「3D技術」動圖詳解,帶你走進五大3D列印技術

2021-01-09 科學密鑰

溫馨提示:多圖警告

3D列印作為製造業領域一種快速成型的技術,被譽為"具有工業革命意義的製造技術「。它是一種以數字模型文件微基礎,運用粉末狀金屬或塑料等可合材料,通過逐層列印的方式來成型物體的技術。近年來,隨著科學技術的發展,3D列印技術得到迅速的發展。面對眾多的3D 列印技術,各位小夥伴是不是有些難以分辨?

小編將以動圖的方式,生動形象呈現其原理,讓你快速了解3D列印技術背後的奧義。

下文中,給大家分享的是3D列印原理高分子篇。著重介紹現階段技術比較成熟的SLA,CLIP,3DP,PolyJet,FDM五大技術,下期金屬篇中的NPJ,SLM,LMD和EBM五大金屬列印原理。

首先,先看看各3D列印技術的3D列印作品,感受3D列印的獨特魅力。

列印鞋子
列印複雜面罩
列印心臟

SLASLA列印技術,全稱為立體光固化成型法(Stereo Lithography),是指利用雷射聚焦到光固化材料表面,是指由點到線,由線到面順序凝固,周而復始生成三維實體的成型方法,SLA因製備工件尺寸精度高主要用於製造模具,是最早的商業化3D列印技術。可為實驗提供試樣,可以對計算機仿真計算的結果進行驗證與校核。

SLA工藝過程如下:

紫外雷射源
光固化反應
逐層掃描成型

2. CLIP

CLIP即Carbon3D公司的連續液體界面提取技術,它的根本原理其實並不複雜,底部的紫外光投影讓光敏樹脂固化,而氧抑制固化,水草底部的液態樹脂由於接觸氧氣而保持穩定的液態區域,這樣就保證了固化的連續性。

這項技術最重要的兩個優勢是:一是列印速度的超前,將3D列印速度較傳統印表機要快25-100倍,理論上有提高1000倍的潛力;二是,分層理論上是無限細膩,而且生成的零件各個方向的力學性能保持一致。

CILP成型
光固化反應
氧氣抑制光固化過程
CLIP成型過程

3. FDM(Fused Deposition Modeling)

FDM即熔融層積技術,利用高溫將材料融化,通過列印頭擠出成細絲,在構建平臺上堆積成型。FDM是市面上最簡單也是最常見的3D列印技術,屬於桌面級的列印設備。

FDM的優點是成本低,成型材料廣泛,環境汙染小,設備,材料體積較小,原料利用率高,後處理簡單,始於教育和手工diy製造。缺點是成型時間較長,需要支撐材料,小件零件列印精度不高。

常見FDM印表機
電腦建模
熔融逐層列印
清除支撐材料
表面處理

4. 3DP(Three-DimensionalPrinting)

3DP稱三維列印技術,它利用傳統印表機的原理,將印表機和計算機連起來,通過電腦控制,用雷射注射器將原料一層一層的累積起來,最後把建模好的模型列印成實物。常應用於全彩外觀樣件,裝配原型,鑄造模樣的列印。

優點是可實現漸變色的全彩列印,且列印過程無支持,可列印大型件。缺點是力學性能較差,無法適用於功能性試驗。

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列印的產品

以下是運用3DP技術進行砂模鑄造的過程:

粘接劑噴射
加熱固化
列印成型
鑄造成型

5. PolyJet

PolyJet被稱為聚合物噴射技術專利。它的成型原理和3DP有點類似,但噴射的不是粘合劑,而是樹脂材料。與FDM一樣,它通過使用機頭一次一層地列印零件來工作,它接近於以二維的方式噴墨印刷,擠出機在印刷床上層積所選擇的光聚合物材料的微小液滴,然後用紫外線光光固化。

因此PolyJet不僅可以提供自然光滑的表面質量,還可以像SLS一樣進行染色和塗漆,在創作上提供了更多的選擇。

PolyJet列印作品
原理圖
PolyJet成型過程

PolyJet採用陣列式噴頭,可以同時噴射不同的材料,實現多種材料,多色材料同時列印。

陣列噴頭工作過程
polyjet列印過程

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