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3D打印机入门文档  

2015-11-05 10:07:02|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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什么是 3D打印机

3D打印机英文“3D Printers”,3D 打印机这个名称是近年该产品来针对民用市场而出现的一个新词。其实在专业领域他有另一个名称“快速成形技术”。快速成形技术又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing,简称RPM)技术,诞生于20 世纪80 年代后期,是基于材料堆积法的一种高新制造技术,被认为是近20 年来制造领域的一个重大成果。


RPM 技术是在现代CAD/CAM 技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同,成形原理和系统特点也各有不同。但是,其基本原理都是一样的,那就是"分层制造,逐层叠加", 类似于数学上的积分过程。形象地讲,快速成形系统就像是一台"立体打印机",因此得名“3D 打印机”。


3D打印机的原理

        3D打印机可以根据零件的形状,每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截面,然后再把它们逐层粘结起来,就得到了所需制造的立体的零件。每个截面数据相当于医学上的一张CT 像片;整个制造过程可以比喻为一个"积分"的过程。


       当然,整个过程是在电脑的控制下,由3D 打印机系统自动完成的。不同公司制造的3D 打印机所用的成形材料不同,系统的工作原理也有所区别,但其基本原理都是一样的,那就是"分层制造、逐层叠加"。这种工艺可以形象地叫做"增长法"或"加法"。


       3D 打印机的制作过程我们举个例子:例如我们制作一个塑料材质的苹果,首先我们需要在电脑上使用3D 软件制作出一个苹果的3D 模型文件,然后把它转换成3D 打印机支持的文件格式。接下来需要给3D 打印机放入塑料耗材,现在3D 打印机就可以制作了。这个过程是不是像我们的平面打印机的操作呀!好下面说重点。


       打印系统在制作的时候会从这个苹果3D 模型底部开始切成很多片(多少片呢?这个要根据打印机的技术指标它所支持的“层厚”来决定。)也就是我们上面说的截面图。最先开始制作的是苹果模型的最底部的那一个截面,也就是苹果最底部的一层,这时候系统会控制激光器(或喷嘴)在这一层截面图的范围烧结原料(或挤出原料——不同的打印机技术制作方式也有区别这个下面我们会提到),这一层做好后是第二层依此类推。这样这个塑料苹果就一层层的“生长”出来了。


3D打印机的技术

        现在市面上已经有十几种不同的3D 打印机的技术,其中比较成熟的有UV、SLA、SLS、LOM 和FDM 等方法。我们将在下面介绍4 种目前使用比较广泛的技术:


SLA 技术3D打印机的原理

        SLA 是"Stereo lithography Appearance"的缩写,即立体光固化成型法。用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面,使之由点到线,由线到面顺序凝固,完成一个层面的绘图作业,然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度,再固化另一个层面。这样层层叠加构成一个三维实体。SLA 是最早实用化的快速成形技术,采用液态光敏树脂原料。

        SLA 技术主要用于制造多种模具、模型等;还可以在原料中通过加入其它成分,用SLA原型模代替熔模精密铸造中的蜡模。SLA 技术成形速度较快,精度较高,但由于树脂固化过程中产生收缩,不可避免地会产生应力或引起形变。因此开发收缩小、固化快、强度高的光敏材料是其发展趋势。


SLS技术 3D打印机的原理

        SLS(Selective Laser Sintering)选择性激光烧结(以下简称SLS)技术最初是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Carlckard 于1989 年在其硕士论文中提出的。后美国DTM 公司于1992 年推出了该工艺的商业化生产设备Sinter Sation。几十年来,奥斯汀分校和DTM 公司在SLS 领域做了大量的研究工作,在设备研制和工艺、材料开发上取得了丰硕成果。德国的EOS 公司在这一领域也做了很多研究工作,并开发了相应的系列成型设备。

        国内也有多家单位进行SLS 的相关研究工作,如华中科技大学、南京航空航天大学、西北工业大学、中北大学和北京隆源自动成型有限公司等,也取得了许多重大成果,如南京航空航天大学研制的RAP-I 型激光烧结快速成型系统、北京隆源自动成型有限公司开发的AFS 一300 激光快速成型的商品化设备。

        选择性激光烧结是采用激光有选择地分层烧结固体粉末,并使烧结成型的固化层层层叠加生成所需形状的零件。其整个工艺过程包括CAD 模型的建立及数据处理、铺粉、烧结以及后处理等。


SLS 技术3D打印机的工作原理

        整个工艺装置由粉末缸和成型缸组成,工作时粉末缸活塞(送粉活塞)上升,由铺粉辊将粉末在成型缸活塞(工作活塞)上均匀铺上一层,计算机根据原型的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹,有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。粉末完成一层后,工作活塞下降一个层厚,铺粉系统铺上新粉。控制激光束再扫描烧结新层。如此循环往复,层层叠加,直到三维零件成型。最后,将未烧结的粉末回收到粉末缸中,并取出成型件。对于金属粉末激光烧结,在烧结之前,整个工作台被加热至一定温度,可减少成型中的热变形,并利于层与层之间的结合。


LOM 技术3D 打印机的原理

        分层实体制造法(LOM——Laminated Object Manufacturing),LOM 又称层叠法成形,它以片材(如纸片、塑料薄膜或复合材料)为原材料,其成形原理如图所示,激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线数据,将背面涂有热熔胶的纸用激光切割出工件的内外轮廓。切割完一层后,送料机构将新的一层纸叠加上去,利用热粘压装置将已切割层粘合在一起,然后再进行切割,这样一层层地切割、粘合,最终成为三维工件。LOM 常用材料是纸、金属箔、塑料膜、陶瓷膜等,此方法除了可以制造模具、模型外,还可以直接制造结构件或功能件。



FDM 技术3D打印机的原理

        熔积成型(FDM——Fused DepositionModeling)法,该方法使用丝状材料(石蜡、金属、塑料、低熔点合金丝)为原料,利用电加热方式将丝材加热至略高于熔化温度(约比熔点高1℃),在计算机的控制下,喷头作x-y 平面运动,将熔融的材料涂覆在工作台上,冷却后形成工件的一层截面,一层成形后,喷头上移一层高度,进行下一层涂覆,这样逐层堆积形成三维工件。





来源:http://www.3djoye.com/Index.asp?PJ/Article46/126.html   (转载请注明出处)

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