03第一章 任務三 3D打印的技術介紹

第一章3D打印技術概論任務三3D打印的技術介紹學習目標：1.熟悉3D打印技術的分類；2.了解3D打印技術典型的分類方式及各技術的基本特點；3.熟悉3D打印技術常見的成型材料。

任務描述：通過老師講解、查閱資料等熟悉3D打印技術的原理，熟悉其與傳統(tǒng)加工制造技術的區(qū)別，了解3D打印技術的分類及技術特點，熟悉3D打印技術常見的成型材料，通過分組討論，總結本任務學習內(nèi)容。一、3D打印技術的分類目前，按照3D打印技術的成型的能量進行分類，可以將3D打印技術分為激光加工和非激光加工兩類。按照成型材料的形態(tài)可以分為液態(tài)、薄材、絲材、粉末材料四種。技術類型使用材料代表公司熔融沉積（FDM）熱塑性塑料美國Stratasys公司選擇性激光燒結（SLS）熱塑性粉末、金屬粉末、陶瓷粉末美國DTM公司光固化成型（SLA）光敏聚合物美國3DSystems公司三維印刷（3DP）熱塑性粉末、金屬粉末、陶瓷粉末美國ZCorporation公司數(shù)字光處理（DLP）液態(tài)樹脂德國Envision公司多重噴射（PolyJet）光敏樹脂以色列Objet公司分層實體制造（LOM）紙、塑料薄膜、金屬箔美國Helisys公司直接金屬激光燒結（DMLS）金屬合金德國EOS公司電子束熔煉（EBM）鈦合金瑞典ARCAM公司（一）按制造工藝所使用的材料、成型特征分類1.絲材、線材熔化粘結技術原材料為絲狀材料或線狀材料，通過升溫使其熔化并按照一定的路徑堆積疊加出需要的形狀。2.粉末燒結與粘結技術原材料是粉末狀材料，通過激光燒結或用粘結劑將粉末顆粒粘結在一起形成的形狀。3.液態(tài)聚合、固化技術原材料是液態(tài)材料，通過光能或熱能是特殊的液態(tài)聚合物固化從而形成一定的形狀。4.膜、板材層合技術原材料是固態(tài)的膜或板材，利用塑料膜的光聚合作用將各層膜片粘結成型，或通過層層粘結，將薄片層板堆積成型。（二）按成型原理分類目前，應用較為廣泛的3D打印技術主要有以下四種：熔融沉積制造技術、選擇性激光燒結技術、光固化成型技術和三維印刷技術。盡管這些3D打印成型技術都基于同一原理，即先離散分層，再堆積疊加，但其設備結構和采用的原材料類型，成型的方法以及截面層與層之間的連接方式等是完全不同的。1.熔融沉積成型技術2.選擇性激光燒結技術3.光固化成型技術4.三維印刷技術二、3D打印技術的成型材料成型材料一直是3D打印技術發(fā)展的核心問題，它對成型件的成型精度、物理及化學性能、成型速度都有直接作用，同時也影響到成型制件的二次使用，及用戶對系統(tǒng)和設備的選擇。（一）3D打印技術對成型材料的性能要求（1）能夠快速精確地加工原型件。（2）保證成型制件具有一定的力學性能及穩(wěn)定性。用于3D打印技術直接制造功能件的材料要接近零件最終用途對強度、剛度、耐潮、熱穩(wěn)定性等要求；對于概念性成型制件，要求打印速度快，對成型精度和物理化學特性要求不高。（3）要求成型制件具有一定的尺寸精度和尺寸穩(wěn)定性。如裝配測試用原型制件，對其成型精度有嚴格的要求。（4）滿足3D打印技術的特殊性能要求。如FDM技術要求選用可熔融的絲狀材料；SLS技術、3DP技術要求粉末的顆粒要較小；SLA技術要求選用可光固化的液態(tài)樹脂；LOM技術要求薄片層材料是易切割的。（5）有利于快速制模的后續(xù)處理。（二）成型材料的分類3D打印技術的成型材料一般是與工藝和設備配套使用。因此，成型材料的分類與3D打印成型工藝、材料的物理化學狀態(tài)等密切相關。1.按材料成型工藝分類3D打印技術的成型材料可分為FDM、SLS、SLA、3DP、LOM等材料。2.按材料的物理狀態(tài)分類可分為絲狀材料、粉末材料、液態(tài)材料、薄片材料等材料。3.按材料成型步驟分類可分為：直接成型材料和間接成型材料。其中直接成型材料包括反應型聚合物、非反應性聚合物、金屬、砂、陶瓷等材料；間接成型材料包括，如金屬基復合材料、陶瓷基復合材料、硅橡膠等材料。4.按材料的化學性能分類可分為樹脂類材料、橡膠材料、金屬材料、陶瓷材料、復合材料以及食品材料等。（1）樹脂類材料3D打印技術用樹脂類材料中應用較多的是工程塑料和光敏樹脂材料。工程塑料指被用做工業(yè)零件或外殼材料的工業(yè)用塑料，是強度、耐沖擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優(yōu)的塑料。光敏樹脂由聚合物單體與預聚體組成，其中加有光（紫外光）引發(fā)劑（或稱為光敏劑）。（2）ABS塑料類ABS塑料，是FDM最常用的打印材料，目前有多種顏色可以選擇，是消費級3D打印機用戶最喜愛的打印材料，如打印“樂高”類型的很多玩具，制作很多創(chuàng)意家居飾件等。ABS材料通常是細絲盤裝，通過3D打印噴嘴加熱熔解打印。（3）PLA塑料類PLA(PolyLacticeAcid，生物降解塑料聚乳酸)塑料熔絲，也是一種非常常用的打印材料。尤其是對于消費級3D打印機來說，PLA可以降解，是一種環(huán)保的材料。PLA一般情況下不需要加熱床，這一點不像ABS，所以PLA容易使用，而且更加適合低端的3D打印機。PLA有多重顏色可以選擇，而且還有半透明的紅、藍、綠以及全透明的材料。PLA的通用性也有待提高。（4）ABS和PLA絲材的特點對比ABS塑料類PLA塑料類優(yōu)點綜合性能較好，耐熱耐寒，化學穩(wěn)定性好，電絕緣性能良好無毒無害，收縮率低，韌性好強度高,可降解缺點熱收縮率高，模型容易變形，工作時會產(chǎn)生刺鼻的有害氣體不耐熱,化學穩(wěn)定性差打印溫度240～270℃190～210℃絲材規(guī)格?1.75mm和?3mm?1.75mm和?3mm燃燒特征火焰呈黃色，有黑煙，揮發(fā)出刺鼻的氣味，起絲短火焰呈藍色，無煙，氣味溫和，起絲較長注意事項打印絲材極易受潮，影響打印表面質(zhì)量，因此需要密封保存。（5）橡膠類材料橡膠類材料具備多種級別彈性材料的特征，這些材料所具備的硬度、斷裂伸長率、抗撕裂強度和拉伸強度，使其非常適合于要求防滑或柔軟表面的應用領域。3D打印的橡膠類產(chǎn)品主要有消費類電子產(chǎn)品、醫(yī)療設備以及汽車內(nèi)飾、輪胎、墊片等。（6）金屬材料近年來，3D打印技術逐漸應用于實際產(chǎn)品的制造，其中，金屬材料的3D打印技術發(fā)展尤其迅速。目前，應用于3D打印技術的金屬粉末材料主要有鈦合金、鈷鉻合金、不銹鋼和鋁合金材料等，此外還有用于打印首飾用的金、銀等貴金屬粉末材料。（7）陶瓷材料3D打印技術用的陶瓷粉末是陶瓷粉末和某一種粘結劑粉末所組成的混合物。由于粘結劑粉末的熔點較低，激光燒結時只是將粘結劑粉末熔化而使陶瓷粉