3d打印技术是什么(常见3D打印工艺与缺陷)

导读:3D打印正在逐渐成为各个领域的主要工具。然而,可用的3D打印工艺种类繁多,并且每个工艺都有着不同的有点和缺陷。因此,在您选择相关技术或者购买3D打印机之前,有必要了解一些机器和技术背后的工艺知识。
材料挤出(Material Extrusion)
常见工艺:FFF、FDM(与FFF相同,只是它是Stratasys的商标术语)
描述:此过程使用压力喷出流体或凝胶材料。典型例子是FFF方法,将长丝推入热端以产生压力,并使柔软的长丝从喷嘴流出。
缺陷:层附着力差。材料分层放置,通常到第二层出现时,第一层已经冷却并且与新层结合的能力稍差。这导致部件在层间的强度远不如材料本身。
解决方案:一些制造商试图通过加热室、软件调整或特殊材料来解决这个问题,但这一问题始终存在于这项工艺之中。
△挤出热塑性长丝
粉床融合(Powder Bed Fusion)
常用工艺:SLS、DMLS、SLM
描述:此技术在粉末材料床上进行高能量喷射,通常使用激光。利用激光选择性固化床层的一部分,然后逐层重复这个过程。常规激光器是一个尺寸较大的组件,需要安装在一个静态位置,利用构建室顶部的倾斜镜子将光束向下引导到粉末床。
缺陷:随着粉末床面积的增加,激光撞击粉末表面的角度变得越来越倾斜。当“点”形状发生变化时,会导致熔化不均匀。每个区域能量也会发生变化,可能会弄乱打印部件的边缘。
解决方案:一些供应商的解决方案是将激光升高,以减小倾斜角度,这使3D打印机高度增加。其他方案使用多个激光器,甚至移动激光源本身以将其直接保持在床上。
△激光撞击粉末表面
光固化
常用工艺:MSLA、SLA、DLP、LCD
描述:此过程将光固化树脂选择性地暴露于能量之下,通常使用激光或LED面板的紫外线。固化材料层相互叠加,逐渐形成3D对象。
缺陷:通常使用紫外线来固化光聚合树脂,但是,部件从打印机中取出后,可能会暴露在其他额外的紫外线下,尤其是太阳。额外的紫外线照射会导致材料继续固化,最终材料会因变形而破裂。这使得这种类型的部件通常不太耐用,特别是对于户外应用。
解决方案:一些制造商试图用特种树脂混合物来克服这个问题。
△光固化聚合树脂
材料喷射(Material Jetting)
常用工艺:PolyJet
描述: 此过程从类似喷墨的喷嘴中逐层选择性地喷射液态光聚合树脂。每层都通过紫外线固化,随后的层构建在固化材料的顶部。支撑材料用于处理悬垂部分。
缺陷:此类系统使用“管道”设置,将树脂从墨盒流动到喷墨头。如果需要更换材料,则必须冲洗整个管道系统,去除旧材料的痕迹。冲洗过程用新材料完成,这意味着每次更换材料都会浪费大量昂贵的树脂。
△PolyJet打印手机壳
粘合剂喷射(Binder Jetting)
常用工艺:MJF、NPJ
描述:这项技术使用喷墨将一种粘合剂选择性滴在平坦的粉末床上。接收液滴的区域将被固化,其余粉末保持松散。逐层进行以上步骤,直到生成整个对象。
缺陷:这些过程通常需要进行后处理以接合粘合剂。在某些情况下,需要巨大的热量来激活粘合剂,而这种热量可能需要很长时间(有时长达一天)才能冷却,然后才能尝试进一步加工而不使部件变形。这可能会拖累机器的生产率。
解决方案:一些供应商使用可更换构建室。当一个正在冷却时,另一个可以被激活以进行第二个打印作业。
△MJF流程
直接能量沉积(Direct Energy Deposition)
常用工艺:DED、WAAM
描述:这种方法通过挤压金属,无论是金属粉末还是金属线,然后立即受到高能量的撞击。能量熔化金属,熔池立即下降到3D空间,通过机械臂进行位置操作。
缺陷:虽然这种方法通常高效且高度可扩展,但DED的表面分辨率质量相当差。产品往往看起来很粗糙。
解决方案:一些制造商使用CNC铣削工具以在打印过程中或打印后打磨表面。
△DED金属3D打印表面
片材层压(Sheet Lamination)
常用工艺:CleanGreen、Solido
描述:这种过程需要将材料片一张一张地层压在一起。随着每张材料片叠加,切割器在特定层高度切掉物体边缘的形状。打印完成后,将切片区域拉开以显示最终部分。
缺陷:在某些几何形状中,废料会被困在物体内部并且无法去除。这限制了工艺可能制造的几何形状。
△3D打印片材层压(纸)
工艺互补是当下最好的方法
现在的市场上能看到不同工艺的多种3D打印机,这些机器具有不同的功能,使用不同的材料,拥有不同的定价。然而,这些打印机也有各自的局限。例如,小巧的3D打印机无法制造大零件;FFF设备无法打印光滑的表面;金属3D打印机无法生产聚合物产品。
△多台3D打印机
因此,如果想要尽可能多地丰富制造能力,最好的办法是在预算充足的情况下利用多个机器,起到工艺互补作用。通过对工作类型、材料选择、零件尺寸和质量判断,先购买最适合的机器,然后根据需要增加更多设备。随着机器的积累,还可以选择或者替换更多的工具,做出更好的选择。