3d列印簡單介紹及其原理分析_三種主流技術分析
2020-12-06 電子發燒友一、3D列印技術簡介
3D列印技術出現在20世紀90年代中期，實際上是利用光固化和紙層疊等技術的最新快速成型裝置。3D列印，即快速成型技術的一種，它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。
過去其常在模具製造、工業設計等領域被用於製造模型，現正逐漸用於一些產品的直接製造。特別是一些高價值應用（比如髖關節或牙齒，或一些飛機零部件）已經有使用這種技術列印而成的零部件，意味著「3D列印」這項技術的普及。
二、3D列印技術原理分析
1.三維設計
3D列印的設計過程是：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，從而指導印表機逐層列印。
設計軟體和印表機之間協作的標準文件格式是STL文件格式。一個STL文件使用三角面來大致模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面解析度越高。PLY是一種通過掃描來產生三維文件的掃描器，其生成的VRML或者WRL文件經常被用作全彩列印的輸入文件。
2.列印過程
印表機通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地列印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而製造出一個實體。這種技術的特點在於其幾乎可以造出任何形狀的物品。
印表機打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的解析度是以dpi（像素每英寸）或者微米來計算的。一般的厚度為100微米，即0.1毫米，也有部分印表機如ObjetConnex系列還有3DSystems『ProJet系列可以列印出16微米薄的一層。而平面方向則可以列印出跟雷射印表機相近的解析度。列印出來的「墨水滴」的直徑通常為50到100個微米。用傳統方法製造出一個模型通常需要數小時到數天，根據模型的尺寸以及複雜程度而定。而用3D列印的技術則可以將時間縮短為數個小時，當然其是由印表機的性能以及模型的尺寸和複雜程度而定的。
3D列印槍械
傳統的製造技術如注塑法可以以較低的成本大量製造聚合物產品，而3D列印技術則可以以更快，更有彈性以及更低成本的辦法生產數量相對較少的產品。一個桌面尺寸的3D印表機就可以滿足設計者或概念開發小組製造模型的需要。
3.完成
目前3D印表機的解析度對大多數應用來說已經足夠（在彎曲的表面可能會比較粗糙，像圖像上的鋸齒一樣），要獲得更高解析度的物品可以通過如下方法：先用當前的3D印表機打出稍大一點的物體，再稍微經過表面打磨即可得到表面光滑的「高解析度」物品。
有些技術可以同時使用多種材料進行列印。有些技術在列印的過程中還會用到支撐物，比如在列印出一些有倒掛狀的物體時就需要用到一些易於除去的東西（如可溶的東西）作為支撐物。
應用領域：
該技術在珠寶、鞋類、工業設計、建築、工程和施工（AEC）、汽車，航空航天、牙科和醫療產業、教育、地理信息系統、土木工程、槍枝以及其他領域都有所應用。
使用材料：
3D列印常用材料有尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不鏽鋼、鍍銀、鍍金、橡膠類材料。
現在存在著許多不同的技術。它們的不同之處在於以可用的材料的方式，並以不同層構建創建部件。
下面簡單介紹三種主流技術：
1、熔融沉積成型技術（Fuseddepositionmodeling，FDM）：有些3D印表機使用「噴墨」的方式，整個流程是在噴頭內熔化塑料，然後通過沉積塑料纖維的方式才形成薄層。
優點：成型精度更高、成型實物強度更高、可以彩色成型，但是成型後表面粗糙。
2、立體平板印刷（Stereolithography，SLA）：網友們可以想像一下把一根黃瓜切成很薄的薄片再拼成一整根。先由軟體把3D的數字模型，「切」成若干個平面，這就形成了很多個剖面，在工作的時候，有一個可以舉升的平臺，這個平臺周圍有一個液體槽，槽裡面充滿了可以紫外線照射固化的液體，紫外線雷射會從底層做起，固化最底層的，然後平臺下移，固化下一層，如此往復，直到最終成型。
優點：精度高，可以表現準確的表面和平滑的效果，精度可以達到每層厚度0.05毫米到0.15毫米。缺點則為可以使用的材料有限，並且不能多色成型。
3、選擇性雷射燒結（Selectivelasersintering，SLS）：利用粉末狀材料成形的。將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，並刮平；用高強度的CO2雷射器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；材料粉末在高強度的雷射照射下被燒結在一起，得到零件的截面，並與下面已成形的部分粘接；當一層截面燒結完後，鋪上新的一層材料粉末，選擇地燒結下層截面。
優點：比SLA要結實的多，通常可以用來製作結構功能件；雷射束選擇性地熔合粉末材料：尼龍、彈性體、未來還有金屬；優於SLA的地方：材料多樣且性能接近普通工程塑料材料；無碾壓步驟因此Z向的精度不容易保證好；工藝簡單，不需要碾壓和掩模步驟；使用熱塑性塑料材料可以製作活動鉸鏈之類的零件；成型件表面多粉多孔，使用密封劑可以改善並強化零件；使用刷或吹的方法可以輕易地除去原型件上未燒結的粉末材料。
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