3D列印控制技術從廣義上而言主要就是指involves成形控制技術,從成形工藝技術上看,3D列印控制技術沖破了現代成形方式,透過加速手動成形控制系統與計算機控制系統數據源緊密結合,無須任何人附帶的現代鑄件鍛造和金屬加工就能鍛造出各式各樣花紋繁雜的藍本,這使商品的結構設計制造周期性縮短,運輸成本急劇上升。3D列印,通稱“二維列印控制技術”或 “加速鍛造控制技術”,是對一連串“involves鍛造”控制技術的概稱。 熔化堆積成形工藝技術(Fused Deposition Model-ing, FDM)是繼LOM工藝技術和SLA工藝技術后產業發展出來的一類3D列印控制技術。該控制技術于1988年發明,隨后Stratasys公司成立并在1992年推出了世界上第一臺基于FDM控制技術的3D列印機——“3D造型者(3DModeler)”,這也標志著FDM控制技術步入商用階段。國內的清華大學、北京大學、北京殷華公司、中科院廣州電子控制技術有限公司都是較早引進FDM控制技術并進行研究的科研單位。FDM工藝技術無須激光控制系統的支持,所用的成形材料也相對低廉,總體性價比高,這也是眾多開源桌面3D列印機主要就采用的控制技術方案。 FDM成形基本原理:熔化堆積有時候又被稱為熔絲堆積,它將絲狀的熱熔性材料進行加熱融化,透過帶有微細噴嘴的擠出機把材料擠出來。噴頭可以沿X軸的方向進行移動,工作臺則沿Y軸和Z軸方向移動(當然相同的設備其機械結構的結構設計也許不一樣),熔化的絲材被擠出后隨即會和前一層材料粘合在一起。一層材料堆積后工作臺將按預定的增量上升一個厚度,然后重復以上的步驟直到工件完全成形。
FDM成形控制技術的優點:
(1)成本低。熔化堆積造型控制技術用液化器代替了激光器,設備費用低;另外原材料的利用效率高且沒有毒氣或化學物質的污染,使成形成本大大降低。
(2)原材料以材料卷得的形式提供,易于粉末材料搬運和儲存以及加速更換; (3)原材料在成形過程中無化學變化,相對金屬粉末,樹脂固化制件成形的變形小。 FDM成形控制技術的缺點:
(1)需要配合支撐結構打內腔模型時,支撐面效果欠佳。
(2)需要對整個截面進行逐步列印,成形時間較長,成形速度相對SLA 慢7%左右。
二、SLA與DLP:立體光固化成形工藝技術
SLA立體光固化成形工藝技術又稱立體光刻成形,該工藝技術最早于1984年提出并獲得美國國家專利,是最早產業發展出來的3D列印控制技術之一。該專利申請兩年后便成立了3D Systems公司,并于1988年發布了世界上第一臺商用3D列印機SLA-250。SLA工藝技術以光敏樹脂作為材料,
FDM成形控制技術的優點:
(1)成本低。熔化堆積造型控制技術用液化器代替了激光器,設備費用低;另外原材料的利用效率高且沒有毒氣或化學物質的污染,使成形成本大大降低。
(2)原材料以材料卷得的形式提供,易于粉末材料搬運和儲存以及加速更換; (3)原材料在成形過程中無化學變化,相對金屬粉末,樹脂固化制件成形的變形小。 FDM成形控制技術的缺點:
(1)需要配合支撐結構打內腔模型時,支撐面效果欠佳。
(2)需要對整個截面進行逐步列印,成形時間較長,成形速度相對SLA 慢7%左右。
二、SLA與DLP:立體光固化成形工藝技術
SLA立體光固化成形工藝技術又稱立體光刻成形,該工藝技術最早于1984年提出并獲得美國國家專利,是最早產業發展出來的3D列印控制技術之一。該專利申請兩年后便成立了3D Systems公司,并于1988年發布了世界上第一臺商用3D列印機SLA-250。SLA工藝技術以光敏樹脂作為材料,
在計算機控制系統的控制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形,SLA工藝技術能以簡潔且全手動的方式鍛造出精度極高的幾何立體模型;
DLP 投影成形控制技術導引:為了提高光固化成形速度,由之前激光掃描固化提高到固化更快面積更大的投影固化控制技術;
SLA激光光固化成形基本原理:
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控制系統的操縱下按工件的分層截面數據在液態的光敏樹脂表面進行逐行逐點掃描,這使掃描區域的樹脂薄層產生聚合反應而固化形成工件的一個薄層。
當一層樹脂固化完畢后,工作臺將下移一個層厚的距離以使在原先固化好的樹脂表面上再覆蓋一層新的液態樹脂,刮板將黏度較大的樹脂液面刮平然后再進行下一層的激光掃描固化。因為液態樹脂具有高黏性而導致流動性較差,在每層固化后液面很難在短時間內迅速撫平,這樣將會影響到實體的成形精度。采用刮板刮平后,所需要的液態樹脂將會均勻地涂在上一疊層上,這樣經過激光固化后將可以得到較好的精度,也能使成形工件的表面更加光滑平整。新固化的一層將牢固地粘合在前一層上,如此重復直至整個工件層疊完畢,這樣最后就能得到一個完整的立體模型。當工件完全成形后,首先需要把工件取出并把多余的樹脂清理干凈,接著還需要把支撐結構清除掉,最后還需要把工件放到紫外燈下進行二次固化。
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