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3D打印(快速成型技术)介绍

更新时间: 2019-11-28 09:20:34  查看次数: 126    

喷墨打印成型技术作为3D打印技术之一,由于其打印精度高,人们试图将其应用于陶瓷材料的制备,特别是在精密陶瓷材料的制备中。陶瓷喷墨打印成型的关键是打印墨水的制备。对于氧化锆陶瓷材料,由于其密度较高,难以稳定地分散,且难以制备具有高固相含量低粘度的打印墨水。


快速成型,也称3D打印(3Dprinting)或增材制造,是以计算机三维设计模型数据文件为基础,通过软件对数据模型分层离散,经过数控成型系统逐层打印叠加成型制造出实体产品的技术。对比传统减材制造技术,增材制造技术减少了原材料的浪费,且这种快速成型技术省去了传统制造的多道工序,能够按照设计,实现个性化生产。增材制造已经在航天、汽车、医疗、组织工程、食品、建筑、科研、产品原型等领域得到了广泛应用,具有广阔的发展前景。国家已经将3D打印技术纳入“十三五”规划纲要,3D打印材料将是一个重要发展方向。

快速成型技术的基本原理是先利用三维扫描仪或三维造型软件制作零件数字立体模型,然后利用分层软件对三维模型进行切片处理,将三维模型数据文件转化为二维的截面数据文件,将截面数据导入计算机控制程序,3D打印机在系统的控制下将产品按照截面逐层打印出来,截面叠加形成实体产品,然后对产品进行烧结、热处理、打磨等后处理操作。


快速成型技术分类
1986 年,Charles.W.Hull发明了立体光固化成型技术(Stereo Lithography Apparatu, SLA),并设计开发出应用于 SLA 技术的商用3D打印机,以此创立了3DSystems公司,这是世界上首家3D打印公司。3DSystems的成立推动了3D行业的进步,之后,3D打印成型技术步入一个蓬勃发展的阶段,各种3D打印成型方法层出不穷,其中研究较早且较为成熟的3D打印技术主要有如下五种:立体光固化(Stereo Lithography Apparatus,SLA),熔融丝沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)、选择性激光烧结成型(Selective Laser Sintering,SLS)、分层实体制造(Laminated Object Manufacturing,LOM)、三维打印技术(Three Dimensional Printing,3DP)。

  1. 立体光固化(SLA),其原理是在紫外光的照射下光敏树脂产生聚合反应快速固化成型,是研究最早最为成熟的3D打印工艺。
  2. 熔融丝沉积成型(FDM),其原理是将丝状材料加热熔化后挤出,材料凝固堆积成型,熔融丝沉积成型精度较高、成型设备成本低等优点,成型材料主要为热塑性塑料如 ABS、PLA 等。
  3. 选择性激光烧结(SLS),其原理是利用高能激光器选择性将粉末材料烧结成型,该工艺最大的独特性在于能够直接成型金属制品。其缺点是设备成本高,表面粗糙,加工过程复杂,加工前需要对材料预热处理,加工时有少量烟雾,加工后需要清理表面浮粉。
  4. 分层实体制造(LOM),其原理是利用激光切割薄片材料,然后将切割层逐层粘结成型,该工艺缺点是制件表面粗糙呈台阶状、难以制造中空等复杂结构制件、材料损耗较大。
  5. 三维打印成型技术(3DP),其原理与平面喷墨打印类似,墨滴在程序控制下喷射到指定位置后固化成型。3DP按工艺过程可划分为:逐层粘结法和直接成型法。1992年,三维打印快速成型的思想率先由美国MIT学生Sachs等提出。这是一种粘结成型三维打印,通过喷嘴向陶瓷粉床上逐层喷射粘结剂,使陶瓷粘结成型。1997年,英国布鲁内尔大学Q.F.XIANG等人提出直接喷墨打印成型(Direct Inkjet Printing,DIP)工艺,将待成型的粉体制备成打印墨水,然后利用喷嘴将墨水喷射到载体上直接成型。