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3d打印方法主要包括哪几种

2023-09-05 阅读 946

引言:

3D打印是一种快速制造技术,也被称为增材制造(Additive Manufacturing,AM),它允许将数字设计转化为物理对象,通过逐层堆叠材料来创建三维实体。目前,市场上有多种不同的3D打印方法,每种方法都有其独特的优缺点,适用于不同的应用领域。以下是几种主要的3D打印方法及其特点:


一、熔融沉积建模(Fused Deposition Modeling,FDM):

熔融沉积建模是一种常见的3D打印技术,也是最早的增材制造方法之一。在FDM过程中,一个热喷嘴将熔化的热塑性材料层层堆叠在一起,逐渐构建出所需的三维对象。以下是关于FDM的优点和缺点


优点:

 成本低廉:FDM打印机通常相对便宜,适合个人用户、教育机构和小型企业,这大大降低了进入3D打印领域的门槛。

 材料多样性:FDM支持多种不同类型的熔融塑料材料,包括PLA、ABS、PETG、TPU等。这意味着可以根据项目的要求选择合适的材料。

 大尺寸FDM打印机适用于制造较大的物体,因为它们通常具有较大的打印床。

 使用简单:FDM技术相对容易上手,对于初学者来说是一个不错的选择。大多数FDM打印机都提供用户友好的界面和软件。

 开源社区:FDM技术在开源社区中非常流行,这意味着有大量的开源软件和团队不断改进和开发FDM打印机。


缺点:

 表面质量不高:FDM打印出的零件通常具有可见的层叠痕迹,表面质量不如其他一些3D打印。

 速度较慢:特别是对于大型对象,FDM打印需要更长的时间,因为它是一种逐层堆叠的过程。

 需支撑结构:在FDM中,有些零件需要支撑结构来防止下垂或变形。这些支撑需要后期移除,这会增加额外的工作

 限制于熔融塑料:与其他一些3D打印技术(如SLS或SLA)相比,FDM技术受到可用材料的限制,因此在某些特殊应用中可能不够适用。

 精度有限:FDM打印的精度通常较低,不适合需要高度精确度的应用。


二、光固化成型(Stereolithography,SLA):

 光固化成型(Stereolithography,SLA)是一种常见的高精度、高分辨率的3D打印技术,它使用紫外线光束将液态光敏树脂逐层固化,从而构建出复杂的三维物体。以下是关于SLA技术的详细信息,包括其优点和局限性:


优点:

 高精度:SLA打印机通常具有非常高的分辨率,可以实现非常精细的细节和复杂的几何形状。这使得SLA适用于需要高精度的应用,如珠宝、模型制作和医疗领域。

 表面光滑:由于光固化过程,SLA打印件通常具有非常光滑的表面,通常无需额外的表面处理或砂纸打磨。

 多材料支持:SLA可以使用多种不同类型的光敏树脂材料,包括透明、柔软、耐高温等不同特性的树脂,从而满足不同项目的需求。

 打印速度:与其他3D打印技术相比,SLA通常具有较快的打印速度,因为它可以在一层中同时固化多个部件。

 适用于小型和精密零件:SLA适用于制造小型、精密的零件,如微型装置、原型、模具和微型工具。


缺点:

 材料选择有限:尽管SLA提供了多种光敏树脂材料,但相对于FDM等技术,其材料选择仍然相对有限。

 紫外线敏感:SLA使用紫外线光束来固化树脂,这意味着在工作过程中需要注意安全,以避免对皮肤和眼睛造成伤害。

 后处理:虽然SLA打印通常具有光滑的表面质量,但仍然可能需要一些后处理,例如清洗去除残留树脂和光固化支撑结构。

 建造体积限制:SLA打印机的建造体积通常较小,这限制了能够打印的对象的大小。

总的来说,SLA是一种非常适合需要高精度和高表面质量的应用的3D打印技术。它在许多领域,如医疗、珠宝设计、原型制作和工程领域,都有广泛的应用。


三.选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS):

选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)是一种高级的3D打印技术,它使用激光束将粉末材料逐层烧结,以构建三维物体。SLS同样具有一些显著的优点和局限性:


优点:

 材料多样性:SLS可以使用多种不同类型的粉末材料,包括塑料(如尼龙、聚酰胺)、金属(如铝、钛)、陶瓷等。这种多材料支持使SLS适用于广泛的应用领域。

 不需要支撑SLS不需要支撑结构,因为打印件是在粉末床中固化的,这意味着不需要手动添加或移除支撑结构,减少了后期处理工作。

 高强度和耐热性:SLS打印出的零件通常具有很高的强度和耐热性,适用于需要承受高负荷或高温环境的应用。

 适用于复杂几何形状:SLS技术可以制造复杂的几何形状和内部结构,这对于制造定制零件和功能性原型非常适用

 高精度:SLS打印通常具有较高的精度,尤其是对于小型零件和细节。


缺点:

 设备和材料成本高:SLS打印机和粉末材料通常相对昂贵

 粉末材料的处理和回收:处理SLS粉末材料需要特殊设备,同时回收和重复使用粉末材料也相对复杂,可能需要额外的劳动和成本。

 表面质量不如SLA:尽管SLS具有高精度,但其表面质量通常不如光固化成型(SLA)技术,因此可能需要一些表面处理工作。

 粉尘和安全问题:SLS使用粉末材料,因此需要特殊的安全措施来处理粉尘和激光,以确保操作人员的安全。

总体而言,SLS是一种非常强大的3D打印技术,特别适用于需要高强度、高精度和复杂几何形状的应用,例如航空航天、医疗设备、汽车制造和工程领域。然而,其成本和操作复杂性可能限制了其在某些应用中的广泛使用。选择3D打印技术时,需根据具体项目的需求、预算和材料选择来进行仔细考虑。 


四、数字光处理(Digital Light Processing,DLP):

数字光处理(Digital Light Processing,DLP)是一种高精度的3D打印技术,它使用数字投影器和紫外线光敏树脂来构建三维对象。DLP技术在多个领域有广泛应用,以下是关于DLP的详细信息,包括其优点和局限性:


优点:

 高速打印:DLP打印速度通常很快,因为一次性可以固化整个层,而不需要逐点或逐线构建。这使其适用于批量生产和生产周期紧张的项目。

 高精度:DLP技术通常具有高精度特点,可以制造细节丰富的零件和具有平滑表面的对象。因为没有移动光束,振动偏差小没有活动喷头,完全没有材料阻塞问题

 表面质量好:由于一次性固化整个层,DLP打印的物体通常具有光滑的表面,无需额外的表面处理。

 适用于大型对象:DLP打印机适用于制造较大的打印对象。

 多材料支持:DLP可以使用多种不同类型的光敏树脂材料,包括透明、柔软、刚硬等不同特性的树脂,从而满足不同项目的需求


缺点:

 材料选择有限:尽管DLP提供了多种光敏树脂材料,但相对于某些其他3D打印技术,其材料选择仍然相对有限。 

 光源寿命有限:DLP打印机使用紫外线灯来固化树脂,这些灯具有寿命,需要定期更换。

 适应于光敏树脂:DLP技术受限于光敏树脂材料,因此不适用于所有类型的项目,如金属或陶瓷打印。

 粉尘和安全问题:DLP技术使用光敏树脂材料,因此需要特殊的安全措施来处理材料和设备,以确保操作人员的安全。


五、Metal 3D Printing (如;Direct Metal Laser Sintering - DMLS):

 金属3D打印是一种先进的增材制造技术,通过逐层堆叠金属粉末或金属线材,使用高能激光束或电子束将金属材料熔化,以构建金属零件。这种技术在各种领域中有广泛的应用,包括航空航天、汽车制造、医疗设备、工程和制造业。


优点:

 高强度和耐用性:金属3D打印制造的零件通常具有高强度、硬度和耐热性,因此适用于需要承受高负荷和高温环境的应用。

 高精度:具有高精度,能够制造复杂的金属零件和细节。

 复杂几何形状:金属3D打印技术可以制造具有复杂内部结构和几何形状的零件,这是传统加工方法无法轻松实现的。

 定制制造:金属3D打印允许制造个性化和定制的金属零件,适用于医疗植入物、航空航天组件等领域。


缺点:

 

 设备和材料成本高:金属3D打印机和金属粉末或线材通常非常昂贵。

 构建速度慢:与其他3D打印技术相比,金属3D打印通常构建速度较慢,因为它涉及到熔化金属的复杂过程。

 材料选择有限:尽管有多种金属材料可供选择,但相对于传统材料,如钢铁和铝合金,材料选择仍然相对有限。



3D打印技术是一项革命性的制造方法,通过逐层堆叠材料,将数字设计转化为物理对象,为创新、快速原型制作、个性化制造和复杂几何形状的制造提供了广泛应用的能力,尽管仍面临成本、速度和材料选择等挑战,但其潜力和前景在不断扩展,正在改变各个领域的制造方式。

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