3d列印的原理及三種常見的技術類型!

2021-12-28 銀納增材

近幾年,3d列印技術不斷被提及,相信你也並不陌生,或多或少聽過。但你真的能講清楚3d列印到底是個什麼東西嗎?它的原理是什麼,如何實現的?其實,3d列印就是應用三種主流(常見)的技術類型。

一、3d列印簡介

所謂的3d列印就是『三維列印』,目前我們接觸比較多的,都是二維列印(或稱『平面列印』),就是將不同顏色的粉墨或其他材質打在或印在平面上。

相對於二維,3d列印多了一個維度,可以簡單的理解為是由無數個二維列印的截面逐層堆疊的結果,官方給的定義是:3D列印是一種以數字模型文件為基礎,運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層列印的方式來構造物體的技術。

二、3d列印的原理

市面上3d列印的技術原理有很多,但主流的、常見的有三種類型,分別是:FDM、SLA、SLS,下面一一給大家講解剖析:

1、FDM

全稱『Fuseddepositionmodeling』,翻譯過來就是:熔融沉積成型技術。

3d列印的FDM熔融層積成型技術,就是將絲狀的熱熔性材料加熱融化,然後三維噴頭在計算機的控制下根據截面輪廓,跟擠牙膏一樣塗敷在工作檯上;一層成型完成後,機器工作檯下降一個高度(即分層厚度)再成型下一層,直至形成整個實體造型。原理動圖如下:

2、SLA

全稱『Stereolithography』,翻譯過來就是:光敏樹脂選擇性固化成型技術。

這個3d列印技術原理,一般使用的是光敏樹脂材料,列印過程是這樣的:①機器發射雷射束,根據計算機中三維截面輪廓沿液面進行掃描;②光敏樹脂遇到特定波長光束會快速固化,從而完成一層截面薄片;③工作檯下降一層截面層厚的高度,再固化另一層截面,如此往復層層疊加構成建構三維實體。動態原理圖如下:

3、SLS

全稱『Stereo LithographyApparatus』,翻譯過來就是:粉末材料選擇性雷射燒結成型技術。

SLS的3d列印技術類型及原理跟SLA很像,最大的區別就是材質,一個是液態,一個是固態(粉末)。該技術的成型原理及過程如下:

①一層粉末平鋪成型零件的上表面,並加熱至恰好低於該粉末燒結點的某一溫度;

②系統控制雷射束,根據計算機中三維截面輪廓在粉層上掃描,使粉末的溫度升到熔化點,進行燒結並與下面已成型的部分實現粘結;

③一層完成後,工作檯下降一層厚度,鋪料輥在上面鋪上一層均勻密實粉末,進行新一層截面的燒結,直至完成整個模型。

整個3d列印燒結原理及過程動圖如下:

三、3d列印流程

在工廠,整個3d列印的流程是這樣的:先通過計算機輔助設計(CAD)或計算機動畫建模軟體建模,再將建成的三維模型「分割」成逐層的截面,最後以數字模型文件為基礎,運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層列印的方式,最終構造物體。

如果細緻點劃分,攏共分五步:①三維建模設計;②STL文件轉換;③3d列印全過程;④除去列印支撐;⑤後期處理。

1、三維建模

3d列印的基礎是數字模型,而數字模型獲取的常見方式有兩種:①運用三維設計或建模軟體進行構建,比如:CAD、3dmax、maya等;②應用逆向工程,即使用三維/3D掃描儀獲取三維數據並生成立體模型。

2、生成STL文件

STL是一種三維立體光刻文件,採用三角形(多邊形)來敘述對象的立體參數信息,是整個3d列印過程的關鍵。值得一提的是,在將模型轉換為STL文件之前,應考量幾個模型限制,如:物理尺寸,水密性和多邊形數量等。

當然,轉完STL,還需要切片的,3d印表機不能直接使用STL,而是使用STL切片完的文檔。同時,切片程序還會將STL文件轉換為Gcode代碼(是一類數控NC程式語言,用於操縱自動化工具機),屆時3d印表機可以直接運行並工作。

3、3d列印全過程

在這一環節,列印材料會被加載到機器中,然後剩下的工作基本由3d印表機自動化操作。當然,3D印表機一般由很多小而複雜的零件組成,因而正確的維護和校準對於產生精確的列印尤為重要。

4、去除支撐

3d列印不能懸空生成,它必然涉及到底部支撐。對於更工業化的3D列印方式,除去支撐是一項特殊工作流程,也是必不可少的流程之一。當然,也有一些特殊要求,是需要保留支撐的(這就另當別論了)。

5、後處理

後處理程序因3D印表機技術而異。SLA 3D列印技術要求在模型處理之前要在紫外線下固化;SLS 3D列印技術金屬零件通常需要在烤箱中消除應力;而FDM技術製作的零件可以直接手動處理。

大多數3D列印模型都可以打磨,並採用其他後處理技術(包括高壓空氣清潔,拋光和著色)來準備最終使用的3D列印模型。

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