個人3D打印機首測(7)
●附錄：光固化與熔融沉淀成形工藝
前面我們大概了解過，3D打印并非什么新概念，是將過去快速成型技術換了一個說法，而根據材料與加工設備的不同，技術上主要有以下幾大類：（技術原理內容來源于網絡共享資料）
1． SL工藝 ： 光固化/立體光刻
2． FDM工藝： 熔融沉積成形
3． SLS工藝： 選擇性激光燒結
4． LOM工藝： 分層實體制造
5． 3DP工藝： 三維印刷
6． PCM工藝： 無木模鑄造
一、光固化成型（簡稱：SLA或AURO）光敏樹脂為原料
光固化成形是最早出現的快速成形工藝。其原理是基于液態光敏樹脂的光聚合原理工作的。這種液態材料在一定波長(x=325nm)和強度(w=30mw)的紫外光的照射下能迅速發生光聚合反應, 分子量急劇增大, 材料也就從液態轉變成固態。光固化成型是目前研究得最多的方法，也是技術上最為成熟的方法。一般層厚在0.1到0.15mm，成形的零件精度較高。多年的研究改進了截面掃描方式和樹脂成形性能，使該工藝的加工精度能達到0.1mm，現在最高精度已能達到0.05mm。但這種方法也有自身的局限性，比如需要支撐、樹脂收縮導致精度下降、光固化樹脂有一定的毒性等。
光固化成型（簡稱：SLA或AURO）原理圖
光固化工藝的優點是精度較高、表面效果好，零件制作完成打磨后，將層層的堆積痕跡去除。光固化工藝運行費用最高，零件強度低無彈性，無法進行裝配。光固化工藝設備的原材料很貴，種類不多。光固化設備的零件制作完成后，還需要在紫外光的固化箱中二次固化，用以保證零件的強度。液漕內的光敏樹脂經過半年到一年的時間就要過期，所以要有大量的原型服務以保證液漕內的樹脂被及時用完，否則新舊樹脂混在一起會導致零件的強度下降、外形變形。如需要更換不同牌號的材料就需要將一個液漕的光敏樹脂全部更換，工作量大、樹脂浪費很多。一年內液漕光敏樹脂必須用完否則將會變質，用戶需要重新投入近十萬元采購光敏樹脂。三十萬的端面泵浦固體紫外激光器只能用1萬小時，使用兩年后激光器更換需要二次投入三十萬的費用。振鏡系統也是有易損件，再次更換需要十幾萬元的投入。由于設備的運行費用高，這種設備一般被大型集團或有足夠資金的企業采購。
二、熔融擠出成型（簡稱FDM）蠟、ABS、PC、尼龍等為原料
熔融擠出成型(FDM)工藝的材料一般是熱塑性材料，如蠟、ABS、PC、尼龍等，以絲狀供料。材料在噴頭內被加熱熔化。噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運動，同時將熔化的材料擠出，材料迅速固化，并與周圍的材料粘結。每一個層片都是在上一層上堆積而成，上一層對當前層起到定位和支撐的作用。隨著高度的增加，層片輪廓的面積和形狀都會發生變化，當形狀發生較大的變化時，上層輪廓就不能給當前層提供充分的定位和支撐作用，這就需要設計一些輔助結構－“支撐”，對后續層提供定位和支撐，以保證成形過程的順利實現。
熔融擠出成型原理圖
這種工藝不用激光，使用、維護簡單，成本較低。用蠟成形的零件原型，可以直接用于失蠟鑄造。用ABS制造的原型因具有較高強度而在產品設計、測試與評估等方面得到廣泛應用。近年來又開發出PC，PC/ABS，PPSF等更高強度的成形材料，使得該工藝有可能直接制造功能性零件。由于這種工藝具有一些顯著優點，該工藝發展極為迅速，目前FDM系統在全球已安裝快速成形系統中的份額大約為30％
●附錄：選擇性激光燒結與分層實體制造
三、選擇性激光燒結（簡稱SLS）不同材料的粉末為原料
SLS工藝又稱為選擇性激光燒結，由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的C.R. Dechard于1989年研制成功。SLS工藝是利用粉末狀材料成形的。將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平；用高強度的CO2激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；材料粉末在高強度的激光照射下被燒結在一起，得到零件的截面，并與下面已成形的部分粘接；當一層截面燒結完后，鋪上新的一層材料粉末，選擇地燒結下層截面。
選擇性激光燒結原理圖
SLS工藝最大的優點在于選材較為廣泛，如尼龍、蠟、ABS、樹脂裹覆砂（覆膜砂）、聚碳酸脂（poly carbonates）、金屬和陶瓷粉末等都可以作為燒結對象。粉床上未被燒結部分成為燒結部分的支撐結構，因而無需考慮支撐系統（硬件和軟件）。SLS工藝與鑄造工藝的關系極為密切，如燒結的陶瓷型可作為鑄造之型殼、型芯，蠟型可做蠟模，熱塑性材料燒結的模型可做消失模。
四、分層實體制造(LOM)－沒落的快速成型工藝
LOM工藝稱為分層實體制造，由美國Helisys公司的Michael Feygin于1986年研制成功。該公司已推出LOM-1050和LOM-2030兩種型號成形機。LOM工藝采用薄片材料，如紙、塑料薄膜等。片材表面事先涂覆上一層熱熔膠。加工時，熱壓輥熱壓片材，使之與下面已成形的工件粘接；用CO2激光器在剛粘接的新層上切割出零件截面輪廓和工件外框，并在截面輪廓與外框之間多余的區域內切割出上下對齊的網格；激光切割完成后，工作臺帶動已成形的工件下降，與帶狀片材(料帶)分離；供料機構轉動收料軸和供料軸，帶動料帶移動，使新層移到加工區域；工作臺上升到加工平面；熱壓輥熱壓，工件的層數增加一層，高度增加一個料厚；再在新層上切割截面輪廓。如此反復直至零件的所有截面粘接、切割完，得到分層制造的實體零件。
分層實體制造原理圖
研究LOM工藝的公司除了Helisys公司，還有日本Kira公司、瑞典Sparx公司、新加坡Kinergy精技私人有限公司、清華大學、華中理工大學等。但因為LOM工藝材料僅限于紙，性能一直沒有提高，以逐漸走入沒落，大部分廠家已經或準備放棄該工藝。
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