进阶篇:3.8)3d打印件设计

本章目的:了解3d打印技术

 

1.3d打印技术类型

现在主流的3d打印技术有4种:①FDM;②SLA;③SLS;④3DP。具体如下:

①熔融沉积造型(Fused deposition modeling,FDM)

FDM 可能是目前应用最广泛的一种工艺,很多消费级3D 打印机都是采用的这种工艺,因为它实现起来相对容易;

FDM加热头把热熔性材料(PLA,ABS等)加热到临界状态,使其呈现半流体状态,然后加热头会在软件控制下沿CAD 确定的二维几何轨迹运动,同时喷头将半流动状态的材料挤压出来,材料瞬时凝固形成有轮廓形状的薄层。

这个过程与二维打印机的打印过程很相似,只不过从打印头出来的不是油墨,而是ABS树脂等材料的熔融物。同时由于3D 打印机的打印头或底座能够在垂直方向移动,所以它能让材料逐层进行快速累积,并且每层都是CAD模型确定的轨迹打印出确定的形状,所以最终能够打印出设计好的三维物体。

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//打印材料pla为医用材料,最是安全无毒。

 

②光固化立体造型(Stereolithography,SLA)

  据维基百科记载,1984年的第一台快速成形设备采用的就是光固化立体造型工艺,现在的快速成型设备中,以SLA的研究最为深入,运用也最为广泛。平时我们通常将这种工艺简称“光固化”,该工艺的基础是能在紫外光照射下产生聚合反应的光敏树脂。

与其它3D 打印工艺一样,SLA 光固化设备也会在开始“打印”物体前,将物体的三维数字模型切片。然后电脑控制下,紫外激光会沿着零件各分层截面轮廓,对液态树脂进行逐点扫描。被扫描到的树脂薄层会产生聚合反应,由点逐渐形成线,最终形成零件的一个薄层的固化截面,而未被扫描到的树脂保持原来的液态。

当一层固化完毕,升降工作台移动一个层片厚度的距离,在上一层已经固化的树脂表面再覆盖一层新的液态树脂,用以进行再一次的扫描固化。新固化的一层牢固地粘合在前一层上,如此循环往复,直到整个零件原型制造完毕。

SLA 工艺的特点是,能够呈现较高的精度和较好的表面质量,并能制造形状特别复杂(如空心零件)和特别精细(如工艺品、首饰等)的零件。

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//光敏树脂可能具有毒性,过敏性,需注意。

//最近作者在网上看到有3d打印流水线的消息,采用的就是光固化的工艺。

 

③选择性激光烧结(SLS)

  数字模型分层切割与逐层制造是3D 打印工艺的基础,这里往后就不再赘述了。除此之外,SLS 工艺与SLA 光固化工艺还有相似之处,即都需要借助激光将物质固化为整体。不同的是,SLS 工艺使用的是红外激光束,材料则由光敏树脂变成了塑料、蜡、陶瓷、金属或其复合物的粉末。

先将一层很薄(亚毫米级)的原料粉未铺在工作台上,接着在电脑控制下的激光束通过扫描器以一定的速度和能量密度,按分层面的二维数据扫描。激光扫描过的粉末就烧结成一定厚度的实体片层,未扫描的地方仍然保持松散的粉末状。

一层扫描完毕,随后对下一层进行扫描。先根据物体截层厚度升降工作台,铺粉滚筒再次将粉末铺平,然后再开始新一层的扫描。如此反复,直至扫描完所有层面。去掉多余粉末,再经过打磨、烘干等适当的后处理,即可获得零件。

目前应用此工艺时,以蜡粉末及塑料粉末作为原料较多,而用金属粉或陶瓷粉进行粘接或烧结的工艺尚未实际应用。

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//激光烧结粉末颗粒非常小,直接接触可通过皮肤进入人体,会产生危害,需注意!

//这种工艺就没有支撑,也不需要去支撑的后处理。

 

④三维印刷工艺(3D printing,3DP)

  三维印刷,也称三维打印。维基百科显示,1989年,麻省理工的Emanuel M. Sachs和John S. Haggerty等在美国申请了三维印刷技术的专利,之后Emanuel M. Sachs和John S. Haggerty又多次对该技术进行完善,并最终形成了今天的三维印刷工艺。

  从工作方式来看,三维印刷与传统二维喷墨打印最接近。与SLS 工艺一样,3DP 也是通过将粉末粘结成整体来制作零部件,不同之处在于,它不是通过激光熔融的方式粘结,而是通过喷头喷出的粘结剂。

喷头在电脑控制下,按照模型截面的二维数据运行,选择性地在相应位置喷射粘结剂,最终构成层。在每一层粘结完毕后,成型缸下降一个等于层厚度的距离,供粉缸上升一段高度,推出多余粉末,并由铺粉辊推到成型缸,铺平再被压实。如此循环,直至完成整个物体的粘结。

进阶篇:3.8)3d打印件设计

 

2.3d打印件设计准则

2.1 设计准则

2.2 支撑

2.3 内部填充

3.4 翘边

3.3d打印后处理

4.3d打印碰到的小问题

5.明确3d打印的目的

6.购买3d打印机的好处

6.1 打印样品有助于沟通交流

6.2 可用于装配分析和制造分析辅助

6.3 帮助设计师找到设计空间感

6.4 压缩样品时间和省钱

6.5 能给一个新手带来最重要的实战的经验

7.3d打印样机推荐

7.1 FDM机型

7.2 sla机型

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进阶篇:3.1.5)DFM塑胶-注射模具和设备

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