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一篇文章看懂常見的3D列印製程和如何選擇適合的列印機台

06月20日 2024

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

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）

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）

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。

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