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7大类主流3D打印技术一篇全面了解!火狐电竞·(中国)网页

添加时间:2023-11-26 07:33:52

  火狐电竞·(中国)网页事实上,3D打印,也称为增材制造,是一个涵盖了使用完全不同的机器和材料的多种截然不同的3D打印工艺的总称。当我们想到当今3D打印的一些东西,从铅笔架到火箭发动机,你就会意识到这些技术截然不同,但也有一些关键的共同之处。例如,所有3D打印都从数字模型开始,因为该技术本质上是数字化的,零件或产品最初是使用计算机辅助设计(CAD)软件设计的或从数字零件存储库获取的电子文件。然后,将设计文件放入特殊的构建准备软件中,将其分解为要进行3D打印的切片或层,它将模型转换为切片并生成3D打印机遵循的路径指令。

  增材制造的类型可以根据其生产的内容或使用的材料类型来划分,但为了将结构应用于全球范围内的技术,国际标准组织(ISO)将其分为七种一般类型:材料挤压、还原聚合、粉床融合、材料喷射、粘合剂喷射、定向能量沉积和片材层压。在这篇文章中,您将了解这些技术之间的区别以及每种技术的典型应用。

  材料挤出正如其听起来的那样:材料通过喷嘴挤出,通常,该材料是塑料丝通过加热的喷嘴,在此过程中将其熔化,打印机沿着切片软件确定的路径将材料沉积在打印平台上,然后丝材冷却并固化形成固体,这是3D打印最常见的形式。考虑到可以挤出的材料几乎没有限制,包括塑料、金属浆料、混凝土、生物凝胶和各种食品,这是一个极其广泛的类别。这种类型的3D打印机价格从几百元到七位数不等。

  材料挤出的子类型:熔融沉积建模(FDM)、建筑3D打印、微型3D打印、生物3D打印

  FDM与所有3D打印技术一样,从数字模型开始,然后将其转换为3D打印机遵循的指令,通过FDM,线轴上的一根细丝(或一次多根)被加载到3D打印机中,并送入挤出头中的打印机喷嘴,打印机喷嘴被加热到所需的温度,导致细丝软化,从而连续的层将连接起来形成坚固的部件。

  当打印机沿着XY平面上的指定坐标移动挤出头时,它会继续铺设第一层,然后,挤出头上升到下一个高度(Z平面),重复打印横截面的过程,一层一层地构建,直到物体完全成型。根据对象的几何形状,有时需要添加支撑结构以在打印时支撑模型,例如,如果模型具有陡峭的悬垂部分,这些支撑在打印后将被移除,也有一些支撑结构材料可以溶解在水或其他溶液中。1.2 生物3D打印

  生物3D打印是一种增材制造工艺,通过有机或生物材料(例如活细胞和营养物质)相结合以创建类似天然组织的三维结构,换句线D打印,可以生产从骨组织、血管到活体组织的任何东西,它用于各种医学研究和应用,包括组织工程、药物测试和开发以及创新的再生医学疗法。3D生物打印的实际定义仍在不断发展。从本质上讲,3D生物打印的工作原理与FDM 3D打印类似,属于材料挤压系列,尽管挤压不是唯一的生物打印方法。

  3D生物打印使用从针中排出的材料来创建层,这些被称为生物墨水的材料主要由活体物质组成,例如载体材料中的细胞(如胶原蛋白、明胶、透明质酸、丝、藻酸盐或纳米纤维素),它们为结构生长和营养物质吸收的分子支架提供支持。1.3 建筑3D打印

  建筑3D打印是一个快速增长的材料挤出领域。该技术涉及使用超大型3D打印机(通常高达数十米)从喷嘴挤出混凝土等建筑材料,这些机器通常以龙门架或机械臂系统的形式出现。如今,3D建筑打印技术已用于住宅、建筑特色以及从水井到墙壁的建筑项目,有学者表示它有可能显著扰乱整个建筑行业,因为它减少了对劳动力的需求并减少了建筑垃圾。

  美国和欧洲有数十座3D打印房屋,并且正在研究开发3D建筑技术,该技术将使用在月球和火星上发现的材料为未来的探险队建造栖息地,用当地土壤代替混凝土进行打印,这种更可持续的建筑方法一直备受关注。

  缸聚合(也称为树脂3D打印)是一系列3D打印工艺,它使用光源在缸中选择性地固化(或硬化)光聚合物树脂。换句话说,光被精确地引导到液体塑料的特定点或区域以使其硬化。第一层固化后,构建平台会向上或向下移动少量(通常在0.01到0.05毫米之间),然后固化下一层,连接上一层,逐层重复此过程,直到形成3D零件。3D 打印过程完成后,将清洁物体以去除剩余的液态树脂,并进行后固化(在阳光下或紫外线室中)以增强零件的机械性能。三种最常见的还原聚合形式是立体光刻 (SLA)、数字光处理 (DLP)和液晶显示器 (LCD)(也称为掩模立体光刻 (MSLA)),这些类型的3D打印技术之间的根本区别在于光源以及如何使用光源来固化树脂。部分3D打印机制造商,尤其是那些制造专业级3D打印机的制造商,已经开发出独特且获得专利的桶聚合变体,因此你可能会在市场上看到不同的技术名称。工业3D打印机制造商Carbon使用一种称为数字光合成(DLS)的缸聚合技术,Stratasys的Origin将其技术称为可编程光聚合(P),Formlabs提供所谓的低力立体光刻(LFS),而Azul 3D第一个将大面积快速印刷(HARP)形式的还原聚合商业化,还有基于光刻的金属制造 (LMM)、投影微立体光刻(PSL) 和数字复合材料制造(DCM),这是一种填充光聚合物技术,将金属和陶瓷纤维等功能添加剂引入到液体树脂中。

  3D打印技术的类型:立体光刻 (SLA)、液晶显示器 (LCD)、数字光处理 (DLP)、微立体光刻 (μSLA) 等。

  立体光刻技术由Chuck Hull于1986年发明,他申请了该技术的专利,并成立了3D Systems公司并将其商业化,如今,来自众多3D打印机制造商的爱好者和专业人士都可以使用该技术。SLA打印机使用镜子,称为检流计或振镜,其中一个位于X轴,另一个位于Y轴,这些振镜快速将一束(或两束)激光束穿过树脂,选择性地固化和凝固该区域内物体的横截面,并逐层建造它,当每一层都在正确的位置固化时,它就会向上移动以拉出硬化的树脂层,并为另一个液体层腾出空间,然后由激光固化。

  大多数SLA打印机使用固态激光器来固化零件,此版本聚合的一个缺点是与我们的下一种方法(DLP)相比,点激光可能需要更长的时间来追踪物体的横截面,而我们的下一种方法通过闪光来立即硬化整个层,然而,激光可以产生一些工程级树脂所需的更强的光。2.1.1 微立体光刻 (μSLA)

  顾名思义,该版本的SLA属于缸聚合系列,可打印微型部件,或分辨率在2微米至50微米之间,作为参考,人类头发的平均宽度为75微米。这是所谓的“微型3D打印”技术之一,SLA涉及将感光材料(液体树脂)暴露在紫外激光下,不同之处在于使用专用的树脂、先进的激光器以及透镜的添加,这些都产生了几乎令人难以置信的小光点。2.1.2 双光子聚合(TPP)

  另一种微型3D打印技术TPP(也称为2PP)可以归类为SLA,因为它也涉及激光和光敏树脂,它可以打印比SLA更小的部件,小至0.1微米,TPP使用脉冲飞秒激光聚焦到特殊树脂中的狭小点上,然后使用该点来固化树脂中的各个 3D像素(也称为体素)。通过在预定义的路径中逐层顺序固化这些纳米到微米的小体素,您可以创建3D对象,它们可以有几毫米大,同时保持纳米分辨率。TPP 目前用于研究、医疗应用和微型零件的制造,例如微型电极和光学传感器。2.2 数字光处理(DLP)

  DLP 3D打印使用数字光投影仪(而不是激光)在树脂上同时闪烁每层的单个图像(或针对较大部件进行多次闪烁)。DLP用于在单批次中生产更大的零件或更多的零件,因为无论构建多少零件,每一层闪烁都花费完全相同的时间,这使得它通常比SLA中的激光方法要快。由于投影仪是数字屏幕,因此每一层的图像均由方形像素组成,从而形成由称为体素的小矩形块组成的层,使用发光二极管(LED) 屏幕或UV光源将光投射到树脂上,并通过数字微镜器件(DMD)将光投射到构建表面。DMD位于光和树脂之间,由一系列微镜组成,这些微镜控制光的投射位置并在构建表面上生成光图案,这使得树脂在一层内的不同位置具有不同的光点(和聚合)。现代DLP投影仪通常采用数千微米尺寸的 LED作为光源,它们的开和关状态是单独控制的,并允许提高XY分辨率,并非所有DLP 3D打印机都是一样的,光源的功率、穿过的镜头、DMD的质量决定着打印机的价格。

  另外,还有一些DLP 3D打印机将光源安装在打印机顶部,向下照射到树脂上,而不是向上照射,这些“自上而下”的机器从顶部闪现一层图像,一次固化一层,然后将固化的层放回槽中,每次降低打印平台时,安装在槽顶部的重涂器都会在树脂上来回移动以平整新的层。制造商表示,这种方法可以为较大的打印件提供更稳定的零件输出,因为打印过程不是对抗重力,自下而上打印时,打印平台板上可以垂直悬挂的重量是有限的,同时树脂槽在打印时还可以支撑打印件,减少了对支撑结构的需求。2.2.1 投影微立体光刻(PSL)

  PμSL本身就是一种独特类型的槽聚合,我们将在此添加PμSL作为DLP的子类别。这是另一种微型3D打印技术,PμSL 使用投影仪发出的紫外线微米层高)固化特殊配方的树脂层,这种增材制造技术因其低成本、准确性高、速度快以及可使用的材料范围广(包括聚合物、生物材料和陶瓷)而不断发展,它在微流体和组织工程、微光学和生物医学微型设备的应用中显示出了巨大潜力。

  DLP的另一个类别,这种利用光和树脂进行3D打印的方法可以创建微型金属零件,适用于手术工具和微机械零件等应用。在LMM中,金属粉末均匀分散在光敏树脂中,然后通过投影仪用蓝光曝光进行选择性聚合,打印后,“绿色”部件的聚合物成分被去除,留下全金属“棕色”部件,并在熔炉中通过烧结完成整个过程。其中原料包括不锈钢、钛、钨、黄铜、铜、银和金。2.3 液晶显示器(LCD)

  液晶显示器 (LCD),也称为掩模立体光刻 (MSLA),与上面的DLP非常相似,不同之处在于它使用LCD屏幕而不是数字微镜器件(DMD),这对3D打印机的价格有显著影响。与 DLP 一样,LCD光掩模以数字方式显示,由方形像素组成,LCD 光掩模的像素尺寸决定了打印的粒度,因此,XY精度是固定的,并不取决于镜头的变焦或缩放程度(与DLP的情况不同)。

  基于DLP的打印机和LCD技术之间的另一个区别是,后者使用数百个单独发射器的阵列,而不是激光二极管或DLP灯泡等单点发射器光源。与DLP类似,LCD在某些条件下可以实现比SLA更快的打印时间,这是因为整个层立即曝光,而不是用激光点追踪横截面区域。由于LCD单元成本低廉,该技术已成为廉价桌面树脂打印机领域的首选技术,但这并不意味着它没有被专业者使用,一些工业3D打印机制造商正在突破技术极限,取得了令人印象深刻的成果。3粉床融合

  粉末床熔融 (PBF) 是一种3D打印工艺,其中热源选择性地熔化构建区域内的粉末颗粒(塑料、金属或陶瓷),以逐层创建固体物体。粉末床熔融3D打印机通常使用刀片、滚筒和擦拭器在打印床上铺上一层薄薄的粉末材料,能量(通常来自激光)融合粉末层上的特定点,然后沉积另一个粉末层并融合到前一层,重复这个过程直到整个物体被制造出来,最终产品被未熔化的粉末包裹和支撑。尽管该工艺因材料是塑料还是金属而异,但PBF可以制造出具有高机械性能(包括强度、耐磨性和耐用性)的零件,用于消费品、机械和工具的最终用途。尽管该领域的3D打印机变得越来越便宜(起价徘徊在25000美元左右),但它仍被认为是专业或工业技术。

  3D打印技术的类型:选择性激光烧结(SLS)、激光粉末床熔融(LPBF)、电子束熔化(EBM)

  选择性激光烧结 (SLS) 使用激光用塑料粉末制造物体。首先,将一箱聚合物粉末加热到略低于聚合物熔点的温度,接下来,重涂刀片或擦拭器在构建平台上沉积一层非常薄的粉末材料(通常为0.1毫米厚)。然后,激光(CO 2或光纤)开始根据数字模型中布置的图案扫描表面,激光选择性地烧结粉末并固化物体的横截面。当扫描整个横截面时,构建平台在高度上向下移动一层厚度,重涂刀片在最近扫描的层顶部沉积一层新的粉末,激光将物体的下一个横截面烧结到先前固化的横截面上。重复这些步骤直到制造出所有物体,未烧结的粉末保留在适当的位置以支撑物体,这减少或消除了对支撑结构的需要,从粉末床上取出零件并清洁后,不需要其他后处理步骤,之后该部件可以进行抛光、涂层或着色。

  SLS3D打印机有数十个差异化因素,不仅包括其尺寸,还包括激光器的功率和数量、激光器的光斑尺寸、床加热的时间和方式以及粉末的分布方式,SLS 3D打印中最常见的材料是尼龙(PA6、PA12),但也可以使用TPU和其他材料打印出柔性部件。3.1.1 微选择性激光烧结(μSLS)

  μSLS可能属于SLS或下文所述的激光粉末床融合(LPBF)。它使用激光烧结粉末材料,例如SLS,但该材料通常是金属而不是塑料,因此它更像LPBF,无论如何,它是另一种微型3D打印技术,可以以微米级(低于5 μm)的分辨率创建零件。在μSLS中,将一层金属纳米颗粒墨水涂覆到基材上,然后干燥以产生均匀的纳米颗粒层,接下来,使用数字微镜阵列图案化的激光将纳米颗粒加热并烧结成所需的图案,然后重复这组步骤以在μSLS系统中构建3D零件的每一层。3.2 激光粉末床熔融(LPBF)

  在所有3D打印技术中,这一技术的别名最多,这种金属3D打印方法的正式名称为激光粉末床熔融 (LPBF),也被广泛称为直接金属激光烧结 (DMLS) 和选择性激光熔化 (SLM)。作为粉末床融合的一种子类型,LPBF涉及金属粉末床和一个或多个高功率激光器(最多12个),LPBF3D打印机使用激光在分子基础上选择性地将金属粉末逐层融合在一起,直到模型完成,LPBF 是一种高度精确的3D打印方法,通常用于创建航空航天、医疗和工业应用的复杂金属零件。和SLS一样,LPBF 3D打印机从分为多个切片的数字模型开始,打印机将粉末加载到构建室中,然后重涂刀片(如挡风玻璃刮水器)或滚筒将其在构建板上铺展成薄层,激光将层描绘到粉末上。然后构建平台向下移动,施加另一层粉末并将其融合到第一层粉末上,直到构建出整个物体。构建室是封闭的、密封的,并且在大部分情况下充满惰性气体,例如氮气或氩气混合物,这确保金属在熔化过程中不会氧化,并有助于清除熔化过程中的碎片。

  打印床上的填充粉末在打印过程中为模型提供了一些支撑,未使用的金属粉末可以重新用于下次打印。打印后,将零件从粉末床上取出、清洁,并且通常进行二次热处理以消除应力,剩余的粉末被回收并重复使用。LPBF 3D打印机的差异化因素包括激光器的类型、强度和数量,小型的LPBF打印机一般有一个30瓦激光器,而工业版本一般有12个1000瓦激光器。LPBF机器使用常见的工程合金,例如不锈钢、镍高温合金和钛合金,有数十种金属可用于LPBF工艺。3.3 电子束熔炼(EBM)

  EBM,也称为电子束粉末床熔融(EBPBF),是一种类似于LPBF的金属3D 打印方法,但使用的是电子束而不是光纤激光器,该技术用于制造钛骨科植入物、喷气发动机涡轮叶片和铜线圈等零件。选择EBM而不是基于激光的金属 3D打印有以下几个原因。首先,电子束产生更多的功率和热量,这是某些金属和应用所需要的。第二,EBM不是在惰性气体环境中而是在真空室中进行,以防止光束散射,构建室温度最高可达1000℃,在某些情况下甚至更高。最后,由于电子束使用电磁束控制,因此它的移动速度比激光更高,甚至可以分开以同时曝光多个区域。

  EBM相对于LPBF的优势之一是它能够处理导电材料和反射金属(例如铜)。EBM的另一个特点是能够在构建室中将单独的部件嵌套或堆叠在彼此的顶部,因为它们不一定必须连接到构建板上,这大大增加了产量。与激光相比,电子束通常会产生更大的层厚度和不太详细的表面特征,由于构建室中的高温,EBM 打印部件可能不需要通过打印后热处理来消除应力。4材料喷射

  材料喷射是一种3D打印工艺,其中微小的材料液滴沉积在构建板上,然后凝固或固化,使用暴露在光线下会固化的光聚合物或蜡滴,一次一层地构建物体。材料喷射过程的性质允许在同一物体上打印不同的材料,因此该技术的主要应用是制造多种颜色和纹理的零件。

  聚合物材料喷射 (M-Jet) 是一种3D打印工艺,其中一层光敏树脂有选择地沉积到构建板上并用紫外 (UV) 光固化,沉积并固化一层后,将构建平台降低一层厚度,并重复该过程以构建3D物体,M-Jet将树脂3D打印的出色细节与长丝 3D打印 (FDM) 的速度相结合,以创建具有逼真颜色和纹理的零件和原型。

  M-Jet机器以逐行方式从多排打印头沉积构建材料,这种方法使打印机能够在一条生产线上制造多个物体,而不会影响构建速度,只要模型在构建平台上正确排列,并且每条构建线内的空间得到优化,M-Jet就可以比许多其他类型的树脂3D打印机更快地生产零件。使用M-Jet制作的物体需要支撑,支撑是在构建过程中同时使用可溶解材料打印的,而可溶解材料在后处理阶段会被移除,M-Jet 是唯一一种可提供多材料打印和全彩物体的3D打印技术,与还原聚合技术不同,M-Jet不需要后固化,因为打印机中的紫外线会完全固化每一层。4.1.1 气溶胶喷射

  气溶胶喷射(Aerosol Jet)是Optomec公司开发的一项独特技术,主要用于3D打印电子产品,电阻器、电容器、天线、传感器和薄膜晶体管等元件均采用Aerosol Jet技术印刷。它可以粗略地比作喷漆,但它与工业涂层工艺的区别在于它可以用来打印全3D物体,将电子墨水放入雾化器中,雾化器会产生直径为1至5微米的浓雾,其中含有材料的液滴,然后,气溶胶雾被输送到沉积头,在那里被鞘气聚焦,从而产生高速颗粒喷雾。由于能量方法,该技术有时被归类为定向能量沉积,但由于在这种情况下材料是液滴形式,因此我们将其包含在材料喷射中。

  德国阿博格公司创建了一种名为塑料自由成型 (APF) 的技术,该技术是挤出技术和材料喷射技术的交叉技术。它使用市售的塑料颗粒,这些塑料颗粒在注塑过程中熔化并移动到排出装置,高频喷嘴闭合件可产生快速打开和关闭运动,每秒可产生多达200个直径在0.2至0.4毫米之间的微小塑料滴,液滴在冷却时与硬化材料结合,一般来说,不需要后期处理,但如果使用了支撑材料,则必须将其移除。

  纳米粒子喷射 (NPJ) 是为数不多的难以简单分类的专有技术之一,它使用带有数千个喷墨喷嘴的打印头阵列,可同时将数百万超细材料滴以超薄层的形式喷射到构建托盘上,并同时喷射支撑材料。由此产生的3D零件仅残留少量粘合剂,这些粘合剂在烧结后处理中被去除。5粘合剂喷射

  粘合剂喷射是一种3D打印工艺,其中液体粘合剂选择性地粘合粉末层中的区域,该技术使用粉末材料(金属、塑料、陶瓷、木材、糖等)和通过喷墨沉积的液体材料,无论是金属、塑料、沙子还是其他粉末材料,粘合剂喷射过程本质上都是相同的。首先,重涂刀片或滚筒在构建平台上涂上一层薄薄的粉末,然后,带有喷墨喷嘴的打印头经过该床,选择性地沉积粘合剂或熔合剂的液滴,以将粉末颗粒粘合在一起,当该层完成后,构建平台向下移动,刀片或滚筒重新涂覆表面,然后重复该过程,直到整个部件完成。最后打印结束这些零件被包裹在粉末材料床中,需要将其挖出,多余的粉末被收集起来并可以重复使用。根据材料的不同,需要进行后处理,但沙子除外,沙子通常可以直接当作打印机用作型芯或模具,当粉末是金属或陶瓷时,涉及热的后处理会熔化掉粘合剂,只留下金属,塑料零件后处理包括固化阶段,并且通常包括涂层以改善表面光洁度,另外还可以对聚合物粘合剂喷射部件进行抛光、喷漆和打磨。长期以来,粘合剂喷射被认为是一种“冷”技术,因为与在粉末金属或聚合物上使用激光或电子束不同,在后处理之前,该过程中没有热量。然而,当我们谈论聚合物粘合剂喷射时,情况可能会发生变化。

  粘合剂喷射速度快且生产率高,因此与其他增材制造方法相比,它可以更经济高效地生产大量零件。金属粘合剂喷射适用于多种金属,在最终用途消费品、工具和批量备件中很受欢迎,冷聚合物粘合剂喷射的材料选择有限,并且生产的部件结构性能较低,但随着热量不同通常使用尼龙和TPU。

  3D打印技术的子类型:金属粘合剂喷射、聚合物粘合剂喷射、砂粘合剂喷射、多射流融合、高速烧结、选择性吸收融合

  粘合剂喷射还用于制造具有复杂几何形状的固体金属物体,远远超出了传统制造技术的能力。金属粘合剂喷射对于批量金属零件生产和实现轻量化来说是一项非常有吸引力的技术,由于粘合剂喷射可以打印具有复杂图案填充的零件而不是实心零件,因此所得零件的重量大大减轻,同时强度也很高,粘合剂喷射的孔隙率特征还可用于实现医疗应用的更轻的端部部件,例如植入物。总体而言,金属粘合剂喷射零件的材料性能与金属注射成型生产的金属零件相当,金属注射成型是大规模生产金属零件最广泛使用的制造方法之一。此外,粘合剂喷射部件表现出更高的表面光滑度,尤其是在内部通道中。金属粘合剂喷射部件在打印后需要进行二次加工才能获得良好的机械性能。刚出厂时,零件基本上由用聚合物粘合剂粘合在一起的金属颗粒组成,这些所谓的“绿色部件”很脆弱,无法按原样使用。当零件完成打印并将其从金属粉末床上取出(称为除粉的过程)后,需要像热固化等一些工艺,然后在炉中进行热处理(称为烧结的过程),打印参数和烧结参数均针对特定零件几何形状、材料和所需密度进行调整。有时会使用青铜或其他金属来渗透粘合剂喷射部件中的空隙,从而实现零孔隙率。

  塑料粘合剂喷射与金属粘合剂喷射非常相似,因为它涉及粉末和液体粘合剂,正如我们上面提到的,聚合物粘合剂喷射可以分为冷工艺和热工艺。聚合物粘合剂喷射首先将聚合物粉末(通常是尼龙的一种)以薄层分布在构建平台上,然后,喷墨头将粘合剂状胶水(或其他流体,包括彩色墨水、易熔或辐射吸收流体和磁性流体)精确地分配到每层上聚合物应连接的位置。在某些方法中,有一个加热单元连接到喷墨头或单独的托架上,该加热单元将接收流体层的部分融合在一起,包含该加热步骤的方法比不包含该加热步骤的方法可以制造出更坚固的部件,因为聚合物粉末基本上熔化在一起,而不仅仅是粘合在一起。

  热喷射粘合剂,例如多射流融合、高速烧结和选择性吸收融合,可与使用激光熔化聚合物粉末的技术(称为选择性激光烧结)相媲美,但速度更快,表面光洁度更高,而且可以重复利用打印机运行时留下的粉末,这是一项多功能技术,已应用于从汽车到医疗保健再到消费品等多个行业。无需加热的粘合剂喷射变化可以用另一种材料填充以提高强度,这些冷粘合剂喷射工艺还包含彩色墨水,可以生产用于医疗建模和产品原型的多色部件。打印完成后,塑料部件将从粉末床上取出并进行清洁,无需任何进一步处理即可使用。

  砂粘合剂喷射可以说与塑料粘合剂喷射相比是相同的技术,但打印机和应用场景的不同足以在此处获得单独的条目,事实上,生产大型砂铸模具、模型和型芯是粘合剂喷射技术最常见的用途之一。该工艺成本低且速度快,使其成为铸造厂的绝佳解决方案,使用传统技术很难或不可能生产的精细图案设计可以在几个小时内打印出来。

  砂粘合剂喷射3D打印机可使用砂岩或石膏生产零件。打印后,将型芯和模具从构建区域中取出并进行清洁,以除去周围松散的沙子,模具通常可立即用于铸造,铸造后,将模具拆开,取出最终的金属部件。6定向能量沉积

  定向能量沉积 (DED) 是一种3D打印工艺,其中金属材料在沉积的同时被强大的能量输送和熔化,这是3D打印最广泛的类别之一,根据材料的形式(线材或粉末)和能量的类型(激光、电子束、电弧、超音速、热等)包含一长串子类别。从本质上讲,它是金属可以控制沉积为层(不是挤压)的一种方式,并且它与焊接有很多共同点。该技术用于逐层构建打印件,但更常见的是,它用于通过将材料直接沉积在现有金属零件上来修复金属物体或为其添加功能,该过程通常随后进行CNC加工,以实现更严格的公差。DED与CNC的结合使用非常普遍,因此有一种3D打印子类型称为混合3D打印。DED的子类别可以根据原料类型或能源类型来划分,我们选择按能源类型对它们进行分组,以突出能源在最终产品中产生的差异。当这种印刷方法中使用的材料为粉末形式时,通常将粉末与惰性气体一起喷涂,以减少或消除氧化的可能性。对于粉末原料,还可以使用多种粉末来混合材料并获得不同的结果。当原料是焊丝(较便宜的选择)时,该技术被比作机器人焊接,但它要复杂得多。

  定向能量沉积的子类型:粉末激光能量沉积、线弧增材制造 (WAAM)、线电子束能量沉积、冷喷涂

  激光定向能量沉积(L-DED)也称为激光金属沉积(LMD)或激光工程净成型 (LENS),是一种3D打印技术,使用金属粉末或金属丝通过一个或多个喷嘴送入,并通过的强激光熔化在构建平台或金属零件上,随着喷嘴和激光的移动或零件在多轴转盘上的移动,物体被一层一层地构建起来,构建速度比粉末床熔合更快,但会导致表面质量较低且精度显着降低,通常需要大量的后加工。

  激光DED打印机通常具有充满氩气的密封室,以避免氧化,在加工活性较低的金属时,它们还可以用局部氩气或氮气流进行操作。此技术常用的金属包括不锈钢、钛和镍合金。这种打印方法通常用于修复高端航空航天和汽车部件,例如喷气发动机叶片,但也用于生产整个部件。6.2 电子束定向能量沉积

  电子束DED,也称为线电子束能量沉积,是一种与激光DED非常相似的3D打印工艺。它是在真空室中进行的,可以生产出非常干净、高质量的金属,当金属丝通过一个或多个喷嘴送入时,它会被电子束熔化,各层是单独构建的,电子束形成一个微小的熔池,焊丝由送丝机送入熔池。当处理高性能金属和活性金属(例如铜、钛、钴和镍的合金)时,选择电子束进行DED,使用电子束的金属丝馈送DED比粉末馈送更快,该过程在真空室中进行。DED机器实际上在打印尺寸方面不受限制,例如,3D打印机制造商Sciaky 拥有一台EB DED机器,可以以每小时3至9公斤材料的速度生产近六米长的零件,事实上,电子束DED被誉为制造金属零件最快的方法之一,尽管不是最精确的,这使得它非常适合制造大型结构,例如机身或替换零件,如涡轮叶片等零件的机械加工。

  线定向能量沉积,也称为线弧增材制造 (WAAM),是一种3D打印,它使用等离子或线弧形式的能量来熔化线材形式的金属,然后通过机械臂将金属层沉积到打印设备上。选择这种方法而不是涉及激光或电子束的类似技术,是因为它不需要密封室,并且可以使用与传统焊接相同的金属(有时是完全相同的材料)。

  电能量沉积被认为是DED技术中最具成本效益的选择,因为它可以使用现有的弧焊机器人和电源,因此进入门槛相对较低,与焊接不同,该技术使用复杂的软件来控制过程中的一系列变量,包括机械臂的热管理和刀具路径。打印完成后无需拆除支撑结构,成品零件通常会根据需要进行CNC加工,以达到严格的公差,之后通常打印零件会经过热处理以消除残余应力。

  冷喷涂是一种DED 3D打印技术,它以超音速喷射金属粉末将它们粘合在一起而不熔化它们,几乎不会产生热应力,所以也不会出现因热应力而产生的热裂纹或其他可能影响熔融技术的常见问题。自2000年以来,它一直被用作涂层工艺,但最近,几家公司已将冷喷涂用于增材制造,因为它可以比典型金属3D打印高约50至100倍的速度,以精确的几何形状沉积长达几厘米的金属,并且打印机不需要惰性气体或真空室。与其他DED工艺一样,冷喷涂无法产生具有良好表面质量或细节的打印件,但这并不总是需要的,而且零件可以打印结束之后立即使用。

  熔融直接能量沉积是一种3D打印工艺,利用热量熔化(或接近熔化)金属(通常是铝),然后将其逐层沉积在构建板上以形成3D物体。该技术与金属挤压3D打印的不同之处在于,挤压版本使用内部含有少量聚合物的金属原料使金属可挤压,然后在热处理阶段除去聚合物,而Molten DED使用纯金属。人们还可以将熔融或液体DED比作材料喷射,但液态金属通常从喷嘴中流出,而不是沉积液滴的喷嘴阵列。使用热量熔化然后沉积金属的潜在好处是能够比其他DED工艺使用更少的能源,并且有可能直接使用回收金属作为原料,而不是金属丝或高度加工的金属粉末。

  从技术上讲,片材层压是3D打印的一种形式,尽管它与上述技术有很大不同,它的功能是通过将非常薄的材料片堆叠或层压在一起来产生3D物体,然后通过机械或激光切割形成最终形状。材料层可以使用多种方法融合在一起,具体取决于所讨论的材料,材料范围从纸张、聚合物到金属。当零件被层压然后激光切割或机加工成所需形状时,会比其他3D打印技术产生更多的浪费。制造商使用片材层压以相对较高的速度生产具有成本效益的非功能性原型,这也是一种很有前途的电池技术,并且可用于生产复合材料物品,因为所使用的材料可以在打印过程中互换。

  层压将材料片层压在一起并使用胶水粘合在一起,然后使用刀(或激光或数控铣床)将分层的物体切割成正确的形状。如今,该技术已不太常见,因为其他 3D打印技术的成本已经下降,而其他技术类别中3D打印机的尺寸、速度和易用性却大幅提高。7.1.1 粘性光刻制造 (VLM)

  VLM是BCN3D的一项专利3D打印工艺,可将高粘度光敏树脂薄层层压到透明转移膜上。机械系统允许树脂从薄膜的两侧层压,从而可以组合不同的树脂以获得多材料零件和易于拆卸的支撑结构,这项技术尚未投入商业应用,也可能属于树脂3D打印技术之一。

  Startup Impossible Objects获得了这项技术的专利,该技术将碳、玻璃或凯夫拉纤维垫与热塑性塑料熔合以制造零件。

  EnvisionTEC(现称为ETEC,隶属于Desktop Metal)于2016年开发了这项技术,该技术使用热塑性塑料作为基础材料和编织纤维复合材料。

  以上就是我们对3D打印七大主要类型的全面总结,本文并未涵盖3D打印七大类别的所有内容。