03第一章 任務(wù)三 3D打印的技術(shù)介紹

第一章3D打印技術(shù)概論任務(wù)三3D打印的技術(shù)介紹學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.熟悉3D打印技術(shù)的分類；2.了解3D打印技術(shù)典型的分類方式及各技術(shù)的基本特點(diǎn)；3.熟悉3D打印技術(shù)常見的成型材料。

任務(wù)描述：通過老師講解、查閱資料等熟悉3D打印技術(shù)的原理，熟悉其與傳統(tǒng)加工制造技術(shù)的區(qū)別，了解3D打印技術(shù)的分類及技術(shù)特點(diǎn)，熟悉3D打印技術(shù)常見的成型材料，通過分組討論，總結(jié)本任務(wù)學(xué)習(xí)內(nèi)容。一、3D打印技術(shù)的分類目前，按照3D打印技術(shù)的成型的能量進(jìn)行分類，可以將3D打印技術(shù)分為激光加工和非激光加工兩類。按照成型材料的形態(tài)可以分為液態(tài)、薄材、絲材、粉末材料四種。技術(shù)類型使用材料代表公司熔融沉積（FDM）熱塑性塑料美國Stratasys公司選擇性激光燒結(jié)（SLS）熱塑性粉末、金屬粉末、陶瓷粉末美國DTM公司光固化成型（SLA）光敏聚合物美國3DSystems公司三維印刷（3DP）熱塑性粉末、金屬粉末、陶瓷粉末美國ZCorporation公司數(shù)字光處理（DLP）液態(tài)樹脂德國Envision公司多重噴射（PolyJet）光敏樹脂以色列Objet公司分層實(shí)體制造（LOM）紙、塑料薄膜、金屬箔美國Helisys公司直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）金屬合金德國EOS公司電子束熔煉（EBM）鈦合金瑞典ARCAM公司（一）按制造工藝所使用的材料、成型特征分類1.絲材、線材熔化粘結(jié)技術(shù)原材料為絲狀材料或線狀材料，通過升溫使其熔化并按照一定的路徑堆積疊加出需要的形狀。2.粉末燒結(jié)與粘結(jié)技術(shù)原材料是粉末狀材料，通過激光燒結(jié)或用粘結(jié)劑將粉末顆粒粘結(jié)在一起形成的形狀。3.液態(tài)聚合、固化技術(shù)原材料是液態(tài)材料，通過光能或熱能是特殊的液態(tài)聚合物固化從而形成一定的形狀。4.膜、板材層合技術(shù)原材料是固態(tài)的膜或板材，利用塑料膜的光聚合作用將各層膜片粘結(jié)成型，或通過層層粘結(jié)，將薄片層板堆積成型。（二）按成型原理分類目前，應(yīng)用較為廣泛的3D打印技術(shù)主要有以下四種：熔融沉積制造技術(shù)、選擇性激光燒結(jié)技術(shù)、光固化成型技術(shù)和三維印刷技術(shù)。盡管這些3D打印成型技術(shù)都基于同一原理，即先離散分層，再堆積疊加，但其設(shè)備結(jié)構(gòu)和采用的原材料類型，成型的方法以及截面層與層之間的連接方式等是完全不同的。1.熔融沉積成型技術(shù)2.選擇性激光燒結(jié)技術(shù)3.光固化成型技術(shù)4.三維印刷技術(shù)二、3D打印技術(shù)的成型材料成型材料一直是3D打印技術(shù)發(fā)展的核心問題，它對成型件的成型精度、物理及化學(xué)性能、成型速度都有直接作用，同時(shí)也影響到成型制件的二次使用，及用戶對系統(tǒng)和設(shè)備的選擇。（一）3D打印技術(shù)對成型材料的性能要求（1）能夠快速精確地加工原型件。（2）保證成型制件具有一定的力學(xué)性能及穩(wěn)定性。用于3D打印技術(shù)直接制造功能件的材料要接近零件最終用途對強(qiáng)度、剛度、耐潮、熱穩(wěn)定性等要求；對于概念性成型制件，要求打印速度快，對成型精度和物理化學(xué)特性要求不高。（3）要求成型制件具有一定的尺寸精度和尺寸穩(wěn)定性。如裝配測試用原型制件，對其成型精度有嚴(yán)格的要求。（4）滿足3D打印技術(shù)的特殊性能要求。如FDM技術(shù)要求選用可熔融的絲狀材料；SLS技術(shù)、3DP技術(shù)要求粉末的顆粒要較小；SLA技術(shù)要求選用可光固化的液態(tài)樹脂；LOM技術(shù)要求薄片層材料是易切割的。（5）有利于快速制模的后續(xù)處理。（二）成型材料的分類3D打印技術(shù)的成型材料一般是與工藝和設(shè)備配套使用。因此，成型材料的分類與3D打印成型工藝、材料的物理化學(xué)狀態(tài)等密切相關(guān)。1.按材料成型工藝分類3D打印技術(shù)的成型材料可分為FDM、SLS、SLA、3DP、LOM等材料。2.按材料的物理狀態(tài)分類可分為絲狀材料、粉末材料、液態(tài)材料、薄片材料等材料。3.按材料成型步驟分類可分為：直接成型材料和間接成型材料。其中直接成型材料包括反應(yīng)型聚合物、非反應(yīng)性聚合物、金屬、砂、陶瓷等材料；間接成型材料包括，如金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、硅橡膠等材料。4.按材料的化學(xué)性能分類可分為樹脂類材料、橡膠材料、金屬材料、陶瓷材料、復(fù)合材料以及食品材料等。（1）樹脂類材料3D打印技術(shù)用樹脂類材料中應(yīng)用較多的是工程塑料和光敏樹脂材料。工程塑料指被用做工業(yè)零件或外殼材料的工業(yè)用塑料，是強(qiáng)度、耐沖擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優(yōu)的塑料。光敏樹脂由聚合物單體與預(yù)聚體組成，其中加有光（紫外光）引發(fā)劑（或稱為光敏劑）。（2）ABS塑料類ABS塑料，是FDM最常用的打印材料，目前有多種顏色可以選擇，是消費(fèi)級3D打印機(jī)用戶最喜愛的打印材料，如打印“樂高”類型的很多玩具，制作很多創(chuàng)意家居飾件等。ABS材料通常是細(xì)絲盤裝，通過3D打印噴嘴加熱熔解打印。（3）PLA塑料類PLA(PolyLacticeAcid，生物降解塑料聚乳酸)塑料熔絲，也是一種非常常用的打印材料。尤其是對于消費(fèi)級3D打印機(jī)來說，PLA可以降解，是一種環(huán)保的材料。PLA一般情況下不需要加熱床，這一點(diǎn)不像ABS，所以PLA容易使用，而且更加適合低端的3D打印機(jī)。PLA有多重顏色可以選擇，而且還有半透明的紅、藍(lán)、綠以及全透明的材料。PLA的通用性也有待提高。（4）ABS和PLA絲材的特點(diǎn)對比ABS塑料類PLA塑料類優(yōu)點(diǎn)綜合性能較好，耐熱耐寒，化學(xué)穩(wěn)定性好，電絕緣性能良好無毒無害，收縮率低，韌性好強(qiáng)度高,可降解缺點(diǎn)熱收縮率高，模型容易變形，工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生刺鼻的有害氣體不耐熱,化學(xué)穩(wěn)定性差打印溫度240～270℃190～210℃絲材規(guī)格?1.75mm和?3mm?1.75mm和?3mm燃燒特征火焰呈黃色，有黑煙，揮發(fā)出刺鼻的氣味，起絲短火焰呈藍(lán)色，無煙，氣味溫和，起絲較長注意事項(xiàng)打印絲材極易受潮，影響打印表面質(zhì)量，因此需要密封保存。（5）橡膠類材料橡膠類材料具備多種級別彈性材料的特征，這些材料所具備的硬度、斷裂伸長率、抗撕裂強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度，使其非常適合于要求防滑或柔軟表面的應(yīng)用領(lǐng)域。3D打印的橡膠類產(chǎn)品主要有消費(fèi)類電子產(chǎn)品、醫(yī)療設(shè)備以及汽車內(nèi)飾、輪胎、墊片等。（6）金屬材料近年來，3D打印技術(shù)逐漸應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品的制造，其中，金屬材料的3D打印技術(shù)發(fā)展尤其迅速。目前，應(yīng)用于3D打印技術(shù)的金屬粉末材料主要有鈦合金、鈷鉻合金、不銹鋼和鋁合金材料等，此外還有用于打印首飾用的金、銀等貴金屬粉末材料。（7）陶瓷材料3D打印技術(shù)用的陶瓷粉末是陶瓷粉末和某一種粘結(jié)劑粉末所組成的混合物。由于粘結(jié)劑粉末的熔點(diǎn)較低，激光燒結(jié)時(shí)只是將粘結(jié)劑粉末熔化而使陶瓷粉