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智能三的打印機的LOM和SLA的成型工藝

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智能三的打印機的LOM和SLA的成型工藝

發布日期:2017-02-28 作者: 點擊:

  3D打印其實並不神秘,也不是一項嶄新的技術,其實3D打印早已在工業應用的領域默默奉獻了近三十年。總的來說,物體成型的方式主要有以下四類:減材成型、受壓成型、增材成型、生長成型。

  減材成型:主要是運用分離技術把多餘部分的材料有序地從基體上剔除出去,如傳統的車、銑、磨、鑽、刨、電火花和激光切割都屬於減材成型。

  受壓成型:主要利用材料的可塑性在特定的外力下成型,傳統的鍛壓、鑄造、粉末冶金等技術都屬於受壓成型。受壓成型多用於毛坯階段的模型製作,但也有直接用於工件成型的例子,如精密鑄造、精密鍛造等淨成型均屬於受壓成型。

  增材成型:又稱堆積成型,主要利用機械、物理、化學等方法通過有序地添加材料而堆積成型的方法。

  生長成型:指利用材料的活性進行成型的方法,自然界中的生物個體發育屬於生長成型。隨著活性材料、仿生學、生物化學和生命科學的發展,生長成型技術將得到長足的發展。

  3D打印技術從狹義上來說主要是指增材成型技術,從成型工藝上看3D打印技術突破了傳統成型方法通過快速自動成型係統與計算機數據模型結合,無需任何附加的傳統模具製造和機械加工就能夠製造出各種形狀複雜的原型,這使得產品的設計生產周幾大大縮短,生產成本大幅下降。

  為了能讓大家對3D打印技術有一個更加深刻的理解,下麵介紹兩項主流智能三的打印機的技術原理。

  LOM:分層實體成型工藝

  分層實體成型工藝(Laminated Object Manufacturing,LOM),這是曆史最為悠久的3D打印成型技術,也是最為成熟的3D打印技術之一。LOM技術自1991年問世以來得到迅速的發展。由於分層實體成型多使用紙材、PVC薄膜等材料,價格低廉且成型精度高,因此受到了較為廣泛的關注,在產品概念設計可視化、造型設計評估、裝配檢驗、熔模鑄造等方麵應用廣泛。

  分層實體成型係統主要包括計算機、數控係統、原材料存儲與運送部件、熱粘壓部件、激光切係統、可升降工作台等部分組成。

  其中計算機負責接收和存儲成型工件的三維模型數據,這些數據主要是沿模型高度方向提取的一係列截麵輪廓。原材料存儲與運送部件將把存儲在其中的原材料(底麵塗有粘合劑的薄膜材料)逐步送至工作台上方。

  激光切割器將沿著工件截麵輪廓線對薄膜進行切割,可升降的工作台能支撐成型的工件,並在每層成型之後降低一個材料厚度以便送進將要進行粘合和切割的新一層材料,最後熱粘壓部件將會一層一層地把成型區域的薄膜粘合在一起,就這樣重複上述的步驟直到工件完全成型。

  LOM工藝采用的原料價格便宜,因此製作成本極為低廉,其適用於大尺寸工件的成型,成型過程無需設置支撐結構,多餘的材料也容易剔除,精度也比較理想。盡管如此,由於LOM技術成型材料的利用率不高,材料浪費嚴重頗被詬病,又隨著新技術的發展LOM工藝將有可能被逐步淘汰(SD300桌麵智能三的打印機揭秘!LOM“減材製造”也有春天?)。

智能三的打印機

  SLA:立體光固化成型工藝

  立體光固化成型工藝(Stereolithography Apparatus,SLA),又稱立體光刻成型。該工藝最早由Charles W.Hull於1984年提出並獲得美國國家專利,是最早發展起來的3D打印技術之一。Charles W.Hull在獲得該專利後兩年便成立了3D Systems公司並於1988年發布了世界上第一台商用智能三的打印機SLA-250。SLA工藝也成為了目前世界上研究最為深入、技術最為成熟、應用最為廣泛的一種3D打印技術。

  SLA工藝以光敏樹脂作為材料,在計算機的控製下紫外激光將對液態的光敏樹脂進行掃描從而讓其逐層凝固成型,SLA工藝能以簡潔且全自動的方式製造出精度極高的幾何立體模型。

  液槽中會先盛滿液態的光敏樹脂,氦—鎘激光器或氬離子激光器發射出的紫外激光束在計算機的操縱下按工件的分層截麵數據在液態的光敏樹脂表麵進行逐行逐點掃描,這使掃描區域的樹脂薄層產生聚合反應而固化從形成工件的一個薄層。

  當一層樹脂固化完畢後,工作台將下移一個層厚的距離以使在原先固化好的樹脂表麵上再覆蓋一層新的液態樹脂,刮板將粘度較大的樹脂液麵刮平然後再進行下一層的激光掃描固化。因為液態樹脂具有高粘性而導致流動性較差,在每層固化之後液麵很難在短時間內迅速撫平,這樣將會影響到實體的成型精度。采用刮板刮平後所需要的液態樹脂將會均勻地塗在上一疊層上,這樣經過激光固化後將可以得到較好的精度,也能使成型工件的表麵更加光滑平整。

  新固化的一層將牢固地粘合在前一層上,如此重複直至整個工件層疊完畢,這樣最後就能得到一個完整的立體模型。

  當工件完全成型後,首先需要把工件取出並把多餘的樹脂清理幹淨,接著還需要把支撐結構清除掉,最後還需要把工件放到紫外燈下進行二次固化。

  SLA工藝成型效率高,係統運行相對穩定,成型工件表麵光滑精度也有保證,適合製作結構異常複雜的模型,能夠直接製作麵向熔模精密鑄造的中間模。盡管SLA的成型精度高,但成型尺寸也有較大的限製而不適合製作體積龐大的工件,成型過程中伴隨的物理變化和化學變化可能會導致工件變形,因此成型工件需要有支撐結構。

  目前,SLA工藝所支持的材料還相當有限且價格昂貴,液態的光敏樹脂具有一定的毒性和氣味,材料需要避光保存以防止提前發生聚合反應。SLA成型的成品硬度很低而相對脆弱,此外,使用SLA成型的模型還需要進行二次固化,後期處理相對複雜。


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