3d打印主流技术基本原理与工艺

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1、新员工培训资料3D打印技术原理与基本工艺（一）3D打印技术概述3D打印（3DPrinting）是快速成型技术的一种，也称为增材制造技术（AdditiveManufacturing，AM），是一种以数字模型文件为基础，以材料逐层累加的方式制造实体零件的技术。3D打印技术概念起源于19世纪，从上世纪80年代末正式应用到现在已经有30多年历史。3D打印通常是采用3D打印机来实现，常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造。（二）3D打印工艺介绍激光光固化技术（StereolithographyApparatusSLA）特定波长与强度的激光聚焦到

2、光固化材料表面使其逐层凝固叠加构成三维实体，又称立体光刻成型。该工艺最早由CharlesW.Hull于1984年提出并获得美国国家专利，是最早发展起来的3D打印技术之一。SLA工艺也成为了目前世界上研究最为深入、技术最为成熟、应用最为广泛的一种3D打印技术。图1：SLA工作原理图（由云工厂整理）液槽中会先盛满液态的光敏树脂，氦—新员工培训资料镉激光器或氩离子激光器发射出的紫外激光束在计算机的操纵下按工件的分层截面数据在液态的光敏树脂表面进行逐行逐点扫描，这使扫描区域的树脂薄层产生聚合反应而固化从形成工件的一个薄层。当一层树脂固化完毕后，工作台将下移一个层厚的距离以使在

3、原先固化好的树脂表面上再覆盖一层新的液态树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平然后再进行下一层的激光扫描固化。因为液态树脂具有高粘性而导致流动性较差，在每层固化之后液面很难在短时间内迅速抚平，这样将会影响到实体的成型精度。采用刮板刮平后所需要的液态树脂将会均匀地涂在上一叠层上，这样经过激光固化后将可以得到较好的精度，也能使成型工件的表面更加光滑平整。新固化的一层将牢固地粘合在前一层上，如此重复直至整个工件层叠完毕，这样最后就能得到一个完整的立体模型。当工件完全成型后，首先需要把工件取出并把多余的树脂清理干净，接着还需要把支撑结构清除掉，最后还需要把工件放到紫外灯下进行二次

4、固化。SLA工艺成型效率高，系统运行相对稳定，成型工件表面光滑精度也有保证，适合制作结构异常复杂的模型，能够直接制作面向熔模精密铸造的中间模。尽管SLA的成型精度高，但成型尺寸也有较大的限制而不适合制作体积庞大的工件，成型过程中伴随的物理变化和化学变化可能会导致工件变形，因此成型工件需要有支撑结构。选择性激光烧结（SelectiveLaserSintering,SLS）特定波长与强度的激光逐层将粉末材料烧结成型形成三维实体。该工艺最早是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R.Dechard于1989年在其硕士论文中提出的，随后C.R.Dechard创立了DTM公司并于1

5、992年发布了基于SLS技术的工业级商用3D打印机Sinterstation。SLS工艺使用的是粉末状材料，激光器在计算机的操控下对粉末进行扫描照射而实现材料的烧结粘合，就这样材料层层堆积实现成型，如图所示为SLS的成型原理：图2：SLS工作原理图（由云工厂整理）SLS新员工培训资料加工的过程先采用压辊将一层粉末平铺到已成型工件的上表面，数控系统操控激光束按照该层截面轮廓在粉层上进行扫描照射而使粉末的温度升至熔化点，从而进行烧结并于下面已成型的部分实现粘合。当一层截面烧结完后工作台将下降一个层厚，这时压辊又会均匀地在上面铺上一层粉末并开始新一层截面的烧结，如此反复操作

6、直接工件完全成型。在成型的过程中，未经烧结的粉末对模型的空腔和悬臂起着支撑的作用，因此SLS成型的工件不需要像SLA成型的工件那样需要支撑结构。SLS工艺使用的材料与SLA相比相对丰富些，主要有石蜡、聚碳酸酯、尼龙、纤细尼龙、合成尼龙、陶瓷甚至还可以是金属。SLS工艺支持多种材料，成型工件无需支撑结构，而且材料利用率较高。尽管这样SLS设备的价格和材料价格仍然十分昂贵，烧结前材料需要预热，烧结过程中材料会挥发出异味，设备工作环境要求相对苛刻。选择性激光熔融成型（SLM）基本原理与加工过程与SLS相似，它是特定波长与强度的激光逐层将粉末材料熔融并凝固成型形成三维实体，材

7、料：模具钢、不锈钢、钛合金、铝合金、钴铬钼合金等。熔融沉积造型（FusedDepositionModeling,FDM）丝状热塑性材料在喷头内被加热熔化逐层挤出挤出固化并与周围的材料粘结成型。该技术由ScottCrump于1988年发明，随后ScottCrump创立了Stratasys公司。1992年，Stratasys公司推出了世界上第一台基于FDM技术的3D打印机—“3D造型者（3DModeler）”，这也标志着FDM技术步入商用阶段。热熔性丝材（通常为ABS或PLA材料）先被缠绕在供料辊上，由步进电机驱动辊子旋转，丝材在主动辊与从动辊的摩擦力作