3D打印机技术原理

3D打印机的技术原理 3D打印（3D printing），是制造业领域正在快速发展的一项新兴技术，被称为“具有工业革命意义的制造技术”。运用该技术进行生产的主要流程是应用计算机软件，设计出立体的加工样式，然后通过特定的成型设备（俗称“3D打印机”），用液态、粉末、丝状的固体材料逐层“打印”出产品。 3D打印是“增材制造”（Additive Manufacturing）的主要实现形式。“增材制造”的理念区分于传统的“去除型”制造。传统数限制造一般是在原材料基础上，运用切割、磨削、腐蚀、熔融等方法，去除多余部分，得到零部件，再以拼装、焊接等方法组合成最终产品。而“增材制造”与之迥然不同，无需原胚和模具，就能干脆依据计算机图形数据，通过叠加材料的方法生成任何形态的物体，简化产品的制造程序，缩短产品的研制周期，提高效率并降低成本。 国际上喜爱用“Additive Manufacturing”（简称AM）来表示3D打印技术，国内专业术语是增量制造、增材制造或添加制造。2009年美国ASTM成立了F42委员会，将AM定义为 “Process of joining mat-erials to make objects from 3d model data, usua-lly layer upon layer, as opposed to subtractive manufacturing ologies.” 即一种与传统的材料去处加工方法截然相反的，通过增加材料、基于三维CAD模型数据，通常采纳逐层制造方式，干脆制造与相应数学模型完全一样的三维物理实体模型的制造方法。 目前主流的3D打印技术有 o 1、 SLS激光粉末烧结成型（Se1ected Laser Sintering）； o 2、 3DP三维打印（3Dimension Printer）； o 3、 SLA激光光固化（Stereolithography）； o 4、 FDM熔融沉积造型（Fused Deposition Modeling） 3D打印机购买时应考量的因素 在选择3D打印机时，设备本身的关键性能指标也是重要的考量指标。 3D打印机性能特性 o 打印速度 o 打印成本 o 细微环节辨别率 o 精度 o 材料性能 o 能够打印的颜色 购买3D打印机需衡量的因素3D打印速度 依据快速成型设备制造商的不同，或者采纳的3D打印技术的不同，3D打印速度的衡量标准是不同的。有些用来指示在Z轴方向上打印肯定高度所需的时间（针对单次3D打印任务而言），通常用英寸/小时、毫米/小时来表示。那些具备稳定的垂直方向建立速度的3D打印机普遍喜爱采纳这一技术参数，基本不受被打印物体的结构困难程度和单次打印部件的数量的影响。这种3D打印机是手板模型3D打印的志向选择，因为它们可以在有限的时间内快速制作出数量可观的、各种各样的模型，便利设计沟通、探讨和对比。 另外一种衡量打印速度的技术参数是指打印特定物体或者特定的体积所需的时间。一些3D打印机可以快速打印单个的、简洁结构的物体，多采纳这种指标。但是这种类型的3D打印机在遇到打印数量增加或者结构比较困难的打印任务时，打印速度就会明显下降，因此不适合用于打印速度要求较高的手板模型的快速成型。 购买3D打印机需衡量的因素3D打印成本 打印成本通常用单位体积所需的费用来表示，比如***元/立方英寸或***元/立方厘米。即便运用同一台3D打印机，由于受到成型件结构的影响，单个成型件所需的费用也是千差万别，因此3D打印服务的报价常常以典型物体打印价格或者平均水平的价格来呈现，也就不难理解了。假如须要对报价进行对比，可以供应您自己经典样件的一套STL数据让供应商进行报价，并清晰地知道不同报价所包含和不包含的内容，从而选择性价比最高的供应商。 有些供应商供应的报价只包含了成型件所需模型材料的费用，而不含支撑材料或者3D打印过程中产生的其他损耗的费用，这种报价不是真实的、最终的报价。不同的3D打印工艺的材料利用率差异很大，因此，实际的材料运用成本是衡量报价的另外一个重要参考。 一些塑料件3D打印过程中须要同时消耗材料制作模型和支撑，支撑是一些稀疏的、用于支持成型的结构，可以通过后处理轻松去除。相比其他塑料件成型工艺，3D打印的方式所运用的材料相对较少，奢侈也较少，因此材料利用率更高，成本更低。 还有一些塑料件3D打印工艺会损耗大量的支撑材料，因此往往采纳不同性能的模型材料和支撑材料，支撑材料相对价格更低一些。去除支撑的方式有溶化、溶解、水压破除等，可能会用到剧烈的腐蚀性化学品，要求特别的处理方式和预防措施。水压破除的方式要求有水源和排水渠，无疑会增加场地建设费用，而且这种支撑去除方法对人工劳动要求比较多，还简洁造成精细部件损坏或者支撑无法去除干净的问题。最快、最有效的支撑去除方法是溶化蜡质的支撑，在特别的后处理烤炉的帮助下，蜡质支撑可以快速溶化并被轻易去除，深藏在成型件内部凹陷处的支撑也不在话下，而不会对成型件的细微环节与困难结构产生损害；去除蜡质支撑不须要化学品，溶化出来的支撑材料可以视作一般垃圾，不须要特别处理。 警惕那些在成型过程中运用高价的模型材料制作支撑的3D打印机，因为它们会大幅增加整体打印成本。成型同样体积的样件，它们所须要的材料和损耗的材料明显更多。 购买3D打印机需衡量的因素3D打印细微环节辨别率 3D打印机供应的最令人费解的指标之一是“辨别率”，应谨慎运用。简洁举例，辨别率的表述有DPI （dots per inch，每英寸的像素点），Z轴方向层厚，像素大小，射束点大小，点直径等。在同类3D打印机对比时，这种表述可能有帮助，但是假如用来考量多种3D打印技术则不太适用。 其实，最好的对比方式是目视检查不同3D打印技术的样件，找寻是否存在剃刀般锐利的边缘、清晰的角、最小的特征尺寸、薄壁件质量和表面光滑度。采纳一台便宜的数字显微镜来检查很有效，显微镜能够放大细微环节特征用于对比。在3D打印功能测试模型时，成型件能够照实精确地反映设计特征是关键性因素，假如成型件精确度或辨别率不够，有些功能测试的结果的精确性也会随之降低。 购买3D打印机需衡量的因素3D打印精度 3D打印采纳的是逐层叠加的方式，利用合适的材料快速制作成型件，这一过程中有肯定的变数，比如材料收缩，因此必需在打印过程中加以补偿来确保最终成型件的精度。 运用粉末材料的3D打印机所运用的粘合剂，通常不易收缩变形，因此成型精度一般比较高。塑料件3D打印技术通常运用热源或者/与UV光来处理打印材料使之成型，这一过程产生的额外变数会影响成型精度。成型件的大小和结构也会对精度产生影响。一些3D打印机可以为特别的几何结构供应不同级别精度的打印模式。 3D打印机制造商供应的精度参数是基于试验测试的数据，