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3D打印机有哪些种类?分别是如何工作的?

       3D打印有两种定义。狭义指“MIT开发的以粉末为基础的制造技术”。广义上指所有的增材制造技术(Additive Manufacturing)。

       据Andreas Gebhardt对添加性制造技术的入门书籍Understanding Additive Manufacturing,添加性制造技术有很多种,MIT开发的3D打印技术只是其中一种:
       1. 以高分子聚合反应为基本原理:激光立体印刷术(Stereolithography, SLA,有著名的Objet(已和Stratasys合并)和FormLabs为代表), 高分子打印技术(Polymer Printing), 高分子喷射技术(Polymer Jetting), 数字化光照加工技术(Digital Lighting Processing), 微型立体印刷术(Micro Stereolithography)。
       2. 以烧结和熔化为基本原理: 选择性激光烧结技术(Selective Laser Sintering, SLS,3D打印行业龙头老大3D System的看家本领), 选择性激光熔化技术(Selective Laser Melting, SLM), 电子束熔化技术(Electron Beam Melting, EBM)。
       3. 以粉末-粘合剂为基本原理:三维打印技术(Three Dimensional Printing, 3DP,MIT在90年发明的,Zcorp(已被3D Systems收购)、EOS和voxeljet是杰出代表)
       4. 熔融沉积造型技术(Fused Deposition Modeling, FDM,著名代表有RepRap项目、MakerBot和Stratasys公司)
       5. 层压制造技术(Layer Laminate Manufacturing, LLM)
       6. 气溶胶打印技术(Aerosolprinting)
       7. 生物绘图技术(Bioplotter)
       每一种添加性制造技术的具体原理都不一样,但是主要都是想办法根据电脑数据制造出一层东西,然后在这层东西上面再制造一层东西,如此类推,直至制造出整个立体模型。
       主要特点是成品结构复杂性几乎不受限制。
       目前主要用于航空工业、汽车工业、专业设计(产品设计和建筑设计的模型制造)、外科(量身定做的矫正牙套、假牙、助听器)等等。
 
       下面来简单介绍一下最常见的FDM、SLA、SLS和3DP。
 
 

 

1.FDM

 

FDM全称Fused Deposition Modelling(熔融沉积造型)。打印头加热,把条形塑料加热软化,按照电脑3D模型作“一笔画”。看看视频可能会更清楚:
 
MakerBot Thing-O-Matic演示:

 

2. SLA

 

       SLA全称Stereolithography(立体印刷术)。它用激光选择性地让需要成型的液态光敏树脂发生聚合反应变硬,从而造型。SLA有两大类,一种是Objet为代表的,从下到上打印的。另一种是FormLabs为代表的,从上往下打印的。

 Objet打印机原理介绍:

 3.SLS

       SLS全称Selective Laser Sintering(选择性激光烧结)。和SLA类似,SLS使用激光。和SLA不同的是,SLS用的不是液态的光敏树脂,而是粉末。激光的能量

       让粉末产生高温和相邻的粉末发生烧结反应连接在一起。

       3D Systems 选择性激光烧结3D打印机演示:

 

4.3DP

       3DP全称Three Dimensional Printing(三维打印)。这才是真正的3D打印!因为这种技术和平面打印非常相似,连打印头都是直接用平面打印机的。和SLS类似,这个技术的原料也是粉末状的。典型的3DP打印机有两个箱体。如上图所示,左边为储粉缸,右边为成型缸。打印时,左边会上升一层(一般为0.1mm),右边会下降一层,滚粉辊把粉末从储粉缸带到成型缸,铺上厚度为0.1mm的粉末。打印机头根据电脑数据把液体打印到粉末上。(平面打印机的Y轴是纸在动,而3DP的Y轴是打印头在动)液体要么是粘合剂要么是水(用于激活粉末中粉状粘合剂)。

ZPrinter演示:

 

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