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一文帶你了解3D打印原理
專欄：行業資訊
發布日期：2021-07-08
閱讀量：1862
作者：新材料在線
3D打印是制造業領域的一項新興技術，被稱為“具有工業革命意義的制造技術”。近年來，隨著工業技術的進步，3D打印技術得到迅速發展并得到媒體的廣泛關注，各類3D打印技術被紛紛報道。


下面，給大家分享的是3D打印原理高分子篇和金屬篇，主要介紹SLA、CLIP、3DP、PolyJet、FDM五大高分子技術，以及NPJ、SLM、SLS、LMD和EBM五大金屬3D打印原理



1、SLA（StereoLithography）


SLA即光固化成型技術，指利用紫外光照射液態光敏樹脂發生聚合反應，來逐層固化并生成三維實體的成型方式，SLA制備的工件尺度精度高，是商業化的最早3D打印技術。


以下是SLA工藝工程：


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紫外激光源


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光固化反應


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逐層掃描成型



2、CLIP（ContinuousLiquid Interface Production technology）


CLIP即連續液體界面提取技術，是在Carbon 3D公司在SLA技術的基礎上開發的具有革命性的3D打印技術，將3D打印的速度提高了100倍！


CLIP從底部投影，使光敏樹脂固化，不需要固化的部分通過控制氧氣，形成死區，抑制光固化反應而保持穩定的液態區域，這樣就保證了固化的連續性。


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光固化反應


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氧氣抑制光固化過程


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光固化死區演示


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CLIP成型過程


3、3DP（Three-DimensionalPrinting）


3DP即三維打印快速成型技術，其與傳統二維噴墨打印接近，從噴頭噴出粘結劑（彩色粘結劑可以打印出彩色制件），將平臺上的粉末粘結成型，通常用采用石膏粉作為成型材料。3DP技術目前主要應用有兩個：全彩3D打印及砂模鑄造。


以下是Exone公司用3DP技術進行砂模鑄造的過程：


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粘結劑噴射


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加熱固化


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打印成型


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鑄造成型



4、PolyJet


PolyJet即聚合物噴射技術，其成型原理類似3DP技術，但噴射的不是粘合劑而是光固化樹脂，噴射完成后通過紫外光照射固化成型。


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PolyJet成型原理


PolyJet采用陣列式噴頭，甚至可以同時噴射不同材料，實現多種材料、多色材料同時打印。


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陣列噴頭工作過程


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PolyJet打印過程



5、FDM（FusedDeposition Modeling）


FDM即熔融層積技術，利用高溫將材料熔化，通過打印頭擠出成細絲，在構件平臺堆積成型。FDM是最簡單也是最常見的3D打印技術，通常應用于桌面級3D打印設備。


以下是FDM技術的工作原理：


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模型處理


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耗材擠出成型


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逐層打印過程


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去除支撐


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表面處理


金屬3D打印技術可以直接用于金屬零件的快速成型制造，具有廣闊的工業應用前景，是國內外重點發展的3D打印技術，下面跟大家分享NPJ、SLM、SLS、LMD和EBM五大金屬3D打印原理。

6.NPJ（Nano Particle Jetting）


NPJ技術是以色列公司Xjet最新開發出的金屬3D打印成型技術，與普通的激光3D打印成型相比，其使用的是納米液態金屬，以噴墨的方式沉積成型，打印速度比普通激光打印快5倍，且具有優異的精度和表面粗糙度。


以下是Xjet設備工作過程：


金屬顆粒細化


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金屬顆粒分布在液滴中


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液滴噴射成型過程


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液相排出過程


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燒結后的制件


 2.SLM（Selective Laser Melting）

SLM即選區激光熔化成型技術，是目前金屬3D打印成型中最普遍的技術，采用精細聚焦光斑快速熔化預置金屬粉末，直接獲得任意形狀以及具有完全冶金結合的零件，得到的制作致密度可達99%以上。


激光振鏡系統是SLM的關鍵技術之一，以下是SLM Solution公司的振鏡系統工作圖：


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激光發射


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激光傳輸


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掃描振鏡


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激光掃描熔化


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金屬粉末熔化過程


金屬3D打印過程中，由于制件通常較復雜，需要打印支撐材料，制件完成后需要去除支撐，并對制件的表面進行處理。


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取出制件


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去除支撐


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后處理



 3.SLS（Selective Laser Sintering）


SLS即選區激光燒結成型技術，與SLM技術類似，區別是激光功率不同，通常用于高分子聚合物的3D打印成型。


以下是SLS制備塑料制件的過程：


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模型分層切片


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激光燒結過程


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制件的取出


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后處理


SLS也可用于制造金屬或陶瓷零件，但所得到的制件致密度低，且需要經過后期致密化處理才能使用。


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SLS制造金屬零件

4.LMD（Laser Metal Deposition）


LMD即激光熔覆成型技術，該技術名稱繁多，不同的研究機構獨立研究并獨立命名，常用的名稱包括：LENS, DMD, DLF, LRF等，與SLM最大不同在于，其粉末通過噴嘴聚集到工作臺面，與激光匯于一點，粉末熔化冷卻后獲得堆積的熔覆實體。


以下是LENS技術的工作過程：


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同軸送粉


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構建過程


  5.EBM（Electron Beam Melting）

EBM即電子束熔化技術，其工藝過程與SLM非常相似，區別在于，EBM所使用的能量源為電子束。EBM的電子束輸出能量通常比SLM的激光輸出功率大一個數量級，掃描速度也遠高于SLM，因此EBM在構建過程中，需要對造型臺整體進行預熱，防止成型過程中溫度過大而帶來較大的殘余應力。


以下是EBM工作過程：


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整體預熱


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成型過程


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熔化過程中粉末的變化



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