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3D打印增材制造技术的发展与展望

3D打印技术又称“增材制造”,诞生于20世纪80年代后期,源自美国研究照相雕塑和地貌成型技术,是一种与传统材料去除加工方法相反,基于三维数字模型的,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料采用逐层制造方式将材料结合起来的工艺。3D打印相对于其他的添加剂制造技术而言,具有速度快,价格便宜,高易用性等优点。

3D打印机可分成电子部分、机械部分和软件部分三大模块

电子部分:电子部分可以理解为软件和机械部分的桥梁,主要对软件生成的指令和数据缓存,对电机的控制、温度的控制等等,软件生成的坐标指令就由电子部分控制机械部分执行,以达到精准打印的目的。

机械部分:机械部分是执行打印命令的定位部分,由电机、支架、同步轮、传送带等组成的XYZ空间轴,软件部分生成的打印坐标就由此定位。一般由框架、传动部分、挤出机(含喷嘴部分)、加热平台、辅助零件等组成。

软件部分:简单来说3D打印机是通过软件对3D模型分割成无数个层,这个层的厚度基本等于3D打印机的精度,然后生成无数个打印的坐标命令供机械部分执行。

快速成型是3D打印最流行的生产工艺之一,尤其在制造业行业有着更为广泛的群众基础,以下我们就这三种不同的成型工艺(FDM、SLA、SLS)来进行比较。

1、FDM 熔融沉积成型

特点:这种工艺是通过将丝状材料如热塑性塑料、蜡或金属的熔丝从加热的喷嘴挤出,按照零件每一层的预定轨迹,以固定的速率进行熔体沉积。

优点:如果使用这种快速成型加工工艺的话,就能够用于更多种类。而且成形样件强度好,能直接制作ABS塑料;尺寸精度较高,表面质量较好,易于装配。

缺点:这种工艺的缺点就是成型时间较长,而且在做小件和精细件时优势不明显。

2、SLS 选择性激光烧结

特点:这种成型方式是在成型的过程中因为是把粉末烧结,之后再将其成型。

优点:相对来说,这种成型方式的材料利用率高,造型速度较快。而且有直接金属型的概念,可直接得到塑料、蜡或金属件。

缺点:这种成型工艺的缺点就是在后处理中难于保证制件尺寸精度,后处理工艺复杂,样件变型大,无法装配。

3、SLA 光固化成型

优点:和上述两种成型工艺不同的是,这种工艺适合做小件及精细件,而且成形速度极快,成形精度、表面质量高。也因此,相对来说,这种成型工艺是最流行的。

缺点:这种成型工艺的使用具有局限性,例如光敏树脂固化后较脆,易断裂,可加工性不好。而且成型的时候对工作环境也有比较高的要求,例如工作温度不能超过100℃,成形件易吸湿膨胀,抗腐蚀能力不强。

SLS 选择性激光烧结 FDM 熔融沉积成型

SLA 光固化成型

目前,3D打印技术已广泛应用于航空航天、汽车制造、军事、地理、艺术品制造、教育、医疗和体育领域,特别是在汽车制造领域,已经是一项必备的重要技术。相信随着社会的不断发展和科学技术的进步,3D打印技术将极大地改变已有的传统加工制造业,它将在更加广泛的领域中得到应用。

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