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原型制造过程的优缺点比较

2021-12-03 阅读 1843

1. SLA


SLA是一种工业3D打印或附加制造工艺,使用计算机控制的激光在紫外光固化光聚合树脂池中制造零件。激光用于在液态树脂表面勾勒出并固化零件设计的横截面。然后将固化层降低到液态树脂表面的正下方,并重复该过程。每个新固化的层都附着在它下面的层上。此过程将继续,直到零件完成。




优点:对于概念模型、外观原型和复杂设计,与其他增材工艺相比,SLA可以生产具有复杂几何形状和优异表面光洁度的零件。成本具有竞争力,并且该技术可从多个来源获得。


缺点:原型零件的强度可能不如工程级树脂制造的零件,因此使用SLA制造的零件在功能测试中的用途有限。此外,当零件经过紫外线循环以固化零件的外表面时,SLA中内置的零件应在紫外线和湿度暴露最少的情况下使用,以防降解。


2. SLS


在SLS过程中,计算机控制的激光器从下到上吸到尼龙基粉末的热床上,轻轻地将粉末烧结(熔合)成固体。在每一层之后,辊子在床的顶部铺设一层新的粉末,该过程重复进行。SLS使用刚性尼龙或弹性TPU粉末,类似于实际工程热塑性塑料,因此零件具有更高的韧性和精度,但表面粗糙,缺乏精细细节。SLS提供了大的构建量,可以生产具有高度复杂几何形状的零件,并创建耐用的原型。




优点:SLS零件往往比SLA零件更准确、更耐用。该工艺可以制造具有复杂几何形状的耐用零件,适用于一些功能测试。


缺点:零件具有颗粒状或砂质纹理,且工艺树脂选择有限。


3. DMLS


DMLS是一种可生产金属原型和功能性最终使用零件的附加制造技术。DMLS使用激光系统将雾化金属粉末吸引到表面。在吸出的地方,它将粉末焊接成固体。在每一层之后,刀片添加一层新的粉末,并重复该过程。DMLS可以使用大多数合金,使原型具有全强度、功能性硬件,由与生产组件相同的材料制成。如果设计时考虑到可制造性,它也有潜力在需要增加产量时过渡到金属注射成型




优点:DMLS利用各种金属制造出坚固(通常为97%密度)的原型,可用于功能测试。由于组件是逐层构建的,因此可以设计无法铸造或以其他方式加工的内部特征和通道。零件的机械性能与常规成形零件相同。


缺点:如果生产多个DMLS零件,成本可能会上升。由于直接金属工艺的粉末金属来源,这些零件的表面光洁度稍粗糙。该过程本身相对较慢,而且通常需要昂贵的后处理。


4. FDM


FDM使用一种挤出方法,将热塑性树脂(ABS、聚碳酸酯或ABS/聚碳酸酯共混物)分层熔融并重新固化,形成成品原型。因为它使用的是真正的热塑性树脂,所以比粘合剂喷射法更强,并且在功能测试中的用途可能有限。




优点:FDM零件的价格适中,相对较强,可以用于某些功能测试。该工艺可制造具有复杂几何形状的零件。


缺点:这些零件的表面光洁度较差,具有明显的波纹效果。与SLA或SLS相比,它也是一种较慢的添加过程,并且对功能测试的适用性有限。


5. MJF


MJF使用喷墨阵列在尼龙粉层上选择性地应用熔合和细化剂,然后通过加热元件将尼龙粉层熔合成固体层。在每一层之后,粉末分布在床的顶部,重复该过程直到零件完成。当构建完成时,整个粉末床和封装部件被移动到处理站,在那里大部分松散粉末通过集成真空去除。然后对零件进行喷砂处理,去除任何残留粉末,最后到达精整部门,将其染成黑色,以改善外观。




优点:MJF速度很快——最快一天即可生产功能性尼龙原型和最终用途生产部件。与SLS等工艺相比,最终零件具有高质量的表面光洁度、精细的特征分辨率和更一致的机械性能。


缺点:目前MJF仅限于 PA12 尼龙,SLS 具有更好的小特征精度(小特征公差)。


6. PolyJet


PolyJet使用打印头喷涂一层又一层使用紫外线固化的光聚合树脂。这些层非常薄,可以实现高质量的分辨率。材料由凝胶基质支撑,凝胶基质在零件完成后移除。PolyJet可提供弹性部件。




优点:该工艺价格适中,可以用柔性和刚性材料制作包覆成型零件的原型,可以生产多种颜色的零件,并且可以轻松复制复杂的几何图形。


缺点:PolyJet零件的强度有限(与SLA相当),不适合进行功能测试。虽然PolyJet可以制造具有复杂几何形状的零件,但它无法深入了解设计的最终可制造性。此外,随着时间的推移,暴露在光线下的颜色可能会变黄。


7. CNC


机械加工中,塑料或金属的实心块(或棒料)分别夹在CNC铣床或车床上,通过减法加工切割成成品。这种方法通常比任何添加剂制造工艺产生更高的强度和表面光洁度。它还具有塑料的完整、同质特性,因为它是由挤出或压缩模塑热塑性树脂的实心块制成的,与大多数添加工艺相反,添加工艺使用类似塑料的材料并分层构建。材料选择范围允许零件具有所需的材料特性,例如:拉伸强度、抗冲击性、热变形温度、耐化学性和生物相容性。良好的公差产生适合配合和功能测试的零件、夹具和夹具,以及用于最终用途的功能部件。




优点:机加工零件具有良好的表面光洁度,并且非常坚固,因为它们使用工程级热塑性塑料和金属。像3D打印一样,定制原型可以在一些供应商一天内交付。


缺点:CNC加工可能存在一些几何限制,有时在内部进行此操作比3D打印过程更昂贵。因为加工过程是去除材料而不是添加材料,所以铣削咬边有时会很困难。


8. 注塑成型


快速注射成型的工作原理是将热塑性树脂注射到模具中,就像生产注射成型一样。使该过程“快速”的是用于生产模具的技术,模具通常由铝制成,而不是用于生产模具的传统钢材。模制零件坚固,表面光洁度极佳。这也是塑料零件的行业标准生产工艺,因此,如果情况允许,在同一工艺中进行原型制作具有固有的优势。几乎可以使用任何工程级塑料或液体硅橡胶(LSR),因此设计师不受原型工艺的材料限制。




优点:模制零件由一系列工程级材料制成,具有优异的表面光洁度,是生产阶段可制造性的极好预测指标。


缺点:与快速注射成型相关的初始模具成本,在任何附加工艺或CNC加工中都不会发生。因此,在大多数情况下,在进入注塑成型之前,进行一到两轮快速原型(减法或加法)检查配合和功能是有意义的。

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