3D打印,即快速成型技術的一種,它是以數(shù)字化,智能化制造與材料科學法的結合,通過逐層打印的方式來構造物體,最終形成產品。
3D打印最大的優(yōu)點:精度高,表面光潔,速度快,極大地縮短產品的研制周期,提高生產率和降低生產成本。3D打印廣泛應用于汽車,航空航天、醫(yī)療器械、家電,動漫等眾多領域。
SLA 3D打印技術
成型原理:用特定波長與強度的激光聚焦到液態(tài)光敏樹脂原料表面,使之由點到線,由線到面順序發(fā)生凝固,完成一個層面的繪圖作業(yè),然后升降臺在垂直方向移動一個層片的高度,再固化另一個層面。這樣層層疊加直到構成一個三維實體。
SLA 技術的優(yōu)點:
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)字模型直接制成實物原型,加工速度快,產品生產周期短,無需切削工具與模具。
3. 可以加工結構外形復雜或使用傳統(tǒng)手段難于成型的原型和模具。
4. 使CAD數(shù)字模型直觀化,降低錯誤修復的成本。
5. 為實驗提供試樣,可以對計算機仿真計算的結果進行驗證與校核。
6. 可聯(lián)機操作,可遠程控制,利于生產的自動化。
SLA 3D打印機的材料:液態(tài)光敏樹脂,
SLA 3D打印機應用領域:
3D打印技術應用領域較多,醫(yī)療、建筑、運輸、航天、考古、教育以及工業(yè)制造等領域都有涉及。SLA技術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加入其它成分,用SLA原型模代替熔模精密鑄造中的蠟模。
SLS 3D打印技術
成型原理:
選擇性激光燒結SLS加工過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點的某一溫度,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,進行燒結,并與下面已成型的部分實現(xiàn)粘結。當一層截面燒結完成后,工作臺下降一個層的厚度,鋪料輥又在上面鋪上一層均勻密實的粉末,進行新一層截面的燒結,直至完成整個模型。
在成型過程中,未經燒結的粉末對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構。SLS使用的激光器是二氧化碳激光器,當實體構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。
工藝過程:
材料不同,具體的燒結工藝也有所不同。
1) 高分子粉末材料燒結工藝:其過程分為前處理、粉層燒結疊加以及后處理三個階段。
前處理:此階段主要完成模型的三維CAD造型,并經STL數(shù)據(jù)轉換后輸入到粉末激光燒結快速成型系統(tǒng)中。
粉層激光燒結疊加:在這個階段,設備根據(jù)原型的結構特點,在設定的建造參數(shù)下,自動完成原型的逐層粉末燒結疊加過程。當所有疊層自動燒結疊加完成后,需要將原型在成型缸中緩慢冷卻至40℃以下,取出原型并進行后處理。
后處理:激光燒結后的PS原型件強度很弱,需要根據(jù)使用要求進行滲蠟或滲樹脂等補強處理。
2) 金屬零件間接燒結工藝:該工藝的過程主要分為三個階段:SLS原型件(綠件)的制作、粉末結件(褐件)的制作、金屬熔滲后處理。
SLS原型件的制作階段:過程為CAD模型--分層切片--激光燒結(SLS)--RP原型(綠件),此階段的關鍵在于,如何選用合理的粉末配比和加工工藝參數(shù)實現(xiàn)原型件的制作。
褐件”制作階段:過程為二次燒結(800℃)--三次燒結(1080℃),此階段的關鍵在于,燒失原型件中的有機雜質獲得具有相對準確形狀和強度的金屬結構體。
金屬熔滲階段:過程為二次燒結(800℃)--三次燒結(1080℃)--金屬熔滲--金屬件。此階段的關鍵在于,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(SLS)--RP原型零件--金屬件。
優(yōu)點:
1)可采用多種材料。從原理上來說,這種方法可采用加熱時粘度降低的任何粉末材料,通過材料或者各類含粘結劑的涂層顆粒制造出任何造型。
2)制造工藝比較簡單。由于可用多種材料,按采用的原料不同,可以直接生產復雜形狀的原型、型腔模三維構件或部件及工具。
3)高精度。工藝一般能達到工件整體范圍內±(0.05--2.5)mm的公差。粉末粒徑為0.1mm以下時,成型后的原型精度可達±1%。
4)無需支撐結構。疊層過程中出現(xiàn)的懸空層面可直接由未燒結的粉末來實現(xiàn)支撐。
5)材料利用率高。該工藝方法在常見的幾種快速成型工藝中,材料利用率是最高的,可以認為是100%。 SLS工藝中使用的多數(shù)粉末的價格較便宜,所以SLS模型的成本相比較來看也是較低的。
6)生產周期短。從CAD設計到零件的加工完成只需幾小時到幾十小時,生產過程數(shù)字化,可隨時修正和制造,使其特別適合于新產品的開發(fā)。
7)與傳統(tǒng)工藝方法相結合,可實現(xiàn)快速鑄造、快速模具制造、小批量零件輸出。
8)應用面廣。
SLS 3D打印機的材料:
金屬,尼龍,蠟,覆膜陶瓷粉末,覆膜砂,PC,ABS,PS,納米材料等。
SLS 3D打印機應用領域:
1、產品的研發(fā)階段中的設計驗證與功能驗證。研究設計人員對產品結構的合理性和設計思想進行觀察,從而找出設計缺陷,完善產品設計,縮短研發(fā)周期,節(jié)約成本等目的。
2、可裝配性檢驗、可制造性和供貨詢價、市場宣傳。大到衛(wèi)星、導彈等的可制造性和可裝配性的設計和檢驗,小到一些結構復雜的零部件,大大減少此類的設計制造難度。
3、快速模型制造。先進行小批量零件的生產,滿足產品更新?lián)Q代前的確認。
4、單件、小批量和特殊復雜零件的直接生產。是解決小批量復雜零件制造的有效手段,現(xiàn)在將快速成型與鑄造工藝結合稱之為快速鑄造工藝,在航空和航天工業(yè)中的運用非常有意義。