在過去幾年裡,3D列印技術的進步已達到了更成熟的階段。隨著多種材料和列印機的出現,這項技術在各個行業中的應用也不斷擴展。本文將探討常見的3D列印製程,並深入分析在購買/選擇加工機台前需要考慮的重要因素。
常見的3D列印製程
3D列印有極高的生產效率和廣泛的產業應用。熔融沉積建模(FDM)、光固化(SLA)、數字光處理(DLP)、液晶顯示(LCD)、聚合物噴射(Polyjet)、選擇性激光燒結(SLS)、選擇性激光熔化(SLM)和多射流熔融(MJF)等是最常見的工業3D列印技術,每種技術都具有不同的特性和優點。
熔融沉積建模(FDM)
熔融沉積建模(FDM)是一種通過加熱噴嘴通過熱塑性絲材料逐層堆疊建造物體的3D列印工藝。
產業應用:
FDM技術在製造原型、功能性零部件和各種產業包含汽車、航空、醫療、消費品和工具製造等定制零件方面有廣泛應用。
特點:
- 成本效益:與其他3D列印技術相比,FDM技術通常只需要較簡易的設備和較低的材料成本。
- 材料多樣性:FDM技術可以使用多種熱塑性材料,如PLA、ABS、PETG等,客戶可以根據不同的應用需求選擇適合的材料。
- 較大的打印體積:工業用途的FDM 3D列印機能夠打印較大的物體。
- 操作簡單:FDM打印機操作相對較簡單,操作人員可以更快地學習機器操作、建模和參數設置。
缺點:
- 表面粗糙度:FDM通過逐層堆疊設計來建造零件,導致表面相對粗糙且有顆粒狀質感。
- 後續處理:由於表面質量較差,某些產品可能需要進行打磨等表面處理。此外,對於有懸臂或垂直結構的產品,FDM列印可能需要添加支撐結構以防止坍塌,並且後續需要移除這些支撐結構。
光固化列印 – SLA/DLP/LCD/Polyjet
光固化列印使用UV光或其他光源將液態樹脂或材料逐層固化成3D零件。在這個過程中,光能被轉化為化學能,固化液體材料。光固化列印可以進一步分為常見類型,如SLA、DLP、LCD以及Polyjet。
SLA是一種使用UV激光逐層固化液態樹脂的3D列印工藝,可以打印高精度零件。
應用領域:
SLA技術在快速原型製作、珠寶藝術製造、醫療、建築、航空航天、工業製造、生物醫學和汽車行業等方面被廣泛應用。
特點:
- 高精度:SLA技術可以達到10微米的精度,是3D列印行業內最高精度,非常適合用來打印複雜幾何形狀。
- 良好的表面質量:使用SLA打印的物體通常具有光滑的表面,減少了對後續表面處理的需求。
- 多樣化的材料選擇:SLA可以用於多種具有不同性能的光敏樹脂,滿足各種應用需求。
- 最大的打印體積:與其他列印技術相比,SLA擁有最大的可打印體積,實際高度或寬度超過一米。
缺點:
- 有限的曲度:與其他工業級技術相比,SLA技術可製造的曲度相對較低。對於製造曲線和曲面,可能需要考慮替代的列印方法或加入後處理步驟。
DLP
DLP是一種使用數字光投影機逐層選擇性固化光聚合樹脂的3D列印工藝。
應用領域:
DLP是一種多用途的3D列印技術,廣泛應用於醫療、珠寶和玩具等行業。
特點:
- 高效率:DLP技術具有快速固化速度,常用於大規模生產。
- 高精度:與其他光固化技術類似,DLP也提供優異的精度,達到50微米以下。
缺點:
- 與SLA相比精度較低:儘管DLP提供一定程度的精度(<50微米),其表面精度仍低於SLA(<10微米)。
- 較小的打印體積:由於其較低的尺寸精度,DLP打印機在大型打印需求時可能會導致變形。
液晶顯示(LCD)
液晶顯示(LCD)3D列印技術依賴於液晶顯示屏來調節光線的通過來進行固化。液體光敏樹脂位於屏幕下方,液晶顯示屏上的像素通過控制光束來管理固化過程。
應用領域:
LCD技術常用於快速原型製作、工業建模、玩具和消費品的生產。
特點:
- 高效率:LCD技術提供高速打印,常用於大規模生產。
- 低成本:與SLA和DLP相比,LCD具有較低的設備和材料成本。
缺點:
- 低表面質量:LCD固化打印零件的表面質量略低於SLA和DLP。在某些條件下,甚至可能會產生像素紋路。
- 高更換率:LCD屏幕約每500小時需要更換一次。
- 較小的打印體積:由於其較低的尺寸精度,LCD打印機在大型打印需求時可能會導致變形。
PolyJet
PolyJet技術利用多噴嘴將微小的光敏樹脂滴塑到建造平台上,隨後使用紫外線激光束固化。這個過程中可以同時利用各種顏色和材料,提高生產效率。
應用領域:
PolyJet技術廣泛應用於快速原型製作、模型製造、產品設計和零件製造。
特點:
- 多樣畫的材料和顏色選擇:PolyJet技術可以結合多種材料,快速生產具有各種材料性能、質地和顏色的複雜模型。
- 高精度:PolyJet技術可以生產低於100微米的產品。
缺點:
- 較高的成本:PolyJet技術需要光敏樹脂和/或支撐材料,導致生產成本較高。
- 後續處理:如果設計包括懸臂部件或複雜幾何結構,則需要支撐結構,這將增加後處理時間和工作量。
激光粉床熔合
激光粉床熔合近年來作為一種先進的3D列印技術,用於生產金屬零件。其多功能應用涵蓋製造業、航空、醫療保健等行業。
選擇性激光燒結(SLS)
選擇性激光燒結(SLS)利用激光束加熱和熔合細粉末顆粒。首先均勻撒一層粉末,然後由高功率激光束選擇性加熱,將接觸點熔合在一起。不斷重複此逐層過程直到3D零件打印完成。
應用領域:
SLS技術在快速原型製作、產品設計和零件製造領域廣泛應用,特別適用於生產複雜幾何形狀的零件。
特點:
- 較少的後續處理:未熔合的粉末在SLS列印過程中支撐零件,因此不需要支撐結構。這大幅度的減少了後續的加工時間,使此技術非常適合內部特徵多和薄壁等複雜幾何結構。
- 多功能材料選擇:SLS技術可用於多種材料,主要包含尼龍和塑膠。
缺點:
- 表面質量粗糙:由於粉末的性質,SLS列印表面通常比其他工業列印技術稍粗糙,需要進行表面處理以改善表面質量。
選擇性激光熔化(SLM)列印與SLS類似,但專注於金屬而不是塑膠零件的製造。此技術利用高功率激光逐層選擇性熔化金屬粉末,製造出結構精細和耐用的金屬零件。
應用領域:
SLM技術在航空、汽車、醫療和工業製造領域廣泛應用,用於生產具有高強度和耐磨性的功能性金屬零件。
特點:
- 金屬製造:SLM技術採用金屬粉末,使其非常適合用於製造需要高精確度和耐用的產業。
- 高強度和耐磨性:SLM製造的零件主要材料是金屬,通常具有高強度和耐磨性。
缺點:
- 高成本:SLM技術操作需要高功率激光和金屬粉末,導致相對較高的成本。
- 較小的打印體積:目前工業用SLM 3D打印機通常只有較小的打印體積。
多射流熔融(MJF)技術由惠普於2016年推出。MJF技術利用多個噴嘴進行光聚合,以其高效率和精度而聞名。在打印過程中,其中一個噴嘴會對塗有光敏劑的粉末層發射光束,加熱至熔化狀態。同時,另一個噴嘴會將熱熔劑噴灑在相同的粉末層上,這有助於加快熔化過程並改善層間粘合。
應用領域:
MJF技術廣泛應用於航空、汽車、醫療和工業製造領域。特別適合生產高強度、高密度的功能部件和工程原型。
特點:
- 高效率:MJF技術提供高速打印,適合大規模生產。
- 高精度:MJF技術可以打印高精度的零件,精度可達22微米。
缺點:
- 較低的表面質量:由於粉末特性,MJF列印可能導致表面質量略低於其他高精度技術,需要進行後續表面處理。
3D列技術分析
FDM | 光固化打印 | 激光粉床熔合 | MJF | |
優點 | 多樣化材料選擇
低成本 操作簡易 |
相對大的打印體積
高精度 可打印複雜幾何 |
多樣化材料選擇
高精度 可打印複雜幾何 |
多樣化材料選擇
高精度 高效率 部需要支撐結構 |
缺點 | 低表面質量
需要支撐結構 低精度 |
低效率
需要後續表面處理 |
打印體積限制
高成本 需要後續表面處理 |
打印體積限制
只可用於塑膠材料 |
艾維我們主要提供四種3D列印技術:SLA、SLS、SLM和MJF。每種工藝都提供獨特的特點和優勢,滿足多樣化的製造需求。
選擇3D打印機台時需要考慮的因素
在眾多選擇可用的情況下,選擇最適合您的項目需求的3D打印機可能十分困難。在選擇時,考慮以下幾點關鍵要點:
- 應用:
不同的行業有不同的產品需求,因此了解哪種打印技術最適合您的行業要求至關重要。例如,在汽車行業,對於具有複雜幾何形狀的零件,精度將會是優先考慮的條件,而對於消費品,高速生產大量零件來滿足市場需求則是主要條件。
- 生產效率:
不同製程的3D打印機可以提供不同的生產效率。例如傳統汽車產業中的零件鑄造、機械加工等常需要數天至數週的手工測試時間,,但如果使用3D列印技術,CAD軟體直接製作3D模型並模擬動作,輸入檔案後機器便可自動進行列印。在這種產業,3D列印技術可以大幅度提升生產效率。
- 打印尺寸/建造體積:
不同3D列印機台具體可以打印的尺寸存在很大的差異。工業級列印機通常可以生產更大的體積,容納更大的部件和模型。
- 操作難易度:
選擇一款操作簡單的3D列印機台可以有效提升生產效率。在選擇3D打印機時,注意直觀界面、自動校準、遠程監控和控制能力等,另外硬軟件整合度也是一大條件。
- 精度和解析度:
確保3D列印機台的精度和成品的解析度符合產品規格非常重要。然而,提高精度的同時在打印時間和成本上必定會需要一定程度的妥協。
- 材料選擇:
某些3D列印技術僅限於特定材料。考慮項目需求的材料及其性能;例如,如果項目需要使用金屬材料,則SLM打印機可能比MJF更合適,因為其材料選擇更多。
- 穩定性和耐用性:
工業級3D列印機台通常需要長時間運行。在這些情況下,耐用性和穩定性對於降低生產成本和保持高產量和質量非常重要。
除了以上列出的條件,還有其他潛在因素在選擇3D列印機台時應該列入考量,如品牌聲譽、用戶評論、保修服務和產品測試周期等。
通過閱讀本文,希望您現在對不同的3D打印機如何滿足各種需求有了更好的理解。有關我們提供的3D列印技術的更多信息,請閱讀本文。如果您有任何進一步的問題或項目詢問,請隨時與我們聯繫。