3D打印技術(shù)的思想最早起源于美國的照相雕塑與地貌成型技術(shù)Wj,隨后在數(shù)字成像技術(shù)、控制工程、材料科學等學科的高速發(fā)展以及人們對快速成型和復雜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計等多方面需求的推動下,3D打印技術(shù)得到了快速的發(fā)展。3D打印技術(shù)又被稱作增材制造,其基本原理是首先在計算機三維繪圖軟件的輔助下進行成型制品三維結(jié)構(gòu)圖的繪制,然后在相關(guān)3D打印軟件中將繪制的三維結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)化成相應的數(shù)字模型,最后利用3D打印機將液體、粉末、絲狀等材料以數(shù)字模型為基礎采用自下而上逐層疊加的方式直接成型制品的三維結(jié)構(gòu)。

3D打印技術(shù)自提出到發(fā)展至今,最早出現(xiàn)的3D打印機是由美國的3Dsystem公司生產(chǎn)的基于光固化立體成型技術(shù)的SLA250,隨后相繼出現(xiàn)了各種各樣基于不同打印材料、不同打印方式的3D打印技術(shù)。目前熔融沉積成型技術(shù)(FDM)、光固化立體成型技術(shù)(SLA)、選擇性激光燒結(jié)技術(shù)(SLS)、和立體噴印技術(shù)(3DP)是技術(shù)上相對成熟、使用上相對廣泛的四種主流3D打印技術(shù),這四種打印技術(shù)的打印簡圖。下面結(jié)合這四種打印技術(shù)各自的成型原理、打印材料、成型制品類型以及技術(shù)優(yōu)缺點進行詳細介紹。
熔融沉積成型技術(shù)(FDM)熔融沉積成型技術(shù)是目前全世界范圍內(nèi)使用最廣泛的3D打印技術(shù),其獨特優(yōu)勢就是操作簡單、設備維護方便以及成本較低。它的成型材料主要是熱塑性塑料,包括ABS、PLA、尼龍等。FDM技術(shù)在3D打印前打印材料必須制作成粗細均勻的絲狀線材,3D打印過程中絲狀線材通過一個喉管進入3D打印機噴嘴處,并在噴嘴處以電加熱的方式達到熔融態(tài)。隨后熔融態(tài)材料從噴嘴擠出,并根據(jù)成型制品的數(shù)字模型為基礎在計算機的控制下沿制品的外輪廓軌跡進行堆積固化,最終成型制品的三維結(jié)構(gòu)。

FDM技術(shù)打印成型時打印材料需要經(jīng)過固態(tài)到熔融態(tài)再到固態(tài)的轉(zhuǎn)變過程,同一層之間釆用絲與絲的水平粘結(jié),層與層之間采用絲與絲的疊加粘結(jié),所以FDM技術(shù)的打印過程實質(zhì)上是絲與絲在水平和垂直方向上相互粘結(jié)成型。其粘結(jié)力由打印材料從熔融態(tài)到固態(tài)的快速轉(zhuǎn)變所產(chǎn)生,因此絲與絲之間的粘結(jié)強度相對較小,這就導致了FDM技術(shù)成型的制品在力學性能上存在一定缺陷。同時為保證熔融態(tài)材料的長時間穩(wěn)定擠出,噴嘴口徑不能太小,這導致了成型制品在精度上也相對粗糙。此外制品打印成型過程中還容易產(chǎn)生內(nèi)部缺陷,這也會導致制品的機械性能降低。因此,F(xiàn)DM技術(shù)目前主要用來進行尺寸較小、實用性能要求低或者科研中結(jié)構(gòu)猜想驗證等制品成型。
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