3D打印技術(shù)的思想最早起源于美國(guó)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(xué)等學(xué)科的高速發(fā)展以及人們對(duì)快速成型和復(fù)雜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多方面需求的推動(dòng)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(jì)算機(jī)三維繪圖軟件的輔助下進(jìn)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(yīng)的數(shù)字模型,最后利用3D打印機(jī)將液體、粉末、絲狀等材料以數(shù)字模型為基礎(chǔ)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(jī)是由美國(guó)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(duì)成熟、使用上相對(duì)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(jiǎn)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(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)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(dú)特優(yōu)勢(shì)就是操作簡(jiǎn)單、設(shè)備維護(hù)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(xì)均勻的絲狀線材,3D打印過(guò)程中絲狀線材通過(guò)一個(gè)喉管進(jìn)入3D打印機(jī)噴嘴處,并在噴嘴處以電加熱的方式達(dá)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(chǔ)在計(jì)算機(jī)的控制下沿制品的外輪廓軌跡進(jìn)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(shí)打印材料需要經(jīng)過(guò)固態(tài)到熔融態(tài)再到固態(tài)的轉(zhuǎn)變過(guò)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(guò)程實(shí)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(qiáng)度相對(duì)較小,這就導(dǎo)致了FDM技術(shù)成型的制品在力學(xué)性能上存在一定缺陷。同時(shí)為保證熔融態(tài)材料的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定擠出,噴嘴口徑不能太小,這導(dǎo)致了成型制品在精度上也相對(duì)粗糙。此外制品打印成型過(guò)程中還容易產(chǎn)生內(nèi)部缺陷,這也會(huì)導(dǎo)致制品的機(jī)械性能降低。因此,F(xiàn)DM技術(shù)目前主要用來(lái)進(jìn)行尺寸較小、實(shí)用性能要求低或者科研中結(jié)構(gòu)猜想驗(yàn)證等制品成型。
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