江蘇鳳谷節能科技有限公司  3D打印機的原理是以一種數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。由于在3D打印機原理中把復雜的三維制造轉化為一系列二維制造的疊加，因而可以在不用模具和工具的條件下生成幾乎任意復雜的零部件，極大地提高了生產效率和制造柔性。

這種數字化制造模式不需要復雜的工藝、龐大的機床、眾多的人力，直接從計算機圖形數據中便可生成任何形狀的零件。并且材料利用率達到90%以上，大大降低了材料成本。

主要技術類別

到目前為止，比較流行的3D打印技術種類主要包括SLA/DLP技術、FDM熔融層積成型技術、3DP 技術、SLS選區激光燒結/SLM選區激光熔融等。

(一)SLA/DLP技術

SLA是“Stereo lithography Appearance”的縮寫，即立體光固化成型法。用特定波長與強度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由點到線，由線到面順序凝固，完成一個層面的繪圖作業，然后升降臺在垂直方向移動一個層片的高度，再固化另一個層面，這樣層層疊加構成一個三維實體。

SLA 是最早實用化的快速成形技術，采用液態光敏樹脂原料，工藝原理如圖1所示。其工藝過程是，首先通過 CAD 設計出三維實體模型，利用離散程序將模型進行切片處理，設計掃描路徑，產生的數據將精確控制激光掃描器和升降臺的運動;激光光束通過數控裝置控制的掃描器，按設計的掃描路徑照射到液態光敏樹脂表面，使表面特定區域內的一層樹脂固化后，當一層加工完畢后，就生成零件的一個截面;然后升降臺下降一定距離，固化層上覆蓋另一層液態樹脂，再進行第二層掃描，第二固化層牢固地粘結在前一固化層上，這樣一層層疊加而成三維工件原型。將原型從樹脂中取出后，進行最終固化，再經打光、電鍍、噴漆或著色處理即得到要求的產品。

SLA 技術主要用于制造多種模具、模型等，還可以通過在原料中加入其它成分，用原型模代替熔模精密鑄造中的蠟模。SLA 技術成形速度較快，精度較高，但由于樹脂固化過程中產生收縮，不可避免地會產生應力或引起形變。因此開發收縮小、固化快、強度高的光敏材料是其發展趨勢。

DLP激光成型技術和SLA立體平版印刷技術比較相似，不過它是使用高分辨率的數字光處理器(DLP)投影儀來固化液態光聚合物，逐層的進行光固化，由于每層固化時通過幻燈片似的片狀固化，因此速度比同類型的SLA立體平版印刷技術速度更快。該技術成型精度高，在材料屬性、細節和表面光潔度方面可匹敵注塑成型的耐用塑料部件。

(二)FDM熔融層積成型技術

FDM即是Fused Deposition Modeling，熔融擠出成型工藝的材料一般是熱塑性材料，如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。

這種工藝不用激光，使用、維護簡單，成本較低。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最大。

(三)3DP技術

3DP即3D printing，采用3DP技術的3D打印機使用標準噴墨打印技術，通過將液態連結體鋪放在粉末薄層上， 以打印橫截面數據的方式逐層創建各部件，創建三維實體模型，采用這種技術打印成型的樣品模型與實際產品具有同樣的色彩，還可以將彩色分析結果直接描繪在模型上，模型樣品所傳遞的信息較大。

美國麻省理工大學的Emanual Sachs教授于1989年申請了三維印刷技術(3DP)的專利。這是一種以陶瓷、金屬等粉末為材料，通過粘合劑將每一層粉末粘合到一起，通過層層疊加而成型。1993年，粉末粘合成型工藝是實現全彩打印最好的工藝，使用石膏粉末、陶瓷粉末、塑料粉末等作為材料，是目前最為成熟的彩色3D打印技術。

(四)SLS選區激光燒結技術/SLM激光熔融技術

SLS選區激光燒結技術，即Selective Laser Sintering，和3DP技術相似，同樣采用粉末為材料。所不同的是，這種粉末在激光照射高溫條件下才能融化。噴粉裝置先鋪一層粉末材料，將材料預熱到接近熔化點，在采用激光照射，將需要成型模型的截面形狀掃描，使粉末融化，被燒結部分粘合到一起。通過這種過程不斷循環，粉末層層堆積，直到最后成型。

SLS最初是由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的Carlckard 于1989年在其碩士論文中提出的。后美國 DTM 公司于 1992年推出了該工藝的商業化生產設備Sinter Sation。幾十年來，奧斯汀分校和 DTM 公司在SLS領域做了大量的研究工作，在設備研制和工藝、材料開發上取得了豐碩成果。德國的EOS公司在這一領域也做了很多研究工作，并開發了相應的系列成型設備。其中，激光燒結技術是成型原理最為復雜、成型條件最高、設備及材料成本最高的3D打印技術，也是目前對3D打印技術發展影響最為深遠的技術。目前，SLS技術成型材料的種類很多，可以是尼龍、蠟、陶瓷、金屬等。

(五)LOM 技術

分層實體制造法LOM(Laminated Object Manufacturing)，又稱層疊法成形，它以片材(如紙片、塑料薄膜或復合材料)為原材料，其成形原理如圖4所示，激光切割系統按照計算機提取的橫截面輪廓線數據，將背面涂有熱熔膠的紙用激光切割出工件的內外輪廓。切割完一層后，送料機構將新的一層紙疊加上去，利用熱粘壓裝置將已切割層粘合在一起，然后再進行切割，這樣一層層地切割、粘合，最終成為三維工件。

LOM 技術主要用于快速制造新產品樣件、模型或鑄造用木模。除了可以制造模具、模型外，LOM技術還可以直接制造構件或功能件，其制件性能相當于高級木材。目前，LOM技術常用材料是敷有熱敏膠的纖維紙、金屬箔、塑料膜、陶瓷膜等。LOM技術的特點是工作可靠，模型支撐性好，成本低，效率高。缺點是前、后處理費時費力，且不能制造中空結構件。

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