[扫盲]到底3D打印是什么?别被忽悠了!
[注]3D打印现在已经成为增量制造/快速原型技术的统称,包括了以下的SLA、SLS、FDM、3DP等技术。
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[转载][扫盲]到底3D打印是什么?别被忽悠了!

关于3D打印的信息突然开始铺天盖地起来,似乎万能机器就要实现,第三次工业革命就快到来。但是事实往往是比较赤裸裸的。现在风靡的3D打印风其实是在炒几十年前的冷饭了。

现在媒体提到的3D打印概念其实大部分已经超出了3D打印概念,而将大多数快速样品技术都囊括其中。例如SLA(光固化)SLS(激光烧结)FDM(熔融沉积),这些技术事实上是工业行业用了几十年的快速成型技术(RP),而真正的3DP(三维印刷)实则是专指在粉末床上用近似普通打印机的机构进行打印,并涂层胶水粘结粉末,而不是将材料融化粘合。下文我会对每一种技术做个介绍,到时你会发现原来现在流行的Makerbot不是3D打印机。原来打印金属材料的根本不能叫做打印。来看看吧:

SLA(Stereo Lithography Apperance) 光固化立体造型技术

自1984年的第一台快速成形設備即採用了光固化立體造型的工藝,現在的快速成型設備中,以SLA的研究最為深入,運用也最為廣泛。

該技術以光敏樹脂的聚合反應為基礎。在計算機控制下的紫外雷射,沿著零件各分層截面輪廓,對液態樹脂進行逐點掃描,使被掃描的樹脂薄層產生聚合反應,由點逐漸形成線,最終形成零件的一個薄層的固化截面,而未被掃描到的樹脂保持原來的液態。當一層固化完畢,升降工作台移動一個層片厚度的距離,在上一層已經固化的樹脂表面再覆蓋一層新的液態樹脂,用以進行再一次的掃描固化。新固化的一層牢固地粘合在前一層上,如此循環往複,直到整個零件原型製造完畢。
SLA1.PNG

這種方法的特點是有較高的精度和較好的表面質量,能製造形狀特別複雜(如空心零件)和特別精細(如工藝品、首飾等)的零件。

还记得那知可爱的小熊记忆棒吗?还有那个Portal夜灯。它们都是用光固化的工艺制作的。
SLA2.JPEG
SLA3.JPEG

SLS(Selected Laser Sintering)选择性镭射烧结

這種工藝也是以雷射器為能量源,通過紅外雷射束使塑料、蠟、陶瓷、金屬或其複合物的粉末均勻地燒結在加工平面上。在工作台上均勻鋪上一層很薄(亞毫米級)的粉未作為原料,雷射束在計算機的控制下,通過掃描器以一定的速度和能量密度按分層面的二維數據掃描。經過雷射束掃描後,相應位置的粉末就燒結成一定厚度的實體片層,未掃描的地方仍然保持鬆散的粉末狀。這一層掃描完畢,隨後需要對下一層進行掃描。先根據物體截層厚度而升降工作台,鋪粉滾筒再次將粉末鋪平,可以開始新一層的掃描。如此反覆,直至掃描完所有層面。去掉多餘粉末,並經過打磨、烘乾等適當的後處理,即可獲得零件。目前應用此工藝時,以蠟粉末及塑料粉末作為原料較多,而用金屬粉或陶瓷粉進行粘接或燒結的工藝也已经獲得實用。

EOS是目前最大的SLS设备生产商
SLS1.PNG

还记得那些漂亮的首饰吗?它们就是利用这个技术制造的。
SLS2.JPEG
SLS3.JPEG
FDM(Fused Deposition Modeling)熔融沉积造型

1993年美國Stratasys公司開發出了第一台基於熔融沉積造型的設備。將CAD模型分為一層層極薄的截面,生成控制FDM噴嘴移動軌跡的二維幾何信息。FDM加熱頭把熱熔性材料(ABS樹脂、尼龍、蠟等)加熱到臨界狀態,呈現半流體性質,在計算機控制下,沿CAD確定的二維幾何信息運動軌跡,噴頭將半流動狀態的材料擠壓出來,凝固形成輪廓形狀的薄層。當一層完畢後,通過垂直升降系統降下新形成層,進行固化。這樣層層堆積粘結,自下而上形成一個零件的三維實體。

FDM工藝的關鍵是保持材料的半流動性。這些材料並沒有固定的熔點,需要精確控制其溫度。

现在大红大紫的Makerbot,the Cube,还有个RepRap它们都属于这类技术!只不过这些机器都是简化版的,其使用的部件都不是工业级别的。而专业级别的当属FDM的权威Stratasys的产品,例如Mojo,uPrint,Projet系列等。它们之间的差异主要在于产品精度上,当然它们之间还有非常显著的价格差异!

FDM1.JPEG
FDM2.JPEG
FDM3.JPEG
FDM4.JPEG
所以说,现在所有基于Makerbot开源的所谓3D打印设备其实都该称为FDM设备。

FDM5.JPEG

3DP(3D Printing)三维打印

三维印刷工艺,也称为三维打印。1989年,美国麻省理工学院的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,形成了今天的三维印刷快速成型工艺。 通过这个工艺,在每一层粘结完毕后,成型缸下降一个距离(等于层厚),供粉缸上升一段高度,推出多余粉末,并被铺粉辊推到成型缸,铺平并被压实。喷头在计算机控制下,按照下一个截面的二维几何信息进行运动,有选择地喷射粘结剂,最终构成层面。原理和打印机非常相似,即为三维打印这一名称的由来。铺粉辊铺粉时多余的粉末被粉末收集装置收集。如此周而复始地送粉、铺粉和喷射粘结剂,最终完成一个三维粉体的粘结,从而生产制品。 3DP工艺与SLS工艺都是将粉末材料选择性地粘结成为一个整体。其最大的不同之处在于3DP工艺不用将粉末材料熔融,而是通过喷嘴本身会喷出粘合剂,将这些材料粘合在一起。
3DP1.jpg

Z-Corp的Z Printer是目前最流行的三维印刷机,在建筑业,游戏业,玩具和艺术行业等都有广泛的应用。
3DP2.JPEG
3DP3.JPEG

小编列了那么多种技术,各位客官有些晕了吧。其实,很简单,不同的材料需求决定了你能选择哪种技术。


工艺

材料

三维印刷工艺(3D Printing,3DP)

石膏,木材,塑料等

熔融沉积造型(Fused Deposition Modeling,FDM)

ABS树脂、聚碳酸酯

选择性激光烧结(Selected Laser Sintering,SLS)

热塑性塑料,金属,陶瓷

光固化立体造型(Stereolithography,SLA)

液态热固性聚合物,弹性体(Elastomer)树脂

那么到底什么才是3D打印呢?狭义的讲,只有表中第一种才是,而广义的从堆层的角度讲,上述4种都是!但是广大3D打印的爱好者必须注意了,目前能够在桌面上运作的所谓Table Factory用的是FDM技术,而它能所用的材料仅限于塑料。小编之所以要重点提出这点是希望大家明白,那些广受好评的金属类打印作品,全彩色的作品,还有其他材料的例如木质以及陶瓷都不是那台桌面机能做出来的,至少目前不行。

往深一点想,这也是为什么3D打印服务公司会存在的原因。而所谓的3D打印服务公司其实只是工业中经常用到的快速成型代加工公司!只不过它们把触角从工业延伸到了个人消费者市场!也就是说从前快速成型公司只是面对专业客户或者是公司,帮它们快速制作样品。现在,快速成型公司也开始接普通个人的生意了,多亏了所谓3D打印服务公司,个人的作品可以和其他个人的作品放到一块儿同时制造从而降低了样品成本,本质上讲,这叫团做!

你身边有认识的快速成型公司吗?让他们做个好点的网站(例如像Shapeways的)就能转型做3D打印服务公司啦!这是未来趋势哟!抓紧机会吧!

转载来源: XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/post/2012-09-25/40038531493
+1  科创币    jrcsh   2013-03-13   高质量发帖
来自:仪器与装备 / 机械与工具
 
jrcsh
8年8个月前
1楼
SLS(Selected Laser Sintering)选择性镭射烧结  ~~~这成本~~~~死人了
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拔刀斋作者
8年8个月前
2楼
回 1楼(jrcsh) 的帖子
王华明的SLS,北航研发、中航使用,钛合金机架、高温合金涡轮什么都能做。
FDM比较便宜好买适合一般业余爱好者使用,现在的开源业余机器除了需要边用边修之外如果调整得好还算能用。
SLA的业余机器从前两年开始刚有人做,KCSA过几个月就可以用上了。
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jian
8年8个月前
3楼
有些东西还是用数控激光切割床制作强度高些
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ronrun
8年8个月前
4楼
"王华明的SLS,北航研发、中航使用,钛合金机架、高温合金涡轮什么都能做。"

做是能做,做出来的东西能看么?  能用么?  能实用么?                  
什么都能的东西不是巫婆就是神棍.
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1805
8年8个月前
5楼
回 2楼(拔刀斋) 的帖子
高温合金涡轮?粉末烧结技术?锆合金貌似不可以如此成型
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hanbreen
8年8个月前
6楼
弱 弱 的问一句,3D打印可以打印出像轴承和环环相扣的链状物一类的物品么?
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宅人
8年8个月前
7楼
回 6楼(hanbreen) 的帖子
可以,3DP的优势在于可以打出很诡异的东西,当然,要求效果好的话还是要高打印精度的机器
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拔刀斋作者
8年8个月前
8楼
回 6楼(hanbreen) 的帖子
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helium
8年8个月前
9楼
我记得今年的某一期电脑报上有3D打印笔的介绍,可以打印一些小的塑料件
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拔刀斋作者
8年8个月前
10楼
补充:
刚才查了一下《激光快速制造技术及应用》 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/view/XXXXXXXXXXm ,北航王华明的技术准确的讲叫做激光熔覆(laser cladding),与选择性激光烧结(SLS)略有不同。
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/wiki/Cladding_%28metalworking%29
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/view/XXXXXXXXXXm
524px-Laser_Cladding_nozzle_configurations.jpg

该技术没有粉床,把金属丝或金属粉末喷在工件上用激光加热与工件熔为一体(有点类似半导体外延工艺),成型的金属材料微观组织致密、表面光洁度较高。在国外作为金属表面处理改性技术发展很久了,包括用于制造飞机钛合金结构件和单晶定向凝固涡轮叶片。目前国内水平与国外相当,非常可喜可贺,但没有到媒体神话(或令人猜疑)的程度。
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laji3865689
8年6个月前
11楼
引用第10楼拔刀斋于2013-03-23 18:59发表的  :
补充:
刚才查了一下《激光快速制造技术及应用》 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/view/XXXXXXXXXXm ,北航王华明的技术准确的讲叫做激光熔覆(laser cladding),与选择性激光烧结(SLS)略有不同。
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/wiki/Cladding_%28metalworking%29
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/view/XXXXXXXXXXm
524px-Laser_Cladding_nozzle_configurations.jpg
.......

这种办法似乎是从堆焊发展来的,应该算一种焊接技术。原来还以为是粉末冶金来着。
等离子堆焊?和激光快速成型已经很接近了:
g0_13711144.jpg
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sea2013
8年5个月前
12楼
我们还是使用最原始的机床加工,然后组装的方式生产快速成型件,感觉落后1光年了[s:275]
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天一阁楼
8年4个月前
13楼
[s:256][s:182]支持一下
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haimu1992
8年4个月前
14楼
恩明白了,我在网上发现的3D打印机觉得都很粗糙。
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磕创论坛
8年2个月前
15楼
hanbreen 发表于 2013-3-15 15:23
弱 弱 的问一句,3D打印可以打印出像轴承和环环相扣的链状物一类的物品么?


强度不够。圆度不够。光滑度不够
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虹源
8年2个月前
16楼
受益了,曾经我还真的差点买了熔融沉积造型机器,还好我去看了他们做出来的样品,那样品还真的要很细心去拿,一不小心肯定捏坏。
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kc2038
8年2个月前
17楼
目前以及延后至少十年之内,个人能承担的仅仅是那种很粗糙的塑料机, 用几张精美成品图片作例子,拿塑料或木板框架+光轴和热融打印头拼凑的所谓桌面3D打印机 制成品是表面很粗糙的展示物,无任何实际用途。
  那种表面精细光滑,金属或陶瓷、合金材质,可实际使用的打印成品,其制造系统造价动辄以千万美元计算的。
  
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zane
8年2个月前
18楼
同学说曾经为航天事业用3D打印来制造一些形状要求比较特别的部件,而且在材料的应力以及硬度等方面比较容易达到特殊的要求?据说高端的3D打印比较适合我们机械加工的终极方向?[s:13]
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hexogen
7年6个月前
19楼
很好的科普贴,本来打算想入一台的,但发现打印样品很粗糙不够精细,表面一条一条的,就做罢了。现在才知道那个叫FDM的。 其他的高大上我等草民又缺银子,哎~~~  
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lxj勇敢的心
7年6个月前
20楼
学习了
原来如此~~~
打开眼界啊
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go炮君
7年5个月前
21楼
FDM比较普及
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biggigi2002
7年3个月前
22楼
正在研究用3DP的方式打印火箭药柱   [s:12]   接近成功了  
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牛德华
7年2个月前
23楼
看着觉得比较神奇。3D打印将来会普及。
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songxinyou
7年1个月前
24楼
3D打印貌似现在还没有普及,出于初级阶段,而且现在实现的方法也有很多种类。
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唯一的心
7年0个月前
25楼
受益匪浅,原来是这么回事,不过感觉现在好流行的样子,如果技术继续完善,这项技术以后肯定会普及的,
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lkjhg
6年10个月前
26楼
这项技术会不会开创一个新的时代、?就像计算机一样、?
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打坐的人
6年5个月前
27楼
[s:334][s:334][s:334]
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HCl
6年5个月前
28楼
贵。。
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HCl
6年5个月前
29楼
除了买不起别的还好
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正丰开来
6年4个月前
30楼
现在三D 打印的强度和精度是个门槛啊,要是达到一定的强度就好了
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313355083
6年4个月前
31楼
贼贵
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