云铸三维使用3D打印工艺最全解析,建议收藏!

2021-01-22

随着3D打印技术的发展,3D打印的工艺越来越多,根据成型材料形态的区分,云铸三维梳理了当下常用的3D打印工艺及对应的打印材料,供了解。

3D打印常用工艺及打印材料

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随着客户需求的不断堆叠,云铸三维工业级增材制造生产中心工艺种类也不断丰富。今天和大家分享云铸三维采用的4种3D打印工艺及其工艺原理、优点、应用等,以此帮助客户更清晰地了解3D打印技术,并根据自身产品需求快速选择合适的工艺。


SLM(选择性激光熔化)

SLMSelective Laser Melting)即选区激光熔化成型工艺,是目前金属3D打印成型中最普遍的技术,由德国Froounholfer研究院于1995年首次提出,是一种金属粉末的快速成型技术,用它能直接成型出接近完全致密度的金属零件。

云铸三维金属工艺区目前配置的是德国通快设备和即将投入使用的铂力特设备。云铸三维该工艺的配置主要聚焦航空航天,旨在凭借在金属3D打印领域丰富的理论&实践经验,为航空航天制造产业提供强有力的技术支撑,助力航空航天产业快速发展。

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成型材料:铝合金、高温合金、钛合金、不锈钢、模具钢、高强钢等

原理:

激光束扫描开始前,利用铺粉辊均匀地在成形缸的基板上铺上一层很薄的金属粉末,计算机控制激光束对当前层进行选择性激光熔化,熔化的金属粉末冷却固化后,成形缸降低一个单位高度,粉料缸上升一个单位高度,铺粉辊在加工好的片层之上重新铺好金属粉末,激光束开始扫描新一层,如此层层叠加,直至整个零件成形。

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图:激光扫描融化

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图:金属粉末融化过程

优点:

能够实现复杂的形状或内部特征

成型零件/产品致密度超过99%

成型产品仅需少量后续机加工

可通过结构优化实现轻量化制造

快速制造助力产品设计快速迭代

应用:

航空航天各类阀体、叶轮、结构件

汽车高速原型设计和定制部件

注射模具、共形冷却通道

高价值医疗器械组件


SLA(立体光固化

立体光固化成型工艺SLA (Stereolithography Apparatus),又称立体光刻成型。该工艺最早由Charles W.Hull于1984年提出并获得美国国家专利,是最早发展起来的3D打印技术之一,也是目前世界上研究最为深入、技术最为成熟、应用最为广泛的一种3D打印技术。

云铸三维成立初期购进的第一台专业级3D打印设备即是SLA设备,经过多年的发展,云铸三维立体光固化工艺在规模和综合方案的解决能力上都有所建树。目前云铸工厂配置有立体光固化设备共计40余台,同时具备喷漆等一系列齐全的后处理能力,可快速响应客户一站式3D打印服务需求。


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SLA工艺区.jpg

成型材料:光敏树脂

原理:

液槽中会先盛满液态的光敏树脂,氦—镉激光器或氩离子激光器发射出的紫外激光束在计算机的操纵下按工件的分层截面数据在液态的光敏树脂表面进行逐行逐点扫描,这使扫描区域的树脂薄层产生聚合反应而固化从形成工件的一个薄层。   

当一层树脂固化完毕后,工作台将下移一个层厚的距离以使在原先固化好的树脂表面上再覆盖一层新的液态树脂,刮板将粘度较大的树脂液面刮平然后再进行下一层的激光扫描固化。

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图:紫外激光源

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图:光固化反应

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图:逐层扫描成型


优点:
1) 成型过程自动化程度高。
2) 尺寸精度高。SLA原型的尺寸精度可以达到±0.1mm。
3) 表面质量优良。
4) 系统分辨率较高,可以制作结构比较复杂的模型或零件。

应用:

工业产品前期研发验证原型

各类展示模型、展示设计

影视动漫道具、玩具手办

个性化产品等


MJF ( 多射流熔融 )

多射流熔融技术MJFMulti-Jet Fusion),该工艺是惠普公司2016年推出的一种新型3D打印成型技术,它的出现旨在解决当前3D打印技术面临的三个主要问题:速度、精度和成本。

该工艺虽上市仅短短4~5年时间,但从实际使用结果来看,其打印速度确如其宣称一样,比市场上其它3D打印技术快倍以上,而且具备较高精度和强度HP-MJF工艺已然成为当下推动3D打印从原型向制造转变的中坚力量。云铸三维在配置该工艺后,让企业和制造商有了重新思考为客户设计和交付解决方案方式的构想


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成型材料:PA12等高分子尼龙材料

原理:先铺一层粉末,然后喷射熔剂,与此同时还会喷射一种精细剂(detailing agent),以保证打印对象边缘的精细度,然后再在上面施加一次热源。这一层就算完成了。以此类推,直到3D对象完成。


图:铺粉环节


图:热喷头模块喷射两种试剂并加热成型

优点:

加工速度快,比其他3D打印技术快数倍以上

成型零件力学性能出色,可作为终端零件直接使用

耐候性好及批量生产效率高

应用:

功能零件试制

中小批量零部件直接制造

非标件定制


SLS ( 选择性激光烧结 )

选择性激光烧结工艺SLS (Selective Laser Sintering),最早是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R.Dechard于1989年在其硕士论文中提出,该工艺是与MJF相同类型的粉末床熔融技术。

基于业务发展,云铸三维在16-17年间陆续配置了华曙高科的SLS(选择性激光烧结)打印设备。华曙高科设备的到位,给予了客户在3D打印工艺和材料上更多的选择,满足了客户对工业产品性能验证或直接制造需求。


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成型材料:尼龙粉末

原理:

原理:先采用压辊将一层粉末平铺到已成型工件的上表面,数控系统操控激光束按照该层截面轮廓在粉层上进行扫描照射而使粉末的温度升至熔化点,从而进行烧结并于下面已成型的部分实现粘合。当一层截面烧结完后工作台将下降一个层厚,这时压辊又会均匀地在上面铺上一层粉末并开始新一层截面的烧结,如此反复操作直接工件完全成型。

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图:压辊铺粉

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图:逐层烧结成型


优点:

不需要增加基座支撑

可制造复杂原型或终端结构件

适应多种材料

成型产品精细度高、韧性好

应用:

工业产品前期功能/结构性验证

汽车/家用电器等领域的零部件生产


总结:

云铸三维工业级增材制造中心目前共采用了SLM金属、SLA光固化SLS尼龙、MJF尼龙4种3D打印工艺,涵盖多种型号设备和材料,不同的工艺/设备在应用上互有竞争、又相互补充。随着市场需求显现和云铸自身的发展,公司还会配置其他不同3D打印工艺/设备;根据公司的战略规划,2021年将会着重对服务于航空航天等高端制造业的金属3D打印工艺区有所扩容,敬请期待。


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