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幾種粉末3D打印技術(shù)的對比

作者:武漢易成三維科技有限公司 日期:2021-12-02 點擊:1266
一鍵分享

如果你想到3D打印,可能想到的第一個圖像是FDM打印機逐層擠出,但這并不是3D打印的唯一方法。另一種非常常見的增材制造方法是粉末3D打印。與用長絲打印的FDM打印不同,粉末3D打印使用粉末作為主要打印材料。powder-3d-printing-consists-of-a-variety-of-differ-proto3000-200718.jpg

粉末印刷工藝主要有兩種:粉末床熔融和粘合劑噴射。通過粉末床熔融,粉末3D打印機用激光將粉末顆粒燒結(jié)或熔化到所需的物體中,而重涂刀片則為每層新層添加更多粉末。

代替激光,粘合劑噴射使用打印頭將液體粘合劑沉積到粉末打印床上。液體將粉末顆粒結(jié)合在一起,形成所需物體的每一層。然后加入一層新鮮的粉末,并逐層重復(fù)該過程。powder-3d-printers-typically-produce-parts-that-co-sinterit-200718_download.jpg

粉末3D打印可以使用各種材料進行打印,包括金屬和二氧化硅等不太常見的材料。相比之下,F(xiàn)DM打印的材料選擇通常僅限于純熱塑性塑料或注入其他材料的熱塑性塑料。使用Powder Bed Fusion的3D打印機通常也以更高的精度進行打印,并且可以處理更復(fù)雜的打印。這是由于激光器的尺寸小,可以比FDM打印機上的噴嘴獲得更多的細節(jié)。sls-printers-generally-print-with-a-thermoplastic-3d-era-tech-200718_download.jpg

雖然有一些高端,昂貴的FDM打印機,但對于業(yè)余愛好者和入門級愛好者來說,有更多負擔(dān)得起的選擇。粉末3D打印機的平均價格約為100萬元,往往相對昂貴,市場上很少有入門級粉末3D打印機

SLS是粉末3D打印的主要和最受歡迎的類型。該技術(shù)由德克薩斯大學(xué)的Joe Beaman博士和Carl Deckard博士于1980年代中期開發(fā)。通過增加與其他材料的兼容性和更高的精度,以及其他發(fā)展,SLS自創(chuàng)建以來已經(jīng)走過了漫長的道路。slm-printers-print-in-metal-and-have-a-controlled-hannah-bensoussan-via-sculpteo-200718_download.jpg

它是如何運作的

粉末打印材料被加載到打印機的粉末箱中,在那里它被加熱到剛好低于其熔點的溫度。一旦達到所需的溫度,再涂布機就會在構(gòu)建平臺上鋪上一層薄薄的粉末。

然后,CO2激光器根據(jù)模型選擇性地?zé)Y(jié)粉末層。一旦該層完成,構(gòu)建平臺將向下移動,并且重新涂覆器將應(yīng)用另一層粉末。激光燒結(jié)新層,并重復(fù)該過程,直到所需的物體完成。

優(yōu)點和缺點

SLS打印由于激光的細度以及每個粉末層通常為0.1毫米厚的事實,提供了很高的精度水平。此外,SLS打印不需要支撐,因為非燒結(jié)的周圍材料可以穩(wěn)定打印。這兩個優(yōu)點都允許打印具有復(fù)雜幾何形狀的小零件。dmls-printers-are-very-precise-and-can-print-metal-proto3000-200718_download.jpg

粉末3D打印可分為五種不同的子技術(shù):選擇性激光燒結(jié)(SLS),選擇性激光熔化(SLM),直接金屬激光燒結(jié)(DMLS),電子束熔化(EBM)和粘合劑噴射。在本文中,我們將簡要介紹每種技術(shù),解釋它們的工作原理以及它們的優(yōu)點和缺點。

SLM由德國的研究小組弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所于1995年開發(fā)。它類似于SLS,但它們之間的主要區(qū)別在于SLM專門用于打印金屬。SLM打印機執(zhí)行的打印也非常精細,甚至可以與傳統(tǒng)制造方法生產(chǎn)的零件相媲美。因此,該技術(shù)通常用于快速原型設(shè)計和批量生產(chǎn)。

它是如何運作的

與SLS一樣,SLM打印機使用粉末床融合來創(chuàng)建零件。激光逐層熔化金屬粉末,以形成所需的形狀。為了保持溫度恒定并避免任何氣流,SLM打印機往往具有受控的構(gòu)建空間和氣氛。

與 SLS 打印機不同,SLM 打印機需要支撐結(jié)構(gòu)。金屬比SLS機器通常打印的熱塑性塑料更致密,因此更重。金屬的重量需要支撐結(jié)構(gòu),以便在打印時將打印的部件固定起來。

優(yōu)點和缺點

從構(gòu)建板中移除支撐材料和部件通常很困難,因為材料粘合得有多好。因此,通常需要大量的后處理,因為印刷品通常具有粗糙的表面處理。ebm-printers-are-extremely-expensive-and-large-fit-addictive-manufacturing-group-200718_download.jpg

另一方面,您可以直接在金屬中打印零件!這縮短了生產(chǎn)交付周期,因為不需要加工。此外,使用SLM打印可以實現(xiàn)復(fù)雜的形狀,否則傳統(tǒng)制造將過于困難或昂貴。

DMLS由德國公司EOS于1990年代開發(fā)。DMLS經(jīng)常與SLM混淆,因為這兩種技術(shù)非常相似。兩者都是印刷金屬的方法,但主要區(qū)別在于DMLS燒結(jié)金屬粉末,而SLM熔化材料。因此,SLM僅適用于具有單一熔化溫度的純金屬,而DMLS還可以打印金屬合金或兩種或多種金屬元素的混合物,這些金屬合金可能具有不同的熔化溫度。

它是如何運作的

在DMLS打印中,金屬粉末在打印室中被加熱,剛好足以讓顆粒在分子水平上融合,但不足以熔化。在構(gòu)建平臺上鋪開一層薄薄的粉末,然后激光選擇性地?zé)Y(jié)模型的每一層。構(gòu)建平臺向下移動,應(yīng)用新的粉末層,并重復(fù)該過程。

優(yōu)點和缺點

雖然DMLS只打印金屬合金,但還有各種各樣的金屬合金粉末。未燒結(jié)或熔化的材料可以重復(fù)使用。與其他粉末床熔融工藝類似,DMLS打印可實現(xiàn)令人難以置信的精度。

DMLS打印的主要缺點是打印件的孔隙率。由于金屬粉末是燒結(jié)的而不是熔化的,因此DMLS打印件比SLM打印件更Porose,根據(jù)最終用途,這可能會有問題。binder-jettings-can-print-multi-color-models-like-alkaios-bournias-varotsis-via-3d-hubs-200718_download.jpg

EBM似乎與SLS技術(shù)相似,但有兩個主要區(qū)別。首先,EBM打印機使用電子束而不是CO2激光來燒結(jié)材料。其次,EBM需要導(dǎo)電材料,其中不包括熱塑性塑料。

它是如何運作的

EBM打印技術(shù)的工作原理是使用由電磁線圈控制的電子束燒結(jié)導(dǎo)電金屬粉末。打印必須在真空空間中完成;否則,電子束將與空氣中的氣體分子碰撞,導(dǎo)致束失去功能。

將粉末裝入打印機后,降低內(nèi)部壓力以產(chǎn)生真空。當達到正確的內(nèi)部壓力時,構(gòu)建平臺被加熱。在構(gòu)建平臺達到所需溫度后,在構(gòu)建區(qū)域中施加一層薄薄的粉末,電子束撞擊粉末,引起使粉末凝固的反應(yīng)。每一層,電子束都會這樣做,在特定點選擇性地撞擊粉末以形成零件。

EBM零件的后處理是必須的。印刷品通常覆蓋著必須去除的半燒結(jié)粉末。此外,EBM 打印需要支撐,不是出于穩(wěn)定性目的,而是為了幫助打印件散熱和冷卻。

優(yōu)點和缺點

EBM打印的一個優(yōu)點是可以打印零件的速度。鑒于印刷的高密度,由此產(chǎn)生的零件很堅固。打印后殘留的任何非燒結(jié)粉末都可以重復(fù)使用。

就缺點而言,目前EBM打印機的導(dǎo)電打印材料的選擇有限:主要是鈦或鉻鈷合金。材料也相當昂貴,這也可以說是一般的EBM機械。

粘合劑噴射于1993年通過麻省理工學(xué)院的一個項目開發(fā),是一種粉末印刷技術(shù),使用液體粘合劑而不是熱量來打印零件。

它是如何運作的

與其他粉末印刷技術(shù)類似,薄薄的粉末層分布在構(gòu)建板上。打印頭不是激光或電子束,而是在構(gòu)建表面上移動,選擇性地將粘合劑分散在表面上。當液體接觸表面時,粉末結(jié)合在一起,形成固體。一旦一層完成,構(gòu)建平臺向下移動,重新涂覆器在構(gòu)建表面上鋪展另一層粉末,并重復(fù)該過程,直到零件完成。

有兩種類型的粘合劑噴射印刷技術(shù):砂粘合劑噴射和金屬粘合劑噴射。除了材料的明顯差異外,砂粘結(jié)劑噴射通常用于打印復(fù)雜的模具和多色模型。通常,生成的打印件不需要后處理;然而,環(huán)氧涂層可以用于提高多色印刷品的活力。

金屬粘合劑噴射比SLM或DMLS便宜,但為了增加零件密度和強度,零件經(jīng)過固化過程,然后滲透或燒結(jié)。滲透是一種過程,其中部件被加熱以除去粘合劑,并且產(chǎn)生的空隙被具有低熔點的金屬填充。燒結(jié)作為后處理步驟涉及將零件暴露在高溫下,以便它們在分子水平上融合。

優(yōu)點和缺點

與其他粉末印刷技術(shù)一樣,粘合劑噴射非常適合復(fù)雜的印刷品,相比之下,印刷材料更便宜。粘合劑噴墨打印機的構(gòu)建體積也比其他技術(shù)大,因為打印過程中缺乏熱量可降低打印失真的風(fēng)險。

這一最顯著的缺點是粘合劑噴射印刷品的機械性能較差。然而,在金屬粘合劑噴射與后處理滲透和燒結(jié)的情況下,這可以減輕。