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    幾種常見快速成型工藝優缺點比較

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    發表于 2020-8-20 16:53:44 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
    在快速領域里一直站主導地位快速成型工藝主要包括:FDM、SLA、SLS及LOM等工藝,而這幾種工藝又各有千秋,下面我們在主要看一下這幾種工藝的優缺點比較:
    FDM絲狀材料選擇性熔覆(FusedDepositionModeling)快速原型工藝是一種不依靠激光作為成型能源、而將各種絲材(如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等)加熱熔化進而堆積成型方法,簡稱FDM。絲狀材料選擇性熔覆的原理如下:加熱噴頭在計算機的控制下,根據產品零件的截面輪廓信息,作X-Y平面運動,熱塑性絲狀材料由供絲機構送至熱熔噴頭,并在噴頭中加熱和熔化成半液態,然后被擠壓出來,有選擇性的涂覆在工作臺上,快速冷卻后形成一層大約0.127mm厚的薄片輪廓。一層截面成型完成后工作臺下降一定高度,再進行下一層的熔覆,好像一層層"畫出"截面輪廓,如此循環,最終形成三維產品零件。這種工藝方法同樣有多種材料可供選用,如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC、工程塑料PPSF以及ABS與PC的混合料等。這種工藝干凈,易于操作,不產生垃圾,并可安全地用于辦公環境,沒有產生毒氣和化學污染的危險。適合于產品設計的概念建模以及產品的形狀及功能測試。專門開發的針對醫用的材料ABS-i,因為其具有良好的化學穩定性,可采用伽碼射線及其他醫用方式消毒,特別適合于醫用。
    FDM快速原型技術的優點是:1、工程材料ABS的抗化學與耐高溫以及耐沖擊特性,適合研發團隊用于開發功能性原型的測試。
    2、工程材料的韌性好,適合進行二次加工處理,例如裝配螺絲、鉆孔拋光,以及噴漆電鍍等。3、FDM系統可以落實ISO9000的產品設計驗證程序,并可以大幅降低產品開發后期的模具錯誤發生率。4、FDM系統的模型可以縮短設計變更時間,并直接用于產品認證測試、以及應用于同步開發夾具、檢具,縮短產品開發周期40%-50%。5、FDM系統可以制作具有色彩的原型,且符合新產品設計的資料保密6、FDM系統的原型尺寸穩定性高,不產生翹曲或收縮,不會受潮變形,適合于裝配件設計。7、FDM系統無毒性且不產生異味、粉塵、噪音等污染。不用花錢建立與維護專用場地,適合于辦公室設計環境使用。8、FDM系統支持水溶性支撐,成型之后處理簡單方便,不需要化學溶劑清洗以及專業紫外光源照射,適合于復雜與細小特征的建構。9、FDM系統運行成本低廉.FDM快速原型技術的缺點是:1、成型精度相對國外先進的SLA工藝較低,最高精度0.127mm2、成型速度相對SLA慢7%左右
    SLS粉末材料選擇性燒結(SelectedLaserSintering)是一種快速原型工藝,簡稱SLS。粉末材料選擇性燒結采用二氧化碳激光器對粉末材料(塑料粉等與粘結劑的混合粉)進行選擇性燒結,是一種由離散點一層層堆集成三維實體的快速成型方法。粉末材料選擇性燒結采用二氧化碳激光器對粉末材料(塑料粉、陶瓷與粘結劑的混合粉、金屬與粘結劑的混合粉等)進行選擇性燒結,是一種由離散點一層層對集成三維實體的工藝方法。在開始加工之前,先將充有氮氣的工作室升溫,并保持在粉末的熔點一下。成型時,送料筒上升,鋪粉滾筒移動,先在工作平臺上鋪一層粉末材料,然后激光束在計算機控制下按照截面輪廓對實心部分所在的粉末進行燒結,使粉末溶化繼而形成一層固體輪廓。第一層燒結完成后,工作臺下降一截面層的高度,在鋪上一層粉末,進行下一層燒結,如此循環,形成三維的原型零件。最后經過5-10小時冷卻,即可從粉末缸中取出零件。未經燒結的粉末能承托正在燒結的工件,當燒結工序完成后,取出零件。粉末材料選擇性燒結工藝適合成型中小件,能直接的到塑料、陶瓷或金屬零件,零件的翹曲變形比液態光敏樹脂選擇性固化工藝要小。但這種工藝仍需對整個截面進行掃描和燒結,加上工作室需要升溫和冷卻,成型時間較長。此外,由于受到粉末顆粒大小及激光點的限制,零件的表面一般呈多孔性。在燒結陶瓷、金屬與粘結劑的混合粉并得到原型零件后,須將它置于加熱爐中,燒掉其中的粘結劑,并在孔隙中滲入填充物,其后處理復雜。粉末材料選擇性燒結快速原型工藝適合于產品設計的可視化表現和制作功能測試零件。由于它可采用各種不同成分的金屬粉末進行燒結、進行滲銅等后處理,因而其制成得產品可據有與金屬零件相近的機械性能,但由于成型表面較粗糙,滲銅等工藝復雜,所以有待進一步提高。
    SLS快速原型技術的優點是:1、與其他工藝相比,能生產較硬的模具。2、可以采用多種原料,包括類工程塑料、蠟、金屬、陶瓷等。3、零件的構建時間較短,可達到1in/h高度。4、無需設計和構造支撐。SLS快速原型技術缺點是:1、有激光損耗,并需要專門實驗室環境,使用及維護費用高昂。2、需要預熱和冷卻,后處理麻煩;3、成型表面粗糙多孔,并受粉末顆粒大小及激光光斑的限制。4、需要對加工室不斷充氮氣以確保燒結過程的安全性,加工成本高。5、成型過程產生有毒氣體和粉塵,污染環境。
    LOM
    箔材疊層實體制作(LaminatedObjectManufacturing)快速原型技術是薄片材料疊加工藝,簡稱LOM。箔材疊層實體制作是根據三維CAD模型每個截面的輪廓線,在計算機控制下,發出控制激光切割系統的指令,使切割頭作X和Y方向的移動。供料機構將地面涂有熱溶膠的箔材(如涂覆紙、涂覆陶瓷箔、金屬箔、塑料箔材)一段段的送至工作臺的上方。激光切割系統按照計算機提取的橫截面輪廓用二氧化碳激光束對箔材沿輪廓線將工作臺上的紙割出輪廓線,并將紙的無輪廓區切割成小碎片。然后,由熱壓機構將一層層紙壓緊并粘合在一起?缮倒ぷ髋_支撐正在成型的工件,并在每層成型之后,降低一個紙厚,以便送進、粘合和切割新的一層紙。最后形成由許多小廢料塊包圍的三維原型零件。然后取出,將多余的廢料小塊剔除,最終獲得三維產品。疊層實體制作快速原型工藝適合制作大中型原型件,翹曲變形較小,成型時間較短,激光器使用壽命長,制成件有良好的機械性能,適合于產品設計的概念建模和功能性測試零件。且由于制成的零件具有木質屬性,特別適合于直接制作砂型鑄造模。
    LOM快速原型技術的優點是:1、成型速度較快,由于只需要使激光束沿著物體的輪廓進行切割,無需掃描整個斷面,所以成型速度很快,因而常用于加工內部結構簡單的大型零件。2、無需設計和構建支撐結構。LOM快速原型技術的缺點是:1、有激光損耗,并需要專門實驗室環境,維護費用高昂;2、可實際應用的原材料種類較少,盡管可選用若干原材料,例如紙、塑料、陶土以及合成材料,但目前常用的只是紙,其他箔材尚在研制開發中;3、必須進行防潮處理,紙制零件很容易吸濕變形,所以成型后必須立即進行樹脂、防潮漆涂覆等后處4、難以構建形狀精細、多曲面的零件,僅限于結構簡單的零件。5、廢料去除困難,所以該工藝不宜構建內部結構復雜的零件。6、當加工室的溫度過高時常有火災發生。因此,工作過程中需要專職人員職守。
    SLA光敏樹脂選擇性固化是采用立體雕刻(Stereolithography)原理的一種工藝,簡稱SLA,是最早出現的一種快速成型技術。在樹脂槽中盛滿液態光敏樹脂,它在紫外激光束的照射下會快速固化。成型過程開始時,可升降的工作臺處于液面下一個截面層厚的高度,聚焦后的激光束,在計算機的控制下,按照截面輪廓的要求,沿液面進行掃描,使被掃描區域的樹脂固化,從而得到該截面輪廓的樹脂薄片。然后,工作臺下降一層薄片的高度,以固化的樹脂薄片就被一層新的液態樹脂所覆蓋,以便進行第二層激光掃描固化,新固化的一層牢粘結在前一層上,如此重復不已,直到整個產品成型完畢。最后升降臺升出液體樹脂表面,取出工件,進行清洗、去處支撐、二次固化以及表面光潔處理等。光敏樹脂選擇性固化快速成型技術適合于制作中小形工件,能直接得到樹脂或類似工程塑料的產品。主要用于概念模型的原型制作,或用來做簡單裝配檢驗
    和工藝規劃。
    SLA快速原型技術的優點是:1、表面質量較好;2、成型精度較高,精度在0.1mm(國內SLA精度在0.1—0.3mm之間,并且存在很大的波動性);3、系統分辨率較高

    SLA快速原型的技術缺點:1、需要專用的實驗室環境,成型件需要后處理,比如:二次固化,防潮處理等工序。2、尺寸穩定性差,隨著時間推移,樹脂會吸收空氣中的水分,導致軟薄部分的翹曲變形,進而極大地影響成型件的整體尺寸精度;3、氦-鎘激光管的壽命僅3000小時,價格較昂貴,由于需對整個截面進行掃描固化,成型時間較長,因此制作成本相對較高。4、可選擇的材料種類有限,必須是光敏樹脂。由這類樹脂制成的工件在大多數情況下都不能進行耐久性和熱性能試驗,且光敏樹脂對環境有污染,使皮膚過敏。5、需要設計工件的支撐結構,以便確保在成型過程中制作的每一個結構部位都能可靠定位,支撐結構需在未完全固化時手工去除,容易破壞成型件。
    PolyJetOBJET3d打印機是以色列objet公司研制開發的一種專業快速成型的模型制作設備。外形跟普通的復印機相似,工作原理也跟普通彩色復印機接近。只要把CAD軟件設計好的樣件數據保存為STL格式然后導入機器,機器就會把設計好的樣件打印出來,打印過程是像噴墨打印機一樣一層一層的噴樹脂,同時用紫外線燈固化,樹脂分為支撐材料跟模型材料,產品做成后沖洗掉支撐材料產品就出來了。樣品精度最高可達到16微米。Objet的3D打印系統系列可為任何辦公室環境的設計師和工程師們提供高分辨率的快速原型制作。利用Objet的專利軟件,幾乎可為所有快速原型制作應用提供完整的3D打印解決方案。PolyJet&#8482;和PolyJetMatrix技術。適于多材料部件的ConnexFamily3D打印系統Objet的Connex3D打印系統基于Objet獨特的PolyJetMatrix&#8482;技術。Connex讓您有史以來第一次,可以在單一構建中打印具有不同機械或物理特性的多種模型材料組成的零部件。更具**性的是,Connex還可以即時構建數碼材料DigitalMaterials&#8482;,使用戶能夠預先設置材料的機械特性,進而創建復合材料。ConnexFamily3D打印系統可與FullCure模型、支撐材料及ObjetStudioforConnex&#8482;
    軟件配合使用。

    打印系統Alaris30與眾不同的桌上型3D打印機可在緊湊的辦公系統中打印出高品質、重細節的打印模型–這正是縮短設計周期,推動公司業務向前發展所需的技術。它能夠提供具有微小細節、光滑曲面、甚至細小運動部件的逼真模型。Alaris30可打印28微米厚的涂層,制作出能夠即時處理的完全固化的模型,無需任何后期固化。使用Alaris303D打印系統,您可以打印出符合當今市場需求的細節豐富、高質量的3D模型–簡單方便又經濟實惠。小巧輕盈的設計和清潔流程使Alaris30成為所有辦公室環境的理想選擇。Alaris&#8482;30FullCure&#174;材料ObjetFullCure感光聚合材料可為復雜幾何形狀提供在色彩、機械特性甚至支撐材料等方面的廣泛選擇。這為您創建高分辨率模型提供了最大的靈活性,可滿足您在裝配、外形和感官等方面的多種需求。ObjetStudio&#8482;軟件ObjetStudio支持從3DCAD軟件包中導出的STL和SLC文件。利用直觀的界面,您可以通過將STL文件拖放到ObjetStudio構建托盤,從而方便地檢查和構建模型。


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