3d打印机是3D增材制造技术用到的机器,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
首先通过3d设计软件,比如solidworks,UG,等软件。设计出来你所要制造的零件,导入到切片软件中,就把零件切成很多平面,每个平面又包含所有的路径信息。最后用到的就是3D打印机。3d打印机一层一层的把薄层打印出来,上一层覆盖在下一层上,并与之结合在一起,直到物件打印成形。
切片软件把零件切成一层一层的数据
3D打印机按材料及成型方式不同有很多不同类型:
LOM,这是以涂有热熔粘b合剂的纸张层叠、激光切割轮廓来成型的形式;
SLA/DLP,利用液体光敏树脂在紫外光照射下能快速固化为固体的方法来成型;
SLS,激光选择性烧结成型(原料可以是塑料粉末、陶瓷粉末、金属粉末等);
FDM,利用塑料丝熔融后逐层打印成型;
3DP,原料是粉末加树脂,可打印彩色;
我们比较常见的是SLA/DLP打印机和FDM打印机。SLA/DLP打印机俗称光固化3d打印机,利用的是特定的树脂材料在紫外线照射下会变硬凝固,没有紫外线照射的话是液体的特性。SLA技术是第一代光固化主流技术,它在国内有多种翻译叫法,如立体光刻、立体印刷、光造型等等。SLA成型技术不仅世界上最早出现并实现商品化的一种快速成形技术,也是研究最深入、应用最广泛的快速成形技术之一。
SLA成型技术的基本原理,就是主要通过利用紫外激光(355nm或405nm)为光源,并用振镜系统来控制激光光斑扫描,激光束在液态树脂表面勾画出物体的第一层形状,然后制作平台下降一定的距离(0.05-0.025mm之间),再让固化层浸入液态树脂中,如此反复,最终完成实体打印。
DLP 3d打印机的基本原理
SLA和DLP使用的耗材都是光固化树脂,并且两种成型技术原理非常类似,因此业界把这两种3d打印机当成一种机器看待。但二者在很多方面其实仍然有差异的。
1.机械结构。DLP用的是投影仪的数字光源,而SLA用的是紫外线激光光源。
2.成型速度。由于DLP的工作原理是采用投影仪成片成片的来逐层固化光敏聚合物液体的,所以打印速度非常快;而SLA则是使用激光束在液态树脂表面勾画出物体,由点到线,再由线到面形成实体模型,因些工作效率要远低于前者。
3.打印精度。理论上说,二者的打印精度无任何差异,均能达到微米级的打印精度。不过,由于DLP3D打印机发出的光是扇形光,因此在打印过程中会发生散光现象,容易导致边缘部分会模糊不清;而SLA 3d打印机发出的光是一条直线,因此后者在实际打印精度上稍有优势,但差距并不明显。就拿创想三维新一代DLP光固化3d打印机DP002来说,打印精度高达到20-50微米左右,因此成型表面非常光滑,肉眼完全看不到FDM机型的台阶效应,因此适合用于牙科义齿、珠宝首饰、动漫手办等对打印精度要求高的领域,目前价格在五万多人民币。
新型光固化产品LCD光固化3D打印机。SLA和DLP光固化3d打印机的缺点就是价格昂贵,大大限制了家用的普及。后来出现了的LCD光固化成型。我们先来说说他成型原理。其实与DLP成型技术相比,最简单的理解,就是DLP技术的光源用LCD来代替,其他基本差不多。说白了就是需要紫外线透过的地方,lcd屏幕什么也不显示,就是透明。不需要紫外线透过的地方显示黑色,就挡住了紫外线。把昂贵的振镜或者DLP光源换成廉价的LCD屏幕,成本大大减低,整台机器价格可以降低到几千元。不过,由于该成型技术需要使用大功率紫外光照射,并利用透过的紫外光进行固化成型。而LCD液晶屏本身就是怕紫外线的,被照射后会快速老化,同时该核心部件除了要经受耐热和高温散热的考验外,还要承受几十瓦405LED灯珠的高强度烘烤,因此使用寿命非常短,若经常使用的话,其核心部件LCD屏往往在一到两个月就会被损坏。
最后就是大家熟悉的FDM打印机。FDM的材料一般是热塑性材料,如蜡、ABS、PLA,尼龙等(目前常用的是ABS和PLA材料)。以丝状供料。材料在喷头内被加热熔化。机器接受到切片软件生成的的轨迹运动信息,转换为步进电机的转动,带动喷头运动,喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动,同时将熔化的材料挤出,材料迅速凝固,并与周围的材料凝结。打好一层厚,平台往下移动一定距离(一般是0.1或者0.2mm),再打印下一层,两层粘合在一起,构成立体的零件,直到所有的层打印完毕。这里可以看出FDM打印机的精细度主要取决于喷头的直径。喷头直径越细,出丝也就越细,打印出来的零件就越精细,目前家用的喷头直径一般在0.1-0.6mm之间。
常见的FDM 3d打印机
FDM打印机主要优点:
1成本便宜,非常利于家用普及,现在已经开源了,甚至可以自己在家组装一台。所需的图纸网上很多,零件在购物网站上也很齐全,组装一台成本不过1000-2000元左右。也可以购买成品,国内知名的3d打印机生产厂家也很多。
2材料价格低,容易获取,材料安全无毒。一公斤材料价格在几十到几百元,购物网站上可以很方便购买。
3设备维护简单。
FDM打印机主要缺点:
1打印精度较为普通,目前家用喷头直径最小0.1mm,所以精度只能达到0.1mm。相比于光固化精度就差很多,过于精细的结构效果不好。
2由于材料受热融化再冷却凝固,零件成品有轻微的变形,特别是使用ABS材料时,对于尺寸要求非常高的设计要慎用,不过现在改进了材料特性, 这一缺点也逐渐克服。
3打印时间过长,这也是FDM打印机最大的问题,打印小的零件时间在几十分钟到几小时,大型零件就更长了,时间以天计算。