138 1716 0919 | 021-5915 0215
上海蓝铸特种合金材料有限公司
新闻资讯 News

3D打印细分工艺:未来主流方向是金属打印

日期: 2017-04-24
浏览次数: 145

根据打印所用材料及生产片层方式的不同,实现方法有以下几种:
1)熔化或软化材料产生层。
2)液体材料加工方法。
3)层压板制造(LOM,将纸、聚合物、金属等材料薄层剪裁成一定形状并粘接在一起)。
这些3D打印技术由不同公司研发倡导,主要区别在于打印速度、成本、可选材料及色彩能力等。

(一) FDM:最早的3D打印技术
FDM技术是由Stratasys公司于1980年中后期发明。该成型设备采用成卷的塑料丝或金属丝作为材料,工作时将材料供应给挤压喷嘴,喷嘴加热融化材料,并在计算机辅助制造软件的控制以及步进电机或伺服电机的驱动下,沿着水平和垂直方向移动打印,热塑性材料凑够喷嘴挤出,形成层并迅速硬化。打印完成后,拿掉固定在零件或模型外部的支撑材料即可。
整个成型过程需要恒温环境,熔融状态的丝挤出成型后如果骤然受到冷却,容易造成翘曲和开裂,适当的环境温度最大限度地减小这种造型缺陷,提高成型质量和精度。由于FDM工艺不用激光,使用、维护简单,成本较低,同时兼具成型材料种类多,成型件强度高、精度较高的特点,使该工艺可以直接制造功能性零件。
目前,FDM技术可以打印的材料包括ABS,聚碳酸醋、PLA,聚苯矾等。与其他的3D打印技术相比,FDM是唯一使用工业级热塑材料作为成型材料的积层制造方法,打印出的物件具有可耐受高热、腐蚀性化学物质、抗菌和强烈的机械应力等特性,被用于制造概念模型、功能模型,甚至直接制造零部件和生产工具。
FDM技术被Stratasys公司的Dimension, uPrint和Fortus全线产品以及惠普大幅面打印机作为核心技术所采用。由于其成型材料种类多,成型件强度高、精度高,表面质量好,易于装配、无公害,可在办公室环境下进行等特点,使得该工艺发展极为迅速,目前FDM在全球已安装快速成形系统中的份额大约为30% 。
2012年3月,Stratasys公司发布的超大型快速成型系统Fortus 900mc,代表了当今FDM技术的最高成型精度、成型尺寸和产能,成型尺寸高达914.4mm X696mmX914.4mm,打印误差为每毫米增加0.0015 -0.089mm,打印层厚度最小仅为0.178mm,被用于打印真正的产品级零部件。

(二)粒状物料成型技术
(1)激光烧结
激光烧结是在拉状层中选择性地融化打印材料,通常采用激光来烧结材料并形成固体。在这种方法中,未融化的材料作为生成物件的支撑薄壁,从而减少了对其他支撑材料的需求。激光烧结技术主要包括2种类型:一种是SLS技术,主要采用金属和聚合物为打印材料,具体包括尼龙、添加玻璃纤维的尼龙、刚性玻璃纤维、聚醚铜、聚苯乙烯、尼龙及铝粉等混合材料、尼龙及碳纤维的混合材料、人造橡胶等,3DSystems公司的sPro系列3D打印机就是采取SLS技术;另一种是直接金属激光烧结(DMLS)技术,已经实现可打印几乎任何金属合金,具有代表性的设备是德国EOS公司的直接金属激光烧结设备。
对于SLS而言,国产设备大约100万元/台,进口设备300万元/台,进口材料大约100美元/公斤。
  (2)EBM
      电子束熔炼是一种金属部件的积层制造技术,可打印钛合金等材料。电子束熔炼技术是通过高真空环境下的电子束将融化的金属粉末层层叠加,与直接金属激光烧结技术低于熔点的生产环境有所不同,EBM技术生产出的物件密度高、无空隙且非常坚固。采用EBM技术的代表设备为瑞典ARCAM公司的EBM系统。
  (3)PP
      使用PP技术的3D打印机每次喷一层石膏或者树脂粉末,并通过横截面进行粘合。打印机不断重复该过程,直到打印完每一层。此技术允许打印全色彩原型和弹性部件,将蜡状物、热固性树脂和塑料加入粉末一起打印,还可以增加强度。采用此打印技术的代表设备为3D Systems公司的ZPrinter系列 3D打印机。

(三)光聚合成型技术
  (1)SLA
      SLA的主要实现途径是用于生产固件部件的光固化成型技术。SLA技术最早由美国3D Systems公司成功买现商业化,其生产的Projet系列和iPro系列3D打印设备均采用了SLA技术。该技术由于具有成型过程自动化程度高、制作原型表面质量好、尺寸精度高以及能够买现比较精细的成型尺寸等特点,因而成为广泛应用的快速成型工艺方法。但SLA系统的缺点是对液态光敏聚合物进行操作的精密设备,对工作环境要求苛刻,同时,成型件多为树脂类,强度、刚度和耐热性有限,不利于长期保存。
      Objet公司的PolyJet系统是一种喷头打印技术,目前已买现以16 -30um的超薄层喷射光敏聚合物材料,并层层构建到托盘上,直至部件制作完成。每一层光敏聚合物在喷射时即采用紫外线光固化,打印出的物件即为完全凝固的模型,无需后固化。被设计用来支撑复杂几何形状的凝胶体支撑材料,通过手剥和水洗即可除去。
(2)DLP
在数字光处理技术中,大捅的物体聚合物被暴露在数字光处理投影机的安全灯环境下,暴露的液体聚合物快速变硬,然后设备的构建盘以较小的增量向下移动,液体聚合物再次暴露在光线下。这个过程不断重复,直到模型建成。最后排出捅中的液体聚合物,留下买体模型。采用DLP技术的代表设备是德国EnvisionTec公司的Ultra 3D打印数字光处理快速成型系统。
DLP激光成型技术和SLA立体平版印刷技术比较相似,也是采用光敏树脂作为打印材料,不同的是SLA的光线是聚成一点在面上移动,而DLP在打印平台的顶部放置一台高分辨率的数字光处理器(DLP)投影仪,将光打在一个面上来固化液态光聚合物,逐层的进行光固化,因此速度比同类型的SLA立体平版印刷技术速度更快。
DLP的应用非常广泛,该技术最早是由德州仪器开发的,它至今仍然是此项技术的主要供应商。最近几年该技术放入3D打印中,利用机器上的紫外光(白光灯),照出一个截面的图像,把液态的光敏树脂固化。该技术成型精度高,在材料属性、细节和表面光洁度方面可匹敌注塑成型的耐用塑料部件。
SLA与DLP打印所需的液态光敏树脂材料也因生产商家和机型的不同而各有特点,比如EnvisionTec的各类机型都可以使用EC-500型蜡基液体树脂材料制造各类精致饰品模型以用于失蜡法铸造,但其每千克材料成本高达几千元。其民用代表机型有B9 Creator (2500美元),Form 1 (3300美金)等。

(四)3DP三维喷绘打印技术
3DP是一种基于微喷射原理(从喷嘴喷射出液态微滴),按一定路径逐层打印堆积成形的打印技术,这种技术和平面打印非常相似。3DP打印机主要部件为储粉缸和成形室工作台。打印时首先在成形室工作台上均匀地铺上一层粉末材料,接着打印头按照零件截面形状,将粘结材料有选择性地打印到已铺好的粉末层上,使零件截面有实体区域内的粉末材料粘接在一起,形成截面轮廓,一层打印完后工作台下移一定高度,然后重复上述过程。如此循环逐层打印直至工件完成,再经后处理,得到成形制件。
同立体印刷、叠层买体制造和选择性激光烧结快速成形技术相比,3DP不需要昂贵的激光系统,具有设备价格便宜、运行和维护成本低的优势。与熔融沉积快速成形技术相比,3DP可以在常温下操作,具有运行可靠,成形材料种类多和价格低的优势。此外,与其它RP系统相比,3DP还有操作简单、成形速度快、制件精度高、成形过程无污染,适合办公室环境使用等优点。

(五)几种方法优劣比对:目前FDM和SLS为主流
金属零件快速制造技术代表了RP技术的最新发展方向。目前,真正能够制造精密金属零件的快速成型技术只有选择性激光熔化和选择性激光烧结。SLS成型方法成型金属零件时,多采用树脂或低熔点材料包覆的金属粉末作为原材料,通过激光扫描使树脂熔化将金属粉末固结在一起,在成型后经过脱脂、浸渗低熔点金属(如青铜等)来提高致密度。使用该技术成型,金属零件工序复杂且零件强度与精度多数情况下仍达不到要求。而选择性激光熔化SLM技术是一种极具创新的快速成型技术,能一步加工出具有冶金结合,相对密度接近100%,具有复杂结构、高的尺寸精度的金属零件。目前,金属3D打印成本偏高是其主要缺点之一。
在总成本构成中,购置设备成本约占总成本的3/4。而上述两种工艺的设备均属于工业级打印设备,价格普遍较为昂贵。其次,金属3D打印的材料通常有钦粉、铝合金粉和不锈钢粉。耗材成本虽然仅占总成本11%,但是相较于其他普通金属材料,这些材料成本要高出将近10倍左右。顶立科技采用新型等离子旋转雾化制粉技术(N-PREP),制备的3D打印专用粉体材料整体性能达到国际先进水平,可完全替代进口产品,其价格仅为国外同类粉末的70%,大大降低了3D打印耗材成本。

 

关闭窗口】【打印
Copyright ©2005 - 2013 上海蓝铸特种合金材料有限公司
犀牛云提供企业云服务
工厂地址:上海市嘉定区徐行镇曹新路2800号(201808)
电话:138 1716 0919 | 021-5915 0215
传真:021-5106 2520
邮编:330520