3D打印機常見實現方法

3D打印機常見實現方法

　　3D打印是通過計算機建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區”成逐層的截面，即切片，從而指導打印機逐層打印。打印機通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個實體。這種技術的特點在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。打印機打出的截面的厚度(即Z方向)以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi(像素每英寸)或者微米來計算的。一般的厚度為100微米，即0.1毫米。打印出來的“墨水滴”的直徑通常為50到100個微米。 用傳統方法制造出一個模型通常需要數小時到數天，根據模型的尺寸以及復雜程度而定。而用三維打印的技術則可以將時間縮短為數個小時，當然其是由打印機的性能以及模型的尺寸和復雜程度而定的。傳統的制造技術如注塑法可以以較低的成本大量制造聚合物產品，而三維打印技術則可以以更快，更有彈性以及更低成本的辦法生產數量相對較少的產品。一個桌面尺寸的三維打印機就可以滿足設計者或概念開發小組制造模型的需要。

　　常見的技術

　　目前市場上的快速成型技術分為3DP技術、FDM熔融層積成型技術、SLA立體平版印刷技術、SLS選區激光燒結、DLP激光成型技術和UV紫外線成型技術等。其中，采用FDM熔融層積成形技術的3D打印機花費的成本較低，且占用的成本最小，大部分面向普通消費者的3D打印機都采用此技術。

　　1.3DP技術：

　　采用3DP技術的3D打印機使用標準噴墨打印技術，通過將液態連結體鋪放在粉末薄層上，以打印橫截面數據的方式逐層創建各部件，創建三維實體模型，采用這種技術打印成型的樣品模型與實際產品具有同樣的色彩，還可以將彩色分析結果直接描繪在模型上，模型樣品所傳遞的信息較大。3DP技術工作原理是，先鋪一層粉末，然后使用噴嘴將粘合劑噴在需要成型的區域，讓材料粉末粘接，形成零件截面，然后不斷重復鋪粉、噴涂、粘接的過程，層層疊加，獲得最終打印出來的零件。

　　3DP技術的優勢在于成型速度快、無需支撐結構，而且能夠輸出彩色打印產品，這是其他技術都比較難以實現的。3DP技術的典型設備，是3DS旗下zcorp的zprinter系列，也是3D照相館使用的設備，zprinter的z650打印出來的產品最大可以輸出39萬色，色彩方面非常豐富，也是在色彩外觀方面，打印產品最接近于成品的3D打印技術。

　　但是3DP技術也有不足，首先粉末粘接的直接成品強度并不高，只能作為測試原型，其次由于粉末粘接的工作原理，成品表面不如SLA光潔，精細度也有劣勢，所以一般為了產生擁有足夠強度的產品，還需要一系列的后續處理工序。此外，由于制造相關材料粉末的技術比較復雜，成本較高，所以3DP技術主要應用在專業領域，桌面級別僅有一個PWDR項目在啟動，但仍然處于0.1狀態，尚需觀察后續進展。

　　2.FDM熔融層積成型技術：

　　FDM熔融層積成型技術是將絲狀的熱熔性材料加熱融化，同時三維噴頭在計算機的控制下，根據截面輪廓信息，將材料選擇性地涂敷在工作臺上，快速冷卻后形成一層截面。一層成型完成后，機器工作臺下降一個高度(即分層厚度)再成型下一層，直至形成整個實體造型。其成型材料種類多，成型件強度高、精度較高，主要適用于成型小塑料件。

　　FDM技術的優勢在于制造簡單，成本低廉，但是桌面級的FDM打印機，由于出料結構簡單，難以精確控制出料形態與成型效果，同時溫度對于FDM成型效果影響非常大，而桌面級FDM 3D打印機通常都缺乏恒溫設備，因此基于FDM的桌面級3D打印機的成品精度通常為0.3mm-0.2mm，少數高端機型能夠支持0.1mm層厚，但是受溫度影響非常大，成品效果依然不夠穩定。此外，大部分FDM機型制作的產品邊緣都有分層沉積產生的“臺階效應”，較難達到所見即所得的3D打印效果，所以在對精度要求較高的快速成型領域較少采用FDM。

　　3.SLA立體平版印刷技術：

　　SLA立體平版印刷技術以光敏樹脂為原料，通過計算機控制激光按零件的各分層截面信息在液態的光敏樹脂表面進行逐點掃描，被掃描區域的樹脂薄層產生光聚合反應而固化，形成零件的一個薄層。一層固化完成后，工作臺下移一個層厚的距離，然后在原先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態樹脂，直至得到三維實體模型。該方法成型速度快，自動化程度高，可成形任意復雜形狀，尺寸精度高，主要應用于復雜、高精度的精細工件快速成型。

　　4.SLS選區激光燒結技術：

　　SLA立體平版印刷技術是通過預先在工作臺上鋪一層粉末材料(金屬粉末或非金屬粉末)，然后讓激光在計算機控制下按照界面輪廓信息對實心部分粉末進行燒結，然后不斷循環，層層堆積成型。該方法制造工藝簡單，材料選擇范圍廣，成本較低，成型速度快，主要應用于鑄造業直接制作快速模具。 激光燒結技術雖然優勢非常明顯，但是也同樣存在缺陷，首先粉末燒結的表面粗糙，需要后期處理，其次使用大功率激光器，除了本身的設備成本，還需要很多輔助保護工藝，整體技術難度較大，制造和維護成本非常高，普通用戶無法承受，所以應用范圍主要集中在高端制造領域，而尚未有桌面級SLS 3D打印機開發的消息，要進入普通民用領域，可能還需要一段時間。

　　5.LOM分層實體制造法：

　　LOM分層實體制造法以片材(如紙片、塑料薄膜或復合材料)為原材料，激光切割系統按照計算機提取的橫截面輪廓線數據，將背面涂有熱熔膠的紙用激光切割出工件的內外輪廓。切割完一層后，送料機構將新的一層紙疊加上去，利用熱粘壓裝置將已切割層粘合在一起，然后再進行切割，這樣一層層地切割、粘合，最終成為三維工件。LOM 常用材料是紙、金屬箔、塑料膜、陶瓷膜等，此方法除了可以制造模具、模型外，還可以直接制造結構件或功能件。

　　6.DLP激光成型技術：

　　DLP激光成型技術和SLA立體平版印刷技術比較相似，不過它是使用高分辨率的數字光處理器(DLP)投影儀來固化液態光聚合物，逐層的進行光固化，由于每層固化時通過幻燈片似的片狀固化，因此速度比同類型的SLA立體平版印刷技術速度更快。該技術成型精度高，在材料屬性、細節和表面光潔度方面可匹敵注塑成型的耐用塑料部件。

　　7.UV紫外線成型技術：

　　UV紫外線成型技術和SLA立體平版印刷技術比較相似類似，不同的是它利用UV紫外線照射液態光敏樹脂，一層一層由下而上堆棧成型，成型的過程中沒有噪音產生，在同類技術中成型的精度最高，通常應用于精度要求高的珠寶和手機外殼等行業。

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