《產(chǎn)品模型制作》課件-3.3D打印技術(shù)認(rèn)知-常見的3D打印技術(shù)

2021PRODUCTDESIGN產(chǎn)品模型制作3D打印技術(shù)認(rèn)知——常見的3D打印技術(shù)FDM3D打印技術(shù)SLA3D打印技術(shù)12PrototypeConcept,Application&SkillSLS3D打印技術(shù)3SLM3D打印技術(shù)4其它3D打印技術(shù)5課程目標(biāo)01知識目標(biāo)1、了解不同3D打印技術(shù)的原理、特點(diǎn)2、了解不同3D打印技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)3、了解不同3D打印技術(shù)所使用的材料特點(diǎn)02技能目標(biāo)1、能夠根據(jù)打印要求選擇合適的打印技術(shù)2、能夠根據(jù)打印技術(shù)選擇合適的打印材料03素養(yǎng)目標(biāo)1、能夠掌握不同打印技術(shù)的核心內(nèi)容2、能夠通過學(xué)習(xí)發(fā)揮創(chuàng)造性和創(chuàng)新性熔融沉積成型技術(shù)（FusedDepositionModeling），簡稱FDM技術(shù)。一、熔融沉積成型技術(shù)FDM技術(shù)是當(dāng)前全世界應(yīng)用最為廣泛的一種3D打印技術(shù)，同時也是最早開源的3D打印技術(shù)之一。由于它的技術(shù)門檻和成型材料成本低，目前很多消費(fèi)級的3D打印機(jī)都采用這種工藝。一、熔融沉積成型技術(shù)

利用加熱頭把熱熔性材料加熱到臨界狀態(tài)，使其呈現(xiàn)半流體狀態(tài)，加熱噴頭受計(jì)算機(jī)控制，根據(jù)水平分層數(shù)據(jù)作二維幾何軌跡運(yùn)動。絲材送至噴頭，經(jīng)過加熱、熔化，從噴頭擠出粘結(jié)到工作臺面，然后快速冷卻并凝固。每一層截面完成后，工作臺下降一層的高度，再繼續(xù)進(jìn)行下一層的造型。如此重復(fù)，直至完成整個實(shí)體的造型。成型原理一、熔融沉積成型技術(shù)雙噴頭熔融沉積工藝的基本原理熔融沉積成型工藝在原型制作時需要同時制作支撐，為了節(jié)省材料成本和提高沉積效率，新型FDM設(shè)備采用了雙噴頭或多噴頭設(shè)計(jì)，一個噴頭用于沉積模型材料，一個噴頭用于沉積支撐材料。FDM技術(shù)作為3D打印技術(shù)的一種，其優(yōu)點(diǎn)如下：一、熔融沉積成型技術(shù)3D打印機(jī)設(shè)備體積較小，而耗材也是成卷的絲材，便于搬運(yùn)設(shè)備材料體積較小沒有使用或者使用過程中廢棄的成型材料和支撐材料可以進(jìn)行回收，加工再利用原料利用率高采用的支撐材料多為水溶性材料，剝離較為簡單，不需要進(jìn)行固化處理后處理簡單FDM技術(shù)不采用激光器，設(shè)備運(yùn)營維護(hù)成本較低，而其成型材料也多為ABS、PC等產(chǎn)用工程塑料，成本同樣較低成本低要有ABS、石蠟、人造橡膠、聚酯熱塑性塑料等低熔點(diǎn)材料，以及低熔點(diǎn)金屬、陶瓷等的絲料成型材料范圍廣在較為封閉的3D打印室內(nèi)進(jìn)行，且不涉及高溫、高壓，沒有有毒有害物質(zhì)排放環(huán)境污染小一、熔融沉積成型技術(shù)FDM技術(shù)的不足之處：成型時間較長需要支撐材料精度低一、熔融沉積成型技術(shù)成型材料成型材料要求黏度低、熔融溫度低、粘結(jié)性好、收縮率小。一般為絲狀的熱塑性材料，如ABS、PLA、石蠟、尼龍等低熔點(diǎn)材料或低熔點(diǎn)金屬、陶瓷等絲材。支撐材料支撐材料有兩種類型：一種是剝離性支撐，需要手動剝離零件表面的支撐；另一種是水溶性支撐，它可以分解于堿性水溶液。FDM技術(shù)材料及支撐材料支撐材料一般要求耐高溫、具有水溶性或者酸溶性、具有較低的熔融溫度、流動性要好、與成型材料不浸潤，便于后處理等特點(diǎn)。

光固化成型工藝（StereoLithographyApparatus）簡稱為SLA，是目前世界上研究最深入、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種3D打印工藝方法。二、光固化成型工藝（SLA)

它以光敏樹脂為原料，通過計(jì)算機(jī)控制紫外激光使其逐層凝固成型。這種方法能簡捷、全自動地制造出表面質(zhì)量和尺寸精度較高、幾何形狀較復(fù)雜的原型。通過使用光敏樹脂來打印零件。系統(tǒng)控制激光光束在樹脂液面上掃描，使樹脂液面固化形成掃描的零件橫截面層膜。固化一層后，在剛形成的層膜上再覆蓋一層液態(tài)樹脂，并繼續(xù)掃描，新固化的一層牢固地粘結(jié)在前一層上。如此重復(fù)直至整個零件制造完畢，得到一個三維實(shí)體原型。二、光固化成型工藝（SLA)成型原理二、光固化成型工藝（SLA)成型原理SLA光敏樹脂3D打印機(jī)器掃描過程SLA光敏樹脂3D打印過程演示二、光固化成型工藝（SLA)光固化成型在當(dāng)前應(yīng)用較多的幾種3D打印工藝方法中，其具體的優(yōu)點(diǎn)如下：（1）成型過程自動化程度高（2）尺寸精度高，SLA原型的尺寸精度可以達(dá)到±0.1mm（3）可以制作結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜、尺寸比較精細(xì)的模型（4）制作的原型可以一定程度地替代塑料件SLA技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)當(dāng)然，和其他幾種3D打印工藝方法相比，該方法也存在著許多缺點(diǎn)：二、光固化成型工藝（SLA)成型過程中伴隨著物理和化學(xué)變化，制件較易彎曲，需要支撐，否則會引起制件變形。液態(tài)樹脂固化后的性能尚不如常用的工業(yè)塑料，一般較脆，易斷裂。設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)成本較高，液態(tài)樹脂材料和激光器的費(fèi)用也比較高使用的材料較少，可用的材料主要為感光性的液態(tài)樹脂材料工作環(huán)境要求苛刻。液態(tài)樹脂有一定的氣味和毒性，并且需要避光保護(hù)，選擇時有局限性。后處理相對繁瑣。打印出的工件需用進(jìn)行清洗，并進(jìn)行二次固化。二、光固化成型工藝（SLA)液態(tài)光固化樹脂（液態(tài)光敏樹脂）SLA技術(shù)材料用于光固化成型的材料一般為液態(tài)光固化樹脂，或稱液態(tài)光敏樹脂。二、光固化成型工藝（SLA)光固化成型材料根據(jù)工藝和原型使用要求，要求具有黏度低、流平快、固化速度快、固化收縮小、溶脹小、毒性小等性能特點(diǎn)。液態(tài)光固化樹脂（液態(tài)光敏樹脂）SLA技術(shù)材料

將一層粉末材料平鋪在已成型零件的上表面，并加熱至恰好低于該粉末燒結(jié)點(diǎn)的某一溫度，控制系統(tǒng)控制激光束按照該層的截面輪廓在粉層上掃描，使粉末的溫度升到熔化點(diǎn)，進(jìn)行燒結(jié)并與下面已成型的部分實(shí)現(xiàn)粘結(jié)。一層完成后，工作臺下降一層厚度，鋪料輥在上面鋪上一層均勻密實(shí)粉末，進(jìn)行新一層截面的燒結(jié)，直至完成整個模型。選擇性激光燒結(jié)（SelectiveLaserSintering）,簡稱SLS技術(shù)。三、選擇性激光燒結(jié)（SLS）SLS成型系統(tǒng)的工作原理示意圖三、選擇性激光燒結(jié)（SLS）成型零件的復(fù)雜程度高適用于有懸臂結(jié)構(gòu)、中空結(jié)構(gòu)以及細(xì)管道結(jié)構(gòu)的零件生產(chǎn)。成型材料廣泛任何能夠吸收激光能量而粘度降低的粉末材料都可以作為SLS的成型材料材料利用率高，成本低在SLS過程中，未被激光掃描到的粉末材料可以被重復(fù)利用無需支撐，容易清理由于未燒結(jié)的粉末可以對成型件的空腔和懸臂部分起支撐作用，不必專門設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)SLS技術(shù)優(yōu)點(diǎn)三、選擇性激光燒結(jié)（SLS）表面相對粗糙，需要作后期處理燒結(jié)過程揮發(fā)異味設(shè)備成本高SLS技術(shù)的缺點(diǎn)如下：三、選擇性激光燒結(jié)（SLS）SLS技術(shù)是一種以激光為熱源燒結(jié)粉末材料成型的快速成型技術(shù)。任何受熱后能融化并粘結(jié)的粉末均可作其打印用料，包括高分子粉末材料、陶瓷粉、蠟粉、樹脂砂、金屬粉末及它們的復(fù)合粉末。高分子粉末材料應(yīng)具有粉末熔融結(jié)塊溫度低、流動性好、收縮小、內(nèi)應(yīng)力小和強(qiáng)度高等特點(diǎn)。SLS技術(shù)材料四、激光選區(qū)熔化工藝（SLM)激光選區(qū)熔化（SelectiveLaserMelting），簡稱SLM）采用逐層疊加的方式，通過高功率密度的激光器選擇性地熔化預(yù)置金屬粉末的技術(shù)。打印時在基板上鋪一層金屬粉末，激光束將按零件各層截面輪廓選擇性地熔化粉末，加工出當(dāng)前層。一層燒結(jié)完成后，升降系統(tǒng)下降一個截面層的高度，鋪粉輥在已成型好的截面層上再鋪一層金屬粉末，燒結(jié)下一層，如此層層加工，直到整個零件燒結(jié)完畢。SLM成型工藝基本原理四、激光選區(qū)熔化工藝（SLM)SLM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)無模制造采用新的制造理念，無需制造模具，直接一次性成型，大大減少了開模制模所耗費(fèi)的時間冷卻凝固速度快具有微區(qū)熔融與凝固的特點(diǎn)，熔化的金屬熔池小，冷卻凝固速度極快，具有極大的過冷度高質(zhì)量以高能量密度的激光器為熱源，可以獲得質(zhì)量良好的表面和高致密度的零件自由成型不會受到零件復(fù)雜形貌的影響，具有高度的自由成型能力四、激光選區(qū)熔化工藝（SLM)設(shè)備成本相對較高材料沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和工藝，粉末質(zhì)量參差不齊，價格相對昂貴成型的金屬零件存在一定缺陷需要加設(shè)支撐結(jié)構(gòu)，增加成本，降低成型精度SLM技術(shù)的缺點(diǎn)如下：SLM使用的原材料為金屬粉末，常見的材料包括不銹鋼、鈷鉻合金、鈦合金、鋁合金等四、激光選區(qū)熔化工藝（SLM)SLM技術(shù)材料五、其它3D打印技術(shù)三維立體印刷工藝（3DP）PolyJet技術(shù)數(shù)字光處理技術(shù)……疊層實(shí)體成型技術(shù)（LOM)疊層實(shí)體成型技術(shù)（LOM)根據(jù)三維CAD模型每個截面的輪廓線，在計(jì)算機(jī)控制下，發(fā)出控制激光切割系統(tǒng)的指令，使切割頭作X和Y方向的移動。供料機(jī)構(gòu)將底面涂有熱溶膠的箔材（如涂覆紙、涂覆陶瓷箔等）送至工作臺的上方。激光切割系統(tǒng)按照計(jì)算機(jī)提取的橫截面輪廓用二氧化碳激光束對箔材沿輪廓線將工作臺上的紙割出輪廓線，并將紙的無輪廓區(qū)切割成小碎片。然后，由熱壓機(jī)構(gòu)將一層層紙壓緊并粘合在一起。可升降工作臺支撐正在成型的工件，并在每層成型之后，降低一個紙厚，以便送進(jìn)、粘合和切割新的一層紙。最后形成由許多小廢料塊包圍的三維原型零件。五、其它3D打印技術(shù)在上一層粘結(jié)完畢后，成型缸下降一個距離，供粉缸上升一高度，推出若干粉末，并被鋪粉輥推到成型缸，鋪平并被壓實(shí)。噴頭在計(jì)算機(jī)控制下，按下一建造截面的成形數(shù)據(jù)有選擇地噴射粘結(jié)劑建造層面。鋪粉輥鋪粉時多余的粉末被集粉裝置收集