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3d打印的原理及三种常见的技术类型!

来源:aau3d

发布时间:2021-05-06 16:11:43

点击量:346

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近几年,3d打印技术不断被提及,相信你也并不陌生,或多或少听过。但你真的能讲清楚3d打印到底是个什么东西吗?它的原理是什么,如何实现的?其实,3d打印就是应用三种主流(常见)的技术类型。

一、3d打印简介

所谓的3d打印就是‘三维打印’,目前我们接触比较多的,都是二维打印(或称‘平面打印’),就是将不同颜色的粉墨或其他材质打在或印在平面上。

相对于二维,3d打印多了一个维度,可以简单的理解为是由无数个二维打印的截面逐层堆叠的结果,官方给的定义是:3D打印是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

二、3d打印的原理

市面上3d打印的技术原理有很多,但主流的、常见的有三种类型,分别是:FDM、SLA、SLS,下面一一给大家讲解剖析:

1、FDM

全称‘Fuseddepositionmodeling’,翻译过来就是:熔融沉积成型技术。

3d打印的FDM熔融层积成型技术,就是将丝状的热熔性材料加热融化,然后三维喷头在计算机的控制下根据截面轮廓,跟挤牙膏一样涂敷在工作台上;一层成型完成后,机器工作台下降一个高度(即分层厚度)再成型下一层,直至形成整个实体造型。原理动图如下:

2、SLA

全称‘Stereolithography’,翻译过来就是:光敏树脂选择性固化成型技术。

这个3d打印技术原理,一般使用的是光敏树脂材料,打印过程是这样的:①机器发射激光束,根据计算机中三维截面轮廓沿液面进行扫描;②光敏树脂遇到特定波长光束会快速固化,从而完成一层截面薄片;③工作台下降一层截面层厚的高度,再固化另一层截面,如此往复层层叠加构成建构三维实体。动态原理图如下:

3、SLS

全称‘Stereo LithographyApparatus’,翻译过来就是:粉末材料选择性激光烧结成型技术。

SLS的3d打印技术类型及原理跟SLA很像,最大的区别就是材质,一个是液态,一个是固态(粉末)。该技术的成型原理及过程如下:

①一层粉末平铺成型零件的上表面,并加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度;

②系统控制激光束,根据计算机中三维截面轮廓在粉层上扫描,使粉末的温度升到熔化点,进行烧结并与下面已成型的部分实现粘结;

③一层完成后,工作台下降一层厚度,铺料辊在上面铺上一层均匀密实粉末,进行新一层截面的烧结,直至完成整个模型。

整个3d打印烧结原理及过程动图如下:

三、3d打印流程

在工厂,整个3d打印的流程是这样的:先通过计算机辅助设计(CAD)或计算机动画建模软件建模,再将建成的三维模型“分割”成逐层的截面,最后以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式,最终构造物体。

如果细致点划分,拢共分五步:①三维建模设计;②STL文件转换;③3d打印全过程;④除去打印支撑;⑤后期处理。

1、三维建模

3d打印的基础是数字模型,而数字模型获取的常见方式有两种:①运用三维设计或建模软件进行构建,比如:CAD、3dmax、maya等;②应用逆向工程,即使用三维/3D扫描仪获取三维数据并生成立体模型。

2、生成STL文件

STL是一种三维立体光刻文件,采用三角形(多边形)来叙述对象的立体参数信息,是整个3d打印过程的关键。值得一提的是,在将模型转换为STL文件之前,应考量几个模型限制,如:物理尺寸,水密性和多边形数量等。

当然,转完STL,还需要切片的,3d打印机不能直接使用STL,而是使用STL切片完的文档。同时,切片程序还会将STL文件转换为Gcode代码(是一类数控NC编程语言,用于操纵自动化机床),届时3d打印机可以直接运行并工作。

3、3d打印全过程

在这一环节,打印材料会被加载到机器中,然后剩下的工作基本由3d打印机自动化操作。当然,3D打印机一般由很多小而复杂的零件组成,因而正确的维护和校准对于产生精确的打印尤为重要。

4、去除支撑

3d打印不能悬空生成,它必然涉及到底部支撑。对于更工业化的3D打印方式,除去支撑是一项特殊工作流程,也是必不可少的流程之一。当然,也有一些特殊要求,是需要保留支撑的(这就另当别论了)。

5、后处理

后处理程序因3D打印机技术而异。SLA 3D打印技术要求在模型处理之前要在紫外线下固化;SLS 3D打印技术金属零件通常需要在烤箱中消除应力;而FDM技术制作的零件可以直接手动处理。

大多数3D打印模型都可以打磨,并采用其他后处理技术(包括高压空气清洁,抛光和着色)来准备最终使用的3D打印模型。

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