三维极速成型打印科技成型材料及粘贴剂研制

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1、三维极速成型打印科技成型材料及粘贴剂研制第一章综述1.1绪论在各类快速成型技术中，三维快速成型打印技术被誉为其中最有生命力的技术，具有设备和操作简单、材料类型广泛、材料便宜、成型过程中无污染、成型精度高、成形速度快等优点，该技术成本低廉，运行及维护费用低，可靠性高，而且不需要专门的支撑材料。三维快速成型打印技术的粉末成型材料类型很广，可以是陶瓷、塑料、石膏、金属或者一些复合材料。其中，石膏粉末具有成型硬化速度快、成形精度高、强度好、价格低廉、无毒环保、适合模型验证等优点，因此本研究选用石膏粉末作为基材，通过对其进行改性并加入一定比例的其他粉末及添加剂。三维快速成型打印技

2、术能够普及性地改变传统的零件设计模式，传统的零件设计软件一般都是二维的三视图，以至于即使这些设计软件能给设计者带来很好的立体效果，但是仍然没有真正意义上的三维模型实体，而此种技术将使三维实体设计成为可能。通过计算机软件的简单设计，再利用三维立体打印机成型，在很短时间内便可实现从计算机设计模型到三维实物的转变，减少了不必要的浪费，可以加快产品的开发速度，使开发过程更为直观精确，在设计阶段的分析过程尤为重要，迅速占领市场[1-2]。遗憾的是，虽然此技术在国外风行并占有了很大的市场，但是在国内目前还没有相应的设备和原料研究和生产，打印设备和原料均需进口，价格非常昂贵，因此，此

3、产品有很大发展潜力和市场价值。1.2成型技术综述1.2.1快速成型简介快速成型技术通过离散获得堆积的路径、限制和方式，通过堆积材料叠加起来形成三维实体，与计算机系统结合，以提高快速成型效率和精度，与传统的去除成型形成鲜明的对照，其工艺工程主要包括三维模型构造、近似处理、切片处理、截面加工、截面叠加、后处理等[3-5]。该技术原理是先在计算机上用CAD等软件设计所需要的模型，然后对一些不规则自由曲面进行近似处理，并对少量错误进行局部修改，加工前，必须从三维模型上沿成型高度方向每隔一定的间距进行切片处理，以便提取截面的轮廓，间隔越小，精度越高，根据切片处理的截面轮廓，在计算

4、机控制下使成型头按截面轮廓进行扫描，得到一层层截面，每层截面叠加起来最终形成三维产品，然后取出成型件，进行打磨、涂挂或放进高温炉中烧结等后处理，提高成型强度。根据成型方法，快速成型技术可分为两类：基于激光及其他光源的成型技术（LaserTechnology），如：光固化成型（SLA）、选域激光粉末烧结（SLS）、分层实体制造（LOM）、形状沉积成型（SDM）等；基于喷射的成型技术（JettingTechnology），如：熔融沉积成型（FDM）、三维印刷（3DP）、多相喷射沉积（MJD）等[6-9]。1）SLA（StereolithogrphyApparatus）工艺。

5、是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的，其工作原理是液槽中盛满的液态光固化树脂激光束在偏转镜作用下，在液态表面上扫描，由计算机控制扫描的轨迹及光线的强弱有无，光点照到的地方，液体就固化。SLA方法是目前快速成型技术领域最成熟的方法，研究应用最广泛，其成型精度较高，原材料利用率高。但是存在需要支撑、树脂收缩导致精度下降、有一定毒性等缺陷。2）SLS（SelectiveLaserSintering）工艺。利用粉状材料成型，将材料粉末铺洒在已成型零件的上表面并刮平，用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面，材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与

6、下面已成型的部分连接。当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，继续有选择地烧结下层截面。重复过程，烧结完成后进行后处理得到零件。3）LOM（LaminatedObjectManufacturing）工艺。采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等，片材表面事先涂覆上一层热熔胶。加工时，热压辊热压片材，使之与下面已成型的工件粘接。用CO2激光器在刚粘接的新层上切割出零件截面轮廓和工件外框，并在截面轮廓与外框之间多余的区域内切割出上下对齐的网格。完成之后，工作台带动已成型的工件下降，与带状片材分离。供料机构转动收料轴和供料轴，带动料带移动，使新层移到加工区域。工作台上升到加工平面，热

7、压辊热压，工件的层数增加一层，高度增加一个料厚。再在新层上切割截面轮廓。如此反复直至零件的所有截面切割粘结完。最后，去除多余部分，得到实体零件。4）FDM（FusedDepositionModeling）工艺。其成型材料一般是热塑性材料，丝状供料，材料在喷头内被加热溶化，喷头沿零件形状和轮廓轨迹运动，同时将融化的材料挤出，材料迅速凝固，并与周围的材料凝结。5）3DP(ThreeDimensionPrinting)工艺。采用三维立体成型，如陶瓷粉末、金属粉末、石膏粉末等粉末材料及一些热熔或者光固化树脂等。通过喷头用粘结剂将零件的截面打印在材