導(dǎo)讀:3D打印正在逐漸成為各個(gè)領(lǐng)域的主要工具。然而,可用的3D打印工藝種類(lèi)繁多,并且每個(gè)工藝都有著不同的有點(diǎn)和缺陷。因此,在您選擇相關(guān)技術(shù)或者購(gòu)買(mǎi)3D打印機(jī)之前,有必要了解一些機(jī)器和技術(shù)背后的工藝知識(shí)。
材料擠出(Material Extrusion)
常見(jiàn)工藝:FFF、FDM(與FFF相同,只是它是Stratasys的商標(biāo)術(shù)語(yǔ))
描述:此過(guò)程使用壓力噴出流體或凝膠材料。典型例子是FFF方法,將長(zhǎng)絲推入熱端以產(chǎn)生壓力,并使柔軟的長(zhǎng)絲從噴嘴流出。
缺陷:層附著力差。材料分層放置,通常到第二層出現(xiàn)時(shí),第一層已經(jīng)冷卻并且與新層結(jié)合的能力稍差。這導(dǎo)致部件在層間的強(qiáng)度遠(yuǎn)不如材料本身。
解決方案:一些制造商試圖通過(guò)加熱室、軟件調(diào)整或特殊材料來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題,但這一問(wèn)題始終存在于這項(xiàng)工藝之中。
△擠出熱塑性長(zhǎng)絲
粉床融合(Powder Bed Fusion)
常用工藝:SLS、DMLS、SLM
描述:此技術(shù)在粉末材料床上進(jìn)行高能量噴射,通常使用激光。利用激光選擇性固化床層的一部分,然后逐層重復(fù)這個(gè)過(guò)程。常規(guī)激光器是一個(gè)尺寸較大的組件,需要安裝在一個(gè)靜態(tài)位置,利用構(gòu)建室頂部的傾斜鏡子將光束向下引導(dǎo)到粉末床。
缺陷:隨著粉末床面積的增加,激光撞擊粉末表面的角度變得越來(lái)越傾斜。當(dāng)“點(diǎn)”形狀發(fā)生變化時(shí),會(huì)導(dǎo)致熔化不均勻。每個(gè)區(qū)域能量也會(huì)發(fā)生變化,可能會(huì)弄亂打印部件的邊緣。
解決方案:一些供應(yīng)商的解決方案是將激光升高,以減小傾斜角度,這使3D打印機(jī)高度增加。其他方案使用多個(gè)激光器,甚至移動(dòng)激光源本身以將其直接保持在床上。
△激光撞擊粉末表面
光固化
常用工藝:MSLA、SLA、DLP、LCD
描述:此過(guò)程將光固化樹(shù)脂選擇性地暴露于能量之下,通常使用激光或LED面板的紫外線。固化材料層相互疊加,逐漸形成3D對(duì)象。
缺陷:通常使用紫外線來(lái)固化光聚合樹(shù)脂,但是,部件從打印機(jī)中取出后,可能會(huì)暴露在其他額外的紫外線下,尤其是太陽(yáng)。額外的紫外線照射會(huì)導(dǎo)致材料繼續(xù)固化,最終材料會(huì)因變形而破裂。這使得這種類(lèi)型的部件通常不太耐用,特別是對(duì)于戶外應(yīng)用。
解決方案:一些制造商試圖用特種樹(shù)脂混合物來(lái)克服這個(gè)問(wèn)題。
△光固化聚合樹(shù)脂
材料噴射(Material Jetting)
常用工藝:PolyJet
描述: 此過(guò)程從類(lèi)似噴墨的噴嘴中逐層選擇性地噴射液態(tài)光聚合樹(shù)脂。每層都通過(guò)紫外線固化,隨后的層構(gòu)建在固化材料的頂部。支撐材料用于處理懸垂部分。
缺陷:此類(lèi)系統(tǒng)使用“管道”設(shè)置,將樹(shù)脂從墨盒流動(dòng)到噴墨頭。如果需要更換材料,則必須沖洗整個(gè)管道系統(tǒng),去除舊材料的痕跡。沖洗過(guò)程用新材料完成,這意味著每次更換材料都會(huì)浪費(fèi)大量昂貴的樹(shù)脂。
△PolyJet打印手機(jī)殼
粘合劑噴射(Binder Jetting)
常用工藝:MJF、NPJ
描述:這項(xiàng)技術(shù)使用噴墨將一種粘合劑選擇性滴在平坦的粉末床上。接收液滴的區(qū)域?qū)⒈还袒溆喾勰┍3炙缮?。逐層進(jìn)行以上步驟,直到生成整個(gè)對(duì)象。
缺陷:這些過(guò)程通常需要進(jìn)行后處理以接合粘合劑。在某些情況下,需要巨大的熱量來(lái)激活粘合劑,而這種熱量可能需要很長(zhǎng)時(shí)間(有時(shí)長(zhǎng)達(dá)一天)才能冷卻,然后才能?chē)L試進(jìn)一步加工而不使部件變形。這可能會(huì)拖累機(jī)器的生產(chǎn)率。
解決方案:一些供應(yīng)商使用可更換構(gòu)建室。當(dāng)一個(gè)正在冷卻時(shí),另一個(gè)可以被激活以進(jìn)行第二個(gè)打印作業(yè)。
△MJF流程
直接能量沉積(Direct Energy Deposition)
常用工藝:DED、WAAM
描述:這種方法通過(guò)擠壓金屬,無(wú)論是金屬粉末還是金屬線,然后立即受到高能量的撞擊。能量熔化金屬,熔池立即下降到3D空間,通過(guò)機(jī)械臂進(jìn)行位置操作。
缺陷:雖然這種方法通常高效且高度可擴(kuò)展,但DED的表面分辨率質(zhì)量相當(dāng)差。產(chǎn)品往往看起來(lái)很粗糙。
解決方案:一些制造商使用CNC銑削工具以在打印過(guò)程中或打印后打磨表面。
△DED金屬3D打印表面
片材層壓(Sheet Lamination)
常用工藝:CleanGreen、Solido
描述:這種過(guò)程需要將材料片一張一張地層壓在一起。隨著每張材料片疊加,切割器在特定層高度切掉物體邊緣的形狀。打印完成后,將切片區(qū)域拉開(kāi)以顯示最終部分。
缺陷:在某些幾何形狀中,廢料會(huì)被困在物體內(nèi)部并且無(wú)法去除。這限制了工藝可能制造的幾何形狀。
△3D打印片材層壓(紙)
工藝互補(bǔ)是當(dāng)下最好的方法
現(xiàn)在的市場(chǎng)上能看到不同工藝的多種3D打印機(jī),這些機(jī)器具有不同的功能,使用不同的材料,擁有不同的定價(jià)。然而,這些打印機(jī)也有各自的局限。例如,小巧的3D打印機(jī)無(wú)法制造大零件;FFF設(shè)備無(wú)法打印光滑的表面;金屬3D打印機(jī)無(wú)法生產(chǎn)聚合物產(chǎn)品。
△多臺(tái)3D打印機(jī)
因此,如果想要盡可能多地豐富制造能力,最好的辦法是在預(yù)算充足的情況下利用多個(gè)機(jī)器,起到工藝互補(bǔ)作用。通過(guò)對(duì)工作類(lèi)型、材料選擇、零件尺寸和質(zhì)量判斷,先購(gòu)買(mǎi)最適合的機(jī)器,然后根據(jù)需要增加更多設(shè)備。隨著機(jī)器的積累,還可以選擇或者替換更多的工具,做出更好的選擇。
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