7类3D打印技术的主要类型
    发布时间: 2024-03-27 13:42    

2024-3-27

转载自3D打印科技,原文链接如下:

7类——3D打印技术的主要类型 (qq.com)

许多3D打印新手面临的挑战是区分不同类型的3D打印过程。外行认为3D打印是一串塑料从热喷嘴中挤出并堆叠成一个形状,但它远不止于此。

事实上,3D打印,也被称为增材制造,涵盖了使用完全不同的机器和材料的打印过程。只要想想3D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是不同,但却有关键的共同点。

例如,所有3D打印都是从数字模型开始的,因为这项技术本身就是数字化的。零件或产品最初是使用计算机辅助设计(CAD)软件设计的电子文件,或从数字零件存储库获得。然后将设计文件放入特殊的构建准备软件,将其分解为片或层。该软件通常是3D打印类型特有的,甚至是特定品牌的3D打印机,它将切片模型数据转换为3D打印机要遵循的路径指令。

增材制造的类型可以按其生产的产品或使用的材料类型,国际标准组织(ISO)将其分为七种一般类型,但即使是这七个3D打印类别也难以涵盖越来越多的技术亚型和混合类型。下面,小D将一一介绍!



MEX
材料挤出


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材料挤出,也被称为MEX,正如它听起来的那样:材料通过喷嘴挤出。通常情况下,这种材料是一根塑料细丝,通过一个加热的喷嘴,在这个过程中几乎融化。打印机沿着构建准备软件确定的路径将材料放置在构建平台上。然后线材冷却并凝固形成固体。这是3D打印最常见的形式。

这可能听起来很简单,但考虑到可以挤出的材料几乎没有限制,包括塑料、金属糊状物、混凝土、生物凝胶和各种各样的食物材料,这是一个非常广泛的类别。这种类型的3D打印机价格从100美元到7位数不等。

材料挤出子类型:熔融沉积建模(FDM)、建筑3D打印、微型3D打印、生物3D打印、熔融颗粒建模(FGM)。

材料:塑料、金属、食品、混凝土等。

尺寸精度:±0.5%(下限±0.5 mm)。

常见应用:原型、电气外壳、形式和配合测试、夹具和夹具、熔模铸造模式、房屋等。

优势:成本最低的3D打印方法,材料范围广。

缺点:通常较低的材料性能(强度,耐久性等),通常不像其他一些方法那样尺寸精确。

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 FDM

FDM 3D打印机有一个数十亿美元的市场,拥有数千台机器,从简易的基本型号到制造商的复杂版本。您可能偶尔会听到FDM机器被称为熔丝制造(FFF),它强调机器使用线材形式的聚合物材料。还有熔融颗粒建模(FGM),这是一种不使用线材,而是使用在挤出机内熔化的聚合物颗粒的FDM。这些颗粒通常比线材便宜,但更常用于专业3D打印。

与所有3D打印技术一样,FDM从数字模型开始,然后将其转换为3D打印机要遵循的指令。使用线材FDM 3D打印机,将一个线轴塑料线材(或一次几个)加载到3D打印机中,并通过挤出头中的打印机喷嘴输送。打印机喷嘴或喷嘴被加热到所需的温度,使线材软化,这样,当挤压时,连续的层将连接在一起,形成一个固体部分。当使用塑料颗粒代替线材时,这些颗粒从料斗移到挤出机,然后像线材一样熔化,其余的过程是相同的。

当打印机沿着打印机床上的指定坐标移动挤出头时,或者更技术地说,沿着XY平面移动挤出头,它就开始铺设第一层。然后挤压头上升到下一个高度(Z平面)或床降低,重复打印层的过程,一层接一层地构建,直到物体完全形成。

根据物体的几何形状,有时需要在打印时添加支撑结构来支撑模型,例如,如果模型有陡峭的悬垂部分。这些支撑在打印后被移除,一些支撑结构材料可以溶解在水或其他溶液中,以便更容易和更快地去除。FDM主要是一种塑料技术,但正如我们提到的,几乎任何东西都可以熔化和挤压,包括陶瓷、巧克力、粘土等陶瓷材料和玻璃。金属FDM 3D打印正在迅速发展。这种材料是填充了80%以上金属粉末的塑料线材,这需要几个后处理步骤。


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 3D Bioprinting

生物3D打印或生物3D打印是一种增材制造工艺,其中有机或生物材料,如活细胞和营养物质,结合在一起,创造出类似自然组织的三维结构。换句话说,生物打印是一种3D打印,可以生产从骨组织、血管到活组织的任何东西。

它被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。一些类型的3D打印养殖肉制品也使用生物3D打印机制造。3D生物打印的实际定义仍在不断发展。

从本质上讲,3D生物打印类似于FDM 3D打印,属于材料挤出家族,尽管挤出不是唯一的生物打印方法。3D生物打印使用从针头或喷嘴排出的材料来创建层。这些被称为生物墨水的材料,主要由有生命的物质组成,比如在胶原蛋白、明胶、透明质酸、丝、海藻酸盐或纳米纤维素等载体材料中的细胞,它们作为分子支架,为结构的生长和营养物质提供支持。


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 Construction 3D Printing

建筑3D打印是一个快速发展的材料挤出领域。该技术涉及使用超大尺寸的3D打印机,通常有几十米高,从喷嘴中挤出混凝土等建筑材料。这些机器通常是龙门架或机械臂系统。

如今,建筑打印技术被用于从井到墙的3D打印房屋、建筑特征和基础设施项目。支持者说,它有可能极大地扰乱整个建筑行业,因为它减少了对劳动力的需求,减少了建筑垃圾。

世界上有数百个3D打印房屋,研究人员正在开发3D建筑技术,利用月球和火星上发现的材料为未来的探险队建造栖息地。用当地的土壤而不是混凝土来打印也作为一种更可持续的建筑方法而受到关注。


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VP
树脂打印


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光聚合(也称为树脂3D打印)是一种3D打印工艺,它使用光源在还原容器中选择性地固化(或硬化)光聚合物树脂。光聚合物是对光起反应的聚合物。

换句话说,光被精确地引导到液体塑料的特定点或区域,根据3D模型的相应切片使其硬化。一旦第一层固化,构建平台向上或向下移动少量(通常在0.01到0.05毫米之间,取决于打印机),下一层固化,与前一层连接。这个过程一层一层地重复,直到3D部件形成。

在3D打印过程完成后,物体被清洁以去除剩余的液体树脂并进行后固化(在阳光下或紫外线室中),以增强部件的机械性能。没有这些印后步骤,零件是不可用的。

还原聚合的三种最常见形式是立体光刻(SLA)、数字光处理(DLP)和液晶显示(LCD),也称为掩膜立体光刻(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它来固化树脂。

一些3D打印机制造商,特别是那些制造专业级3D打印机的制造商,已经开发了独特的还原聚合专利变体,所以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使用的是一种名为“数字光合成”(DLS)的还原聚合技术,Stratasys公司的Origin公司将其技术称为“可编程光聚合”(P³),Formlabs公司则提供了一种名为“低力立体光刻”(LFS)的技术。还有基于光刻的金属制造(LMM),投影微立体光刻(PµSL)和数字复合制造(DCM),这是一种填充光聚合物技术,在液体树脂中引入功能性添加剂,如金属和陶瓷纤维。

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

材料:光聚合物树脂(可浇注、透明、工业、生物相容性、金属填充等)。

尺寸精度:±0.5%(下限±0.15 mm或5纳米与µSLA)。

常见应用:注射模样聚合物原型和最终用途零件、珠宝铸造、牙科应用、消费产品。

优点:表面光洁度好,特征细节精细。




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 SLA

SLA拥有世界上第一个3D打印技术的历史地位。立体光刻技术是由查克·赫尔发明的,他在1986年获得了这项发明的专利,并成立了3D系统公司,将其商业化。今天,该技术可用于爱好者和专业人士从广泛的3D打印机制造商。

今天的SLA打印机使用镜面,也就是所谓的振镜(或galvos)来快速瞄准一束(或两束)穿过树脂桶,选择性地固化和固化建筑区域内物体的横截面,一层一层地建立起来。当每一层都在正确的位置固化时,构建平台就会向上移动(几乎不被察觉),拉出硬化的树脂层,为另一层液体层腾出空间,然后由激光固化。大多数SLA打印机使用固态激光来固化零件。

这种还原聚合的一个缺点是,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,DLP是一种闪光来一次硬化整个层。然而,激光可以产生更强的光,这是一些工程级树脂所需要的。

Microstereolithography(µSLA)

就像它听起来一样,这个版本的SLA在还原聚合家族中,在微观尺度上打印零件,或者在2微米(µm)到50微米之间的分辨率。作为参考,人类头发的平均宽度是75微米。这是一种所谓的“微型3D打印”技术。

µSLA涉及将光敏材料(液态树脂)暴露在紫外激光下。不同之处在于特殊的树脂,复杂的激光器,以及增加的透镜,这些透镜可以产生几乎令人难以置信的小光点。

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。它甚至可以打印小于µSLA的部件,小到0.1微米。TPP使用脉冲飞秒激光聚焦在特殊树脂桶中的一个紧点上。然后,这个点用于固化树脂中的单个3D像素,也称为体素。

通过按顺序将这些纳米级到微米级的体素在预定义的路径上一层一层地固化,您可以创建3D对象。这些可以是几毫米大,同时保持纳米分辨率。TPP目前用于研究、医疗应用和微小部件的制造,如微型电极和光学传感器。


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 DLP

DLP 3D打印使用数字光投影仪(而不是激光)在一层树脂上一次闪烁每层的单个图像(或多次闪烁较大的部件)。DLP(比SLA更经常)用于在单个批次中生产更大的零件或更大数量的零件,因为无论构建中有多少零件,每层闪存都需要完全相同的时间,这使得它通常比SLA中的激光方法更快。因为投影仪是一个数字屏幕,每一层的图像都是由正方形像素组成的,因此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(灯)将光线投射到树脂上,该光源通过数字微镜装置(DMD)定向到构建表面。

DMD位于光和树脂之间,由一组微镜组成,这些微镜控制光线投射的位置,并在建筑表面上产生光模式。这使得树脂的不同光点(和聚合)在一层内的不同位置。现代DLP投影仪通常有数千微米大小的led作为光源。它们的开关状态是单独控制的,并允许增加XY分辨率。

并不是所有的DLP 3D打印机都是一样的,光源的功率、经过的镜片、DMD的质量以及组成一台300美元的机器和一台20万美元以上的机器的许多其他零部件都有很大的不同。

TOP-DOWN DLP

一些DLP 3D打印机的光源安装在打印机的顶部,照在树脂桶上而不是照上去。这些“自上而下”的机器从顶部闪现出一层的图像,一次固化一层,然后固化的层被放回大桶里。每次降低构建板时,安装在大桶顶部的复刻器在树脂上来回移动以平整新层。制造商表示,这种方法可以为更大的打印件提供更稳定的输出,因为打印过程不对抗重力。

当自下而上打印时,从构建板上垂直悬挂多少重量是有限制的。树脂缸在打印时也支持打印,减少了对支撑结构的需求。

Projection Microstereolithography (PµSL)

作为一种独特类型的还原聚合,我们将在这里添加PµSL作为DLP的子类别。这是另一种微型3D打印技术。PµSL使用来自投影仪的紫外线在微尺度(2微米分辨率,低至5微米层高)固化特殊配方树脂层。

这种增材制造技术由于其低成本、准确性、速度以及可使用的材料范围(包括聚合物、生物材料和陶瓷)而不断发展。它在从微流体和组织工程到微光学和生物医学微设备的应用中显示出潜力。

Lithography-based Metal Manufacturing (LMM)

DLP的另一个远亲,这种使用光和树脂的3D打印方法可以为手术工具和微机械部件等应用创建微小的金属部件。在LMM中,金属粉末均匀地分散在光敏树脂中,然后通过投影仪在蓝光照射下选择性地聚合

打印完成后,“绿色”部件的聚合物成分被去除,剩下全金属的“棕色”部件在熔炉中烧结完成。原料包括不锈钢,钛,钨,黄铜,铜,银和金。



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 LCD

液晶显示器(LCD),也称为掩模立体光刻(MSLA),与上述DLP非常相似,除了它使用LCD屏幕而不是数字微镜设备(DMD),这对3D打印机的价格有明显的下降影响。

与DLP一样,LCD掩模是数字显示的,由正方形像素组成。LCD掩模的像素大小决定了打印的粒度。因此,XY精度是固定的,不依赖于您可以变焦或缩放镜头的程度,就像DLP的情况一样。

基于DLP的打印机和LCD技术之间的另一个区别是,后者使用由数百个独立发射器组成的阵列,而不是像激光二极管或DLP灯泡那样使用单点发射器光源。

与DLP类似,LCD在某些条件下可以实现比SLA更快的打印时间。这是因为整个层是一次暴露出来的,而不是用激光的点跟踪横截面积。由于LCD单元的低成本,该技术已成为预算桌面树脂打印机部分的首选,但这并不意味着它不被专业使用。

一些工业3D打印机制造商正在推动这项技术的极限,并取得了令人印象深刻的成果。


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PBF
粉末熔融



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粉末床熔融(PBF)是一种3D打印工艺,其中热能源选择性地在构建区域内金属粉末颗粒(塑料,金属或陶瓷),以逐层创建固体物体。

粉末床融合3D打印机在打印床上铺上一层薄薄的粉末材料,通常是用一种刀片、滚筒或雨刷。能量,通常来自激光,熔化粉末层上的特定点,然后另一粉末层沉积并熔化到前一层。这个过程不断重复,直到整个物体被制造出来。最后一个项目是包裹和支持在床上未融化的粉末。

虽然工艺取决于材料是塑料还是金属,但PBF可以制造出具有高机械性能(包括强度、耐磨性和耐久性)的零件,用于消费品、机械和工具的最终用途。虽然3D打印机在这个细分市场变得越来越实惠(起价徘徊在25000美元左右),它仍然被认为是专业或工业技术。

这些亚型通常以所使用的材料和能源类型为特征。

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)。

材料塑料粉、金属粉、陶瓷粉。

尺寸精度±0.3%(下限±0.3 mm)。

常用用途功能零件、复杂管道(空心设计)、小批量零件生产。

优点功能零件,机械性能优异,几何形状复杂。

缺点机器成本较高,通常是高成本材料,制造速度较慢。



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 SLS

选择性激光烧结(SLS)通常是用激光从塑料粉末中制造物体。首先,将一桶聚合物粉末加热到刚好低于聚合物熔点的温度。接下来,涂层刀片或刮水器将一层非常薄的粉末状材料(通常为0.1毫米厚)沉积到构建平台上。然后,激光(CO2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。

当整个截面被扫描时,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上沉积一层新的粉末,激光将在下一个物体的横截面上烧结到先前固化的横截面上。重复这些步骤,直到所有的物体都被制造出来。

未烧结的粉末留在原位以支撑物体,这减少或消除了对支撑结构的需求。从粉末床中取出零件并清洗后,不需要其他的后处理步骤。根据材料的不同,零件可以抛光、涂覆、着色或加工。

SLS材料的最新进展是一种新的聚合物涂层金属,使SLS 3D打印机能够制造金属零件,这项技术被称为冷金属聚变。SLS 3D打印机有几十个不同的因素,不仅包括它们的尺寸,还有激光的功率和数量,激光的光斑大小,加热床的时间和方式,以及粉末的分布方式等。

SLS 3D打印中最常见的材料是尼龙(PA6、PA12),但也可以使用TPU和其他材料打印出灵活的零件。

微选择性激光烧结(μSLS)

微选择性激光烧结是另一种微3D打印技术,可以在微尺度(低于5 μm)分辨率下创建零件。与“常规”SLS不同,微型SLS通常使用金属材料,而不是塑料。

在μSLS中,将一层金属纳米颗粒油墨涂在衬底上,然后干燥,形成均匀的纳米颗粒粉末层。接下来,使用数字微镜阵列制作图案的激光用于加热并将纳米颗粒烧结成所需的图案。然后重复这组步骤,在μSLS系统中构建3D部件的每一层。


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 LPBF

在所有的3D打印技术中,这种技术有最多的别名。这种金属3D打印方法被ISO正式称为激光粉末床熔化(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)或金属激光粉末床熔化(M-LPBF)。在这项技术发展的早期,机器制造商为相同的工艺创造了自己的名称,这些名称一直保留到今天。

LPBF是一种高度精密和准确的3D打印方法,通常用于为航空航天,医疗植入物和工业应用创建复杂的金属部件。和SLS一样,LPBF 3D打印机从一个被分成几片的数字模型开始。打印机将粉末装入打印室,再用复刻刀(类似于挡风玻璃刮水器)或滚筒将粉末在打印板上涂成薄薄的一层。激光或几个(最多24个)跟踪层到粉末上。

然后,构建平台向下移动,将另一层粉末应用并融合到第一层粉末上,直到整个物体构建完成。构建室是封闭的,密封的,在许多情况下,充满惰性气体,如氮气或氩气混合物,这确保金属在接触过程中不会氧化,并有助于防止熔化过程中的碎片。

在打印过程中,打印床上的包装粉末为模型提供了一些支撑,但也使用了支撑。打印后,零件从粉末床中取出,清洗,并经常进行二次热处理以消除应力。剩下的粉末被回收再利用。LPBF 3D打印机的区别因素包括激光器的类型、强度和数量。

一台小型紧凑型LPBF打印机可能只有一个30瓦的激光器,而一个工业版本可能有12个1000瓦的激光器,从而提高打印速度。LPBF机器使用常见的工程合金,如不锈钢,镍高温合金和钛合金。有几十种金属可用于LPBF工艺。


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 EBM

EBM,也称为电子束粉末床熔融(EB PBF),是一种类似于LPBF的金属3D打印方法,但使用电子束而不是光纤激光器。该技术用于制造零件,如钛矫形植入物,喷气发动机的涡轮叶片和铜线圈。

选择EBM而不是基于激光的金属3D打印有几个原因。

首先,电子束产生更多的能量和热量,这是某些金属和应用所需要的。

接下来,EBM不是在惰性气体环境中进行,而是在真空室中进行,以防止光束散射。构建室温度可达1000°C,在某些情况下甚至更高。由于电子束使用电磁束控制,它的移动速度比激光要快,甚至可以分裂,同时暴露几个区域。

与LPBF相比,EBM的优势之一是它能够处理导电材料和反射金属,如铜。EBM的另一个特点是能够在构建室中嵌套或堆叠单独的部件,因为它们不必连接到构建板上,这大大增加了体积输出。

电子束通常比激光产生更大的层厚度和更少的细节表面特征。由于构建腔内的高温,EBM打印部件可能不需要在打印后加热过程中消除应力。


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MJT
材料喷射




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材料喷射是一种3D打印过程,其中微小的材料液滴沉积,然后在构建板上固化或固化。使用光聚合物或蜡滴,暴露在光下就会固化,一次一层地建造物体。

材料喷射过程的性质允许在同一物体上打印不同的材料。这种技术的一个应用是制造多种颜色和纹理的零件。

3D打印技术的类型材料喷射(M-Jet)、纳米颗粒喷射(NPJ)、PolyJet、塑料自由成形、

材料光聚合物树脂(标准、可浇注、透明、耐高温)、蜡。

尺寸精度±0.1 mm。

常用用途全彩产品样机、类注塑样机、小批量注塑模具、医疗模型、时尚。

优点表面光洁度高,颜色饱满,多种材质可选。

缺点:材料有限,不适合要求苛刻的机械零件,比其他树脂工艺的视觉成本更高。



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 M-Jet

用于聚合物的材料喷射(M-Jet)是一种3D打印工艺,其中一层光敏树脂被选择性地沉积在构建板上,并用紫外线(UV)光固化。在一层沉积和固化后,构建平台降低一层厚度,并重复该过程以构建3D对象。

M-Jet结合了树脂3D打印的突出细节,速度优于线材3D打印(FDM),以逼真的颜色和纹理创建零件和原型。你可能听说过M-Jet是由制造商特定的名称来称呼的,比如Stratasys的PolyJet或3D Systems的MultiJet Printing (MJP),但这不仅仅是品牌。所有材料喷射3D打印技术都不完全相同。打印机制造商和专有材料之间存在差异。

M-Jet机器从一排排打印头中以直线方式沉积材料。这种方法使打印机能够在一条线上制造多个对象,而不会影响构建速度。只要模型在构建平台上正确排列,并且每个构建线内的空间得到优化,M-Jet可以比许多其他类型的树脂3D打印机更快地生产零件。

用M-Jet制造的物体需要支撑,在构建过程中,用一种可溶解的材料同时打印出来,这种材料在后处理阶段被移除。M-Jet是唯一一种提供多材料打印和全彩色物体的3D打印技术。没有业余爱好者版本的材料喷射机。

这些工具适用于汽车制造商、工业设计公司、艺术工作室、医院和所有类型的产品制造商,他们希望创建准确的原型来测试概念,并更快地将产品推向市场。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可以完全固化每一层。

气溶胶喷射

气溶胶喷射是由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都已采用气溶胶喷射技术打印。它可以被粗略地比作喷漆,但它与工业涂层工艺的区别在于,它可以用来打印完整的3D物体。电子墨水被放置在一个雾化器中,雾化器会产生直径在1到5微米之间的含有材料的液滴的稠密雾。

然后,气溶胶雾被输送到沉积头,在那里它被鞘气聚焦,从而产生高速颗粒喷雾。由于能量方法,这项技术有时被归类为定向能沉积,但由于材料,在这种情况下,是液滴,我们把它包括在材料喷射中。

塑料自由成形(APF)

德国Arburg公司发明了一种名为塑料自由成形(APF)的技术,它是挤压和材料喷射技术的结合。它使用市售的塑料颗粒,在注射成型过程中熔化并移动到排出装置。

高频喷嘴关闭产生快速打开和关闭运动,每秒可产生200个直径在0.2至0.4毫米之间的微小塑料液滴。液滴在冷却时与硬化的材料结合在一起。一般来说,不需要后处理。如果使用了支撑材料,则必须将其移除。


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 NPJ

纳米颗粒喷射(NPJ)是为数不多的难以分类的专利技术之一,由一家名为XJet的公司开发,它使用一组带有数千个喷墨喷嘴的打印头,同时将数百万个超细材料滴在超薄层的构建盘上,同时喷射支撑材料。

金属或陶瓷颗粒悬浮在液体中。该过程在高温下进行,喷射时液体蒸发,只留下金属或陶瓷材料。最终的3D部件只剩下少量的粘合剂,在烧结后处理过程中被去除。



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粘结剂喷射


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粘结剂喷射是一种3D打印工艺,其中液体粘结剂选择性地结合一层粉末的区域。该技术使用粉末材料(金属、塑料、陶瓷、木材、糖等)和从喷墨中沉积的液体。

无论是金属、塑料、砂子,还是其他粉末状材料,粘合剂的喷射过程本质上是相同的。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通过床,选择性地沉积粘合剂或熔合剂的液滴,将粉末颗粒粘合在一起。当一层完成后,构建平台向下移动,刀片或滚筒重新涂覆表面。然后重复这个过程,直到整个部分完成。这些零件被包裹在一层粉末材料中,需要挖出来。多余的粉末被收集起来,可以重复使用。

从这里开始,根据材料的不同,需要进行后处理,除了沙子,它通常准备用作打印机的核心或模具。当粉末是金属或陶瓷时,后处理涉及加热融化粘合剂,只留下金属。塑料零件后处理可包括固化阶段,并且通常包括涂层以改善表面光洁度。您还可以抛光,油漆和砂聚合物粘合剂喷射部件。

很长一段时间以来,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,这个过程中没有热量。然而,当我们谈到聚合物粘结剂喷射时,这种情况可能会发生变化。

越来越多的打印机使用粉末状聚合物和喷墨头喷出的液体,但它们包括一个热组件,可以熔化或融合聚合物颗粒。由此产生的部件比简单地用粉末粘合而成的部件要坚固得多,所以难怪惠普、Stratasys和Voxeljet等公司更喜欢将其流体和热聚合物粘合剂喷射工艺分开。但是,如果您从最广泛的角度将粘合剂喷射视为粉末和流体技术,那么我们下面介绍的专有技术适用于此。

粘合剂喷射速度快,生产率高,因此与其他增材制造方法相比,它可以更经济有效地生产大量零件。金属粘结剂喷射,使用范围广泛的金属,是流行的最终用途的消费产品,工具和批量备件。冷聚合物粘结剂喷射的材料选择有限,生产的零件结构性能低,但随着温度的变化,通常使用尼龙和TPU。

3D打印技术的子类型:金属粘结剂喷射、聚合物粘结剂喷射、砂粘结剂喷射、多喷射熔融、高速烧结、选择性吸收熔融。

材料砂、聚合物、金属、陶瓷等。

尺寸精度±0.2 mm(金属)或±0.3 mm(砂)。

常用用途功能性金属零件、全彩模型、砂型、模具。

优势成本低,构建量大,功能性金属部件,色彩还原效果好,打印速度快,无支撑设计灵活性。

缺点对于金属来说,这是一个多步骤的过程,用冷加工版本制造的聚合物部件机械强度不高。



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 Metal Binder Jetting

粘合剂喷射也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。金属粘结剂喷射是一种非常有吸引力的技术,用于批量生产金属零件和实现轻量化。由于粘合剂喷射可以打印具有复杂图案填充的零件,而不是固体的零件,因此产生的零件在同样坚固的同时显着更轻。粘合剂喷射的孔隙特性也可用于医疗应用中实现更轻的末端部件,例如植入物。

总体而言,金属结合剂喷射件的材料性能相当于用金属注射成型生产的金属零件,是金属零件批量生产中应用最广泛的制造方法之一。

此外,粘合剂喷射部件具有更高的表面光滑度,特别是在内部通道中。金属粘结剂喷射件在打印后需要进行二次加工才能达到良好的机械性能。从打印机出来后,零件基本上由金属颗粒和聚合物粘合剂结合在一起组成。这些所谓的“绿色部件”很脆弱,不能原样使用。

在打印和从金属粉末床上取出零件(一个称为脱粉的过程)之后,一些过程包括一个热固化阶段,然后在熔炉中进行热处理(一个称为烧结的过程)。打印参数和烧结参数都是根据具体的零件几何形状、材料和所需的密度进行调整的。有时使用青铜或其他金属来渗透粘合剂喷射部件中的空隙,从而产生零孔隙率。


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 MJF, HSS, SAF

塑料粘结剂喷射是一个非常类似于金属粘结剂喷射的过程,因为它涉及粉末和液体粘结剂。正如我们上面提到的,您可以将聚合物粘合剂喷射分为冷和热两种工艺。聚合物粘结剂喷射开始于聚合物粉末(通常是一种尼龙)在构建平台上以薄层分布。

然后喷墨头将类似粘合剂的胶水(和/或其他液体,包括彩色墨水、易熔或吸收辐射的液体和磁性液体)精确地分配在每层聚合物应该连接的地方。在一些方法中,有一个加热装置连接到喷墨头或在一个单独的载体上,融合接收流体的部分。包含这一加热步骤的方法比不包含这一步骤的方法制造出更坚固的部件,因为聚合物粉末基本上是融化在一起的,而不是仅仅粘在一起。

热粘结剂喷射,如多喷射熔合、高速烧结和选择性吸收熔合,与使用激光熔化聚合物粉末的技术(称为选择性激光烧结)相当,但速度更快,表面光面更光滑,并且可以重复使用打印机运行后剩余的更多粉末。

这是一项用途广泛的技术,已在汽车、医疗保健和消费品等多个行业中得到应用。没有热量的粘结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也包括彩色油墨,可以生产用于医学建模和产品原型的多色部件。一旦打印,塑料部件从粉末床中取出,清洗,无需任何进一步加工即可使用。


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 Sand Binder Jetting

砂型粘结剂喷射可以说与塑料粘结剂喷射并不是一种截然不同的技术,但打印机和应用程序是不同的,因此可以在这里单独列出。

事实上,生产大型砂型铸造模具、模型和型芯是粘合剂喷射技术最常见的用途之一。该工艺的低成本和速度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制作的精美图案设计可以在几小时内打印出来。

工业发展的未来继续对代工厂和供应商提出很高的要求。砂型3D打印的潜力刚刚开始显现。砂粘合剂喷射3D打印机的产品部件从砂岩或石膏。

打印后,将芯和模具从构建区域移除并清洗以去除任何松散的沙子。模具通常是立即准备铸造。铸造后,将模具拆开,取出最后的金属部件。


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DED
定向能量沉积




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定向能量沉积(DED)是一种3D打印工艺,金属材料在沉积的同时被强大的能量馈送和融合。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)和能量类型(激光、电子束、电弧、超音速、热量等)。

从本质上讲,它是任何一种金属可以被控制成层沉积的方式(不是挤压),它与焊接有很多共同之处。

这项技术被用来逐层打印,但更多的时候,它被用来修复或增加金属物体的特征,方法是将材料直接沉积在现有的金属部件上。该工艺通常采用CNC加工来实现更严格的公差。将DED与CNC结合使用是非常普遍的,有一种3D打印的子类型称为混合3D打印,混合3D打印机在同一台机器中包含一个DED和一个CNC单元。

该技术被认为是一种更快、更便宜的小批量铸造和锻造金属部件的替代品,可用于海上石油和天然气行业、航空航天、发电和公用事业行业的关键维修。

DED的子类别可按原料类型或能源类型进行划分。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的差异。

当在这种打印方法中使用的材料是粉末形式时,通常将粉末与惰性气体一起喷射以减少或消除氧化的可能性。有了粉状原料,也有可能使用多种粉末混合材料,达到不同的效果。当原料是金属线材(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。

材料各种金属、线状和粉末状。

尺寸精度±0.1 mm。

常见应用高端汽车、航空部件、功能原型和最终零件的修复。

优点组装速度快,能够在现有部件上添加金属。

缺点由于无法制作支撑结构,无法制作复杂的形状,表面光洁度和精度一般较差。


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 L-DED

激光定向能沉积(L-DED),也称为激光金属沉积(LMD)或激光工程网成形(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馈送,并通过强大的激光在构建平台或金属部件上熔化。当喷嘴和激光移动或部件在多轴转盘上移动时,物体被一层一层地构建起来。构建速度比粉末床熔合快,但导致较低的表面质量和显着降低的精度,通常需要大量的后处理。

激光DED打印机通常有充满氩气的密封腔,以避免氧化。当处理活性较低的金属时,它们也可以只使用局部氩气或氮气。在这个过程中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,如喷气发动机叶片,但也用于生产整个部件。


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 DED

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。它在真空室中进行,产生非常干净,高质量的金属。当金属丝被送入一个或多个喷嘴时,它被电子束熔化。

层是单独建立的,电子束形成一个微小的熔池,焊接线通过送丝器送入熔池。当处理高性能金属和活性金属(如铜、钛、钴和镍合金)时,选择电子束用于DED。使用电子束的金属丝喂入DED比粉末喂入速度快。该过程在真空室中进行。DED机器实际上不受打印尺寸的限制。

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到9公斤的速度生产近6米长的零件。

事实上,电子束DED被吹捧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,比如机身,或者替换零件,比如涡轮叶片,然后再加工。


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 WAAM

线材定向能沉积,也称为线材电弧增材制造(WAAM),是一种3D打印技术,它使用等离子体或线材电弧形式的能量将金属熔化成线材形式,通过机械臂将金属一层一层地沉积到表面上,如多轴转盘,形成形状。与涉及激光或电子束的类似技术相比,这种方法被选择,因为它不需要密封的腔室,而且它可以使用与传统焊接相同的金属(有时完全相同的材料)。

电直接能量沉积被认为是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。没有需要移除的支撑结构,如果需要,成品零件通常经过CNC加工以达到严格的公差或表面抛光。通常,打印件接受热处理,以消除任何残余应力。


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 Cold Spray

冷喷涂是一种DED 3D打印技术,它以超音速喷射金属粉末以粘合它们而不会熔化它们,这几乎不会产生热应力,从而产生热裂或其他可能影响熔融技术的常见问题。

自21世纪初以来,它一直被用作涂层工艺,但最近,几家公司已经将冷喷涂应用于增材制造,因为它可以以比典型金属3D打印机高50到100倍的速度将金属精确地分层到几厘米的几何形状,并且不需要惰性气体或真空室。

像所有DED工艺一样,冷喷涂不能产生非常好的表面质量或细节,但这并不总是必需的,零件可以直接从打印床上使用。



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 Molten Direct Energy Deposition

熔融直接能量沉积是一种3D打印工艺,它使用热量熔化(或接近熔化)金属,通常是铝,然后将其逐层沉积在构建板上,形成3D物体。

这种技术与金属挤压3D打印的不同之处在于,挤压版本使用金属原料,里面有一点聚合物,使金属可挤压。然后在热处理阶段去除聚合物。

另一方面,熔融DED使用纯金属。人们也可以将熔融或液态DED比作材料喷射,但不是一系列喷嘴沉积液滴,液态金属通常从喷嘴中流出。

这项技术的变体正在开发中,但熔融金属3D打印机很少见。它可以从3D机器制造商Grob、Valcun和ADDiTec那里获得。

施乐公司曾在其ElemX 3D打印机上提供该技术,但将其出售给了ADDiTec。目前,该打印机已安装在部分美国军事设施中。

这种方法的好处是没有危险的金属粉末,完成的打印不需要任何后处理。它也比其他DED工艺使用更少的能量,并且有可能直接使用回收金属作为原料,而不是电线或高度加工的金属粉末。



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SHL
剥离层积技术


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剥离层积技术上是3D打印的一种形式,尽管它与上述技术有很大不同。它的功能是将非常薄的材料堆叠和层压在一起,产生3D物体或堆叠,然后用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,包括热和声音,这取决于所讨论的材料。材料的范围从纸张或聚合物到金属。

当零件层压,然后激光切割或机械加工成所需的形状,它导致比其他3D打印技术更多的浪费。

制造商使用薄片层压以相对较高的速度生产成本效益高、无功能的原型,这也是一种很有前途的电池技术,可用于生产复合材料,因为所使用的材料可以在打印过程中互换。

3D打印技术的类型:层压对象制造(LOM)、超声波固化(UC)。

材料纸张、聚合物、金属板材。

尺寸精度±0.1 mm。

常用用途非功能性原型、多色打印品、铸造模具。

优点可以快速生产,复合打印。

缺点精度低,浪费多,部分零件需要后期制作。



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 Laminated

Laminating是一种3D打印技术,将材料层叠在一起,使用胶水粘合在一起,然后使用刀、激光或CNC路由器将层状物体切割成正确的形状。这项技术在今天并不常见,因为其他3D打印技术的成本已经下降,而其他技术类别的3D打印机的尺寸、速度和易用性都大大提高了。

粘性光刻制造(VLM)

VLM是BCN3D的专利3D打印工艺,将高粘度光敏树脂薄层压在透明转移膜上。机械系统允许树脂从膜的两侧进行层压,从而可以组合不同的树脂以获得多材料部件和易于拆卸的支撑结构。这项尚未投入商业应用的技术也可以作为树脂3D打印技术的一种。

复合材料增材制造(CBAM)

创业公司Impossible Objects申请了这项技术的专利,该技术将碳垫、玻璃或凯夫拉尔与热塑性塑料融合在一起,制造零件。

选择性层压复合材料制造(SLCOM)

EnvisionTEC(现称为ETEC,由Desktop Metal拥有)于2016年开发了这项技术,该技术使用热塑性塑料作为基材和编织纤维复合材料。目前还不确定Desktop Metal是否仍然支持这种方法。


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