3D打印的主流工藝盤點(diǎn)（多圖）

時(shí)間：2013-10-12 07:34:14

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[導(dǎo)讀]大家對(duì)3D打印這個(gè)熱門概念應(yīng)該都或有耳聞，下面給大家介紹一下3D打印的主流技術(shù)及其工藝，希望能夠幫助大家更深一步了解3D打印的工作原理和其工作特點(diǎn)?，F(xiàn)在我們來看看3D打印的主流工藝流程。熔融沉積造型（Fused de

大家對(duì)3D打印這個(gè)熱門概念應(yīng)該都或有耳聞，下面給大家介紹一下3D打印的主流技術(shù)及其工藝，希望能夠幫助大家更深一步了解3D打印的工作原理和其工作特點(diǎn)。

現(xiàn)在我們來看看3D打印的主流工藝流程。

熔融沉積造型（Fused deposition modeling，F(xiàn)DM）

FDM 可能是目前應(yīng)用最廣泛的一種工藝，很多消費(fèi)級(jí)3D 打印機(jī)都是采用的這種工藝，因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)起來相對(duì)容易：

FDM加熱頭把熱熔性材料（ABS樹脂、尼龍、蠟等）加熱到臨界狀態(tài)，使其呈現(xiàn)半流體狀態(tài)，然后加熱頭會(huì)在軟件控制下沿CAD 確定的二維幾何軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)噴頭將半流動(dòng)狀態(tài)的材料擠壓出來，材料瞬時(shí)凝固形成有輪廓形狀的薄層。

這個(gè)過程與二維打印機(jī)的打印過程很相似，只不過從打印頭出來的不是油墨，而是ABS樹脂等材料的熔融物。同時(shí)由于3D 打印機(jī)的打印頭或底座能夠在垂直方向移動(dòng)，所以它能讓材料逐層進(jìn)行快速累積，并且每層都是CAD 模型確定的軌跡打印出確定的形狀，所以最終能夠打印出設(shè)計(jì)好的三維物體。

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光固化立體造型（Stereolithography，SLA）

據(jù)維基百科記載，1984年的第一臺(tái)快速成形設(shè)備采用的就是光固化立體造型工藝，現(xiàn)在的快速成型設(shè)備中，以SLA的研究最為深入，運(yùn)用也最為廣泛。平時(shí)我們通常將這種工藝簡(jiǎn)稱“光固化”，該工藝的基礎(chǔ)是能在紫外光照射下產(chǎn)生聚合反應(yīng)的光敏樹脂。

與其它3D 打印工藝一樣，SLA 光固化設(shè)備也會(huì)在開始“打印”物體前，將物體的三維數(shù)字模型切片。然后電腦控制下，紫外激光會(huì)沿著零件各分層截面輪廓，對(duì)液態(tài)樹脂進(jìn)行逐點(diǎn)掃描。被掃描到的樹脂薄層會(huì)產(chǎn)生聚合反應(yīng)，由點(diǎn)逐漸形成線，最終形成零件的一個(gè)薄層的固化截面，而未被掃描到的樹脂保持原來的液態(tài)。

當(dāng)一層固化完畢，升降工作臺(tái)移動(dòng)一個(gè)層片厚度的距離，在上一層已經(jīng)固化的樹脂表面再覆蓋一層新的液態(tài)樹脂，用以進(jìn)行再一次的掃描固化。新固化的一層牢固地粘合在前一層上，如此循環(huán)往復(fù)，直到整個(gè)零件原型制造完畢。

SLA 工藝的特點(diǎn)是，能夠呈現(xiàn)較高的精度和較好的表面質(zhì)量，并能制造形狀特別復(fù)雜（如空心零件）和特別精細(xì)（如工藝品、首飾等）的零件。

　選擇性激光燒結(jié)（SLS）

數(shù)字模型分層切割與逐層制造是3D 打印工藝的基礎(chǔ)，這里往后就不再贅述了。除此之外，SLS 工藝與SLA 光固化工藝還有相似之處，即都需要借助激光將物質(zhì)固化為整體。不同的是，SLS 工藝使用的是紅外激光束，材料則由光敏樹脂變成了塑料、蠟、陶瓷、金屬或其復(fù)合物的粉末。

先將一層很?。▉喓撩准?jí)）的原料粉未鋪在工作臺(tái)上，接著在電腦控制下的激光束通過掃描器以一定的速度和能量密度，按分層面的二維數(shù)據(jù)掃描。激光掃描過的粉末就燒結(jié)成一定厚度的實(shí)體片層，未掃描的地方仍然保持松散的粉末狀。

一層掃描完畢，隨后對(duì)下一層進(jìn)行掃描。先根據(jù)物體截層厚度升降工作臺(tái)，鋪粉滾筒再次將粉末鋪平，然后再開始新一層的掃描。如此反復(fù)，直至掃描完所有層面。去掉多余粉末，再經(jīng)過打磨、烘干等適當(dāng)?shù)暮筇幚?，即可獲得零件。

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目前應(yīng)用此工藝時(shí)，以蠟粉末及塑料粉末作為原料較多，而用金屬粉或陶瓷粉進(jìn)行粘接或燒結(jié)的工藝尚未實(shí)際應(yīng)用。

　　層片疊加制造（Laminated object manufacturing，LOM）

在層片疊加制造工藝中，機(jī)器會(huì)將單面涂有熱溶膠的箔材通過熱輥加熱，熱溶膠在加熱狀態(tài)下可產(chǎn)生粘性，所以由紙、陶瓷箔、金屬箔等構(gòu)成的材料就會(huì)粘接在一起。接著，上方的激光器按照CAD 模型分層數(shù)據(jù)，用激光束將箔材切割成所制零件的內(nèi)外輪廓。然后再鋪上新的一層箔材，通過熱壓裝置將其與下面已切割層粘合在一起，激光束再次切割。然后重復(fù)這個(gè)過程，直至整個(gè)零部件打印完成。

不難發(fā)現(xiàn)，LOM 工藝還是有傳統(tǒng)切削的影子。只不過它不是用大塊原材料進(jìn)行整體切削，而是將原來的零部件模型分割為多層，然后進(jìn)行逐層切削。北京太爾時(shí)代最開始研發(fā)的3D 打印機(jī)也是LOM 工藝的3D 打印機(jī)，不過因?yàn)椴捎眉堊鳛樵希眉す馇懈畲嬖邳c(diǎn)燃風(fēng)險(xiǎn)，且應(yīng)用受限，所以太爾時(shí)代后來轉(zhuǎn)而主攻FDM 工藝。

三維印刷工藝（3D printing，3DP）

三維印刷，也稱三維打印。維基百科顯示，1989年，麻省理工的Emanuel M. Sachs和John S. Haggerty等在美國(guó)申請(qǐng)了三維印刷技術(shù)的專利，之后Emanuel M. Sachs和John S. Haggerty又多次對(duì)該技術(shù)進(jìn)行完善，并最終形成了今天的三維印刷工藝。

從工作方式來看，三維印刷與傳統(tǒng)二維噴墨打印最接近。與SLS 工藝一樣，3DP 也是通過將粉末粘結(jié)成整體來制作零部件，不同之處在于，它不是通過激光熔融的方式粘結(jié)，而是通過噴頭噴出的粘結(jié)劑。

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噴頭在電腦控制下，按照模型截面的二維數(shù)據(jù)運(yùn)行，選擇性地在相應(yīng)位置噴射粘結(jié)劑，最終構(gòu)成層。在每一層粘結(jié)完畢后，成型缸下降一個(gè)等于層厚度的距離，供粉缸上升一段高度，推出多余粉末，并由鋪粉輥推到成型缸，鋪平再被壓實(shí)。如此循環(huán)，直至完成整個(gè)物體的粘結(jié)。

正面這臺(tái)設(shè)備就是上拓科技使用中的3DP 打印機(jī)ZPrinter。

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