發(fā)布時(shí)間:2024-05-14瀏覽:262次
有許多人認(rèn)為3D打印就是從熱噴嘴中擠出材料并堆疊成形狀,但其實(shí)3D打印遠(yuǎn)不止于此!今天南極熊將介紹七大類3D打印工藝,即使是3D打印小白也能清晰地區(qū)分不同的3D打印工藝。
事實(shí)上,3D 打印也稱為增材制造,是一個(gè)總稱,涵蓋了幾種截然不同的 3D 打印工藝。這些技術(shù)是天壤之別,但關(guān)鍵過程是相同的。例如,所有 3D 打印都從數(shù)字模型開始,因?yàn)樵摷夹g(shù)本質(zhì)上是數(shù)字化的。零件或產(chǎn)品使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD) 軟件設(shè)計(jì)或從數(shù)字零件庫獲取的電子文件。然后設(shè)計(jì)文件通過特殊的構(gòu)建準(zhǔn)備軟件將其分解成切片或?qū)右赃M(jìn)行 3D 打印,生成3D打印機(jī)要遵循的路徑指令。接下來您將了解這些技術(shù)之間的區(qū)別以及每種技術(shù)的典型用途。
為什么是 7 種類型?
增材制造的類型可以根據(jù)它們生產(chǎn)的產(chǎn)品或使用的材料類型來劃分,國際標(biāo)準(zhǔn)組織 (ISO) 將其分為七種一般類型(但這七個(gè)3D打印類別也難以涵蓋越來越多的技術(shù)子類型和混合技術(shù))。:
●材料擠出
●還原聚合
●粉床融合
●材料噴射
●粘合劑噴射
●定向能沉積
●片材層壓
一、材料擠出
△材料擠出3D打印
材料擠出顧名思義:材料通過噴嘴擠出。通常情況下,這種材料是一種塑料細(xì)絲,通過一個(gè)加熱的噴嘴進(jìn)行熔化和擠出。打印機(jī)沿著通過軟件得到的工藝路徑將材料放置在構(gòu)建平臺(tái)上。然后燈絲冷卻并凝固形成固體物體。這是最常見的 3D 打印形式。乍一看這聽起來很簡單,但考慮到擠出的材料,包括塑料、金屬、混凝土、生物凝膠和各種食品,這其實(shí)是一個(gè)非常廣泛的類別。這種類型的 3D 打印機(jī)價(jià)格從100美元到七位數(shù)不等。
●材料擠出的子類型:熔融沉積建模 (FDM)、建筑 3D 打印、微型 3D 打印、生物 3D 打印
●材料:塑料、金屬、食品、混凝土等
●尺寸精度:±0.5%(下限±0.5mm)
●常見應(yīng)用:原型、電氣外殼、形狀和配合測(cè)試、夾具和夾具、熔模鑄造模型、房屋等。
●優(yōu)勢(shì):成本最 低的 3D 打印方法,材料范圍廣
●缺點(diǎn):通常材料性能較低(強(qiáng)度、耐用性等),通常尺寸精度不高
1.熔融沉積成型 (FDM)
△FDM 零件可以在各種 3D 打印機(jī)上用金屬或塑料制成
FDM 3D 打印機(jī)是一個(gè)價(jià)值數(shù)十億美元的市場(chǎng),擁有數(shù)以千計(jì)的機(jī)器,從基本型號(hào)到制造商的復(fù)雜型號(hào)。FDM機(jī)器被稱為熔絲制造 (FFF),這是完全相同的技術(shù)。與所有 3D 打印技術(shù)一樣,F(xiàn)DM 從數(shù)字模型開始,然后將其轉(zhuǎn)換為3D打印機(jī)可以遵循的路徑。使用 FDM,將線軸上的一根(或一次幾根)燈絲裝入 3D 打印機(jī),然后送入擠出頭中的打印機(jī)噴嘴。打印機(jī)噴嘴或多個(gè)噴嘴被加熱到所需溫度,使燈絲軟化,從而使連續(xù)的層連接起來形成一個(gè)堅(jiān)固的部件。
當(dāng)打印機(jī)沿 XY 平面上的指定坐標(biāo)移動(dòng)擠出頭時(shí),它會(huì)繼續(xù)鋪設(shè)第 一層。然后擠出頭上升到下一個(gè)高度(Z 平面),重復(fù)打印橫截面的過程,一層一層地構(gòu)建,直到物體完全成型。根據(jù)對(duì)象的幾何形狀,有時(shí)需要添加支撐結(jié)構(gòu)以在打印時(shí)支撐模型,例如,如果模型具有陡峭的懸垂部分。這些支撐在打印后被移除。一些支撐結(jié)構(gòu)材料可以溶解在水或另一種溶液中。
△FDM 3D 打印機(jī)為業(yè)余愛好者、小型企業(yè)和制造商提供范圍廣泛的機(jī)器(來源:Creality、Raise3D、Stratasys)
2.3D生物打印
△3D 生物打印與傳統(tǒng) 3D 打印類似,但原料差異很大
3D 生物打印或生物 3D 打印是一種增材制造工藝,其中將有機(jī)或生物材料(例如活細(xì)胞和營養(yǎng)素)結(jié)合起來以創(chuàng)建類似組織的天然三維結(jié)構(gòu)。換句話說,生物打印是一種3D打印,可以生產(chǎn)從骨骼組織和血管到活組織的任何東西。它用于各種醫(yī)學(xué)研究和應(yīng)用,包括組織工程、藥物測(cè)試和開發(fā),以及創(chuàng)新的再生醫(yī)學(xué)療法。3D 生物打印的實(shí)際定義仍在不斷發(fā)展。從本質(zhì)上講,3D 生物打印的工作原理與 FDM 3D 打印類似,并且屬于材料擠出系列。(盡管擠出并不是唯 一的生物打印方法)
3D 生物打印使用從針排出的材料(生物墨水)來創(chuàng)建打印層。這些被稱為生物墨水的材料主要由活物質(zhì)組成,例如載體材料中的細(xì)胞——如膠原蛋白、明膠、透明質(zhì)酸、蠶絲、海藻酸鹽或納米纖維素,充當(dāng)結(jié)構(gòu)生長和營養(yǎng)物質(zhì)的分子支架,提供支持。
如何制作防水3D打印件?
雖然3D打印部件有很多優(yōu)點(diǎn),但它們通常不防水?;c(diǎn)時(shí)間對(duì)部件進(jìn)行防水處理,可以使它們的使用壽命更長,并防止它們受到水的損害。而且,這只需要幾個(gè)簡單的步驟。很多人對(duì)"防水"的含義有誤解。基本上,防水和不透水是不同的。防水是指水不能滲入(和穿過)部件,而水密是指水既不能進(jìn)入部件,也不能從部件中流出。在實(shí)踐中,如果打印件會(huì)暴露在雨水或潮濕的氣候中,您可能希望它是防水的。至于它是否能保持不漏水則無關(guān)緊要。
例如,如果您要3D打印一個(gè)汽車零件(如保險(xiǎn)杠的一部分),就沒有必要讓它水密,但它應(yīng)該是防水的,以確保在反復(fù)雨淋的情況下仍能保持完好。另一方面,如果您打印的是一個(gè)水瓶,它應(yīng)該是水密的,以保持液體不流失。
在本文中我們將向您展示一些不同的方法,包括材料選擇、切片機(jī)設(shè)置、后期處理和測(cè)試。
一、材質(zhì)選擇
PLA、ABS、PP和PETG是防水印打印件的不錯(cuò)選擇(來源:Markforged)
有些材料比其他材料更容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和變形,從而導(dǎo)致部件不防水。如果一種材料對(duì)水有反應(yīng),那么用這種材料制作的3D打印件在與水接觸或放置在潮濕環(huán)境中時(shí)很可能會(huì)變形。因此,選擇材料應(yīng)是您首先考慮的問題。
不過,這并不是唯 一的步驟。雖然某些材料可能標(biāo)有防水標(biāo)簽,但用其制作的部件可能并不防水。
材料
如果要進(jìn)行FDM打印,您可能會(huì)考慮使用三種主要材料:PLA、ABS和PETG。聚丙烯(PP)雖然不太常見,但由于其防水性能,也是一種值得考慮的材料。讓我們來詳細(xì)了解一下它們。
聚乳酸(PLA):并不是眾所周知的最防水的材料,但它確實(shí)能起到防水作用。只要與冷水而不是熱水接觸,它就能正常工作。
ABS:是一種出色的防水打印材料。部件在低溫下可能會(huì)開裂和變形,但據(jù)報(bào)道,它的防水性能在其他情況下可以持續(xù)很長時(shí)間。
PETG:是PET的一種改性材料(用于水瓶),是制作防水打印件的材料。PETG通常被認(rèn)為是防水的,而且具有出色的耐熱性。這種材料可能是印制防水部件的最 佳選擇,只要您同時(shí)采用其他防水技術(shù)。
PP:是防水打印的最 佳選擇之一。它本身具有疏水性,能很好地保持水分,并具有良好的耐化學(xué)性和抗沖擊性。
更多考慮因素
在決定適合您的情況的材料時(shí),必須牢記部件可能暴露的條件(以及暴露的頻率)。
食品安全
如果您打算將3D打印部件用于任何與食物或飲料接觸的物品,則應(yīng)使用食品安全材料,如PP或PETG,而不是ABS或ASA。在打印之前,請(qǐng)確保特定長絲的制造商聲明其符合食品安全標(biāo)準(zhǔn)。
耐熱性
耐熱性與部件的防水性沒有任何關(guān)系,但根據(jù)預(yù)期的應(yīng)用,它可能與防水性有關(guān)。例如,可在洗碗機(jī)中清洗的部件會(huì)受到極端溫度和大量水的影響,因此材料的選擇尤為重要。一定要選擇耐熱且防水的材料,例如ABS或PETG。
抗紫外線
長時(shí)間暴露在陽光下的部件會(huì)褪色和變脆。因此,如果您打算打印花園里的物品或自行車配件,值得將聚乳酸升級(jí)為ASA等抗紫外線能力更強(qiáng)的材料。
二、切片設(shè)置
調(diào)整層高可以使零件更加防水(來源:Jackson O'Connell via All3DP)
3D打印最重要的因素之一是切片方式和設(shè)置。此外,設(shè)置決定了3D打印部件的緊密、飽滿和保護(hù)程度,進(jìn)而影響其防水性。
需要注意的是,雖然切片的設(shè)置在3D打印的防水性方面起著重要作用,但有些模型比其他模型更難防水。具有大量細(xì)節(jié)的復(fù)雜模型更具挑戰(zhàn)性,因此一定要確保模型盡可能簡單。
對(duì)模型進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整后,就可以使用打印設(shè)置了。以下是需要考慮的最重要的設(shè)置。
擠壓
有目的地過度擠出打印件可以使部件更加防水,因?yàn)檫@樣可以減少打印件出現(xiàn)縫隙的幾率。您可以通過提高切片機(jī)中的擠出倍率(有時(shí)也稱為"流速")來實(shí)現(xiàn)這一目的。
您還希望打印的各層之間能更好地粘合,這可以通過提高溫度來實(shí)現(xiàn)。提高溫度也有助于解決過度擠壓的問題。
外殼和填充物
您應(yīng)該增加打印時(shí)使用的外殼數(shù)量。調(diào)整此設(shè)置可增加邊界,將3D打印的填充部分包裹起來。三個(gè)外殼是一個(gè)很好的起點(diǎn),但應(yīng)根據(jù)打印所處的環(huán)境和使用的材料增加外殼數(shù)量。
例如,如果部件漏水會(huì)對(duì)您的其他物品造成損害,那么增加外殼的數(shù)量也不失為一個(gè)好主意。如果您選擇的是聚乳酸(PLA)等抗腐蝕性較弱的材料,那么增加外殼的數(shù)量就比聚丙烯(PP)等抗腐蝕性較強(qiáng)的材料更為重要。
此外,還可以考慮使用更高的填充比例。這將增加打印的填充物,有助于保持結(jié)構(gòu)的完整性。
噴嘴尺寸
雖然這本身不是切片機(jī)設(shè)置,但更寬的噴嘴有助于使部件更防水。更寬的噴嘴意味著更厚的擠出線,包括部件的外殼。無論有多少外殼,更厚的外殼意味著在打印過程中,外殼意外打印薄到足以形成孔洞或縫隙的可能性更小。當(dāng)然,不管有沒有更厚的噴嘴,更多的殼體只會(huì)有助于防水打印。
層高
使用較低的圖層高度設(shè)置可以提高打印的防水性,因?yàn)檫@樣可以創(chuàng)建更密集的圖層,更有利于防水。較小的層高還能提高層的附著力,因此即使多花一點(diǎn)打印時(shí)間,最終得到的物體也不易開裂和滲漏。
3D打印后處理:清洗、退火、著色
導(dǎo)讀:增材制造過程設(shè)計(jì)多個(gè)步驟,只有每一步精益求精才有最終精密的零部件,這包括建模階段、打印階段等。一旦3D打印機(jī)的工作完成后,通常需要對(duì)零件本身進(jìn)行加工:這就是后處理。后處理是指零件在拿出機(jī)器后執(zhí)行的所有工作,包括但不限于清洗、表面處理、退火甚至著色。3D 打印中的后處理技術(shù)與制造過程本身一樣多種多樣,并且每種都有自己的特定要求。但是為什么這一步是 3D 打印的關(guān)鍵呢?3D打印后處理的市場(chǎng)結(jié)構(gòu)如何?南極熊邀您一起去尋找答案。
3D 打印中的后處理主要用于改善制造零件的美觀性和其性能。例如,使表面更光滑或?qū)M件進(jìn)行退火以增加其強(qiáng)度并改變其導(dǎo)電性。雖然一些后處理技術(shù)也可用3D打印過程,但是大部分后處理技術(shù)是基于其他制造方式的,而非增材制造。增材制造過程中的后處理技術(shù)會(huì)有些不同,比如FDM 零件的處理方式必須與金屬零件不同。因此,后處理是3D打印過程中需要考慮的一個(gè)重要方面。
△后處理用于提高 3D 打印部件的美觀度(照片來源:Sinterit)
后處理方法介紹
●首先是零件的清洗。零件的清洗包括很多,比如脫焊、沖洗、刷洗、吹氣等。目標(biāo)是去除所有多余的粉末或者樹脂材料。根據(jù)使用的打印過程,此步驟將花費(fèi)不等的時(shí)間。例如,對(duì)于粉末燒結(jié),這通常是一個(gè)十分耗時(shí)的步驟,會(huì)增加制造時(shí)間。
●第二類是退火。這一步主要是提高零件的溫度以改善其機(jī)械性能。這些機(jī)械性能包括耐熱性、紫外線性,甚至它的強(qiáng)度或熱穩(wěn)定性。這一步主要涉及聚合物部件——例如,對(duì)于樹脂工藝,有直接設(shè)計(jì)用于特定打印機(jī)的“固化”機(jī)器。對(duì)于粉末粘合或間接金屬 3D 打印工藝,必須經(jīng)過脫脂,然后通過合適的烘箱進(jìn)行燒結(jié)。因此,退火技術(shù)常用于改善零件的最終性能和功能。
什么是3D打印
3D打印(3DP)即快速成型技術(shù)的一種,它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。
3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型,后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造,已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。該技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工(AEC)、汽車,航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。