粘结剂(彩色粘结剂可以打印出彩色制件),将平台上的粉末粘结成型,通常用采用石膏粉作为成型材料。3DP技术目前主要应用有两个:全彩3D打印及砂模铸造。

以下是Exone公司用3DP技术进行砂模铸造的过程:

粘结剂喷射

加热固化

打印成型

铸造成型

4、PolyJet

PolyJet即聚合物喷射技术,其成型原理类似3DP技术,但喷射的不是粘合剂而是光固化树脂,喷射完成后通过紫外光照射固化成型。

PolyJet成型原理

PolyJet采用阵列式喷头,甚至可以同时喷射不同材料,实现多种材料、多色材料同时打印。

阵列喷头工作过程

PolyJet打印过程

5、FDM(FusedDeposition Modeling)

FDM即熔融层积技术,利用高温将材料熔化,通过打印头挤出成细丝,在构件平台堆积成型。FDM是最简单也是最常见的3D打印技术,通常应用于桌面级3D打印设备。

以下是FDM技术的工作原理:

模型处理

材挤出成型

逐层打印过程

去除支撑

表面处理

金属3D打印技术可以直接用于金属零件的快速成型制造,具有广阔的工业应用前景,是国内外重点发展的3D打印技术,下面跟大家分享NPJ、SLM、SLS、LMD和EBM五大金属3D打印原理。

6.NPJ(Nano Particle Jetting)

NPJ技术是以色列公司Xjet最新开发出的金属3D打印成型技术,与普通的激光3D打印成型相比,其使用的是纳米液态金属,以喷墨的方式沉积成型,打印速度比普通激光打印快5倍,且具有优异的精度和表面粗糙度。

以下是Xjet设备工作过程:

金属颗粒细化

金属颗粒分布在液滴中

液滴喷射成型过程

液相排出过程

烧结后的制件

7.SLM(Selective Laser Melting)

SLM即选区激光熔化成型技术,是目前金属3D打印成型中最普遍的技术,采用精细聚焦光斑快速熔化预置金属粉末,直接获得任意形状以及具有完全冶金结合的零件,得到的制作致密度可达99%以上。
激光振镜系统是SLM的关键技术之一,以下是SLM Solution公司的振镜系统工作图:

激光发射

激光传输

扫描振镜

激光扫描熔化

金属粉末熔化过程

金属3D打印过程中,由于制件通常较复杂,需要打印支撑材料,制件完成后需要去除支撑,并对制件的表面进行处理。

取出制件

去除支撑

后处理

8.SLS(Selective Laser Sintering)

SLS即选区激光烧结成型技术,与SLM技术类似,区别是激光功率不同,通常用于高分子聚合物的3D打印成型。
以下是SLS制备塑料制件的过程:

模型分层切片

制件的取出

后处理

SLS也可用于制造金属或陶瓷零件,但所得到的制件致密度低,且需要经过后期致密化处理才能使用。

SLS制造金属零件

9.LMD(Laser Metal Deposition)

LMD即激光熔覆成型技术,该技术名称繁多,不同的研究机构独立研究并独立命名,常用的名称包括:LENS, DMD, DLF, LRF等,与SLM最大不同在于,其粉末通过喷嘴聚集到工作台面,与激光汇于一点,粉末熔化冷却后获得堆积的熔覆实体。
以下是LENS技术的工作过程:

同轴送粉

构建过程

10.EBM(Electron Beam Melting)

EBM即电子束熔化技术,其工艺过程与SLM非常相似,区别在于,EBM所使用的能量源为电子束。EBM的电子束输出能量通常比SLM的激光输出功率大一个数量级,扫描速度也远高于SLM,因此EBM在构建过程中,需要对造型台整体进行预热,防止成型过程中温度过大而带来较大的残余应力。
以下是EBM工作过程:

整体预热

成型过程

熔化过程中粉末的变化


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