3D打印,即快速成型技術(shù)的一種,它是以數(shù)字化,智能化制造與材料科學(xué)法的結(jié)合,通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體,最終形成產(chǎn)品。
3D打印最大的優(yōu)點(diǎn):精度高,表面光潔,速度快,極大地縮短產(chǎn)品的研制周期,提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。3D打印廣泛應(yīng)用于汽車(chē),航空航天、醫(yī)療器械、家電,動(dòng)漫等眾多領(lǐng)域。
SLA 3D打印技術(shù)
成型原理:用特定波長(zhǎng)與強(qiáng)度的激光聚焦到液態(tài)光敏樹(shù)脂原料表面,使之由點(diǎn)到線,由線到面順序發(fā)生凝固,完成一個(gè)層面的繪圖作業(yè),然后升降臺(tái)在垂直方向移動(dòng)一個(gè)層片的高度,再固化另一個(gè)層面。這樣層層疊加直到構(gòu)成一個(gè)三維實(shí)體。
SLA 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn):
1. 光固化成型法是最早出現(xiàn)的快速原型制造工藝,成熟度高。
2. 由CAD數(shù)字模型直接制成實(shí)物原型,加工速度快,產(chǎn)品生產(chǎn)周期短,無(wú)需切削工具與模具。
3. 可以加工結(jié)構(gòu)外形復(fù)雜或使用傳統(tǒng)手段難于成型的原型和模具。
4. 使CAD數(shù)字模型直觀化,降低錯(cuò)誤修復(fù)的成本。
5. 為實(shí)驗(yàn)提供試樣,可以對(duì)計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證與校核。
6. 可聯(lián)機(jī)操作,可遠(yuǎn)程控制,利于生產(chǎn)的自動(dòng)化。
SLA 3D打印機(jī)的材料:液態(tài)光敏樹(shù)脂,
SLA 3D打印機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域:
3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域較多,醫(yī)療、建筑、運(yùn)輸、航天、考古、教育以及工業(yè)制造等領(lǐng)域都有涉及。SLA技術(shù)主要用于制造多種模具,模型,以及很多可以直接使用的零部件等;還可以在原料中通過(guò)加入其它成分,用SLA原型模代替熔模精密鑄造中的蠟?zāi)!?/span>
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SLS 3D打印技術(shù)
成型原理:
選擇性激光燒結(jié)SLS加工過(guò)程是采用鋪粉輥將一層粉末材料平鋪在已成型零件的上表面,并加熱至恰好低于該粉末燒結(jié)點(diǎn)的某一溫度,控制系統(tǒng)控制激光束按照該層的截面輪廓在粉末上掃描,使粉末的溫度升至熔化點(diǎn),進(jìn)行燒結(jié),并與下面已成型的部分實(shí)現(xiàn)粘結(jié)。當(dāng)一層截面燒結(jié)完成后,工作臺(tái)下降一個(gè)層的厚度,鋪料輥又在上面鋪上一層均勻密實(shí)的粉末,進(jìn)行新一層截面的燒結(jié),直至完成整個(gè)模型。
在成型過(guò)程中,未經(jīng)燒結(jié)的粉末對(duì)模型的空腔和懸臂部分起著支撐作用,不必像SLA工藝那樣另行生成支撐工藝結(jié)構(gòu)。SLS使用的激光器是二氧化碳激光器,當(dāng)實(shí)體構(gòu)建完成并在原型部分充分冷卻后,粉末快速上升至初始位置,將其取出,放置在后處理工作臺(tái)上,用刷子刷去表面粉末,露出加工件,其余殘留的粉末可用壓縮空氣去除。
工藝過(guò)程:
材料不同,具體的燒結(jié)工藝也有所不同。
1) 高分子粉末材料燒結(jié)工藝:其過(guò)程分為前處理、粉層燒結(jié)疊加以及后處理三個(gè)階段。
前處理:此階段主要完成模型的三維CAD造型,并經(jīng)STL數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后輸入到粉末激光燒結(jié)快速成型系統(tǒng)中。
粉層激光燒結(jié)疊加:在這個(gè)階段,設(shè)備根據(jù)原型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在設(shè)定的建造參數(shù)下,自動(dòng)完成原型的逐層粉末燒結(jié)疊加過(guò)程。當(dāng)所有疊層自動(dòng)燒結(jié)疊加完成后,需要將原型在成型缸中緩慢冷卻至40℃以下,取出原型并進(jìn)行后處理。
后處理:激光燒結(jié)后的PS原型件強(qiáng)度很弱,需要根據(jù)使用要求進(jìn)行滲蠟或滲樹(shù)脂等補(bǔ)強(qiáng)處理。
2) 金屬零件間接燒結(jié)工藝:該工藝的過(guò)程主要分為三個(gè)階段:SLS原型件(綠件)的制作、粉末結(jié)件(褐件)的制作、金屬熔滲后處理。
SLS原型件的制作階段:過(guò)程為CAD模型--分層切片--激光燒結(jié)(SLS)--RP原型(綠件),此階段的關(guān)鍵在于,如何選用合理的粉末配比和加工工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)原型件的制作。
褐件”制作階段:過(guò)程為二次燒結(jié)(800℃)--三次燒結(jié)(1080℃),此階段的關(guān)鍵在于,燒失原型件中的有機(jī)雜質(zhì)獲得具有相對(duì)準(zhǔn)確形狀和強(qiáng)度的金屬結(jié)構(gòu)體。
金屬熔滲階段:過(guò)程為二次燒結(jié)(800℃)--三次燒結(jié)(1080℃)--金屬熔滲--金屬件。此階段的關(guān)鍵在于,選用合適的熔滲材料及工藝,以獲得較致密的金屬零件。
3) 金屬零件直接燒結(jié)工藝:基于SLS工藝的金屬零件直接制造工藝流程為:CAD模型--分層切片--激光燒結(jié)(SLS)--RP原型零件--金屬件。
優(yōu)點(diǎn):
1)可采用多種材料。從原理上來(lái)說(shuō),這種方法可采用加熱時(shí)粘度降低的任何粉末材料,通過(guò)材料或者各類(lèi)含粘結(jié)劑的涂層顆粒制造出任何造型。
2)制造工藝比較簡(jiǎn)單。由于可用多種材料,按采用的原料不同,可以直接生產(chǎn)復(fù)雜形狀的原型、型腔模三維構(gòu)件或部件及工具。
3)高精度。工藝一般能達(dá)到工件整體范圍內(nèi)±(0.05--2.5)mm的公差。粉末粒徑為0.1mm以下時(shí),成型后的原型精度可達(dá)±1%。
4)無(wú)需支撐結(jié)構(gòu)。疊層過(guò)程中出現(xiàn)的懸空層面可直接由未燒結(jié)的粉末來(lái)實(shí)現(xiàn)支撐。
5)材料利用率高。該工藝方法在常見(jiàn)的幾種快速成型工藝中,材料利用率是最高的,可以認(rèn)為是100%。 SLS工藝中使用的多數(shù)粉末的價(jià)格較便宜,所以SLS模型的成本相比較來(lái)看也是較低的。
6)生產(chǎn)周期短。從CAD設(shè)計(jì)到零件的加工完成只需幾小時(shí)到幾十小時(shí),生產(chǎn)過(guò)程數(shù)字化,可隨時(shí)修正和制造,使其特別適合于新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。
7)與傳統(tǒng)工藝方法相結(jié)合,可實(shí)現(xiàn)快速鑄造、快速模具制造、小批量零件輸出。
8)應(yīng)用面廣。
SLS 3D打印機(jī)的材料:
金屬,尼龍,蠟,覆膜陶瓷粉末,覆膜砂,PC,ABS,PS,納米材料等。
SLS 3D打印機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域:
1、產(chǎn)品的研發(fā)階段中的設(shè)計(jì)驗(yàn)證與功能驗(yàn)證。研究設(shè)計(jì)人員對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的合理性和設(shè)計(jì)思想進(jìn)行觀察,從而找出設(shè)計(jì)缺陷,完善產(chǎn)品設(shè)計(jì),縮短研發(fā)周期,節(jié)約成本等目的。
2、可裝配性檢驗(yàn)、可制造性和供貨詢價(jià)、市場(chǎng)宣傳。大到衛(wèi)星、導(dǎo)彈等的可制造性和可裝配性的設(shè)計(jì)和檢驗(yàn),小到一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件,大大減少此類(lèi)的設(shè)計(jì)制造難度。
3、快速模型制造。先進(jìn)行小批量零件的生產(chǎn),滿足產(chǎn)品更新?lián)Q代前的確認(rèn)。
4、單件、小批量和特殊復(fù)雜零件的直接生產(chǎn)。是解決小批量復(fù)雜零件制造的有效手段,現(xiàn)在將快速成型與鑄造工藝結(jié)合稱(chēng)之為快速鑄造工藝,在航空和航天工業(yè)中的運(yùn)用非常有意義。
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