3D 打印技术

人类在 3D 打印技术实现过程中花费了近120年(1860-1988年)的时间,从最基础的多照相机实体雕塑技术开始到 3D Systems 公司设计出世界上第一台基于立体光刻的工业级 3D 打印机,人类一直没有放弃过对 3D 打印技术发展与进步的追求。

3D 打印技术发展到今天已经演化出了许多的分支,宽泛地讲可分为三类,分别是选择性粘合技术(SLS)、选择性固化技术(SLA)和选择性沉积技术(DLP)。下面简单地介绍这三类打印技术。

选择性粘合技术

选择性粘合技术通常是将石膏或者金属等粉末采用粘合剂粘合,或者热熔断技术构造实物的一种方法。这种技术最典型的运用就是选择性激光烧结技术(Selective Laser Sintering, SLS),该技术使用激光将粉末烧结成实物的一层,其中第一层烧结在 3D 打印机的平台上,在第一层构建完成后其他层依次逐层烧结,直到完成整个模型的构建任务。

在整个打印过程中,粉末起着支撑模型的“砖块”作用,因为“砖块”很小,所以使用激光烧结技术能够构造非常复杂的结构和极其微妙的图案。由于融化粉末材料需要很高的温度,该技术配套的硬件设施十分昂贵,导致这类技术的使用成本很高。

选择性固化技术

选择性固化技术是对液体有选择地施加能量使其固化的过程,在固化一层后打印平台会上/下移动进行下一层的固化,平台每次移动只能完成实物的一层造型。与选择性粘合技术一样,模型的第一层往往构建在平台上,在一层构建完成后平台会移进/移出液体槽,直到完成所有层的固化成型。选择性固化技术的典型代表就是光固化成型技术(stereolithography,SLA),该技术利用紫外线将液态树脂固化得到实物。

由于树脂材料的高度黏性,模型在从平台取下后通常需要进行进一步的修补,而这个修补过程比较繁琐,但光固化成型技术生成的实物精度较高、质量可靠,适合制造形状特别复杂、特别精细的零件。

选择性沉积技术

选择性沉积技术的基本思想是在模型需要的地方堆叠原料。该技术多使用塑料为原料,通过将融化的丝料堆叠在一起完成一层的造型工作。这类技术的典型代表是熔融层积制造技术(Fused Deposition Manufacturing,FDM),是一种应用广泛的增材制造技术。这种工艺灵活性很高,不需要激光作为成型能源,而是将塑料融化后,挤出成丝由点到线再到面的过程来构建实物。与其他几种技术相比,其优点在于机器结构相对简单,维护方便,成型速度较快。

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